Hiện nay, công nghệ khuếch đại quang sợi cũng đã được nghiên cứu và ứng dụng. Việc sử dụng các bộ khuếch đại quang sợi giúp dễ dàng mở rộng dung lượng đường dây thông tin (do xử lý hoàn toàn ở miền quang mà không cần phải chuyển đổi O/E/O), tăng khoảng cách trạm lặp và hạ giá thành cho hệ thống. Mặt khác, các bộ khuếch đại này còn có vai trò quan trọng trong các hệ thống WDM, khi mà có nhiều bước sóng cùng truyền dẫn trên một sợi quang thì công suất phát của mỗi bước sóng sẽ bị giới hạn và nhỏ hơn nhiều so với hệ thống truyền dẫn bước sóng đơn nhằm tránh các hiệu ứng phi tuyến. Trong khi đó, suy hao và tán sắc là những nhược điểm cố hữu của truyền dẫn trên sợi quang. Vì vậy, công nghệ quang sợi phát triển sẽ thúc đẩy sự phát triển và thương mại hoá của hệ thống WDM.
Khuếch đại quang sợi chính là một đoạn sợi quang nhưng khi chế tạo có pha thêm nguyên tố vi lượng Erbium (EDF) với một tỷ trọng nhỏ (0.1). Các ion Erbium
(Er3+) hấp thụ ánh sáng từ một nguồn bơm để nhảy lên mức năng lượng cao hơn
sóng bơm 980 nm hay 1480 nm). Sự dịch chuyển của ion từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp hơn sẽ bức xạ ra một photon. Có hai loại bức xạ sau:
◙ Bức xạ tự phát: là hiện tượng các ion nhảy về trạng thái cơ bản khi hết thời gian sống. Bức xạ này gây ra tạp âm bức xạ tự phát có khuếch đại ASE.
◙ Bức xạ kích thích: là hiện tượng photon của tín hiệu kích thích các ion phát xạ khi chúng chưa hết thời gian sống, tạo thêm các photon mới. Vì vậy, các photon mới có cùng pha và tần số với tín hiệu quang đầu vào nên tín hiệu này được khuếch đại.
Thời gian sống ở mức năng lượng cao vào khoảng 10 ms đảm bảo cho hầu hết các ion Erbium thực hiện bức xạ kích thích để khuếch đại tín hiệu thay vì bức xạ tự phát.
EDFA có 3 ứng dụng chính bao gồm:
▪ Khuếch đại công suất BA là thiết bị EDFA có công suất bão hoà lớn, được sử dụng ngay sau Tx để tăng công suất tín hiệu phát.
▪ Khuếch đại đường truyền LA là thiết bị EDFA có mức tạp âm thấp, được sử dụng trên đường truyền (giữa hai đoạn sợi quang) để tăng chiều dài khoảng lặp. Đối với hệ thống có sử dụng LA đòi hỏi phải có một kênh thông tin riêng (OSC) để thực hiện việc cảnh báo, giám sát và điều khiển các LA. Kênh OSC này không được quá gần với bước sóng bơm cũng như kênh tín hiệu để tránh ảnh hưởng lẫn nhau. Sử dụng các LA liên tiếp có thể làm suy giảm nghiêm trọng chất lượng hệ thống do các hiện tượng như: tích luỹ tạp âm, ảnh hưởng của tán sắc, phân cực và các hiệu ứng phi tuyến, đặc biệt là hình thành đỉnh khuếch đại xung quanh một bước sóng nào đó dẫn đến việc thu hẹp dải phổ khuếch đại của LA. Vì thế, sau một số LA cần có các trạm lặp.
▪ Tiền khuếch đại PA là thiết bị EDFA có mức tạp âm rất thấp nhờ sử dụng các bộ lọc quang băng hẹp có thêm chức năng điều chỉnh bước sóng trung tâm theo bước sóng của nguồn phát. Được sử dụng ngay trước Rx để tăng độ nhạy thu.
2.4. Một số điểm lưu ý
Hiện nay, công nghệ DWDM đã được sử dụng trong mạng đường trục Việt Nam. Do số lượng kênh ghép nhiều nên cần chú ý đến thiết bị cũng như các hiện
tượng như hiệu ứng phi tuyến, tán sắc…vì chúng có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng hệ thống.
Nguồn quang
Các yêu cầu đối với nguồn quang:
♦ Độ rộng phổ hẹp để tránh chồng lấn phổ giữa các kênh rất gần nhau.
♦ Công suất phát quang thấp vì ánh sáng truyền dẫn trên sợi quang được ghép từ nhiều bước sóng, nếu công suất mỗi kênh bước sóng mà lớn thì tổng công suất phát sẽ rất cao gây ra các hiệu ứng phi tuyến trên sợi quang.
