Tìm hiểu mạng quang thụ động EPON

MỤC LỤC
Chương 1: Hiện trạng mạng viễn thông Việt Nam và xu hướng phát triển
mạng truy nhập của thế giới 4
1.1 Hiện trạng mạng viễn thông của Việt Nam 4
1.2 Sự phát triển của lưu lượng 10
1.3 Xu hướng phát triển hiện nay 11
1.4 Mạng truy nhập thế hệ sau 12
1.5 Kết luận chương 13
Chương 2 : Công nghệ ETHERNET 14
2.1 Tổng quan về Ethernet 15
2.2 Các phần tử của mạng Ethernet 15
2.3 Kiến trúc mô hình mạng Ethernet 16
2.4 Quan hệ vật lý giữa IEEE802.3 và mô hình tham chiếu OSI 17
2.5 Lớp con MAC Ethernet 20
2.6 Lớp vật lý Ethernet 24
2.7 Quan hệ giữa lớp vật lý Ethernet và mô hình tham chiếu OSI 24
Chương 3 Mạng truy nhập quang thụ động - PON 26
3.1 Tổng quan về công nghệ PON 28
3.2 Đặc điểm của mạng PON 29
3.3 Thành phần cơ bản của mạng quang thụ động PON 29
3.4 Mô hình PON 38
3.5 WDM PON và TDM PON 40
Chương 4 : Mạng truy nhập quang thụ động ETHERNET-EPON 44
4.1 Lợi ích của mạng truy cập quang thụ động Ethernet _ PON 44
1
4.2 Nhu cầu của mạng quang thụ động Ethernet 45
4.3 Tiêu chuẩn mạng quang thụ động Ethernet 50
4.4 Nguyên tắc hoạt động của mạng truy nhập quang thụ động Ethernet 52
4.5 Xu hướng phát triển của mạng truy nhập quang thụ động Ethernet 64
4.6 Ứng dụng của mạng truy nhập quang thụ động Ethernet-EPON 66
2

LỜI MỞ ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển dẫn tới sự phát triển của các khu vực kinh tế
như: khu công nghiệp, khu công nghệ cao, khu thương mại, khu chung cư cao
cấp… cùng với sự phát triển ngày càng lớn mạnh của các tổ chức kinh tế như:
ngân hàng, kho bạc, công ty… đã tạo ra nhu cầu rất lớn trong việc sử dụng các
dịch vụ tiện ích tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu. Bên cạnh đó, các dịch vụ
ứng dụng trên Internet ngày càng phong phú và phát triển với tốc độ nhanh như
các dịch vụ mua bán trực tuyến, ngân hàng, game trực tuyến, các dịch vụ đào tạo
từ xa,… Đặc biệt nhu cầu về các loại dịch vụ tích hợp thoại, hình ảnh và dữ liệu
ngày càng gia tăng. Sự phát triển của các loại hình dịch vụ mới đòi hỏi hạ tầng
mạng truy cập phải đáp ứng các yêu cầu về băng rộng, tốc độ truy cập cao. Công
nghệ truy nhập cáp đồng ADSL đã được triển khai rộng rãi nhưng hạn chế về tốc
độ và cự ly không đáp ứng được yêu cầu dịch vụ. Vì vậy, nghiên cứu triển khai
các giải pháp truy nhập quang là vấn đề cấp thiết hiện nay nhằm xây dựng hạ
tầng mạng truy nhập đáp ứng yêu cầu băng thông rộng, tốc độ cao của các loại
hình dịch vụ mới.
Công nghệ truy nhập quang thụ động EPON đã được ITU chuẩn hóa, hiện
nay là một trong những công nghệ được lựa chọn hàng đầu cho triển khai mạng
truy nhập tại nhiều nước trên thế giới. EPON là công nghệ hướng tới cung cấp
dịch vụ mạng đầy đủ, tích hợp thoại, hình ảnh và số liệu với băng thông rộng.
EPON sẽ là công nghệ truy nhập được lựa chọn triển khai hiện tại và tương lại.
Hiện nay, ở nước ta đã có một số nhà cung cấp dịch vụ như FPT, VNPT,
Viettel, CMC TI… đã và đang triển khai hệ thống mạng truy nhập quang thụ
động EPON. Do đó em chọn đề tài tốt nghiệp là “Tìm hiểu về mạng truy nhập
quang thụ động”.
3
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
1.1.1 Truyền 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.
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
4
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
5
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
Trạm mặt đất Hoa Sen -1
Trạm chủ VSAT DAMA
Trạm cổng VSAT IP
1.1.2 Truyền dẫn Quốc Gia
Mạng truyền dẫn quốc gia bao gồm tuyến đường trục Bắc Nam và các
tuyến nhánh nối giữa các tỉnh thành với các trung tâm Hà Nội, Đà Nẵng và Tp.
Hồ Chí Minh.
Phương tiện truyền dẫn ở đây có thể là cáp quang hoặc VIBA, công nghệ
PDH hoặc SDH.

