CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC MẠNG TRUYỀN TẢI
2.1.2 Xu hướng phát triển của công nghệ truyền tải quang
2.1.2.2 Xu hướng phát triển công nghệ truyền tải quang
Xu hướng phát triển của mạng NGN là từng bước thay thế hoặc chuyển lưu lượng mạng sử dụng công nghệ TDM sang mạng sử dụng cơng nghệ chuyển mạch gói. Xu hướng các cơng nghệ được lựa chọn áp dụng để xây dựng mạng truyền tải quang thế hệ mới chủ yếu tập trung vào các loại cơng nghệ chính, đó là:
• NG-SONET/SDH • ASON
• Ethernet/Gigabit Ethernet (GE) • WDM
• IP
• Chuyển mạch kết nối và điều khiển MPLS/GMPLS,…
Các công nghệ này bổ sung cho nhau và cùng hỗ trợ dịch vụ số liệu như GbE (Gigabit Ethernet), FC (Fibre Channel: Kênh quang), FICON (Fiber Connection: Kết nối sợi), ESCON (Enterprise System Connection: Hệ thống kết nối doanhh nghiệp), IP (Internet Protocol: Giao thức Internet), và PPP (Point – Point Protocol: Giao thức điểm-điểm)… với mức độ phức tạp giảm và chi phsi khai thác thấp so với các phương thức truyền tải các dịch vụ này qua SONET/SDH.
Các cơng nghệ nói trên này được xây dựng khác nhau cả phạm vi và các phương thức mà chúng ta được sử dụng. Trong một số trường hợp, các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng lại triển khai cùng một công nghệ cho các ứng dụng khác nhau. Ví dụ, GE có thể được sử dụng để cung cấp năng lực truyền tải cơ sở hoặc để cung cấp các dịch vụ gói Ethernet trực tiếp đến khách hàng.
Các nhà khai thác mạng các xu hướng kết hợp một số loại công nghệ trên cùng một mạng của họ, vì tất cả các cơng nghệ sẽ đóng góp vào việc đạt được những mục đích chung là:
Tìm hiểu phương pháp điều khiển IP trên mạng thông tin quang
SVTH: Hồng Cơng Minh_Lớp CCVT03B 24
• Giảm chi phí đầu tư xây dựng mạng
• Rút ngắn thời gian đáp ứng dịch vụ cho khách hàng
• Dự phịng dung lượng đối với sự gia tang lưu lượng dạng gói • Tăng lợi nhuận từ việc triển khai các dịch vụ mới
• Nâng cao hiệu suất khai thác mạng
+ NG-SONET/SDH
NG-SONET/SDH là công nghệ phát triển trên nền SONET/SDH truyền thống. NG-SONET/SDH giữ lại một số đặc tính của SONET/SDH truyền thống và loại bỏ những đặc tính khơng cần thiết. Mục đích cơ bản của NG-SONET/SDH là cải tiến công nghệ SONET/SDH với mục đích vẫn cung cấp các dịch vụ TDM nhưu đối với SONET/SDH truyền thống trong khi vẫn xử lý truyền tải một cách hiệu quả đối với các dịch vụ truyền dữ liệu trên cùng một hệ thống truyền tải.
Về cơ bản, NG-SONET/SDH cung cấp các năng lực chính như chuyển mạch bảo vệ và mạng vịng ring phục hồi, quản lý luồng, giám sát chất lượng, bảo dưỡng từ xa và các chức năng giám sát khác. Đồng thời chức năng quản lý gói cũng được cải thiện đáng kể với độ mịn lớn hơn của SONET truyền thống rất nhiều.
NG-SONET/SDH sử dụng các cơ chế ghép kênh mới để kết hợp các dịch vụ khách hàng đa giao thức thành các con-te-nơ SONET/SDH ghép ảo hoặc chuẩn. Công nghệ này có thể được sử dụng để thiết lập các MSPP TSM/gói lai hoặc cung cấp định khung luồng bit cho một cấu trúc mạng gói. Điểm hấp dẫn nhất của NG-SONET/SDH là nó được xây dựng dựa trên một cơng nghệ có sẵn và phát huy những ưu điểm của SONET/SDH.
