mạng truy nhập quang thụ động ethernet - epon và phân phối băng thông trong epon

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
Chương 1
HIỆN TRẠNG MẠNG VIỄN THÔNG VIỆT NAM VÀ XU HƯỚNG PHÁT
TRIỂN MẠNG TRUY NHẬP CỦA THẾ GIỚI
Với những ưu điểm vượt trội của thông tin quang thì việc ứng dụng thông tin
quang trong mạng truy cập là điều cần thiết và tất yếu của xu hướng hiện nay. Mục
đích của việc này là nhằm đáp ứng các nhu cầu ngày càng gia tăng của người dùng
viễn thông trong nước và quốc tế với các loại hình dịch vụ ngày càng phong phú,
đặc biệt giải quyết được vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập và mạng đường
trục hiện nay. Bên cạnh đó, chiến lược phát triển viễn thông phụ thuộc rất nhiều vào
hiện trạng mạng viễn thông và định hướng phát triển viễn thông ở mỗi nước. Ở Việt
Nam thì đây cũng không phải là một ngoại lệ. Chương này sẽ trình bày về hiện
trạng mạng truyền dẫn của Việt Nam, xu hướng phát triển viễn thông trên thế giới
và tổng quan về mạng truy nhập quang thụ động.
1.1 Hiện trạng mạng viễn thông của Việt Nam
Mạng viễn thông Việt Nam hiện tại được chia thành ba thành phần chính bao
gồm : Cấp quốc tế, cấp quốc gia, cấp nội tỉnh như Hình 1.1
1.1.1Truyền dẫn Quốc Tế
Hệ thống TVH với dung lượng mỗi hướng 560Mbps được đưa vào khai thác
tháng 11 năm 1995 kết nối 3 nước Thái Lan, Việt Nam và Hồng Công.Tại Việt
Nam hệ thống cập bờ tại Đài cáp quang biển quốc tế Vũng Tàu
Hệ thống SMW-3 dung lượng 80Gbps được đưa vào khai thác tháng 9 năm
1999 kết nối Việt Nam với gần 40 nước Á – Âu. Hệ thống cập bờ tại Đài cáp quang
biển quốc tế Đà Nẵng.
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
Tuyến cáp quang biển AAG-Asia America Gateway có chiều dài 20.000 km
và dung lượng lên tới 500 Gbps, kết nối trực tiếp từ khu vực Đông Nam Á tới Mỹ,
đi qua các nước và vùng lãnh thổ Malaysia, Singapore, Thái Lan, Việt Nam, Brunei,
Hồng Kông, Philippines và Hoa Kỳ. Dự kiến AAG sẽ được nâng cấp lên 2 Tbps và

mở rộng phạm vi kết nối tới Australia, Ấn Độ, châu Âu và Châu Phi.
Tuyến cáp quang đất liền là CSC, dung lượng 2,5Gbps kết nối Trung Quốc,
Việt Nam, Lào, Thái Lan, Malaysia và Singapore, tuyến Việt Nam-Campuchia,
dung lượng 155Mbps.
Ngoài ra còn có các trạm thông tin vệ tinh mặt đất.
Trạm mặt đất HAN-1A
Trạm mặt đất SBE-1A
Trạm mặt đất SBE-2A
Trạm mặt đất SBE-3A
Trạm mặt đất HAN-2B
Trạm mặt đất Hoa Sen -1
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
2
Quốc Tế
Quốc gia
Nội tỉnh
Gateway
Quốc Tế
TOLL quốc
gia
TOLL quốc
gia
Gateway
Quốc Tế
Host Host
Hình 1.1: Cấu trúc mạng viễn thông Việt Nam hiện tại
Nội hạt
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
Trạm chủ VSAT DAMA
Trạm cổng VSAT IP

1.1.2 Truyền dẫn Quốc Gia
Mạng đường trục quốc gia bao gồm mạng cáp quang Bắc - Nam dung lượng
360 Gbps, cáp quang dọc theo tuyến 500 KV, cáp quang ven biển, cáp quang dọc
dãy Trường Sơn. Mạng được kết nối vòng Ring để đảm bảo thông tin liên lạc thông
suốt trong mọi tình huống.
Cuối năm 2004, mạng NGN-Next Generation Network đã được đưa vào khai
thác dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, cho phép triển khai đa dạng và nhanh
chóng các dịch vụ, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa sự cố định và di
động với Internet băng rộng.
1.1.3 Truyền dẫn nội tỉnh
Các tuyến vi ba số PDH.
Các tuyến cáp quang nội tỉnh.
Mạng truy nhập thuê bao sử dụng cáp đồng.
1.2 Sự phát triển của lưu lượng
Lưu lượng dữ liệu ngày càng tăng với một tốc độ chưa từng thấy. Có thể
chứng minh được tốc độ tăng lưu lượng dữ liệu trên 100% mỗi năm từ những năm
1990. Có một thời kỳ mà sự kết hợp giữa các nhà máy kỹ thuật và kinh tế đã làm
cho tốc độ tăng lên rất cao, ví dụ năm 1995, 1996 mỗi năm tăng một nghìn phần
trăm. Xu hướng online và họ sẽ sẵn sàng online để trải qua nhiều thời gian và sử
dụng những ứng dụng đòi hỏi băng thông lớn. Việc nghiên cứu thị trường cho thấy,
sau khi nâng cấp lên băng rộng người dùng đã online nhiều hơn 35% so với trước.
Lưu lượng thoại cũng tăng nhưng tốc độ chậm hơn 8% mỗi năm. Theo như hầu hết
các nhà phân tích thì lưu lượng dữ liệu đã vượt trội lưu lương thoại. Nhiều dịch vụ
và ứng dụng sẽ trỡ thành hiện thực khi mà băng thông mỗi người dùng được tăng
lên. Cả DSL-Digital Subscriber Line và cáp modem đều không thể theo kịp nhu
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
cầu. Cả hai công nghệ này đều là những kiến trúc truyền thông được xây dựng hàng
đầu hiện nay nhưng không tối ưu hoá cho lưu lượng dữ liệu. Trong mạng cáp

