3.1.2.1 IP/ATM/SDH cho truyền dẫn WDM
Truyền tải IP qua ATM đ−ợc thực hiện qua nhiều giao thức IP. ATM cổ điển, Lan mô phỏng, đa giao thức qua ATM… để truyền tải trong các tuyến WDM, phần lớn các định dạng truyền dẫn chuẩn sử dụng khung SDH. Ngăn giao thức cho giải pháp này đ−ợc trình bày trong bảng 3.1.
Hình 3.2 Ví dụ IP/ATM/SDH cho truyền tải qua mạng WDM
Hình 3.2 biểu diễn kiến trúc mạng khả thi sử dụng IP/ATM/SDH qua WDM. Theo kịch bản này, các gói IP đ−ợc phân tách trong các tế bào ATM và đ−ợc gán vào. Kết nối ảo (VC) qua card đ−ờng truyền SDH/ATM trong bộ định tuyến IP. Tiếp đến các tế bào ATM đ−ợc đóng trong khung SDH và đ−ợc gửi tới chuyển mạch ATM hoặc trực tiếp tới bộ Transponder WDM để truyền tải qua lớp mạng quang.
http://www.ebook.edu.vn
Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Trung, Lớp D99VT 41
Hiện tại, một cách thực hiện đảm bảo QoS cho dịch vụ IP là cung cấp một băng tần cố định giữa các cặp thiết bị định tuyến IP cho từng khách hàng (quản lý QoS lớp 2). ATM cung cấp tính năng thực hiện điều này với tính năng hạt băng tần thay đổi nhờ các Kênh ảo cố định (PVC) linh hoạt, tất cả nằm trong luồng ảo (VP). Hoặc cũng có thể sử dụng ph−ơng pháp ghép kênh thống kê cho phép ng−ời sử dụng có thể truy nhập băng tần phụ thuộc trong khoảng thời gian ngắn. Điều này đảm bảo băng tần tuỳ ý và cố định từ 1 Mb/s đến vài trăm Mb/s cho các khách hàng khác nhau. Ngoài ra, với tính hạt mịn của băng tần có thể cho phép các bộ định tuyến IP kết nối logic dạng Mesh một cách dễ dàng, do trễ đ−ợc giảm thiểu giữa các bộ định tuyến trung gian. Một lợi điểm khác của việc sử dụng giao thức mức chất l−ợng dịch vụ tuỳ theo theo ứng dụng yêu cầu. Đối với l−u l−ợng IP (thực chất là phi kết nối), mạng ATM sẽ là chủ yếu sử dụng hợp đồng l−u l−ợng UBR (tốc độ bit không xác định). Nếu các ứng dụng IP nào đó cần đó cần mức QoS riêng, đặc biệt với các ứng dụng thời gian thực cần sử dụng năng lực chuyển giao (ATC) khác nh− tốc độ bit không đổi (CBR) hoặc tốc độ VBR-rt. Tuy nhiên, khi sắp xếp các gói tin IP có độ dài thay đổi vào các tế bào ATM có độ dài cố định chúng ta phải cần đến phần mào đầu phụ (do gói một gói IP có thể cần đến nhiều tế bào ATM) và đây đ−ợc gọi là thuê bao tế bào. Sự khác biệt về kích th−ớc cũng tạo ra yêu cầu lắp đầy khoảng trống trong các tế bào mà có phần mào đầu phụ. Một trong các giải pháp để ngăn chặn yêu cầu trên là sắp xếp các gói trực tiếp liền kề nhau, nh−ng điều này cũng đồng nghĩa với việc tăng rủi ro mất hai gói liền nhau khi tế bào bị mất.
IP/ATM cũng có thể đ−ợc sử trong MPLS. Trong tr−ờng hợp, PVC không đ−ợc thiêt lập từ hệ thống quản lý ATM mà linh hoạt từ giao thức MPLS. Đối với MPLS dựa trên ATM mà linh hoạt từ giao thức MPLS dựa trên ATM, nhãn có thể đ−ợc l−u l−ợng trong VCI ATM.
IP Gói trong các gói có độ dài 250 đến 65535 byte
LLC/SNAP Điều kiển Logic (RFC 1483). Thêm 8 byte mào đầu cho gói IP để tạo nên “PDU” (khối số liệu giao thức) ATM dài tới 65535 byte.