Ethernet/Gigabit Ethernet
Ethernet là một công nghệ đã được áp dụng phổ biến cho mạng cục bộ LAN (Local Area Network) hơn hai thập kỷ qua, hầu hết các vấn đề kỹ thuật cũng như vấn đề xây dựng mạng Ethernet đều đã được chuẩn hóa bởi tiêu chuẩn IEEE.802 của Viện Kỹ thuật Điện và Điện tử Hoa Kỳ (IEEE). Trong tất cả các công nghệ được sử dụng trong các mạng MAN hiện nay thì Ethernet là một chủ đề được chú ý nhiều nhất do có những lợi thế như đơn giản về chức năng thực hiện và chi phí xây dựng thấp. Hơn nữa, việc sủ dụng Ethernet sẽ mở ra những cơ hội cho các dịch vụ đa phương tiện, do đó tạo nên những luồng lợi nhuận mới cho các nhà khai thác mạng.
Công nghệ Ethernet được ứng dụng xây dựng mạng với 2 mục đích:
• Cung cấp các giao diện cho các loại hình dịch vụ phổ thơng, các khả năng cung cấp nhiều loại hình dịch vụ thoại và số liệu, ví dụ các kết mối Ethernet riêng, các kết nối Ethernet riêng ảo, kết nối truy cập Ethernet, Frame Relay hoặc các dịch vụ “đường hầm” thông qua các cơ sở hạ tầng mạng truyền tải khác, chẳng hạn như ATM và IP.
• Ethernet được xem như một cơ chế truyền tải lưu lượng trên nhiều tiện ích truyền dẫn khác nhau.
Gigabit Ethernet là bước phát triển tiếp theo của cơng nghệ Ethernet. Ngồi đặc điểm công nghệ Ethernet truyền thống, Gigabit Ethernet phát triển và bổ sung nhiều chức năng và các tiện ích mới nhằm đáp ứng yêu cầu đa dạng về loại hình dịch vụ, tốc độ truyền tải, phương thức truyền dẫn. Hiện tại các giao thức Gigabit Ethernet đã được chuẩn hóa trong các tiêu chuẩn IEEE 802.3z, 802.3ae, 802.1w. Gigabit Ethernet cung cấp các kết nối có tốc độ 100Mbit/s hoặc vài chục Gbit/s và hỗ trợ nhiều tiện ích truyền dẫn vật lý khác nhau như cáp đồng, cáp quang với phương thức truyền tải bán song công (half-duplex) hoặc song công (full-duplex). Công nghệ Gigabit Ethernet hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ khác nhau cho nhu cầu kết nối kết nối điểm-điểm, điểm-đa điểm, kết nối đa điểm-đa điểm… điển hình là các dịch vụ đường kết nối kết nối Ethernet (ELS: Ethernet Line Service), dịch vụ chuyển tiếp Ethernet (ERS: Ethernet Relay Service), dịch vụ kết nối đa điểm Ethernet (EMS: Ethernet Multipoint Service). Một trong những ứng dụng quan trọng tập hợp chức năng của nhiều loại hình dịch vụ kết nối là dịch vụ mạng LAN ảo VLAN (virtual LAN), dịch vụ này cho phép các cơ quan, doanh nghiệp, các tổ chức kết nối mạng từ ở các phạm vi địa lý tách rời thành một mạng thống nhất.
Công nghệ Gigabit Ethernet được áp dụng hỗ trợ với lớp vật lý thuộc hai phạm vi mạng là:
• LAN PHY, với các cơ chế mã hóa đơn giản cho truyền số liệu trên sợi quang (dark fiber) hoặc trên bước song (dark wavelength) với khoảng cách tới 40 km trên sợi đơn mode.
• WAN PHY, với một lớp con định khung SONET/SDH (gọi là hệ thống giao diện diện rộng WIS) hoạt động tại một tốc độ dữ liệu tương thích với tốc độ tải của SONET OC 192c và SDH VC4-64c. WAN PHY có thể hoạt động qua bất kỳ khoảng cách nào khả thi trên một mạng WAN.
Tìm hiểu phương pháp điều khiển IP trên mạng thông tin quang
SVTH: Hồng Cơng Minh_Lớp CCVT03B 26
Lợi thế của Ethernet là công nghệ này đã được sử dụng phổ biến trên toàn cầu ở các mạng LAN. Nhìn chung có khoảng 85% lưu lượng gói số liệu bắt đầu và kết thúc dưới dạng các gói Ethernet. Hiện nay trên toàn thế giới có khoảng 250 triệu cổng Ethernet. Do vậy các khách hàng rất quen thuộc và đều cảm thấy tiện ích và dễ tiếp cận với các loại hình dịch vụ được cung cấp bởi cơng nghệ Ethernet.
Ngồi ra, cơng nghệ Ethernet có một số lợi điểm khác nhau như: • Các tốc độ dịch vụ phân cấp rất rộng.
