Chỉ điều chỉnh lưu lượng cho lớp C và lớp B-EIR (ví dụ FE). Tính tốn tốc độ hợp lý liên quan tới trạm nguồn.
Sắp xếp tốc độ cân đối hợp lý tới sự chỉ định.
Cho phép dung lượng vịng khơng được chỉ định rõ ràng có thể xem như dung lượng có thể dùng được.
Cho phép dung lượng được chỉ định rõ ràng cho lớp con A1 hoặc lớp B- CIR nhưng không được sử dụng cũng có thể xem như dung lượng có thể dùng được.
Hỗ trợ cả hàng đợi chuyển tiếp đơn và hàng đợi chuyển tiếp đôi.
1.2.2.4. Sử dụng lại không gian băng thông (Spatial Reuse).
Sự sử dụng lại băng thông được sử dụng trong vòng Ring nhằm làm tăng thêm hiệu quả sử dụng băng thơng. Điều này có thể thực hiện được vì lưu lượng unicast chỉ được chuyển đi trên phần vịng Ring giữa trạm nguồn và trạm đích, chứ khơng đi trên tồn bộ vịng Ring như các giao thức token ring và FDDI.
Trong ví dụ dưới đây cho phép 2 trạm S1 và S4 cùng gửi dữ liệu ra vịng Ring. Với đặc tính này cho phép sử dụng cả 2 vịng Ring để truyền dẽ liệu, khơng dành trước băng thơng dự phịng
Hình 1.18 mơ tả ví dụ sử dụng lại băng thơng:
Hình 1.18. Sử dụng lại băng thông.
1.2.3. Truyền tải Ethernet( Ethernet Transport) [7].
Sự trưởng thành của Ethernet so với TDM như giao diện truy cập, nhưng Ethernet không giới hạn bởi một cơng nghệ truy cập mà Ehernet cịn được mở rộng như một công nghệ truyền tải trong MAN. Từ năm 2000 Metro Ethernet triển khai nhiều kiểu và nhìều dạng, khi Ethernet được sử dụng như công nghệ truyền tải, mạng truy cập có thể được xây dựng cả dạng Ring và Hub-and-Spoke.
1.2.3.1. Cấu hình GE dạng Hub-and-Spoke.
Trong cấu hình GE Hub-and-Spoke, chuyển mạch Ethernet được triển khai trong tòa nhà gần với POP hoặc CO. Các kết nối sử dụng cáp quang với bước sóng sử dụng WDM. Đây là phương án triển khai tương đối tốn kém bởi chi phí của cáp quang. Với mơ hình Hub-and-Spoke thì băng thơng trong mỗi tịa nhà có thể mở rộng, bởi vì mỗi tồ nhà có đủ cáp quang dự phịng. Cơ chế bảo vệ có thể đạt được
giống như link aggregation 802.3ad hoặc dual-homed. Với link aggregation, 2 sợi quang được tập trung vào một ống to hơn và được kết nối tới CO. Lưu lượng cần bằng tải giữa 2 sợi và khi một sợi bị fail thì tải sẽ tràn cả sang sợi còn lại. Điều này cũng thừa nhận rằng 2 sợi quang chạy qua 2 ống khác nhau tới CO được bảo vệ tốt hơn.
Hình 1.19 mơ tả kết nối giữa tịa nhà 1 và CO:
CO: Central Office
Hình 1.19. Mơ hình Ethernet Hub-and-Spoke.
Một phương pháp khác là dual-homed, sợi quang vào các chuyển mạch khác nhau tại CO, trên hình vẽ tịa nhà 1 và 2. Điều này tạo ra nhiều phức tạp hơn bởi vì STP phải chạy giữa tịa nhà và CO, gây ra lãng phí lưu lượng vì có thể một dual- home bị block.