Modem, chỉ một vài kênh RF được chỉ định cho dữ liệu trong khi phần lớn băng
thông dành cho video tương tự. Mạng cáp đồng DSL không thể phù hợp với tốc độ
dữ liệu ở khoảng cách yêu cầu do méo và nhiễu xuyên tâm tín hiệu. Hầu hết các nhà
hoạt động mạng đều nhận thức rõ rằng sự cần thiết của một giải pháp tập trung dữ
liệu, các dịch vụ truyền thống như thoại, video sẽ hội tụ vào định dạng số với đầy
đủ các dịch vụ sẽ ra đời.
1.3 Xu hướng phát triển hiện nay
Trong những năm gần đây, mạng đường trục đã có một sự phát triển vượt
bậc, tuy nhiên mạng truy cập ít có sự thay đổi. Sự phát triển kinh khủng của lưu
lượng Internet càng làm trầm trọng thêm sự chậm trễ của dung lượng mạng truy
cập. Đó chính là vấn đề “nút cổ chai” giữa mạng truy nhập và mạng đường trục.
Giải pháp băng rộng được triển khai phổ biến hiện nay là DSL và mạng cáp
Modem. Mặc dầu nó đã có sự cải thiện đáng kể so với đường dây dial-up 56Kbps,
tuy nhiên nó không thể cung cấp đủ băng thông cho các dịch vụ như video, trò chơi
tương tác hay hội nghị truyền hình. Một công nghệ mới đã được đưa ra, có chi phí
đầu tư không cao, đơn giản, có thể nâng cấp, có khả năng hội tụ các dịch vụ thoại
dữ liệu và video đến người dùng trên một mạng đơn. Đó là EPON-Ethernet Passive
Optical Network, là giải pháp truy nhập quang sử dụng mạng quang thụ động PON-
Passive Optical Network kết hợp với giao thức Ethernet. Giải pháp này mang ưu
điểm của cả hai công nghệ PON với băng rộng và Ethernet được thiết kế phù hợp
tải mang lưu lượng IP. Đây là một công nghệ truy nhập được kỳ vọng trong những
năm tới và cũng được xem như là một trong những công nghệ động lực để tiến đến
mạng toàn quang.
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
1.4 Mạng truy nhập thế hệ sau
Nguồn: Ethernet Passive Optical Network Tutorial
Hình 1.2 : Các mô hình phân bổ sợi quang đến thuê bao
Sợi quang có khả năng phân phối băng thông cao, tích hợp dịch vụ thoại, dữ

liệu và video với khoảng cách trên 20 km trong mạng truy nhập. Phương thức vật
lý để triển khai sợi quang trong mạng truy nhập nội hạt là sử dụng mô hình điểm
điểm Point to Point, với sợi quang chạy từ CO - Central Office đến mỗi đầu cuối
thuê bao như Hình 1.2a. Kiến trúc này đơn giản tuy nhiên chi phí khá cao. Chúng
ta xét N thuê bao với khoảng cách trung bình so với CO là L km thì mô hình Point
to Point yêu cầu 2N bộ thu phát và NxL tổng chiều dài sợi quang.
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
Để giảm chiều dài sợi quang, chúng ta có thể sử dụng các chuyển mạch từ xa
như Hình 1.2b, phương thức này làm giảm chiều dài sợi quang chỉ còn L km với
khoảng cách giữa chuyển mạch và người dùng không đáng kể nhưng sẽ làm tăng số
lượng bộ thu phát lên 2N+2. Ngoài ra, kiến trúc mạng chuyển mạch cụm thuê bao
yêu cầu năng lượng điện cũng như năng lượng sao lưu tại Curb-switch.
Hiện tại, một trong những chi phí cao nhất của các nhà cung cấp dịch vụ nội
hạt là cung cấp và bảo quản năng lượng điện trong vòng nội hạt. Cho nên, thật hợp
lý khi thay các chuyển mạch cụm thuê bao bằng các bộ quang thụ động rẻ tiền như
ở Hình 1.2c.
PON là một kỹ thuật được xem xét với nhiều ưu điểm như số lượng các bộ
thu phát quang, thiết bị đầu cuối CO và sợi quang ít. PON là mạng quang điểm đa
điểm Point to MultiPoint với các phần tử không kích hoạt trong đường dẫn tín hiệu
từ nguồn đến đích. Chỉ các phần tử được sử dụng bên trong mạng PON là các linh
kiện quang thụ động như là sợi quang, bộ nối và bộ chia quang. Một mạng truy
nhập dựa trên một sợi quang đơn chỉ yêu cầu N+1 bộ thu phát và L km sợi quang
1.5 So sánh giữa các giải pháp truy nhập và thị trường mạng quang thụ động
toàn cầu
Bảng 1.1: Doanh thu từ mạng truy nhập quang thụ động toàn cầu 2003 - 2008
Năm 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Tổng doanh
thu từ FTTH