AAL5 Thích ứng ATM lớp 5 (khuyến nghị ITU I-363). Thêm 8 byte mào đầu (tr−ờng độ dài và 4 byte CRC) cộng thêm 0-47 byte tr−ờng nhồi để tạo nên một PDU AAL5 (vừa vặn với tải ATM 53 byte).
ATM Phân tách PDU AAL5 thành các tải 48 byte sau đó thêm 5 byte mào đầu cho mối tải đó để tạo nên tế bào ATM 53 byte. SDH Đ−a các tế bào ATM vào trong một VC-4 hoặc ghép chuỗi tải
VC-4 của SDH (khuyến nghị ITU G.707). Thêm mào đầu đoạn SDH (81 byte con trỏ AU) và mào đầu luồng 9 byte VC- 4 vào 2340 byte tải VC-4 SDH. Đối với chuỗi ghép nối VC-4,
http://www.ebook.edu.vn
Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Trung, Lớp D99VT 42
tải V4-Xc sẽ dài X*2340. Tải đ−ợc trộn theo đa thức 1+x43
để tạo ra mật độ chuyển tiếp phù hợp cho việc khôi phục đồng hồ SDH. Mào đầu luồng và đoạn SDH chứa các phần nhận dạng và tr−ờng kiểm tra lỗi (BIP-n) để giám sát chỉ tiêu cũng nh− các kênh thông tin cho mục đích quản lý mạng truyền tải
3.1.2.2 IP/ATM trực tiếp trên WDM
Một giải khác là truyền tải trực tiếp bào ATM bao gói IP trên kênh WDM. Kịch bản này giống nh− kịch bản trên theo quan điểm kiến trúc. Sự khác biệt ở đây là các tế bào ATM không đ−ợc đóng trong các khung SDH mà chúng đ−ợc gửi trực tiếp qua môi tr−ờng vật lý bằng sử dụng tế bào ATM tạo trên lớp vật lý.
Tế bào tạo trên lớp vật lý là một kỹ thuật t−ơng đối mới đối với truyền tải ATM. Tế bào dựa trên cơ chế vật lý đã đ−ợc phát triển riêng cho giao thức ATM, kỹ thuật này không hộ trợ cho bất kỳ giao thức nào ngoài những giao thức thiết kế cho ATM.
Một số −u điểm của việc sử dụng tế bào dựa trên giao diện SDH nh− trình bày ở trên:
9 Kỹ thuật truyền dẫn đơn giản đối với tế bào ATM cũng nh− các tế bào đ−ợc gửi trực tiếp trên môi tr−ờng vật lý.
9 Mào đầu lớp vật lý ít hơn (khoảng 16 lần so với SDH).
9 ATM là ph−ơng thức không đồng bộ nên đòi hỏi cơ chế định thời nghiêm ngặt với mạng.
Tuy nhiên, nh−ợc điểm các giải pháp này là phần mào đầu cũng lớn t−ơng tự nh− đối với truyền tải SDH, công nghệ này không đ−ợc các nhà công nghiệp phát triển rộng rải, với kỹ thuật truyền dẫn này chỉ có thể mang riêng các tế bào ATM.
Tế bào ATM dựa trên các lớp vật lý đ−ợc định nghĩa trong một số tổ chức chuẩn, 155Mb/s và 622Mb/s của ITU, và tại Diễn Đàn ATM đã hoàn thành chỉ tiêu tốc độ 622Mb/s và 2488Mb/s.
http://www.ebook.edu.vn
Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Trung, Lớp D99VT 43
3.1.2.3 IP/SDH hoặc Packet trên SONET (POS)
Các khung SDH đ−ợc dùng để tạo nên khung bao gói IP đơn giản cho truyền dẫn WDM bằng bộ Transponder (thích ứng b−ớc sóng) hoặc truyền tải l−u l−ợng IP trong khung SDH qua mạng truyền tải SDH cùng với l−u l−ợng khác sau đó mới sử dụng các tuyến WDM.
Giải pháp này tận dụng các −u điểm của SDH để bảo vệ l−u l−ợng IP chống lại sự cố đứt cáp nhờ chức năng chuyển mạch tự động (APS). Điều này cũng có thể thực hiện trong lớp mạng quang dựa trên WDM.
