Tiểu luận mạng thông tin quang xu hướng tích hợp mạng IPQuang thế hệ sau
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (402.24 KB, 19 trang )
1
BÀI TIỂU LUẬN
MẠNG THÔNG TIN QUANG
Đề Tài:
Xu hướng tích hợp mạng IP/Quang thế hệ sau
Học viên: Cao Hữu Vinh
Ngô Thanh Tuấn
2
Mục lục
I Giao thức thống nhất của mạng truyền tải…………………………………………………………………
1.1 IP giao thức thống nhất của mạng truyền tải…………………………………………………………….
1.2 Giao thức IP……………………………………………………………………………………………
1.3 Sử dụng IPv4 hay IPv6…………………………………………………………………………………
1.4 IPv6 cho IP/WDM……………………………………………………………………………………….
1.5 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong IP………………………………………………………………………
1.6 Mô hình phân loại các gói IP thành các lớp dịch vụ……………………………………………………
II Công nghệ ghép kênh theo bước song…………………………………………………………………….
2.1 Công nghệ ghép kênh theo bước song…………………………………………………………………
2.2 Các thế hệ mạng WDM…………………………………………………………………………………
2.3 Xu hướng tích hợp IP over WMD………………………………………………………………………
III Kiến trúc IP/DWM……………………………………………………………………………………….
3.1 Nguyên lý hệ thống………………………………………………………………………………………
3.2 Các mô hình giải pháp mạng IP/WDM………………………………………………………………….
3.2.1 Mô hình giải pháp mạng IP/WDM ngang hàng……………………………………………….
3.2.2 Mô hình giải pháp mạng IP/WDM xép chồng………………………………………………
3.2.3 Mô hình giải pháp mạng IP/WDM lai………………………………………………………
3.3 So sánh các mô hình giải pháp mạng IP/WDM…………………………………………………………
IV. Giới thiệu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang………………………………………………
4.1 Các phương pháp đinh tuyến trong mạng IP/WDM…………………………………………………….
4.1.1 Phương pháp định tuyến địa chỉ vùng………………………………………………………
4.1.2 Phương pháp định tuyến xếp chồng………………………………………………………….
4.1.3 Phương pháp định tuyến tích hợp…………………………………………………………….
4.2 Các mô hình dịch vụ trong mạng IP/WDM……………………………………………………………
4.2.1 Mô hình dịch vụ miền…………………………………………………………………………
4.2.2 Mô hình dịch vụ hợp nhất…………………………………………………………………….
4.3 Kỹ thuật lưu lượng trong mạng IP/WDM………………………………………………………………
4.3.1 Mô hình kỹ thuật lưu lượng xếp chồng……………………………………………………….
4.3.2 Mô hình kỹ thuật lưu lượng tích hợp………………………………………………………….
4.4 Các giao thức định tuyến IP……………………………………………………………………………
4.4.1 Định tuyến tĩnh và định tuyến động…………………………………………………………
4.4.2 Định tuyến véc tơ khoảng cách và định tuyến trạng thái liên kết……………………………
V. Kết luận …………………………………………………………………………………………………
3
I Giao thức thống nhất của mạng truyền tải
1.1 IP giao thức thống nhất của mạng truyền tải
Cùng với sự ra đời và phát triển của nền kinh tế tri thức, sự phát triển bùng nổ của lưu lượng
Internet/Intranet cũng như công nghiệp truyền dẫn IP băng rộng/tốc độ cao có khả năng truyền tải được
tất cả các dịch vụ viễn thông hay dữ liệu làm cho truyền tải IP đang trở thành phương thức truyền tải
chính trên cơ sở hạ tầng truyền tải thông tin hiện nay cũng như trong tương lai.
Sự tăng trưởng theo cấp số nhân của luồn lưu lượng IP được kết hợp với sự tăng trưởng lớn mạnh liên
tục của việc sử dụng mạng internet và intranet diện rộng, sự hội tụ nhanh chóng của các dịch vụ IP tiên
tiến, Khả năng kết nối đơn giản, dễ dàng và linh hoạt đã tạo ra một sự dịch chuyển mang tính đột biến
trong quá trình phát triển của mạng viễn thông. Sự dịch chuyển này không chỉ xảy ra trên lĩnh vực nội
dung mà còn ở cách thức của truyền tải lưu lượng. Nó đã làm thay đổi hoàn toàn quan điểm thiết kế của
các mạng viễn thông.
