III. Sự khụi phục
4. Ứng dụng trong mạng Thành
Cỏc RING một hướng SONET/SDH thường dựng phổ biến trong việc cung cấp đường truyền tốc độ cao giữa cỏc tũa nhà văn phũng trong Thành phố. DWDM và Dark-fiber cú thể dựng với POS trong cỏc dạng tương tự. Ngày nay người ta thường dựng POS hơn là dựng Gigabit Ethernet để truyền tải dữ liệu giữa cỏc Router vỡ nú cho phộp sử dụng cụng cụ quản lý và cỏc khả năng khỏc của SONET/SDH.
5. Ứng dụng POS trong mạng cận biờn
Lớp cận biờn của mạng cú nhiệm vụ tập trung và phõn bổ lưu lượng. Nú cũng là điểm hội tụ lưu lượng vựng. Cỏc kết nối truy nhập từ nhà khỏch hàng đến POP thường cú tốc độ OC-3 hoặc thấp hơn. Cỏc giải phỏp phõn kờnh của POS (từ OC- 12 đến DS3) cho phộp quản lý dễ dàng tốc độ truy nhập của khỏch hàng đến DS3. Một thành phần quan trọng của mạng cận biờn là cỏc kết nối nội bộ POP giữa cỏc Router tập trung. Cho đến gần đõy, cụng nghệ LAN dựng cho kết nối nội bộ POP trong cỏc mạng của cỏc nhà cung dịch vụ (vớ dụ: Fast Ethernet hay FDDI) cú
Bộ lặp
OC-48 OC-48
dung lượng băng thụng hạn chế ở tốc độ 100 Mb. Để theo kịp với băng thụng to lớn cú sẵn trong mạng diện rộng, hầu hết cỏc nhà cung cấp dịch vụ đó lựa chọn POS phục vụ cho việc kết nối nội bộ POP tốc độ cao. Việc sử dụng POS trong kết nối nội bộ POP sẽ đem lại nhiều lợi ích, một trong những lợi ích đú là việc thiết kế mềm dẻo khi sử dụng cỏc kết nối cú tốc độ OC-3/STM-1 đến OC-48/STM-16 và thậm chớ là OC-192/STM-64 trong tương lai gần.
Hỡnh 4.8: Kết nối POS trong nội bộ POP
CHƯƠNG V: CễNG NGHỆ RING GểI HỒI PHỤC NHANH
I. ETHERNET TRONG MẠNG MAN:
Chúng ta đó biết, dịch vụ Ethernet là dịch vụ truyền số liệu qua giao diện Ethernet (cỏc cổng 10 Mb/s, 100 Mb/s, 1Gb/s). Điểm khỏc biệt chớnh giữa Ethernet
Backbone Router Access Router Customer Access
và cỏc dịch vụ truyền số liệu truyền thống nh Leasedlines, Frame Relay hay ATM là cú khả năng mở rộng qui mụ của giao diện dịch vụ.
Với cỏc dịch vụ truyền thống, cỏc giao diện vật lý phải thay đổi theo tốc độ dịch vụ. Vớ dụ phần cứng cho dịch vụ T1 sẽ khỏc biệt với phần cứng cho cỏc dịch vụ DS-3 và OC-3.
Mặt khỏc, với dịch vụ Ethernet, người cung cấp cú thể tỏch luồng từ 100Mb/s đến 1Gb/s để cung cấp cho thuờ bao và việc thay đổi tốc độ luồng khụng phải thay đổi giao diện kết nối. Ngoài ra, băng thụng và việc thay đổi dịch vụ cú thể quản lý từ xa, thuận tiện và việc cung cấp băng thụng cho khỏch hàng vỡ thế sẽ nhanh hơn. Tuy nhiờn, đối với dịch vụ Ethernet, nhỡn một cỏch tổng thể khụng thể dừng lại ở việc cung cấp nhanh chúng dịch vụ cho khỏch hàng, vấn đề đạt ra là phải xõy dựng được cơ sở hạ tầng như thế nào cho hiệu quả để phự hợp với nhu cầu của thị trường.