Sợi quang
Vấn đề ảnh hưởng nghiêm trọng trong hệ thống DWDM chính là các hiệu ứng phi tuyến. Để giảm hiệu ứng phi tuyến của sợi, thường sử dụng sợi có diện tích hiệu dụng cao như một số loại sợi quang mới: sợi SMF-28e, sợi LEAF.
Bộ khuếch đại quang
Như đã biết, các bộ khuếch đại quang sợi thường có phổ khuếch đại không đồng đều, dẫn đến các bước sóng khác nhau có hệ số khuếch đại khác nhau, ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn của hệ thống. Đối với hệ thống DWDM có số lượng kênh bước sóng trong dải phổ truyền dẫn là rất lớn. Vì vậy, yêu cầu cần có các bộ khuếch đại có độ bằng phẳng rất cao để đảm bảo các kênh có hệ số khuếch đại như nhau.
Hiệu ứng phi tuyến
Hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang không những dẫn đến sự tổn hao năng lượng, méo tín hiệu mà còn làm cho cường độ và pha của tín hiệu trong một kênh nào đó của hệ thống ảnh hưởng đến tín hiệu trong kênh khác, hình thành xuyên nhiễu phi tuyến, làm suy giảm mức tín hiệu của từng kênh dẫn đến suy giảm tỷ số S/N…
Các biện pháp khắc phục hiệu ứng phi tuyến của sợi quang bao gồm: + Lựa chọn sợi quang phù hợp.
+ Giảm công suất phát của các kênh, đảm bảo công suất tổng phát vào sợi quang.
Khi hệ thống ghép kênh vài chục kênh tín hiệu thì ảnh hưởng của hiệu ứng trộn bốn sóng (FWM) là chính. Vì vậy, mục tiêu đặt ra là phải giảm ảnh hưởng của hiệu ứng FWM. Trong hệ thống DWDM thì người ta đưa ra phương pháp tạo
khoảng cách giữa các kênh tín hiệu bằng nhau. Phương pháp này có khoảng cách giữa các kênh bước sóng bằng nhau và sử dụng sợi quang NZ-DSF (G.655). Như vậy, vừa giảm ảnh hưởng của FWM, hỗ trợ truyền dẫn nhiều kênh, lại làm cho tán sắc ở vùng bước sóng 1550 nm không quá lớn (1 ÷ 6 ps.nm/km).
Tán sắc
Khái niệm: Tán sắc là hiện tượng những sóng ánh sáng có tần số khác nhau truyền dẫn với tốc độ khác nhau trong cùng môi trường. Tán sắc là bản chất của sợi quang. Tán sắc gây ra hiện tượng trải rộng xung tín hiệu (dãn xung), làm cho biến dạng tín hiệu trong khi truyền và tỷ số lỗi bit tăng cao. Do đó, ảnh hưởng đến tốc độ truyền dẫn và khoảng cách trạm lặp. Bộ khuếch đại quang đã cải thiện khoảng cách giữa các trạm lặp (bị giới hạn bởi suy hao) trên tuyến rất nhiều. Nhưng do nhu cầu ngày càng lớn về các dịch vụ mới có tốc độ cao nên tán sắc trở thành tham số chính giới hạn khả năng nâng cao dung lượng của tuyến cáp quang. Chính vì vậy, chúng ta cần phải giảm ảnh hưởng của tán sắc.
Các giải pháp giảm ảnh hưởng của tán sắc:
1. Sử dụng các nguồn phát có độ rộng phổ hẹp kết hợp với điều chế ngoài. 2. Lựa chọn sợi quang phù hợp.
Chương 3: INTERNET PROTOCOL – IP
@?
IP (Internet Protocol) là giao thức được thiết kế để kết nối các hệ thống chuyển mạch gói nhằm mục đích phục vụ trao đổi thông tin giữa các mạng. Đơn vị truyền dẫn là các datagram được truyền từ nguồn tới đích với nguồn và đích là các host được chỉ thị bằng một địa chỉ có độ dài xác định. IP còn cung cấp khả năng phân mảnh và tái hợp các gói tin lớn nếu cần thiết. Giao thức này thực hiện phân phát datagram theo phương thức phi kết nối, nghĩa là các datagram được truyền đi theo các hướng độc lập với nhau.
IP tập hợp các nguyên tắc cho việc xử lý số liệu tại các bộ định tuyến và host như thế nào, khi nào bản tin lỗi cần được tạo ra và khi nào số liệu cần được huỷ bỏ.