Cáp quang SDH: thiết bị này do nhiều hãng khác nhau cung cấp là:
Northem telecom, Siemens, Fujitsu, Alcatel, Lucent, NEC…các thiết bị có dung
lượng 155 Mb/s, 622Mb/s, 2.5 Gb/s.
Viba PDH: thiết bị này cũng có nguồn gốc từ nhiều hãng cung cấp khác
nhau như: Siemens, Fujitsu, Alcatel, SIS, SAT, NOKIA, AWA. Dung lượng
140Mb/s, 34Mb/s và n*2Mb/s. Công nghệ viba SDH được sử dụng hạn chế với
số lượng ít.
• Tuyến truyền dẫn đường trục Bắc – Nam
Tuyến trục chính Hà Nội – TP. Hồ Chí Minh là tuyến truyền tải lớn nhất
(tới trên 50% lưu lượng liên tỉnh) của toàn mạng Việt Nam. Mọi nhu cầu về phát
triển các dịch vụ Viễn Thông hiện đại cũng đều phát sinh và trao đổi đầu tiên từ
2 trung tâm thông tin lớn nhất của cả nước là Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh.
Ngoài ra, lưu lượng truyền dẫn trên trục Bắc Nam để đi quốc tế cũng
chiếm một khối lượng đáng kể. Hơn nữa, các chương trình truyền hình đòi hỏi
chất lượng cao và phát trong một thời gian đài liên tục cũng ngày càng gia tăng
trên tuyến này.
Hiện nay tuyến trục Bắc Nam bao gồm:
6
Tuyến cáp quang:
+ Tuyến chạy dọc quốc lộ 1A
+ Tuyến chạy theo đường dây điện lực 500 kV
Hai tuyến này hình thành nên 4 vòng RING lớn
Tuyến VIBA:
+ Tuyến 140 Mb/s Hà Nội – Đà Nẵng (thiết bị của SIEMENS)
+ Tuyến 140 Mb/s Đà Nẵng – TP. Hồ Chí Minh (thiết bị của ATFH)
• Tuyến trục cáp quang
Tuyến cáp quang chạy dọc quốc lộ 1A đi từ Hà Nội tới TP. Hồ Chí Minh
qua các tỉnh thành phố, trên đó có 25 trạm xen rẽ và 13 trạm lặp. Tuyến này sử
dụng sợi 7 và 8 trong số 8 sợi của tuyến cáp Marconi.
Tuyến cáp quang chạy theo đường dây 500 KV đi từ Hoà Bình tới Phỳ