1.2.3.2. GE RING.
Phần lớn triển khai sợi quang trong mạng Metro được đặt trong vòng Ring. Bởi vậy, cấu hình RING là tự nhiên để thực hiện và kết quả là tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên nó cũng phụ thuộc vào từng hồn cảnh và tùy từng mơ hình triển khai. Triển khai RING có thể cực kỳ hiệu quả với nhà cung cấp này nhưng lại có bất tiện với nhà cung cấp khác. RING GE là một chuỗi các kết nối điểm-điểm giữa các chuyển
mạch được đặt trong tòa nhà và CO. RING GE có thể tạo ra nhiều vấn đề cho nhà khai thác bởi vì cơ chế bảo vệ và giới hạn về băng thông. Dung lượng của RING là vấn đề chính, RING GE chỉ có dung lượng là 1GB để chia sẻ cho toàn bộ toàn nhà và một phần dung lượng khơng sẵn sàng vì STP đã block một phần RING để chống loop.
GE : Gigabit Ethernet CO: Central Office
Hình 1.20. Vịng Ring Gigabit Ethernet
Với hoạt động chuyển mạch Ethernet L2 thì RING trở thành tập hợp các kết nối điểm -điểm. Nếu khi có sợi quang bị đứt thfi STM block một phần của Ring để chống lại bão broadcast bởi loop. Bão broadcast xuất hiện khi một gói khơng biết đâu là đích để tới. Thuật tốn STP sử dụng BPDU để phát hiện ra loop và block lại, STP mất khoảng 30-60s để hội tụ, RSTP hội tụ nhanh hơn. Khi sợi quang bị đứt, STP điều chỉnh lại và đường mới giữa các node khác nhau được thiết lập
Hình 1.21. Bảo vệ (Spanning Tree).
Mặc dù RING 10GE sẽ làm giảm bớt vấn đề nghẽn, giải pháp khởi tạo cho 10GE với chi phí cao. Thiết bị ban đầu với giao diện 10GE thiết kế cho mạng lõi hơn là xây dựng mạng truy cập. Với giải pháp 10GE thì chi phí cho mạng truy cập phải giảm bớt thì mới là giải pháp khả thi.
Chúng ta đã xem xét các cơng nghệ khác nhau có thể sử dụng cho kết nối vật lý của Metro. EoS, RPR và Ethernet Transport là các phương pháp có thể để triển khai dịch vụ Metro Ethernet. EoS là giải pháp có thể triển khai dịch vụ Ethernet trên nền tảng hạ tầng sẵn có. Để có được hiệu quả hơn khi VCAT cho phép ánh xạ các ống Ethernet vào Ring SONET/SDH. RPR là giải pháp hấp dẫn và được quan tâm bởi vì giải pháp này có mức độ hồi phục tốt khi có lỗi và giải quyết tương đối hiệu quá vấn đề băng thông của Ring SONET/SDH. Ethernet như một công nghệ truyền tải là cách đơn giản và hiệu quả để triển khai dịch vụ Ethernet. Tuy nhiên giải pháp này thừa hưởng nhiều thiếu sót của mạng Ethernet chuyển mạch tầng 2. Nhiều chức năng vẫn cần được đưa ra trên thiết bị Metro để truyền tải dịch vụ như kết nối
Internet và dịch vụ VPN. Ethernet luôn sử dụng trong môi trường một khách hàng đơn lẻ như một mạng doanh nghiệp. Giờ đây môi trường nhiều khách hàng được truyền tải dịch vụ trên cùng một loại thiết bị tới các khách hàng khác nhau qua mạng truyền tải chia sẻ. Vì thế vấn đề dịch vụ ảo và mở rộng dịch vụ trở thành một vấn đề nan giải. EoMPLS trở thành một giải pháp khả thi để triển khai dịch vụ Metro Ethernet. Mặt phẳng điều khiển MPLS truyền tải hầu hết các chức năng còn thiếu trong mạng chuyển mạch Ethernet như khả năng mở rộng và sự hồi phục. Chúng ta sẽ nghiên cứu công nghệ MPLS ở chương 3 của tài liệu này.