Phần mềm IP thực hiện chức năng định tuyến dựa trên địa chỉ IP.
IP không có cơ cấu để đảm bảo độ tin cậy, điều khiển luồng thứ tự đến hay các đảm bảo khác cho truyền dẫn dữ liệu từ đầu cuối đến đầu cuối. Không tin cậy nghĩa là không đảm bảo cho các datagram đến đích thành công. Nhưng IP có khả năng cung cấp nhiều loại hình dịch vụ khác nhau với các cấp chất lượng dịch vụ khác nhau.
Đầu tiên, giao thức IP sử dụng cho mạng Internet. Đây là mạng truyền dẫn số liệu lớn nhất và được coi là kho thông tin khổng lồ mà ai cũng có thể truy nhập từ một số trang web đặc biệt sử dụng cho mục đích riêng. Ngày nay, giao thức IP được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như thoại, mobile, video…
Cho đến nay đã có hai phiên bản của giao thức IP, đó là: IP version 4 (IPv4) và IP version 6 (IPv6). Chương này sẽ tìm hiểu về giao thức IP và cung cấp một số thông tin liên quan đến hai mô hình phân loại gói IP thành các lớp dịch vụ theo tiêu chuẩn IETF: DiffServ và InServ.
3.1. IPv4
3.1.1. Phân lớp địa chỉ
Trong giao thức IP, việc nhận diện các máy được thông qua các địa chỉ của máy. Địa chỉ này nằm trong hệ thống đánh địa chỉ được dùng để quản lý các máy cũng như việc truy xuất từng máy.
Có ba khái niệm địa chỉ:
• Địa chỉ logic (logical address): chính là IP address sử dụng 32 bit để đánh địa chỉ các máy. Địa chỉ này do tổ chức IAB quản lý và mỗi địa chỉ được cấp duy nhất cho một máy.
• Địa chỉ cổng (port address): gán nhãn cho các dịch vụ đồng thời.
• Địa chỉ vật lý (physical address): là địa chỉ phần cứng của một node nằm trong mạng (ví dụ Ethernet là 48 bit). Địa chỉ này là duy nhất trong một mạng LAN hay WAN.
Hệ thống đánh địa chỉ dùng để định danh duy nhất cho tất cả các máy. Mỗi máy được gán một địa chỉ số nguyên 32 bit duy nhất và địa chỉ này cũng chỉ được dành riêng cho máy đó. Máy sử dụng địa chỉ này trong tất cả các mối liên lạc của nó.
32 bit địa chỉ này được phân thành các lớp như sau: Lớp A Lớp B Lớp C Lớp D Lớp E
Hình 3.1: Mô hình phân lớp địa chỉ IP
• Lớp A: cho phép định danh 27 – 2 mạng và tối đa 224 – 2 host trên mỗi
mạng. Lớp này dùng cho các mạng có số trạm cực lớn.
• Lớp B: cho phép định danh tới 16384 mạng với tối đa 65534 host trên mỗi
mạng.
• Lớp C: cho phép định danh 221 – 2 mạng với tối đa 254 host trên mỗi mạng.
• Lớp D: WDM dùng để gửi datagram tới một nhóm các host trên một mạng.
Net ID Host ID
1 0 Net ID Host ID
1 1 0 Net ID Host ID
1 1 1 0 Địa chỉ Multicast
• Lớp E: dự phòng để dùng cho tương lai.
Mỗi địa chỉ IP là một cặp net ID và host ID với net ID xác định một mạng và host ID xác định một máy trên mạng đó. Một địa chỉ IP có host ID = 0 dùng để hướng tới mạng định danh bởi vùng net ID. Ngược lại, một địa chỉ có vùng host ID gồm toàn số 1 được dùng để hướng tới tất cả các host nối vào mạng được định danh net ID, và nếu vùng net ID cũng gồm toàn số 1 thì nó hướng tới tất cả các host trên tất cả các mạng.
Địa chỉ IP có độ dài 32 bit thường được chia thành 4 vùng (mỗi vùng một byte) và biểu diễn dưới dạng ký hiệu thập phân có dấu chấm ngăn cách giữa các vùng. Nhìn vào các giá trị thập phân có thể biết được máy tính đó có địa chỉ lớp nào (A, B, C, D hay E) như bảng 3.1.
Địa chỉ logic giúp đơn giản hoá việc quản lý và cấp phát địa chỉ. Nhưng các máy chỉ có thể liên lạc được với nhau khi biết địa chỉ phần cứng của nhau. Vì vậy, giao thức ARP được sử dụng để ánh xạ địa chỉ IP thành địa chỉ vật lý khi gửi các gói qua mạng. Đồng thời, máy cũng phải xác định được địa chỉ IP của nó ngay sau khi khởi động nhờ giao thức RARP.