• Có thể cung cấp các loại hình dịch vụ điềm-điểm, điểm-đa điểm, đa điểm-đa điểm.
• Tính tương thích cao về kết nối của Ethernet với các công nghệ mạng hiện tại. • Chi phí xây dựng mạng thấp.
• Thời gian đáp ứng cung cấp dịch vụ cho khách hàng nhanh.
Công nghệ Ethernet đã được các nhà cung cấp thiết bị mạng đô thị và các nhà khai thác mạng quan tâm. Tuy nhiên, các nhà khai thác mạng vẫn còn tỏ ra rất thận trọng trong việc quyết định lựa chọn công nghệ này là công nghệ chủ đạo cho việc xây dựng mạng đơ thị vì người ta cịn e ngại về khả năng cung cấp các loại hình dịch vụ có đảm bảo về QoS cũng như tính khả dụng (độ duy trì) của mạng dựa trên cơng nghệ này.
Thực tiễn cho thấy rằng: các tô-pô mạng Ethernet ndangj mesh đảm bảo khả năng phục hồi mạng mạnh hơn tơ-pơ mạng vịng ring vì chúng thực hiện các cơ chế phục hồi bảo vệ dang 1+n thay vì bảo vệ 1+1 trong mạng mạng vịng ring. Do đó, xét về kiến trúc thì các mạng mesh dựa trên cơ sở cơng nghệ Ethernet có tính hiệu quả hơn so với cấu trúc tơ-pơ mạng theo kiểu mạng vịng ring.
+ MPLS/GMPLS
MPLS là một giao thức cho phép mặt phẳng điều khiển này và có thể được sử dụng để cung cấp tự động các dịch vụ điểm-điểm nhờ các giao thức báo hiệu như RSVP-TE.
Chức năng cơ bản của MPLS là cho phép các bộ định tuyến/ chuyển mạch thiết lập các luồng điểm-điểm (hay còn gọi là “các luồng chuyển mạch nhãn”) với các đặc tính QoS xác định qua bất kỳ mạng gói hay tế bào. Do vậy cho phép các nhà khai thác cung cấp các dịch vụ hướng kết nối, xử lý lưu lượng và quản lý băng tần. Khả năng
tương thích với IP và ATM cho phép thiết lập các chuyển mạch IP/ATM kết hợp nhằm vào các lý do kinh tế hay mở ra một chiến lược loại bỏ ATM.
MPLS được thiết kế cho các dịch vụ trong các mạng gói, nhưng một phiên bản mới là GMPLS thì lại được phát triển cho các mạng toàn quang, bao gồm các kết nối SONET/SDH, WDM và truyền trực tiếp trên sợi quang. GMPLS có khả năng cấu hình các luồng lưu lượng dạng gói và các dạng lưu lượng khác.
GMPLS đã mở ra khả năng đạt được sự kết hợp nhất các mội trường mạng số liệu truyền thống và quang. Tuy nhiên, vẫn còn rất nhiều khó khan khi triển khai GMPLS trên các mạng đã lắp đặt.
+ Công nghệ IP
Sự phát triển của công nghệ IP gắn liền với sự phát triển của mạng Internet. Rất nhiều vấn đề nảy sinh trong mạng Internet cần được giải quyết. Sức mạnh của Internet có thể thuyết phục được chính phủ hầu hết các nước, các công ty lớn nên những dự án lien quan đến Internet được đầu tư thỏa đáng. Ngoài ra, bản than những nha fnghieen cứu đều sử dụng Internet trong cơng việc hàng ngày. Đó là những nhân tố thức đẩy Internet phát triển, hoàn thiện dịch vụ, mở rộng các tính năng mới…
Phiên bản IPv4 đã và đang được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu trong hơn 20 năm qua nhờ thiết kế linh hoạt và hiệu quả. Tuy vậy với sự bùng nổ các dịch vụ và các thiết bị trên Internet hiện nay IPv4 đã bộc lộ những hạn chế. Không gian địa chỉ 32 bit của IPv4 khơng cịn đáp ứng được sự phát triển Internet toàn cầu đến năm 2020. Ngoài ra một số yếu tố khác thúc đẩy việc thay đổi IPv4 là ứng dụng thời gian thực và bảo mật.