Kết luận: Trong phạm vi chương 1 này, tác giả mong muốn giới thiệu được một
cách ngắn gọn nhất, tường minh nhất các khái niệm của mạng Metro, lịch sử hình thành và phát triển của mạng Metro. Bên cạnh đó giới thiệu được một số công nghệ tiêu biểu được sử dụng nhiều trong mạng Metro cũng như các dịch vụ được khai thác và triển khai trên nền mạng Metro một cách chung nhất.
CHƢƠNG 2: CÁC MƠ HÌNH KIẾN TRÚC MẠNG TIÊU BIỂU
2.1. Mơ hình mạng của Cisco.
2.1.1. Chức năng của các thiết bị trong mạng [5,6].
Để hiểu rõ hơn mơ hình mạng MEN của Cisco chúng ta xem xét vai trò của các thiết bị trong mạng:
2.1.1.1. NPE Router (Network Provider Edge).
NPE là thiết bị nằm giữa hệ thống lớp 3 trong lõi và hệ thống truy xuất lớp 2. Router 7609 sẽ đóng vai trị này trong hệ thống mạng MEN. NPE router thực hiện các nhiệm vụ sau:
Cổng cung cấp các dịch vụ MPLS và IP. Định nghĩa các dịch vụ EoMPLS.
Lớp cung cấp dịch vụ VPN lớp 3.
Chuyển mạch nội bộ cho các dịch vụ Ethernet. Quản lý nghẽn và lưu lượng.
2.1.1.2. P Router (Provider Router).
P Router là thiết bị trng mạng lõi của nhà cung cấp dịch vụ (ISP) để thực hiện chuyển mạch nhãn MPLS. Mạng lõi của nhà cung cấp dịch vụ bao gồm nhiều P Router và NPE kết nối để cung cấp kết nối MPLS xuyên suốt. Trong hệ thống mạng MAN, các router 7609 cũng đảm nhận các chức năng P router. Chức năng chính của P router:
Cung cấp các kết nối backbone tin cậy để kết nối các NPE.
Cung cấp không gian điều khiển có khả năng mở rộng cho các dịch vụ L2 VPN và MPLS VPN.
Cho phép quản lý lưu lượng.
2.1.1.3. UPE (User Provider Edge).
UPE là thiết bị nằm giữa hệ thống mạng của nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng. UPE thông thường là một thiết bị lớp 2 đặt ở khách hàng nhưng thuộc quyền sở hữu và quản lý của nhà cung cấp dịch vụ. Trong hệ thống mạng MEN, các Switch 3750 sẽ giữ vai trị UPE. Chức năng chính của UPE là:
Cung cấp nhiều UNI (User to Network Interface) để kết nối đến các CE (Customer Equipment) khách hàng.
Xác định các dịch vụ Ethernet bằng cách sử dụng 802.1q tunneling hay 802.1q tagging.
Điều khiển các chính sách quản lý dịch vụ. Cho phép điều khiển lưu lượng và nghẽn.
2.1.2. Mơ hình kết nối vật lý.
Hình trên mơ tả mơ hình mạng MEN tiêu biểu của Cisco bao gồm 3 router P đóng vai trị mạng Core MPLS, 3 router biên NPE, mỗi router biên NPE kết nối với 3 router UPE, từ các router UPE này thì các site của khách hàng mà đại diện là CE được nối vào. Cụ thể các router P được kết nối với nhau qua đường GE hoặc 10GE và được đấu nối theo dạng RING, có thể là RING Ethernet thường hoặc RING RPR tùy theo nhu cầu và mơ hình triển khai thực tế. Các router P này cùng chạy chung một giao thức định tuyến do nhà cung cấp quy định và đều chạy MPLS trên các giao diện kết nối trực tiếp nếu là MPLS Core và khơng cần nếu chúng đóng vai trị là một Core bình thường. Ngồi ra các router P cịn cung cấp giao diện kết nối GE đến các Router biên là NPE. Các router biên NPE cung cấp kết nối GE xuống các router UPE, và các router UPE thì cung cấp các kết nối GE để kết nối uplink lên NPE và FE , GE hướng downlink xuống CE tại các site của khách hàng.