Bảng 3.1: Miền giá trị của từng lớp địa chỉ
Lớp Địa chỉ chỏ nhất Địa chỉ lớn nhất Lớp A 0.0.0.0 127.255.255.255 Lớp B 128.0.0.0 191.255.255.255 Lớp C 192.0.0.0 223.255.255.255 Lớp D 224.0.0.0 239.255.255.255 Lớp E 240.0.0.0 255.255.255.255
3.1.2. Các kiểu địa chỉ phân phối gói tin
Có ba kiểu địa chỉ được dùng để phân phối gói tin:
♦ Unicast: datagram đến một máy xác định vì thế nó có đầy đủ cả net ID và host ID ở địa chỉ đích.
♦ Broadcast: có hai dạng:
− Direct broadcast address: dùng để một router gửi datagram đến tất cả các
− Limited broadcast address: dùng để một máy trên mạng gửi datagram đến tất cả các máy thuộc mạng đó nên phần địa chỉ đích có host ID bằng 0.
♦ Multicast: dùng địa chỉ lớp D để phát datagram đến một nhóm các máy tính xác định. Các máy này có thể cùng một mạng hoặc thuộc các mạng khác nhau.
3.1.3. Mobile IP
Một nhược điểm của địa chỉ IP là nó còn mang thông tin mạng (phần net ID) nên địa chỉ tham chiếu đến các liên kết chứ không phải là các máy tính. Vì thế, khi máy tính di chuyển từ mạng này sang mạng khác thì địa chỉ IP của nó cũng thay đổi theo.
Để một máy xách tay có thể kết nối Internet và có thể di chuyển từ mạng này sang mạng khác mà không thay đổi địa chỉ IP người ta đưa ra khái niệm mobile IP. Trong đó, một máy tính được cung cấp đồng thời hai địa chỉ. Địa chỉ đầu có thể coi là địa chỉ cơ bản của máy có liên quan đến mạng gốc của máy, là cố định và thường trực. Địa chỉ thứ hai được xem như là địa chỉ phụ, là tạm thời – nó thay đổi khi máy tính di dời sang mạng khác và chỉ hợp lệ khi máy tính đang nối vào một mạng nào đó. Khi máy tính di chuyển tới một mạng mới thì nó phải lấy được địa chỉ tạm thời và gửi địa chỉ này về một “đại lý” đặt tại trạm gốc. Khi đó, hoạt động của máy tính trên mạng như sau: nó tạo các datagram gửi đến một máy tính thì địa chỉ đích là địa chỉ của máy cần gửi và địa chỉ nguồn là địa chỉ gốc của nó. Khi có máy khác cần gửi dữ liệu đến nó thì không thể gửi trực tiếp đến mà phải gửi đến bộ định tuyến có chức năng “đại lý” gốc kết nối vào mạng gốc. Đại lý gốc sẽ kiểm tra bảng của nó về các máy tính động để xác định xem máy tính động đang ở mạng gốc hay ở mạng nào rồi sẽ chuyển dữ liệu và ở nguyên một vị trí mới nào đó trong thời gian tương đối dài, đặc biệt khi đang truy nhập mạng và trao đổi dữ liệu (khác với điện thoại di động là có thể di chuyển liên tục).
3.1.4. Địa chỉ mạng con (subnet)
Trong mô hình phân lớp địa chỉ IP ở trên thì mỗi mạng vật lý được gán địa chỉ mạng duy nhất, và mỗi máy tính trên mạng đó sẽ có phần tiền tố địa chỉ chính là địa chỉ mạng đó.
mỗi đường một dòng, bảng định tuyến có thể lưu trữ một dòng cho mỗi mạng và chỉ kiểm tra phần mạng của địa chỉ đích khi thực hiện các quyết định định tuyến. Phần địa chỉ host chỉ được kiểm tra khi đã xác định được datagram này có đích là mạng.
Với sự phát triển của mạng Internet trên toàn cầu, số lượng máy tính cũng tăng lên nhanh chóng nên kích thước bảng định tuyến là rất lớn. Ngoài ra, mô hình địa chỉ ban đầu không dung nạp được tất cả các mạng hiện có trên Internet. Đặc biệt là địa chỉ lớp B. Yêu cầu đặt ra là phải mở rộng địa chỉ lớp B. Có nhiều cách khác nhau như proxy ARP, sử dụng các bộ định tuyến trong suốt…Nhưng phổ biến và được dùng rộng rãi trên mạng Internet hơn cả là kỹ thuật đánh địa chỉ mạng con.