+ FTTB
221,4
triệu
USD
363,4
triệu
USD
547,7
triệu
USD
754,7
triệu
USD
979,9
triệu
USD
1161,5
triệu
USD
Nguồn: Internet
Bảng 1.2: So sánh giữa các giải pháp truy nhập
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
Công nghệ
Tốc
độ
cực
đại
Khoảng

cách cực
đại
Chỉ tiêu đánh giá
Tốc độ Khoản
g cách
Chia
sẻ môi
trường
Chi
phí
Độ tin
cậy
Cáp
đồng
DSL 1.5 3200 Thấp Trung
bình
Không Trung
bình
Trung
bình
Đồng
trục
10 3200 Trung
bình
Trung
bình
Có Cao Trung
bình
CAT-5 100 300 Cao Gần Không Trung
bình

Trung
bình
Sợi
quang
Đa
mode
>10 10000 Cao Trung
bình
Không Trung
bình
Cao
Đơn
mode
>10 100000 Cao Xa Không Trung
bình
Cao
PON 100 10000 Cao Trung
bình
Có Trung
bình
Cao
Satellit
e
<1 N/A Thấp Trung
bình
Có Cao Trung
bình
Wifi <11 100 Trung
bình
Trung

bình
Có Cao Cao
802.11
a
50 20 Cao Gần Có Cao Trung
bình
Blutoo
th
10 3 Trung
bình
Gần Có Cao Trung
bình
Nguồn: Internet
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
* Nền kinh tế có ít nhất 200.000 hộ gia đình
Nguồn: Fiber-to-the-Home council, September 2010
Hình 1.3 : Thị trường băng rộng FTTx toàn cầu
1.6 Kết luận chương
Như nội dung đã trình bày ở trên, mạng đường trục là mạng với tốc độ dữ
liệu cao lên đến hàng Gbps và được áp dụng công nghệ chuyển mạch gói với sự hội
tụ của thoại, dữ liệu và video tốc độ cao. Trong khi đó, mạng truy nhập hầu như
không có một sự phát triển tương xứng. Gần đây, với công nghệ DSL đã giảm bớt
phần nào vấn đề “nút cổ chai” tuy nhiên vẫn chưa giải quyết triệt để vấn đề này. Vì
vậy việc nâng cấp mạng truy nhập là việc làm tất yếu. Tuy nhiên, kỹ thuật nào được
lựa chọn. Với nhưng ưu điểm vượt trội của mình mạng quang thụ động Ethernet-
EPON là một giải pháp hữu hiệu cho mạng truy nhập. Mạng quang thụ động
Ethernet là sự kết hợp giữa mạng quang thụ động và công nghệ Ethernet. Sự kết
hợp này sẽ được trình bày cụ thể trong những chương tiếp theo

SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
Chương 2
CÔNG NGHỆ ETHERNET
FASN theo ITU G.983 định nghĩa một mạng truy nhập quang dựa trên công
nghệ PON sử dụng ATM, như là giao thức lớp hai của nó. Vào năm 1995, khi mà
việc khởi xướng được bắt đầu, ATM có hy vọng cao để trở thành công nghệ thịnh
hành trong mạng LAN, MAN và mạng đường trục. Tuy nhiên, cũng từ thời gian đó,
công nghệ Ethernet đã đẩy lùi ATM. Ethernet đã trở thành một chuẩn được chấp
nhận phổ biến với trên 320 triệu cổng triển khai trên toàn thế giới. Việc triển khai
Gigabit Ethernet tốc độ cao và họ sản phẩm 10 Gigabit Ethernet đã trở thành hiện
thực. Ethernet dễ dàng triển khai và quản lý, đang chiến thắng vùng đất mới trong
MAN và WAN. Suy cho cùng thì 95% LAN sử dụng Ethernet nên ATM-PON
không thể là lựa chọn tốt nhất cho việc kết nối mạng Ethernet.
Một thiếu sót của ATM là việc hư hỏng và sai lệch của các cell ATM sẽ làm
mất hiệu lực hoàn toàn khung IP. Tuy nhiên các cell còn lại sẽ mang mức của cùng
khung IP sẽ được truyền xa hơn, vì vậy việc chi phối tài nguyên mạng là không cần
thiết. Ngoài ra, có lẽ điều quan trọng nhất là ATM không thể đạt được một công
nghệ chi phí thấp như mong muốn. Các chuyển mạch ATM và Card mạng là khá
đắt so với chuyển mạch Ethernet và Card mạng Ethernet.
Kỹ thuật QoS được chấp nhận mới P802.1p, đã làm cho mạng Ethernet có
khả năng cung cấp thoại, data và video. Kỹ thuật này bao gồm mô hình truyền dẫn
song công và sự ưu tiên. Ethernet là công nghệ với chi phí thấp, phổ biến và phù
hợp với nhiều thiết bị cũ khác nhau. Vì vậy, trong chương này sẽ trình bày tổng
quan về kỹ thuật Ethernet, kiến trúc khung của Ethernet và quan hệ giữa Ethernet
với mô hình 7 lớp OSI.
2.1 Tổng quan về Ethernet
Thuật ngữ Ethernet được quy vào họ sản phẩm của mạng LAN thuộc chuẩn
802.3 và được định nghĩa như là một giao thức truy nhập đa sóng mang có phát hiện

SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
va chạm CSMA/CD: Carrier Sence Multiple Access/Collision Detect. Hiện tại có 4
tốc độ dữ liệu được định nghĩa cho hoạt động trên cáp sợi quang:
 10Mps-10BaseT Ethernet.
 100Mbps-Fast Ethernet.
 1000Mbps-Gigabit Ethernet.
 10000Mbps-10Gigabit Ethernet.
Nhiều giao thức và công nghệ khác nhau được đưa ra nhưng Ethernet vẫn tồn tại
như là một công nghệ LAN bởi giao thức của nó có những đặc tính sau:
 Dễ hiểu, dễ thực hiện, dễ quản lý và bảo dưỡng.
 Cho phép triển khai mạng với chi phí thấp.
 Cung cấp nhiều mô hình linh hoạt cho việc cài đặt mạng.
 Bảo đảm kết nối thành công và hoạt động theo tiêu chuẩn của sản phẩm, bất
chấp nhà chế tạo…
2.2 Các phần tử của mạng Ethernet
Mạng LAN Ethernet bao gồm các node mạng và phương tiện liên kết. Các
node mạng nằm trong hai lớp chính:
 DTE - Data Terminal Equipment: là thiết bị nguồn hay đích của khung dữ
liệu. Các thiết bị DTE điển hình như PC, trạm làm việc, file server hoặc print server
như là một nhóm ở trạm đầu cuối.
 DCE - Data Communication Equipment: là các thiết bị mạng trung gian có
nhiệm vụ nhận và chuyển tiếp các khung dữ liệu thông qua mạng. DCE có thể là
các thiết bị Standalone như là bộ lặp, bộ chuyển mạch hay các thiết bị giao tiếp
truyền thông như là Card giao tiếp.
Các thiết bị mạng trung gian Standalone được xem như là một node trung
gian hoặc DCE. Card giao tiếp mạng được xem như là một NIC - Network Interface
Card.
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47

10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
2.3 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet
Mạng LAN có nhiều mô hình kiến trúc khác nhau, nhưng bất chấp sự rắc rối
và kích cở của nó, tất cả đều kết hợp từ ba kiến trúc kết nối cơ bản:
Kiến trúc đơn giản nhất là kết nối điểm-điểm.
Nguồn : Internetworking Technologies Handbook
Hình 2.1: Mô hình kết nối điểm-điểm
Chỉ 2 đơn vị mạng được kết nối với nhau và kết nối này có thể là DTE với
DTE, DTE với DCE, DCE với DCE. Dây cáp trong kết nối điểm điểm được gọi là
network link. Chiều dài cho phép lớn nhất của cáp phụ thuộc vào kiểu cáp và
phương thức truyền được sử dụng.
Mạng Ethernet cơ sở được thực hiện với kiến trúc bus cáp đồng trục.
Nguồn : Internetworking Technologies Handbook
Hình 2.2: Mô hình kết nối bus đồng trục
Chiều dài của Segment được giới hạn ở 500m và có thể kết nối 100 trạm vào
một Segment. Từng Segment có thể kết nối với các trạm lặp, miễn là nhiều đường
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
không tồn tại giữa hai trạm bất kỳ trên mạng và số lượng DTE không vượt quá giá
trị qui định.
Mặc dầu những mạng mới không được kết nối trong cấu hình bus nhưng một
vài mạng bus cũ vẫn tồn tại và vẫn được sử dụng hữu ích.
Từ đầu thập niên 90, cấu hình mạng được lựa chọn là mô hình kết nối sao.
Nguồn : Internetworking Technologies Handbook
Hình 2.3: Mô hình kết nối sao
Đơn vị mạng trung tâm là bộ lặp đa cổng hay còn gọi là Hub hoặc là một
chuyển mạch mạng. Tất cả kết nối trong mạng sao là kết nối điểm điểm được thực
hiện với cáp sợi quang.

2.4 Quan hệ vật lý giữa IEEE802.3 và mô hình tham chiếu OSI
Hình 2.4 mô tả các lớp vật lý của IEEE802.3 và quan hệ của nó với mô hình
tham chiếu OSI. Với giao thức IEEE802, lớp liên kết dữ liệu trong OSI được chia
thành hai lớp con IEEE802: lớp con MAC-Media Access Control và lớp con MAC-
Client.
Lớp vật lý IEEE802.3 tương đương với lớp vật lý OSI.
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
Nguồn : Internetworking Technologies Handbook
Hình 2.4: Quan hệ vật lý của Ethernet với mô hình tham chiếu OSI
Lớp con MAC-Client có thể là một trong các lớp con sau:
 Là lớp con LLC-Logical Link Control, nếu đầu cuối là một DTE. Lớp con
này cung cấp giao tiếp giữa Ethernet MAC và lớp trên trong ngăn giao thức của
trạm đầu cuối. Lớp con LLC được định nghĩa trong chuẩn IEEE802.2.
 Là thực thể cầu nối Bridge Entity, nếu đầu cuối là DCE. Thực tế cầu nối
cung cấp giao tiếp LAN to LAN giữa các mạng LAN sử dụng cùng giao thức, ví dụ
Ethernet to Ethernet và cũng cung cấp giữa các giao thức khác nhau, ví dụ Ethernet
với Token Ring. Thực thể cầu nối được định trong chuẩn IEEE802.1.
Bởi vì đặc điểm kỹ thuật của LLC và thực thể cầu nối là chung cho tất cả các
giao thức LAN IEEE802, tính tương thích của mạng là cơ sở của các giao thức
mạng đặc biệt. Hình 2.5 minh hoạ các yêu cầu tương thích khác nhau được lợi dụng
bởi lớp vật lý và lớp MAC trong truyền thông dữ liệu cơ sở trên kết nối Ethernet.
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
Nguồn : Internetworking Technologies Handbook
Hình 2.5: Lớp vật lý và lớp MAC tương thích với các yêu cầu cho truyền thông
dữ liệu cơ sở
Lớp MAC điều khiển sự truy nhập của một node đến phương tiện truyền