Card đ−ờng truyền trong bộ định tuyến IP thực hiện tạo khung PPP/HDLC. Tín hiệu quang phải phù hợp với truyền dẫn qua môi tr−ờng sợi quang trong phần tử mạng SDH hoặc bộ Transponder WDM. Có một số kiểu giao diện IP/SDH:
9 VC4 hoặc “ống“ kết chuỗi VC 4 cung cấp băng tần tổng hợp, không có bất cứ sự cố phân chia nào giữa các dịch vụ IP hiện diện trong luồng gói.
9 Giao diện kênh hoá, ở đây đầu ra quang STM-16 có thể chứa trong 16 VC 4 riêng rẽ với dịch vụ phân biệt cho từng VC 4. VC 4 khác nhau cũng có thể đ−ợc định tuyến qua mạng SDH tới các bộ định tuyến đích khác.
Phiên bản IP/WDM đ−ợc xem xét ở đây sử dụng giao thức PPP và khung HDLC. Phiên bản này cũng đ−ợc biết với tên gọi khác POS hoặc gói trên SONET. PPP là một ph−ơng pháp chuẩn để đóng gói các gói IP và các kiểu gói khác cho truyền dẫn qua nhiều môi tr−ờng từ đ−ờng điện thoại t−ơng tự đến SDH, và cũng bao gồm chức năng thiết lập và giải phóng các tuyến (LCP). HDLC là phiên bản chuẩn hoá của SDLC theo ISO, giao thức này đ−ợc IBM phát triển trong những năm 1970. Khung HDLC chứa dãy cờ phân định ranh giới ở điểm đầu và điểm cuối của khung cùng một tr−ờng kiểm soát lỗi.
IP Gói số liệu có độ dài cực đại 65535.
PPP Đóng khung gói theo PPP (RFC 1661). Thêm “tr−ờng giao thức“ một hoặc hai byte và thực hiện nhồi theo lựa chọn. PPP cũng cung cấp giao thức thiết lập tuyến nh−ng không phải là quyết định trong IP/SDH.
HDLC Tạo khung (RFC 1662). Thêm một byte cờ để chỉ thị điểm bắt đầu của khung, hơn hai byte cho mào đầu và 2 byte cho kiểm tra khung tạo ra khung có độ dài tới 1550 byte. Cùng với PPP, HDLC tạo
http://www.ebook.edu.vn
Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Trung, Lớp D99VT 44
thành 7 hoặc 8 byte mào đầu tiên vào gói IP.
SDH Đặt các khung HDLC trong tải VC 4 hoặc VC 4 kết chuỗi (RFC 1619). Thêm mào đầu đoạn SDH (81 byte gồm cả con trỏ AU) và 9 VC 4 byte. Mào đầu luồng vào 2340 byte tải VC 4 SDH. Đối với VC 4 kết chuỗi, tải VC4 có độ dài X*2340. Giống nh− ATM, đa thức 1+x43 đ−ợc sủ dụng cho trộn tín hiệu để giảm thiểu rủi ro ng−ời sủ dụng truy nhập với mục đích xấu mà có thể gây mất đồng bộ mạng.
Bảng 3.2 Các giao thức sử dụng cho IP/SDH
3.1.2.4 Giao thức đa truy nhập qua SONET (MAPOS)
Giao thức MAPOS là giao thức lớp tuyến số liệu hộ trợ IP trên SDH. Giao thức MAPOS cũng đ−ợc gọi vơi một tên gọi khác là Packet Over Lightwave (POL). Đây là một giao thức chuyển mạch gói phi kết nối dựa trên việc mở rộng khung POS (PPP-HDLC) đ−ợc NTT phát triển. Tr−ớc đây MAPOS đ−ợc phát triển với mục đích mở rộng dung l−ợng tốc độ cao SONET cho mạng LAN nh−ng hiện nay sự hiện diện của Gigabit Ethernet d−ờng nh− đã làm ng−ời ta quên lãng nó. Hiện tại cũng có một số chuyển mạch MAPOS đ−ợc thử nghiêm tại Nhật Bản.