2.1.3. Giới thiệu một số Router của Cisco. 2.1.3.1. Router 7609. 2.1.3.1. Router 7609.
Router 7609 có khả năng định tuyến ở lớp Internet. Nó cung cấp các bộ đệm thích hợp, các giao tiếp SONET/SDH, các giao thức định tuyến IP yêu cầu trong môi trường nhà cung cấp dịch vụ và đầu cuối khách hàng. Những chức năng nổi bật của 7609:
Dung lượng chuyển mạch 720Gbps.
Thực hiện chuyển tiếp gói lên đến 30Mpps. Khả năng mở rộng cao.
Đạt hiệu quả cao với các dịch vụ vận chuyển lớp 2 qua mạng lõi MPLS lớp 3.
Hỗ trợ chất lượng dịch vụ IP từ đầu cuối đến đầu cuối. Hỗ trợ MPLS VPN ở lớp 2 và lớp 3.
Hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng trên nền MPLS.
Hỗ trợ chuyển mạch MPLS trong mạng Core của nhà cung cấp dịch vụ. Router 7609 cung cấp cho các nhà thiết kế và quản trị mạng một số lựa chọn về ứng dụng dựa trên mạng lõi MPLS ở lớp 3. Những ứng dụng đó có thể kết hợp lại với nhau theo nhu cầu của nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng. Các ứng dụng bao gồm:
VPN lớp 2 trên nền MPLS. VPN lớp 3 trên nền MPLS. Chất lượng dịch vụ (QoS).
Kỹ thuật lưu lượng (TE-Traffic Engineering).
Router 7609 có 9 slot, mỗi slot có các chức năng khác nhau, trong đó slot 5, 6 dành riêng cho các card điều khiển (super engine). Các slot còn lại sử dụng cho các module và line card. Router 7609 có sử dụng các loại module sau:
Module WS-SUP 720-3B: Đây là module cung cấp các chức năng quản lý hoạt động của router 7609. Các chức năng thực hiện trên phần cứng cho các
ứng dụng chuyển tiếp IP, MPLS VPN lớp 2 và lớp 3, Ethernet over MPLS (EoMPLS) với QoS và các chức năng bảo mật. WS-SUP720-3B có khung chuyển mạch với tổng dung lượng 720 Gbps, được phân bố tới mỗi slot 40Gbps (cho phép line card 4 port 10GE hay 48 port 10/100/1000Mbps). Hiện tại router 7609 sử dụng 2 module WS-SUP 720-3B trên 2 slot 5 và 6, trong đó slot 5 sẽ hoạt động còn slot 6 ở chế độ dự phòng.
Module WS-X6148-GE-TX: cung cấp 48 port 1000Base-TX, sử dụng cáp UTP CAT 5e hoặc CAT 6. Module này cung cấp các port GE nối tới các CE của khách hàng.
Module WS-X6724-SFP: cung cấp 24 port GE LX/LH sử dụng module SFP và cáp quang đơn mode. Các port của module này được sử dụng làm các link cho UPE.
Module OSM-2OC48/1DPT-SI cung cấp kết nối POS hoặc DPT. Module này có 2 port POS OC48. Nếu mạng MEN dùng cơng nghệ RPR thì module này được cài đặt ở chế độ DPT (Dynamic Packet Transfer). Khi đó 2 port POS sẽ trở thành Side A và Side B của 1 port SRP.
2.1.3.2. Switch 3750G-24TS.
Hình 2.3. Switch 3750-24TS.
Trong hệ thống mạng MAN, Switch 3750 có thể giữ vai trị là các UPE. Cấu trúc phần cứng bao gồm :
24 port Ethernet 10/100/1000Mbps. 2 port SFP giao tiếp với khách hàng. 2 port SFP sử dụng cho đường uplink.