thông của mạng và đặc biệt là đến các giao thức riêng biệt. Tất cả lớp MAC phải có
thiết lập cơ bản về các yêu cầu vật lý, bất chấp liệu có phải chúng bao gồm một hay
nhiều giao thức mở rộng được lựa chọn định nghĩa. Chỉ những nhu cầu cho truyền
thông cơ sở hay còn gọi là truyền thông không có nhu cầu lựa chọn giao thức mở
rộng giữa hai node mạng thì cả hai lớp MAC phải hổ trợ cùng tốc độ truyền.
Lớp vật lý 802.3 qui định rõ tốc độ truyền dữ liệu, mã hoá tín hiệu, và kiểu
kết nối phương tiện giữa hai node. Ví dụ, Gigabit Ethernet định nghĩa hoạt động
trên cáp xoắn đôi hoặc cáp sợi quang, nhưng tuỳ theo mỗi thủ tục mã hoá tín hiệu
hoặc từng kiểu cáp riêng biệt mà yêu cầu một sợi thi hành lớp vật lý khác nhau.
2.5 Lớp con MAC Ethernet
Lớp con MAC có hai chức năng chính:
 Đóng gói dữ liệu kể cả đóng khung trước khi truyền, phân tích và dò lỗi
trong suốt và sau khi nhận khung.
 Điều khiển truy nhập phương tiện bao gồm khởi tạo một sự truyền khung
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
và phục hồi lại sự truyền bị hỏng.
2.5.1 Dạng khung cơ bản của Ethernet
Chuẩn 802.3 định nghĩa dạng khung dữ liệu cơ bản được yêu cầu cho tất cả
sự thi hành của MAC, cộng thêm một vài khuôn dạng để chọn bổ sung mà được sử
dụng để mở rộng giao thức. Dạng khung dữ liệu cơ sở gồm có 7 trường:
Nguồn : Internetworking Technologies Handbook
Hình 2.6: Dạng khung dữ liệu MAC Ethernet cơ bản
 PRE-Preamble: gồm có 7 byte. PRE là các mức logic 0 và 1 xen kẻ nhau
để báo cho trạm nhận khung dữ liệu đang đến và cung cấp phương tiện để đồng bộ
mức thu nhận khung của lớp vật lý bên nhận với luồng bit đến.
 DA-Destination Address: trường DA xác định trạm sẽ nhận khung. Một
bit ngoài cùng bên trái chỉ định có phải là địa chỉ của một địa chỉ cá nhân được chỉ
định bởi 0 hoặc của một nhóm địa chỉ được chỉ định bởi 1. Bit thứ hai kể từ bên trái

chỉ định có phải DA là điều hành toàn bộ được chỉ định mức 0 hoặc điều hành nội
bộ được chỉ định mứt 1, 46 bit còn lại là một nhóm các trạm hoặc tất cả các trạm
trên mạng.
 SA-Source Address: 6 byte: trường SA xác định trạm nguồn.
Trường SA luôn là địa chỉ duy nhất và bit đầu tiên bên trái luôn ở mức 0.
 Length/Type -4byte: Trường này chỉ định số byte dữ liệu của lớp con
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
MAC-Client mà được chứa trong trường dữ liệu của khung hoặc kiểu ID khung nếu
khung được tập hợp sử dụng một dạng khung lựa chọn. Nếu giá trị của trường
Length/Type ít hơn hoặc bằng 1500, số byte của LLC trong trường dữ liệu bằng giá
trị của trường Length/Type. Nếu lớn hơn 1536, khung này là một kiểu khung lựa
chọn và giá trị của trường Length/Type chỉ định kiểu của khung sẽ được gởi và
nhận.
 Data: Là sự nối tiếp của n byte giá trị bất kỳ với n ≤ 1500. Nếu chiều dài
của trường dữ liệu nhỏ hơn 46, trường dữ liệu phải được mở rộng bằng cách thêm
một filler thích hợp để mang trường dữ liệu dài 46 byte.
 FCS-Frame Check Sequence: 4 byte: trường này chứa một giá trị 32 bit
kiểm tra độ dư vòng được tạo bởi lớp MAC bên gởi và được tính toán lại ở lớp
MAC bên thu để kiểm tra độ hư hại của khung. FCS được phát trên các trường
DA,SA, Length/Type và Data.
2.5.2 Sự truyền khung dữ liệu
Bất cứ lúc nào, một trạm MAC đầu cuối nhận một yêu cầu truyền khung kèm
theo địa chỉ và thông tin dữ liệu từ lớp con LLC, lớp MAC bắt đầu truyền một cách
tuần tự bằng cách truyền thông tin LLC vào bộ đệm khung lớp MAC.
 Định ranh giới mào đầu khung được chèn vào trường PRE và SOF.
 Địa chỉ nguồn và đích được chèn vào trường địa chỉ.
 Số byte dữ liệu LLC được tính và chèn vào trường Length/Type.
 Số byte dữ liệu LLC được chèn vào trường dữ liệu. Nếu lượng byte dữ liệu