Ethernet đó phỏt triển qua hơn 25 năm qua từ 10Mbps đến 100Mbps, 1Gbps và bõy giờ là 10Gbps. Trờn cơ sở ban đầu và cỏc thay đổi theo khuyến nghị của IEEE đó tạo ra cụng nghệ Ethernet quang. Với khả năng truyền dẫn của sợi quang (trờn 80km), ngày nay chúng ta cú thể sử dụng cỏp quang để truyền tải dữ liệu trờn mạng cụng cộng. Ngày nay, tất cả cỏc gúi dữ liệu đều bắt đầu và kết thỳc hành trỡnh của mỡnh trong mạng Internet dưới dạng cỏc khung Ethernet, việc mang dữ liệu dưới dạng gúi đồng nhất từ khi bắt đầu đến khi kết thỳc qua đường truyền tải loại bỏ nhu cầu về cỏc lớp giao thức bổ sung và sự đồng bộ tạo nờn sự gia tăng chi phớ và độ phức tạp. Ngoài ra với việc điều khiển hiệu quả cỏc gúi IP, Ethernet cú nhiều thuận lợi là đơn giản, giỏ thành hạ.
Hỡnh 5.1: Sự phỏt triển của cụng nghệ chuyển tải gúi dữ liệu
Gigabit Ethernet chỉ là bước đầu trong quỏ trỡnh truyền tải cỏc gúi dữ liệu cơ sở trong mạng MAN. Mặc dự nú thớch hợp với cấu hỡnh điểm - điểm, hay mạng hỡnh lưới, nhưng Giga Ethernet khụng thớch hợp trong cấu hỡnh RING cũng như dưới dạng chia sẻ đa phương tiện (shared media). Việc thực hiện chia sẻ đa phương tiện trong mạng RING cần phải cú bộ phận điều khiển truy nhập phương tiện (MAC) để quản lý truy nhập qua nhiều người sử dụng. Hiện nay, hầu hết cỏc mạng cỏp quang hiện cú trong mạng thành phố đó kết nối theo cấu hỡnh RING vỡ cụng nghệ truyền tải hiện tải chủ yếu là SONET khai thỏc qua mạng RING cỏp quang.
Việc kết nối theo cấu hỡnh RING cho phộp SONET thực hiện việc bảo vệ đường truyền khi cú sự cố sảy ra, nghĩa là cú thể duy trỡ đường truyền trong trường hợp đứt cỏp quang (khụi phục trong vũng 50ms), khụng giống như SONET,
Transport Circuit: Sonet/ATM Packet Mesh: Ethernet Ring: ???
Ethernet khụng xõy dựng phương ỏn bảo vệ nhanh, Bài toỏn đặt ra là nếu tỡm được giải phỏp mà vừa tận dụng được khả năng khụi phục mạng lưới như SONET và cơ chế truyền tải gúi như Ethernet sẽ mang lại hiệu quả to lớn.
Cuối cựng một giải phỏp cho mạng truyền số liệu thành phố đó ra đời, đú là cụng nghệ RING chuyển mạch gúi hồi phục nhanh (RPR), RPR đó kế thừa hai đặc trưng quan trọng của mạng SONET đú là:
- Cú thể kết nối theo cấu hỡnh RING và
- Cú thể khụi phục đường truyền nhanh khi cỏp quang bị đứt.
Ngoài ra, RPR cú thể cung cấp đường truyền số liệu hiệu quả, đơn giản và giỏ thành thấp nh dịch vụ Ethernet. Đồng thời RPR đó giải quyết được vấn đề về sự đồng đều băng thụng giữa cỏc người sử dụng (Fairness) và điều khiển sự tắc nghẽn lưu lượng trong mạng mà cho đến nay cỏc cụng nghệ hiện tại vẫn chưa giải quyết đựơc.
II. NHỮNG HẠN CHẾ CỦA SONET VÀ ETHERNET TRONG MẠNGMAN: MAN:
1. SONET:
Hầu hết mạng cỏp quang Thành phố đều được kết nối theo cấu hỡnh RING, cấu hỡnh RING phự hợp cho mạng TDM trờn cơ sở SONET, đú là cấu hỡnh chớnh đang sử dụng hiện nay của mạng Thành phố. Tuy nhiờn cũng cú những bất lợi nhón tiền khi sử dụng SONET để truyền tải lưu lượng số liệu, vỡ SONET được thiết kế theo cấu hỡnh Điểm- Điểm, chuyển mạch kờnh và hầu hết cỏc hạn chế của SONET đều bắt đầu từ đõy. Dưới đõy là cỏc hạn chế của SONET:
+ Số lượng mạch là cố định:
SONET thiết lập cỏc mạch điểm- điểm giữa cỏc Node trong vũng RING. Mỗi mạch được ấn định một băng thụng cố định do vậy rất lóng phớ trong trường hợp mạch này khụng sử dụng.