Lừm với 2 trạm đầu cuối và 13 trạm lặp. Nó sử dụng 2 trong số 10 sợi của cáp
(4 sợi của VTN, 4 sợi của sở Điện lực và 2 sợi của Quân đội).
Sợi quang sử dụng trên cả 2 tuyến là sợi quang đơn mode G652 làm việc
ở cửa sổ bước sóng 1550 nm (suy hao nhỏ hơn 0,28 dB / km).
Mạng truyền dẫn đường trục quốc gia nối giữa Hà Nội và Tp Hồ Chí
Minh dài 4000km, sử dụng STM-16/2F-BSHR, được chia thành 2 vòng Ring lớn
tại Hà Tĩnh, Đà Nẵng, Quy Nhơn và Tp. Hồ Chí Minh.
Vòng 1: Hà Nội - Hà Tĩnh(884km)
Vòng 2: Hà Tĩnh - Đà Nẵng(834km)
Vòng 3: Đà Nẵng – quy Nhơn (817km)
Vòng 4: Quy Nhơn – Tp Hồ Chí Minh (1424km)
Việc quản lý thường xuyên các vòng RING I và II là do trung tâm quản lý
Hà Nội đảm nhiệm còn vòng III và IV là do trung tâm quản lý TP. Hồ Chí Minh
7
phụ trách. Trạm quản lý điều hành Hà Nội đóng vai trò quản lý mạng cấp 1,
nghĩa là quản lý toàn bộ mạng Việt Nam còn trung tâm quản lý điều hành TP.
Hồ Chí Minh chỉ quản lý khu vực miền Nam, dự phòng cho trung tâm Hà Nội.
Hai trung tâm này làm việc luân phiên theo từng tuần quản lý chung toàn mạng.
Cả 4 vòng RING đều có dạng MS SPRING (2F BSHR / LPS).
Các đường truyền dẫn khác: Hà Nội – Hải Phòng, Hà Nội – Hoà Bình, Tp
Hồ Chí Minh – Vũng Tàu, Hà Nội – Phủ Lý – Nam Định, Đà Nẵng – Tam Kỳ.
Các tuyến truyền dẫn liên tỉnh này dùng STM-4. Riêng tuyến Hà Nội – Nam
Định, Đà Nẵng – Tam Kỳ vẫn sử dụng PDH, trong tương lai sẽ thay thế bằng
SDH.
• Mạng truyền dẫn liên tỉnh bằng vô tuyến.
Dùng hệ thống viba SDH(STM-1, dung lượng 155Mbps), PDH (Dung
lượng 4Mbps, 6Mbps, 140Mbps). Chỉ có tuyến Bãi Cháy – Hòn Gai dùng SDH,
các tuyến khác dùng PDH.
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
So với mạng đường trục và mạng liên tỉnh thì mạng nội tỉnh có phần đa
dạng và phức tạp hơn rất nhiều. Trước hết, về mặt yêu cầu thì các tuyến nội tỉnh
có dung lượng nhỏ hơn, cự ly truyền không xa lắm. Mặt khác, các tuyến này lại
do các tỉnh quản lý nên mặc dù được sự chỉ đạo của Tổng Công ty và Tổng cục
Bưu điện thỡ cỏc tuyến nội hạt ở các tỉnh vẫn phát triển theo các hướng khác
nhau tuỳ theo kinh phí và sự đầu tư của tỉnh đó. Một điểm cần lưu ý nữa đối với
các mạng nội tỉnh là cơ sở hạ tầng của chúng cực kỳ phức tạp, rất nhiều hệ thống
cùng song song hoạt động như VIBA, cáp quang, OW, HDSL, WLL (Khoảng
88% các tuyến truyền dẫn nội tỉnh sử dụng hệ thống vi ba, trong tương lai khi
8
nhu cầu sử dụng tăng thì các tuyến này được thay thế bởi hệ thống truyền dẫn
quang).
Tình hình triển khai cáp quang của tuyến nội hạt cũng chậm hơn so với
tuyến liên tỉnh. Ngoại trừ các thμnh phố lớn như Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Đà
Nẵng đó có các vòng RING mạng cấp 1 (nối các HOST, TANDEM và TOLL
quốc gia) và vòng RING cấp 2 (nối các HOST với các tổng đài vệ tinh lớn) còn
hầu hết các tỉnh mới chỉ có các tuyến quang nối từ HOST tới các tổng đài vệ tinh
theo dạng mắt lưới.Thậm chí với những tỉnh chỉ có 1 HOST duy nhất tại trung
tâm và không có tổng đài vệ tinh thì cũng chưa có đường cáp quang nào (theo
thống kê năm 1996 thì cứ 20 tỉnh như vậy).
Mạng vô tuyến nội tỉnh hiện nay rất đa dạng cả về dung lượng, chủng loại
và như cung cấp. Có nhiều hệ thống cùng làm việc và thậm chí trên những chặng
khác nhau của cùng 1 tuyến. Về mặt điều hành bảo dưỡng tinh tỡnh này gây trở
ngại khá lớn và làm tăng chi phí vì phải dự phòng nhiều loại thiết bị. Cấu hình
của các tuyến VIBA thường có dạng hình sao với dung lượng nhỏ. Vì lý do dung
lượng mà chỉ sau vài năm lắp đặt các tuyến này đều phải tiến hành nâng cấp hay
thay thế. Xem bảng 3 để biết thêm chi tiết về các thiết bị viba sử dụng ở các