LLC nhỏ hơn 46 thì phải đệm thêm để trường dữ liệu dài 46byte.
 Một giá trị FCS được phát trên trường DA, SA, Length/Type, data và được
gán vào phần sau của trường dữ liệu.
Sau khi khung được tập hợp, quá trình phát khung phụ thuộc vào lớp MAC
hoạt động ở chế độ đơn công hay song công.
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
Chuẩn IEEE 802.3 hiện tại yêu cầu tất cả các lớp MAC Etherhet hỗ trợ hoạt
động ở chế độ đơn công, trong chế độ này lớp MAC có thể truyền và nhận khung
nhưng không thể thực hiện cả hai. Ở chế độ hoạt động song công cho phép lớp
MAC có thể đồng thời truyền và nhận khung.
2.5.2.1 Truyền đơn công phương thức truy nhập đa sóng mạng có phát hiện
xung đột
Giao thức truy nhập đa sóng mang có phát hiện xung đột CSMA/CD được
bắt đầu phát triển như là một phương thức để hai hoặc nhiều trạm có thể chia sẽ
chung một phương tiện trong một môi trường không chuyển mạch khi giao thức
không yêu cầu xử lý tập trung, truy nhập Token hoặc ấn định khe thời gian để cho
biết khi nào một trạm sẽ được phép truyền. Mỗi Ethernet MAC tự quyết định khi nó
sẽ được phép gởi khung dữ liệu.
 Carrier sense: mỗi trạm liên tục lắng nghe lưu lượng trên cáp để xác định
khi nào khoảng trống giữa các khung truyền xãy ra.
 Multiple Access: các trạm có thể bắt đầu truyền bất cứ lúc nào nó dò thấy
mạng rỗi.
 Collision detect: nếu hai hoặc nhiều trạm trong cùng mạng CSMA/CD bắt
đầu truyền cùng một lúc, thì các luồng bit này sẽ bị xung đột xãy ra trước khi nó
hoàn thành việc gởi dữ liệu. Nó phải ngưng truyền ngay khi phát hiện xung đột và
phải đợi đến một khoảng thời gian ngẫu nhiên rồi sẽ thử truyền lại
Bảng 2.1: Các giới hạn cho hoạt động truyền đơn công
Thông số 10 Mbps 100 Mbps 1000 Mbps

Kích thước khung tối thiểu 64 bytes 64bytes 520 bytes *
1
Đường kính va chạm cực đại,
DTE tới DTE
100 m UTP 100 m UTP
412 m fiber
100 m UTP
316 m fiber
Đường kính va chạm cực đại với
những bộ chuyển tiếp
2500 m 205 m 200 m
Số lượng tối đa những bộ chuyển
tiếp trong đường dẫn mạng
5 2 1
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
*1
: 520 bytes áp dụng cho triển khai thực hiện 1000Base-T. Kích thước khung tối thiểu với trường
mở rộng cho 1000Base-X được nén lại 416 bytes bởi vì 1000Base-X mã hóa và truyền 10 bits đối
với từng byte
2.5.2.2 Truyền song công-một phương pháp bắt buộc để nâng cao hiệu quả
mạng
Sự hoạt động song công là một khả năng lựa chọn MAC cho phép truyền
đồng thời theo hai hướng thông qua kết nối điểm điểm. Truyền song công về mặt
chức năng thì đơn giản hơn truyền đơn công bởi vì nó không tranh chấp phương
tiện truyền thông, không xung đột, không phải truyền lại và không cần bit mở rộng
trong các khung ngắn. Kết quả là không những chỉ có nhiều thời gian cho việc
truyền tải dữ liệu mà còn gấp đôi hiệu quả băng thông vì mỗi đường có thể hổ trợ
tốc độ cao nhất và truyền đồng thời theo hai hướng.

Quá trình truyền thường bắt đầu ngay khi khung sẵn sàng để gởi. Chỉ có một
giới hạn là phải có một khoảng trống IFG-InterFrame Gap giữa các khung liên tiếp
và mỗi khung phải phù hợp với dạng khung Ethernet chuẩn.
Nguồn : Internetworking Technologies Handbook
Hình 2.7 Mô hình dạng truyền dữ liệu song công
2.6 Lớp vật lý Ethernet
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
18
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
Các thiết bị Ethernet chỉ được sử dụng ở dưới của lớp 2 trong ngăn giao thức
OSI, thiết bị điển hình được sử dụng như Card giao tiếp mạng gọi tắt là NIC. Các
NIC khác nhau được xác định dựa trên thuộc tính lớp vật lý.
Việc đặt tên qui ước là một sự sâu chuỗi của ba thuật ngữ xác định tốc độ
truyền, phương pháp truyền và phương tiện mã hoá tín hiệu. Ví dụ:
 10 BaseT = 10 Mbps, băng thông cơ sở, trên 2 cáp xoắn đôi.
 100 BaseT2 = 100 Mbps, băng thông cơ sở, trên 2 cáp xoắn đôi.
 100 BaseT4 = 100 Mbps, băng thông cơ sở, trên 4 cáp xoắn đôi.
 1000 BaseLX = 1000 Mbps, bước sóng dài trên cáp sợi quang.
2.7 Quan hệ giữa lớp vật lý Ethernet và mô hình tham chiếu OSI
Cho dù mô hình vật lý cụ thể của lớp vật lý có thể thay đổi từ phiên bản này
sang phiên bản khác nhưng tất cả Ethernet NIC nói chung đều tương thích với mô
hình được minh hoạ trong hình 2.8.
Lớp vật lý đối với từng tốc độ truyền được phân thành các lớp con độc lập
với kiểu phương tiện truyền thông riêng biệt và lớp con theo kiểu phương tiện
truyền thông hay mã hoá tín hiệu.
 Lớp con Reconciliation còn gọi là lớp con hoà giải và MII-Media
Independent Interface cung cấp kết nối logic giữa lớp con MAC và tập hợp khác
nhau của lớp phụ thuộc phương tiện. MII và GMII được định nghĩa với các đường
dẫn dữ liệu thu và phát riêng biệt ở tốc độ dữ liệu là 10 Mbps thì độ rộng là 1 bit,
với tốc độ 100Mbps thì độ rộng là 4 bit, với tốc độ là 1000 Mbps thì độ rộng là 8