Hỡnh 5.2: Mụ tả cấu trỳc kết nối SONET RING
Việc ấn định cố định băng thụng sẽ hạn chế khả năng truyền tải dữ liệu giữa cỏc node, trong trường hợp lưu lượng tăng đột biến giữa 2 node thỡ cú thể xảy ra nghẽn mạch. Đõy là nhược điểm đối với loại lưu lượng dữ liệu, chỳng cú bản chất là bựng nổ lưu lượng.
+ Lóng phớ băng thụng trong cấu hỡnh Mesh:
Trong cấu hỡnh này, người thiết kế phải khai bỏo cỏc kết nối giữa cỏc Node bất kỳ trong mạng với nhau, điều này khụng những gặp khú khăn trong quỏ trỡnh thực hiện mà cũn khụng hiệu quả trong việc sử dụng băng thụng. Khi lưu lượng dữ liệu ở trong mạng nội bộ thành phố tăng lờn, một mạng hỡnh lưới đầy đủ mà dễ triển khai, bảo dưỡng và nõng cấp trở thành một yờu cầu quan trọng.
+ Chuyển lưu lượng đến nhiều điểm:
Trong mạng RING SONET, để thực hiện việc chuyển tải lưu lượng đến nhiều điểm, thỡ tại node nguồn phải ấn định cỏc kết nối riờng biệt đến từng node đớch, đồng thời phải sao gởi từng gúi dữ liệu đến từng node đớch, kết quả là sẽ cú
Kết nối cáp quang
rất nhiều gúi dữ liệu (giống nhau) được truyền tải trong mạng gõy lóng phớ băng thụng.
+ Lóng phớ băng thụng phục vụ cho việc bảo vệ mạng:
Thụng thường mạng SONET phải giành 50% băng thụng của mạng RING để duy trỡ cho việc bảo vệ đường truyền, nh vậy là quỏ lóng phớ. Việc bảo vệ là cần thiết, SONET khụng thực hiện được việc cho phộp nhà cung cấp lựa chọn bao nhiờu băng tần giành cho bảo vệ.
Hỡnh 5.3: Mạng RING SONET theo cấu hỡnh Mesh
2. Ethernet:
Khụng giống nh SONET, Ethernet khụng cú ưu điểm của mạng RING trong việc thực hiện bảo vệ nhanh đường truyền. Ethernet thường được ứng dụng trong cấu trỳc hỡnh cõy trải dài (spanning tree) để nhằm loại bỏ tất cả cỏc mạch vũng từ mạng chuyển mạch. Mặc dự trong giao thức spanning tree chúng ta cú thể thực hiện việc tạo ra đường dự phũng, nú cú thể khụi phục đường truyền khi cú sự cố cỏp quang, lỳc đú sự khụi phục đường truyền sẽ phải lan truyền qua từng node. Sự
Kết nối cáp quang
tập hợp liờn kết (802.1ad) cú thể cung cấp một giải phỏp khụi phục nhanh mức liờn kết nhưng tương đối chậm từ 500ms đến 50ms và khụng thớch hợp cho việc bảo vệ mức đường truyền.
Ethernet cũng khụng thực hiện tốt việc phõn bổ băng thụng cụng bằng tổng thể.
Hỡnh 5.4: Mạng Ethernet qua Ring Topology-Sơ đồ logic
III. MẠNG RING CHUYỂN MẠCH GểI PHỤC HỒI NHANH
Như đó phõn tớch ở trờn, cả SONET và Ethernet đều khụng phải là lựa chọn lý tưởng trong việc điều khiển lưu lượng số liệu trong mạng RING. SONET cú nhiều ưu điểm khi kết nối theo mạng RING, nhưng khụng điều khiển lưu lượng một cỏch hiệu quả, bỏ phớ băng thụng trong mạng RING. Ethernet phự hợp cho lưu lượng dữ liệu nhưng lại khú kết nối theo mạng RING, do vậy khụng cú những ưu điểm của mạng RING.