Trong hình 3.3 là biểu diễn khung MAPOS thế hệ 1 và 2. Giao thức MAPOS/POL đ−ợc xem nh− là sự mở rộng thành phần khung HDLC. Các tr−ờng hợp truyền trong MAPOS là:
9 Dãy cờ, sử dụng cho đồng bộ khung.
9 Địa chỉ, chứa địa chỉ đích HDLC (8 bit trong phiên bản 1 và 16 bít trong phiên bản 2).
9 Điều khiển là tr−ờng có giá trị 0x03, trong HDLC nghĩa là khung thông tin không đánh số với bit Poll/Final đ−ợc thiết lập bằng 0.
9 Giao thức, xác định giao thức cho việc bao gói số liệu trong tr−ờng thông tin của nó.
9 Thông tin, chứa gói số liệu tối đa là 64 Kb.
9 Dãy kiểm tra khung, đ−ợc tính trên khắp các bít mào đầu, giao thức, và tr−ờng tin.
Việc thực hiện giao thức MAPOS trong bộ định tuyến IP chuẩn với các giao diện POS đã đ−ợc thực hiện trong một khoảng thời gian ngắn. Chỉ có thêm
http://www.ebook.edu.vn
Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Trung, Lớp D99VT 45
hai chức năng mới đ−ợc thêm vào trong MAPOS là giao thức chuyển mạch nút (NSP) và giao thức phân chia địa chỉ (ARP)
Cờ Địa chỉ
đích
Điều khiển
Giao thức Tr−ờng thông tin FCS
0x7E 8 bit 0x03 16 bit 0-65280 byte 16/32 bit
Cờ Địa chỉ đích Giao thức Tr−ờng thông tin FCS
0x7E 8 bit 16 bit 0-65280 byte 16/32 bit
Hình 3.3 Khung MAPOS Phiên bản 1 và Phiên bản 2
3.1.2.5 IP/SDL trực tiếp trên WDM
Tuyến số liệu đơn giản (SDL) là một ph−ơng pháp lập khung đ−ợc Lucent đề xuất. So với HDLC, khung SDL không có cờ phân ranh giới thay vì đó nó đ−ợc sử dụng tr−ờng độ dài gói tại điểm bắt đầu khung. Điều này rất thuận lợi khi thực hiện ở tốc độ bít cao khi mà việc đồng bộ là rất khó. Định dạng SDL có thể đ−a vào trong tải SDH cho truyền dẫn WDM hoặc thiết bị SDH. Định dạng này cũng có thể đ−ợc mã hoá trực tiếp trên các sóng mang quang: SDL định rõ khả năng tối thiểu để thực hiện điều này.
SDL sử dụng 4 byte mào đầu gồm độ dài gói . Gói có thể có độ dài tới 65535 byte. Các mã kiểm tra lỗi phụ (CRC-16 hoặc CRC-32) có thể tuỳ chọn để sử dụng cho gói và nó có thể bị thay thế sau mỗi gói. Tất cả các bit mào đầu đ−ợc trộn theo bộ trộn x48. Các bộ trộn của phần phát và thu đ−ợc duy trì đồng bộ qua các gói đặc biệt truyền không th−ờng xuyên.
SDL không có bất kỳ byte thêm nào dành cho các giao thức chuyển mạch bảo vệ (giống nh− byte K1 và K2 của SDH). Sử dụng các CRC còn cho phép giảm sát tỷ lệ lỗi bit.
3.1.2.6 IP/Gigabit Ethernet cho WDM.
Hiện nay, Ethernet chiếm tới 85% trong số những ứng dụng của mạng Lan. Chuẩn Gigabit Ethernet có thể đ−ợc sử dụng để mở rộng dung l−ợng Lan tiến tới Man và thậm chí cả Wan nhờ Card đ−ờng truyền Gigabit trong các bộ định tuyến IP, những Card này có giá thành rẽ hơn tới 5 lần so với card đ−ờng truyền cung dung l−ợng sử dụng công nghệ SDH. Nhờ đó, Gigabit Ethernet trở
http://www.ebook.edu.vn
Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Trung, Lớp D99VT 46
nên hấp dẫn hơn trong môi tr−ờng Metro để truyền tải l−u l−ợng IP qua các mạch vòng WDM hoặc thậm chí cho cả các tuyến WDM cự ly dài. Hơn thế nữa, các cổng Ethernet 10 Gb/s sẽ đ−ợc chuẩn hoá trong t−ơng lai.