bit. Giao tiếp độc lập phương tiện MII và lớp con Reconciliation có chung từng tốc
độ truyền của nó và được cấu hình cho hoạt động song công.
 Lớp con mã hoá vật lý phụ thuộc phương tiện PCS : cung cấp logic cho
mã hoá, ghép kênh và đồng bộ của luồng dữ liệu đi cũng như sự liên kết mã tách
kênh và giải mã cho dữ liệu đến.
 Lớp con PMA-Physical Medium Attachment : chứa tín hiệu thu và phát cũng
như phục hồi đồng hồ cho luồng dữ liệu thu.
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
 MDI-Medium Dependent Interface : là bộ kết nối cáp giữa tín hiệu thu nhận
và đường truyền.
 Auto-negotiation Sublayer : cho phép các NIC ở mỗi đầu cuối đường truyền
trao đổi thông tin về khả năng riêng có của nó, sau đó thương lượng và chọn lựa mô
hình hoạt động thuận lợi nhất mà cả hai mô hình đều có thể hổ trợ. Auto-negotiation
là một tuỳ chọn trong Ethernet trước đây và được uỷ thác phiên bản sau.
Phụ thuộc vào kiểu mã hoá tín hiệu được sử dụng và cấu hình đường truyền như
thế nào mà PCS và PMA có thể hoặc không thể hổ trợ hoạt động song công
Nguồn : Internetworking Technologies Handbook
Hình 2.8 Mô hình tham chiếu lớp vậy lý Ethernet
2.8 Kết luận chương
Với mô hình linh hoạt, kiến trúc đơn giản đặc biệt là chi phí thấp, Ethernet
đã vượt qua ATM và trở thành công nghệ phổ biến hiện nay. Ethernet được chuẩn
hoá theo chuẩn IEEE 802.3 với các tốc độ hoạt động đa dạng và tương tích với mô
hình 7 lớp OSI là điều kiện thuận lợi để ứng dụng vào mạng truy nhập. Ngoài ra,
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
20
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
Ethernet còn tương thích với nhiều loại thiết bị khác nhau nên trở thành một sự lựa
chọn lý tưởng cho mạng truy nhập để truyền tải lưu lượng IP và hỗ trợ hiệu quả lưu

lượng đa phương tiện. Ethernet đã chứng tỏ là lựa chọn thích hợp nhất cho mạng
quang thụ động để ứng dụng cho mạng truy nhập.
Chương 3
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
MẠNG TRUY NHẬP QUANG THỤ ĐỘNG-PON
PON là từ viết tắt của Passive Optical Network hay còn gọi là mạng quang
thụ động. Công nghệ mạng quang thụ động PON còn được hiểu là mạng công nghệ
quang truy nhập giúp tăng cường kết nối giữa các nốt mạng truy nhập của nhà cung
cấp dịch vụ và người sử dụng. Công nghệ PON được biết tới đầu tiên đó là TPON-
Telephony PON được triển khai vào những năm 90, tiếp đó năm 1998, mạng
BPON-Broadband PON được chuẩn hóa dựa trên nền ATM. Hai năm 2003 và 2004
đánh dấu sự ra đời của hai dòng công nghệ Ethernet PON-EPON và Gigabit PON-
GPON, có thể nói hai công nghệ này mở ra cơ hội mới cho các nhà cung cấp dịch
vụ giải quyết hàng loạt vấn đề truy nhập băng thông rộng tới người sử dụng đầu
cuối. Thành viên mới nhất trong gia đình PON đó là WDM PON. Trong công nghệ
PON, tất cả thành phần chủ động giữa tổng đài CO-Central Office và người sử dụng
sẽ không còn tồn tại mà thay vào đó là các thiết bị quang thụ động, để điều hướng
các lưu lượng trên mạng dựa trên việc phân chia năng lượng tới các điểm đầu cuối
trên đường truyền. Vì vậy mà người ta gọi là công nghệ mạng quang thụ động.
Vị trí của hệ thống PON trong mạng truyền dẫn: Mạng quang thụ động PON
là một dạng của mạng truy nhập quang. Mạng truy nhập hỗ trợ các kết nối đến
khách hàng. Nó được đặt gần đầu cuối khách hàng và triển khai với số lượng lớn.
Mạng truy nhập tồn tại ở nhiều dạng khác nhau do nhiều lí do khác nhau và
PON là một trong những dạng đó. So với mạng truy nhập cáp đồng truyền thống,
sợi quang hầu như không giới hạn băng thông. Việc triển khai sợi quang đến tận
nhà thuê bao sẽ là mục đích phát triển trong tương lai.
Với những ưu điểm vượt trội, mạng quang thụ động PON-Passive Optical
Network là một sự lựa chọn thích hợp nhất cho mạng truy nhập.