Cụng nghệ RPR là một kiến trỳc mạng nổi bật và cụng nghệ được thiết kế để đạt cỏc yờu cầu của mạng thành phố chuyển mạch gúi. Khụng giống nh những cấu trỳc mạng hiện tại dựa trờn cụng nghệ chuyển mạch Ethernet hay Sonet ADM, RPR đó giải quyết được cỏc vấn đề tắc nghẽn một cỏch triệt để.
802.1ad
802.1ad
GigE GigE GigE
Internet
Trong vài năm qua, cỏc mạng RING cỏp quang đó phỏt triển tại cỏc thành phố, do vậy buộc cỏc nhà khai thỏc phải cú nhiều phương ỏn, cụng nghệ để khai thỏc một cỏch triệt để dung lượng cỏc tuyến cỏp quang trờn. Vấn đề quản lý tài nguyờn dựng chung trong mạng RING một cỏch hiệu quả (trong trường hợp mạng RING cỏp quang, tài nguyờn đũi hỏi phải được dựng chung cho hàng nghỡn thuờ bao trong mạng thành phố) được giải quyết hiệu quả nhất tại lớp MAC của ngăn xếp giao thức. RPR (IEEE 802.17) sẽ là một giao thức MAC mới được thiết kế cho cỏc mạng RING cỏp quang Thành phố.
Với việc tạo ra giao thức MAC cho mạng ring, RPR đó đưa ra giải phỏp cơ bản để giải quyết vấn đề tắc nghẽn của mạng Thành phố. Cỏc giải phỏp khỏc cố gắng tạo sự thay đổi lớn với cỏc sản phẩm hiện cú nhưng khụng đưa ra vấn đề cơ bản và do đú khụng hiệu quả. Cả SONET và chuyển mạch Ethernet đều khụng đưa ra sự cần thiết đối với lớp MAC được thiết kế cho mụi trường mạng Thành phố. SONET sử dụng kỹ thuật lớp 1 (kết nối điểm- điểm) để quản lý dung lượng trờn mạng RING. Chuyển mạch Ethernet dựa trờn cầu Ethernet hay định tuyến IP để quản lý băng thụng. Do đú mạng hoặc sử dụng khụng đỳng mức trong trường hợp của SONET hoặc khụng định rừ trong trường hợp của chuyển mạch Ethernet.
IV. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA RPR
RPR cú nhiều đặc tớnh đặc biệt tạo nờn một nền tảng lý tưởng để phõn phỏt cỏc dịch vụ dữ liệu trong cỏc mạng thành phố.
1. Kiến trỳc tỏch ghộp cỏc gúi dữ liệu:
Chúng ta hóy so sỏnh cấu trỳc tỏch ghộp gúi trong RPR với cấu trỳc tỏch ghộp gúi trong Ethernet.
Mạng Thành phố xõy dựng với cỏc bộ chuyển mạch Ethernet bao gồm cỏc node được kết nối theo cấu hỡnh điểm-điểm. Lưu lượng mạng phải lần lượt đi qua cỏc trung gian khi truyền từ node nguồn đến node đớch. Mỗi node trung gian phải xử lý lưu lượng mà nú cho đi qua với tốc độ đường truyền. Cỏc kỹ thuật xử lý gúi
tại mỗi node cú thể xử lý được ở cỏc tốc độ thấp từ 1-2.5 Gb/s. Nhưng nếu tốc độ dũng dữ liệu mà bằng hoặc lớn hơn 10 Gb/s thỡ mạng sẽ bị tắc nghẽn.
Hỡnh 5.5: Cấu trỳc kết nối mạng Ethernet điểm- điểm
Đối với hệ thống RPR, tại mỗi node sẽ dễ dàng cho truyền qua cỏc lưu lượng trung chuyển mà khụng phải xếp hàng nh đối với cấu hỡnh Ethernet. Thực thể MAC trong mỗi node thực hiện chức năng sau:
Ghộp: Ghộp lưu lượng vào mạng từ node đú. Tỏch: Tỏch lưu lượng ra khỏi mạng từ node đú.