Đặc điểm cơ bản của IPv6 có thể tóm tắt như sau: • Khơng gian địa chỉ lớn hơn
• Phân cấp địa chỉ được mở rộng • Định dạng tiêu đề đơn giản
• Hỗ trợ việc tự động cấu hình và đánh số lại • Tăng thêm các tùy chọn
• Khả năng đảm bảo chất lượng của dịch vụ QoS • Khả năng xác nhận và bảo mật
Cùng với việc thiết kế các chi tiết kỹ thuật cho giao thức IP mới (định tuyến, bảo mật…), các nghiên cứu về IPv6 tập trung vào việc chuyển đổi từ IPv4 sang Ipv6. Phiên bản hiện tại của IPv6 cho phép ta mã hóa địa chỉ IPv4 vào địa chỉ IPv6.
Tìm hiểu phương pháp điều khiển IP trên mạng thơng tin quang
SVTH: Hồng Cơng Minh_Lớp CCVT03B 28
WDM
Công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh theo bước song WDM là một công nghệ truyền tải quang cho phép truyền đồng thời nhiều tín hiệu quang thơng qua các bước song khác nhau trên một sợi quang. Điều này cho phép tăng năng lực truyền tải thông tin của sợi quang lên hàng chục tới hàng tram lần (công nghệ này hiện tại đã cho phép xây dựng các hệ thống WDM độ 80 Gbit/s). Hiện nay công nghệ WDM được quang tâm nhiều trong việc lựa chọn giải pháp xây dựng mạng truyền tải quang cho mạng đô thị. Thị trường thương mại đã xuất hiện rất nhiều các sản phẩm truyền dẫn quang WDM ứng dụng cho việc xây dựng mạng MAN. Các hệ thống WDM thương mại này thơng thường có cấu hình có thể truyền đồng thời tới 32 bước sóng với tốc độ 10 Gbit/s và có thể triển khai với các cấu trúc tô-pô mạng mạng vòng ring, mạng vịng ring/mesh hoặc mesh.
Cơng nghệ WDM cho phép xây dựng các cấu trúc mạng “xếp chồng” sử dụng các tô-pô và các kiến trúc khác nhau. Ví dụ, nhà cung cấp có thể sử dụng WDM để mang lưu lượng TDM (như thoại) trên SONET/SDH trên một bước song, trong khi đó vẫn triển khai một cơng nghệ truyền tải dữ liệu (chẳng hạn như GE qua RPR) trên một bước song khác. Thị trường viễn thông Mỹ hiện nay có xu hướng triển khai các mạng WDM với mục đích cung cấp các dịch vụ bước sóng. Cụ thể là đối với mạng đô thị, việc triển khai mạng WDM cho phép cung cấp các bước sóng đến các khách hàng như một phương thức thay thế sợi quang.
Việc sử dụng WDM trong MAN là một phương thức có hiệu quả kinh tế nhất khi cường độ trao đổi lưu lượng trên mạng lớn, tài nguyên về cáp và sợi quang cịn ít. Tuy vậy nếu sử dụng công nghệ WDM chỉ đơn giản là để ghép dung lượng SONET/SDH hiện tại với các mạng vịng ring ngang hàng thì thực tế lại khơng tiết kiệm được các chi phí đầu tư (vì mỗi bước sóng thêm vào lại đòi hỏi một thiết bị đầu cuối riêng tại các nút mạng). Hơn nữa việc quản lý lại trở nên phức tạp hơn khơng có lợi trong việc cung cấp dịch vụ két nối điểm-điểm. Để giải quyết những vấn đề này, các nhà sản xuất cung cấp các thiết bị WDM cho mạng MAN đã đưa thêm một chức năng mới cho phép quản lý lưu lượng ở mức quang. Điều đó đã dẫn đến sự ra đời của một thế hệ các MSPP WDM mới, đây cũng là một loại sản phẩm mạng MAN chính. MSPP WDM có những đóng góp quan trọng như:
• Hỗ trợ được nhiều loại công nghệ và dịch vụ, cả loại hiện có và tương lai
• Cung cấp một nền tảng cho việc chuyển đổi sang một công nghệ và cấu trúc mạng mới, đặc biệt là công nghệ và cấu trúc mạng toàn quang
Rất nhiều nhà cung cấp đang đi theo xu hướng này nhờ sử dụng nhiều phương pháp thích hợp để thực hiện định khung vào trao đổi quang. Hay nói cách khác là họ “gói” các tín hiệu khác theo cơ chế định khung – sử dụng các bộ trao đổi số cung cấp các chức năng giám sát và quản lý và ghép kênh bậc cao. Mục đích của việc định khung quang trong các hệ thống WDM là để sản xuất ra thiết bị nhận diện bước sóng, thiết bị này có thể cang cấp truyền tải cho tất cả các giao thức lớp thấp hơn khác, bao gồm cả SONET/SDH.