tuyến liên tỉnh và nội tỉnh hiện nay:
Tên thiết bị
Nước sản
xuất
Tần số sử dụng
Dung lượng
liên tỉnh
Dung
lượng
nội tỉnh
AWA 1504
(RMD 1504)
Australia 1,5 GHz
(1427 – 1535 MHz)
2 Mb/s 2E1
AWA 1808
(RMD 1808)
CTR 210
Australia
Siemens,
Germany
1,8 GHz
(1700 – 1900 MHz)
1,5 GHz
34 Mb/s
8 Mb/s
4E1
9
(1427 – 1535 MHz) 140 Mb/s 4E1 – 8E1
DM 1000

Fujitsu,
Japan
2 GHz
(1900 – 2300 MHz)
7 GHz
(7400 – 7700 MHz)
34 Mb/s
16 Mb/s
4E1 – 6E1
ATFH
Alcatel,
Pháp
7 GHz
140 Mb/s
34 Mb/s
SAT Pháp 2 GHz 34 Mb/s
NEC 2 GHz 34 Mb/s
DXR-100
New
Zealand
430 – 512 MHz 4E1
MDS USA 450MHz 22 kênh
MITEC Australia 10 – 10,5 GHz 1E1
NOKIA Finland 1,9 – 2,1 GHz 34 Mb/s 16 E1
PS-02
(PS phone)
400 MHz 1 kênh
SIS Taiwan 1,9 – 2,3 GHz 34 Mb/s 16 E1
VH 301 Hungary 320 – 420 MHz 16 E1
3JDD China 140 – 160 MHz 3 kênh

6JDE China 364 – 372 MHz 6 kênh
6RU10 Việt Nam 622 – 712 MHz 10 kênh
6RU10CT Việt Nam 622 – 712 MHz 1 E1
10
Hình 5. Các thiết bị viba sử dụng ở các tuyến liên tỉnh và nội tỉnh
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 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
11
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.
12
1.4 Mạng truy nhập thế hệ sau
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.
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
13
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
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.
14
CHƯƠNG 2
CÔNG NGHỆ ETHERNET
FASN (Full Service Access Network) theo ITU G.983 định nghĩa một
mạng truy nhập quang dựa trên công nghệ PON sử dụng ATM (Asynchronous
Transfer Mode) 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 (Local Area Network), MAN (Metropolitan Area
Network) 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.
Nói một cách khác, Ethernet là một lựa chọn hợp lý cho mạng truy nhập
IP được tối ưu hoá dữ liệu.
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
15
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 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
16
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.
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.
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.
Hình 2.2: Mô hình kết nối bus đồng trục
17
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 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.
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.
18
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.
19
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.
20
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
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:
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.
21
 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
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.
22
 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.
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
23

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
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
Bảng 2.1: Các giới hạn cho hoạt động truyền đơn công
*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
24
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.
Hình 2.7 Mô hình dạng truyền dữ liệu song công
2.6 Lớp vật lý Ethernet
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.
25