Trung chuyển: Chuyển tiếp cỏc lưu lượng qua node đú.
Đường truyền chuyển tiếp trở thành 1 phần của phương tiện truyền dẫn hiệu quả và làm cho vũng RING RPR hoạt động nh một phương tiện chuyển tiếp dựng chung giữa cỏc node. Vỡ tại mỗi node khụng phải xử lý lưu lượng chuyển tiếp, do vậy kiến trỳc tỏch ghộp gúi cú thể dễ dàng mở rộng tới cỏc tốc độ dũng số liệu cao hơn.
Hỡnh 5.6: Cấu trỳc tỏch ghộp gúi RPR
Ưu điểm cơ bản của Ring gúi là tại mỗi node cú thể giả thiết rằng một gúi đó được gửi đi trờn ring thỡ cuối cựng gúi đú sẽ đến được node đớch mà khụng chỳ ý đến đường truyền nào trong mạng ring đó thực hiện. Do cỏc node biết rằng tất cả cỏc node trong vũng RING đều cú 3 nhiệm vụ là: Tỏch, ghộp, chuyển tiếp cỏc gúi, điều này đó làm giảm số lượng cụng việc mà mỗi node phải kết nối với cỏc node khỏc, đặc biệt khi so sỏnh với mạng Mesh, ở đú mỗi node trong mạng Mesh phải quyết định cổng nào sẽ được sử dụng để gửi cỏc gúi đi.
Hỡnh 5.7: Ring gói 2 hướng
2.Điều khiển gúi trong giao thức SRP
Quỏ trỡnh xử lý gúi tại một node
Cú hai địa chỉ SRP MAC ở mỗi giao tiếp SRP. Mỗi địa chỉ SRP MAC được nối đến một đụi cỏp quang. Cỏc node trờn ring SRP được kết nối giống nh hệ thống vũng ring FDDI ( Fiber Distributed Data Interface) mặt A trờn một router sẽ kết nối với mặt B của một rauter khỏc.
Khi cần một gúi được truyền đến một node, gúi này sẽ dược kiểm tra địa chỉ đớch cần đến, nếu gúi cần truyền đến node thỡ nú truyền lờn lớp trờn để xử lý, nếu gúi khụng phải chuyển đến node này thỡ nú sẽ được đưa vào bộ phận chuyển tiếp ( transit buffer) để tiếp tục truyền đi đến node khỏc.
Quỏ trỡnh tỏi sử dụng trong khụng gian
Mỗi đặc điểm nổi bật của cụng nghệ DPT là việc sử dụng băng thụng và một cỏch hiệu quả. Với khả năng tỏi sử dụng khụng gian của giao thức SRP, băng thụng của vũng ring DPT tăng lờn đỏng kể. Cỏc kỹ thuật vũng ring trước đõy nh
FDDI hoặc Token Ring, nơi phỏt sẽ hủy bỏ cỏc gúi dữ liệu khi cỏc gúi này đi toàn bộ vựng ring. Ngược lại, trong giao thức SRP, đớch đến sẽ thực hiện việc hủy bỏ cỏc gúi ra khỏi vũng ring, và vỡ vậy, toàn bộ băng thụng trờn phần cũn lại của vũng ring được dành cho cỏc gúi khỏc. Hơn nữa, cỏc node cú thể truyền cỏc gúi lờn vũng ring đồng thời, điều này làm cho băng thụng của vũng ring được tận dụng tối đa.
Quỏ trỡnh điều khiển gúi ở phớa thu
Tại mỗi node phớa thu cú thể thực hiện cỏc cụng việc sau:
- Hủy bỏ cỏc gúi: node hủy bỏ cỏc gúi ra khỏi vũng ring, việc này được thực hiện khi cỏc giỏ trị TTL hay RI khụng hợp lệ.
- Nhận và hủy bỏ : gúi được đưa lờn lớp trờn để xử lý và hủy bỏ khỏi vũng ring.
- Nhận và gửi đi: nếu gúi alf multicast, node sẽ đưa lờn lớp trờn và đưa vào bộ đệm chuyển tiếp để truyền sang node khỏc.
- Truyền qua: gúi được đưa đến bộ đệm chuyền tiếp để truyền sang node kế tiếp khỏc nếu nú khụng phải đến node đú.