3.1 Tổng quan về công nghệ PON
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
22
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
Mạng quang thụ động PON được trình bày như Hình 3.1, sử dụng phần tử
chia quang thụ động trong phần mạng phân bố nằm giữa thiết bị đường truyền
quang OLT-Otical Line Terminal và thiết bị kết cuối mạng quang ONU-Optical
network Unit.
Nguồn: Công nghệ và chuẩn hóa PON
Hình 3.1 : Mô hình mạng quang thụ động
Trong đó các thuật ngữ trong hình được chú thích như sau:
o Passive slitter: Bộ chia thụ quang thụ động
o Feeder Fiber: Cáp Feeder
o Central office: Văn phòng trung tâm
o Distribution fiber: Phân phối quang
o Management system: Hệ thống quản lý
o Passive splitter: Bộ chia thụ động
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
Các phần tử thụ động của PON đều nằm trong mạng phân bố quang hay còn
gọi là mạng quang ngoại vi bao gồm các phần tử như sợi quang, các bộ tách /ghép
quang thụ động, các đầu nối và các mối hàn quang. Các phần tử tích cực như OLT
và các ONU đều nằm ở đầu cuối của mạng PON. Tín hiệu trong PON có thể được
phân ra và truyền đi theo nhiều sợi quang hoặc được kết hợp lại và truyền đi trên
một sợi quang thông qua bộ ghép quang, phụ thuộc tín hiệu đó đi theo hướng lên
hay xuống của mạng quang thụ động PON.
3.2 Đặc điểm của mạng PON
Đặc trưng của hệ thống PON là thiết bị thụ động phân phối sợi quang đến
từng nhà thuê bao sử dụng bộ chia có thể lên tới 1:128.

PON hỗ trợ giao thức ATM, Ethernet. PON hỗ trợ các dịch vụ thoại, dữ liệu
và hình ảnh với tốc độ cao và khả năng cung cấp băng thông rộng.
Trong hệ thống PON, băng thông được chia sẻ cho nhiều khách hàng điều
này sẽ làm giảm chi phí cho khách hàng sử dụng. Cũng như khả năng tận dụng công
nghệ WDM, ghép kênh phân chia theo dải tần, TDMA và cung cấp băng thông
động để giảm thiểu số lượng cáp quang cần thiết để kết nối giữa OLT và bộ chia.
PON thực hiện truyền dẫn 2 chiều trên 2 sợi quang hay 2 chiều trên cùng 1
sợi quang. PON có thể hỗ trợ mô hình: hình cây, sao, bus và ring.
3.3 Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON
3.3.1 Sợi quang và cáp quang
Sợi quang là một thành phần quan trọng trong mạng, nó tạo sự kết nối giữa
các thiết bị. Hai thông số cơ bản của sợi quang là suy hao và tán sắc, tuy nhiên sợi
quang ứng dụng trong mạng PON thì chỉ cần quan tâm đến suy hao không quan tâm
đến tán sắc bởi khoảng cách truyền tối đa chỉ là 20 km và tán sắc thì ảnh hưởng
không đáng kể. Do đó, người ta sử dụng sợi quang có suy hao nhỏ, chủ yếu là sử
dụng sợi quang theo chuẩn G.652.
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TRẦN XUÂN TRƯỜNG
Trên thực tế, để khắc phục nhược điểm trong truyền dẫn thông tin của cáp
đồng, đã từ lâu người ta đã cho ra đời cáp quang cùng với những tính năng ưu việt
hơn. Không giống như cáp đồng truyền tín hiệu bằng điện, cáp quang dùng ánh
sáng để truyền tín hiệu đi. Chính vì sự khác biệt đó, mà cáp quang ít bị nhiễu, tốc độ
cao và có khả năng truyền xa hơn. Tuy vậy, phải đến giai đoạn hiện nay thì cáp
quang mới được phát triển bùng nổ, nhất là trong lĩnh vực kết nối liên lục địa, kết
nối xuyên quốc gia. Và việc sử dụng công nghệ truyền dẫn hiện đại này cũng đang
bắt đầu thay thế dần mạng cáp đồng ADSL phục vụ trực tiếp đến người sử dụng.
Cáp quang dài, mỏng với thành phần của thủy tinh trong suốt và bằng đường
kính của một sợi tóc. Chúng được sắp xếp trong bó được gọi là cáp quang và được
sử dụng để truyền tín hiệu trong khoảng cách rất xa. Cáp quang có cấu tạo gồm dây

dẫn trung tâm là sợi thủy tinh hoặc plastic đã được tinh chế nhằm cho phép truyền
đi tối đa các tín hiệu ánh sáng. Sợi quang được tráng một lớp lót nhằm phản chiếu
tốt các tín hiệu.
Hình 3.2: Cấu trúc của cáp quang
SVTH: Trần Đình Dũng Lớp Kỹ Thuật Viễn Thông-K47
25