Hình 3.4 biểu diễn ví dụ mạng IP dựa trên giao diện Gigabit Ethernet. Các card đ−ờng truyền Gigabit Ethernet hoặc chuyển mạch Ethernet lớp 2 nhanh đ−ợc sử dụng cho các bộ định tuyến IP trong mạng.
Hình 3.4 Ví dụ về truyền tải IP trên vòng ring WDM bằng khung Gigabit Ethernet
Mạng Ethernet có tốc độ thấp (ví dụ 10 Base-T hoặc 100 Base-T) sử dụng kiểu truyền hoàn toàn song công, ở đây băng tần truyền dẫn hiệu dụng đ−ợc chia sẽ cho tất cả những ng−ời sử dụng và gữa hai h−ớng truyền dẫn. Để kiểm soát sự truy nhập vào băng tần chia sẻ có thể sử dụng công nghệ CSMA-CD. Điều này sẽ làm giới hạn kích th−ớc vật lý của mạng vì thời gian chuyển tiếp không đ−ợc v−ợt quá “khe thời gian“ có độ dài khung nhỏ nhất (chẳng hạn 512 bit đối với 10 Base-T và 100 Base-T). Nếu tốc độ bít là 1Gb/s mà sử dụng độ dài khung nhỏ nhất là 512 bit thì mạng Ethernet chỉ đạt đ−ợc chừng 10 mét, vì thế độ dài khung tối thiểu trong tr−ờng hợp này đ−ợc định nghĩa bằng 4096 bit cho Gigabit Ethernet. Điều này hiện làm giới hạn kích th−ớc mạng trong pham vi 100 mét. Tuy nhiên, kiểu hoàn toàn song công vẫn còn hấp dẫn trong môi tr−ờng Gigabit Ethernet.
Khi Gigabit Ethernet (1000Base-X) sử dụng kiểu song công nó trở thành một ph−ơng pháp tạo khung và bao gói đơn giản và tính năng CSMA-CD không
http://www.ebook.edu.vn
Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Trung, Lớp D99VT 47
còn đ−ợc sử dụng. Chuyển mạch Ethernet cũng đ−ợc sử dụng để mở rộng topo mạng thay thế cho các điểm-điểm.
Cấu trúc khung Gigabit Ethernet biểu diễn trong hình 3.5. Độ dài cực đai của Gigabit Ethernet là 1500 byte nh−ng có thể mở rộng tới 9000 byte (Khung Jumbo) trong t−ơng lai. Tuy nhiên, kích th−ớc tải lớn hơn sẽ khó thích hợp với các chuẩn Ethernet tr−ớc đây và hiện tại cũng ch−a có chuẩn nào cho vấn đề này.
Phần trống 12
Phần mào đầu 7
Phân định ranh giới bắt đầu 1
Địa chỉ đích 6
Địa chỉ nguồn 6
Độ dài khung 2
Tr−ờng điều khiển tuyến logic+tải tin (độ dài tối đa là 1500 byte)
. .
Dãy kiểm tra khung 4
Tổng số mào đầu 38
Hình 3.5Khung Gigabit Ethernet
Khung Ethernet đ−ợc mã hoá trong sóng mang quang sử dụng mã 8B/10B. Trong 8B/10B mỗi byte mã hoá sử dụng 10 bit nhằm để bảo mật chuyển tiếp phù hợp trong tính hiệu khôi phục đồng hồ. Do đó thông l−ợng đầu ra 1Gb/s thì tốc độ đ−ờng truyền là 1,25Gb/s. Việc mã hoá cũng đ−ợc đảm bảo chu kỳ trống đ−ợc lấp đầy ký hiệu có mật độ chuyển tiếp phù hợp giữa trạng thái 0 và 1 khi các gói không đ−ợc phát đi nhằm đảm bảo khả năng khôi phục đồng hồ.
Gigabit Ethernet cung cấp một số CoS nh− định nghĩa trong tiêu chuẩn IEEE 802.1Q và 802.1p. Những tiêu chuẩn này dễ dàng cung cấp CoS qua Ethernet bằng cách gắn thêm thẻ cho các gói cùng chỉ thị −u tiên hoặc cấp độ dịch vụ mong muốn cho gói. Những thẻ này cho phép tạo những ứng dụng liên quan đến khả năng −u tiên của gói cho các phần tử trong mạng.