Module SFP ( Small from –Factor) :
Hình 2.4. Module SFP
Có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu từ điện sang tín hiệu quang đơn mode với tốc độ GE. Giao tiếp quang có dạng LC.
Hình 2.5. Đầu cắm LC.
2.1.4. Một số dịch vụ tiêu biểu của Cisco [5,6]. 2.1.4.1. Dịch vụ EWS (Ethernet Wire Service). 2.1.4.1. Dịch vụ EWS (Ethernet Wire Service).
Đây là dịch vụ cung cấp các kết nối điểm nối điểm giữa 2 site của khách hàng cho cả dữ liệu và thông tin điều khiển ở lớp 2. Các site của khách hàng xem như trên cùng một mạng LAN. EWS là một tập con được định nghĩa bởi IETF
VPWS (Internet Engineering Task Force – Virtual Private Wire Service). Tất cả khung dữ liệu được đóng gói vào 802.1q tag để truyền trong suốt qua mạng của nhà cung cấp dịch vụ. Ở dịch vụ này khơng có sự ghép kênh ở giao tiếp UNI, do đó sẽ cung cấp EVC (Ethernet Virtual Connection) cho mỗi UNI.
Với dịch vụ này, nhà cung cấp dịch vụ sẽ cấp cho khách hàng một VLAN-ID duy nhất. VLAN-ID này có thể khác nhau trên 2 phía của mạng Core, dữ liệu của khách hàng sẽ được chuyển tiếp (relay) thông qua hệ thống MPLS bằng kỹ thuật EoMPLS.
CPE : Customer Premise Equipment IP : Internet Protocal
MPLS : Multiprotocol Label Switching
Hình 2.6. Dịch vụ EWS.
2.1.4.2. Dịch vụ ERS (Ethernet Relay Service).
ERS là dịch vụ cung cấp cho khách hàng các kết nối điểm nối điểm giữa 2 site của khách hàng. Nhưng ở đây khác với dịch vụ EWS là chỉ chuyển dữ liệu, không chuyển các khung PDU điều khiển của CE (Customer Equiment). ERS cũng là một tập con được định nghĩa bởi IETF VPLS. Dịch vụ này tương tự như dịch vụ Frame Relay, trong đó ERS dùng các VLAN ID được dùng để xác định các mạch ảo. Mỗi mạch ảo có thể kết thúc ở một điểm đầu xa khác. Nhiều mạch ảo có thể tạo trên cùng một cổng vật lý (UNI). Tuy VLAN ID được dùng để xác định mạch ảo, nhưng nó chỉ có giá trị nội bộ, khơng yêu cầu phải giống VLAN ID ở phía xa.
PE : Provider Edge. VC : Virtual Circuit VLAN : Virtual Local Area Network
Hình 2.7. Dịch vụ ERS.
2.1.4.3. Dịch vụ EMS (Ethernet Multipoint Service).
EMS cung cấp dịch vụ VPN lớp 2, trong đó bao gồm nhiều site kết nối với nhau. Các site ở các địa điểm vật lý khác nhau tham gia vào cùng một mạng LAN. Đây là dịch vụ băng thơng cao tương thích với các ứng dụng yêu cầu băng thông từ trung bình đến cao. Cisco cung cấp EMS thông qua lõi 802.1q (Switched LAN) hoặc IP/MPLS.
2.1.4.4. Dịch vụ ERMS (Ethernet Relay Multipoint Service).
Dịch vụ này có các đặc tính tương tự như ERS. Dịch vụ ERMS bao gồm 2 loại dịch vụ P2MP (Point to Multipoint) và MP2MP (Multipoint to Multipoint) sử dụng cấu trúc VPLS. Các PDU điều khiển của CE không được chuyển tiếp qua mạng của nhà cung cấp dịch vụ. Nhiều CE-VLAN có thể dùng ánh xạ tới một UNI. Tuy nhiên, các CE-VLAN khơng trong suốt mà nó được định nghĩa bởi nhà cung cấp dịch vụ.
UNI: User Network Interface.
Hình 2.9. Dịch vụ ERMS.