Mặc khác công nghệ thông tin ngày càng phát triển mạnh mẽ. Đặc biệt, khi công nghệ truyền dẫn
quang ghép kênh phân chia theo bước sóng – WDM, mà giai đoạn tiếp theo của nó là ghép kênh phân
chia theo bước sóng có mật độ cao – DWDM, ra đời với những ưu điểm vượt trội về băng thông rộng/tốc
độ lớn ( tới hàng ngàn Terabit ) và chất lượng truyền dẫn cao cũng tạo nên sự phát triển đột biến trong
công nghệ truyền dẫn.
Từ sự bùng nổ lưu lượng IP cùng sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ IP và công nghệ thông tin
quang đã tạo nên một cuộc cách mạng trong truyền tải của các mạng viễn thông. Kết hợp hai công nghệ
mạng này trên cùng một cơ sở hạ tầng mạng tạo thành một giải pháp tích hợp để truyền tải đang là vấn đề
mang tính thời sự. Trong hầu hết các kiến trúc mạng viễn thông đề xuất cho tương lai đều thừa nhận sự
thống trị của công nghệ truyền dẫn IP trên mạng quang. Đặc biệt truyền tải IP trên mạng quang được xem
là nhân tố then chốt trong việc xây dựng mạng truyền tải NGN.
Cho đến nay người ta đã tạo ra được nhiều giải pháp liên quang đến vấn đề làm thế nào truyền tải các
gói IP qua môi trường sợi quang. Và nội dung của chúng đều tập trung vào việc giảm kích thước mào đầu
trong khi vẫn đảm bảo cung cấp dịch vụ chất lượng khác biệt, độ khả dụng và bảo mật cao.
Có hai hướng giải quyết chính cho vấn đề trên đó là: giữ lại công nghệ cũ, phát triển các tính năng
phù hợp cho lớp mạng trung gian như ATM và SDH để truyền tải IP trên mạng WDM, hoặc tạo ra công
nghệ và giao thức mới như MPLS, GMPLS.
Đối với kiến trúc mạng IP được xây dựng theo ngăn mạng sử dụng những công nghệ như ATM,
SDH và WDM, do có nhiều lớp liên quan nên đặc trưng của kiến trúc này là dư thừa các tính năng và chi
phí cho khai thác và bảo dưỡng cao. Hơn nữa kiến trúc này trước đây sử dụng cung cấp chỉ tiêu đảm bảo
cho dịch vụ thoai và thuê kênh. Vì vậy, nó không còn phù hợp cho các dịch vụ chuyển mạch gói mà được
thiết kế tối ưu cho số liệu truyền tải lưu lượng IP bùng nổ.
Một số nhà cung cấp và tổ chức tiêu chuẩn đã đề xuất những giải pháp mới cho khai thác IP trên một
kiến trúc mạng đơn giản, ở đó lớp WDM là nơi cung cấp băng tầng truyền dẫn. Những giải pháp này cố
gắng giảm mức tính năng dư thừa, giảm mào đầu giao thức, đơn giản hóa công việc quản lý và qua đó
truyền tải IP trên lớp WDM (lớp mạng quang) càng hiệu quả càng tốt. Tất cả chúng đều liên quan đến
4
việc đơn giản hóa các ngăn giao thức, nhưng trong số chúng chỉ có một số kiến trúc có nhiều hứa hẹn như
các giải pháp gói trên SONET/SDH, Gigabit Ethernet (GbE) và truyền tải gói động ( Dynamic Packet
Transport – DPT). Tuy nhiên các giải pháp GbE và DPT thường được sử dụng cho lớp truy nhập.
Tùy từng giải pháp tích hợp truyền tải IP trên quang các tín hiệu dịch vụ được đóng gói qua các tầng
khác nhau. Đóng gói có thể hiểu một cách đơn giản chính là quá trình các dịch vụ lớp trên đưa xuống lớp
dưới và khi chúng đã được thêm các tiêu đề và đuôi theo không dạng tín hiệu đã được định nghĩa ở lớp
dưới. Các phương thức tích hợp trên quang bao gồm :
Kiến trúc IP/PDH/WDM
Kiến trúc IP/ATM/SDH/WDM
Kiến trúc IP/ATM/WDM
Kiến trúc IP/SDH/WDM
Kiến trúc IP/NGSDH/WDM
Kiến trúc IP/MPLS/WDM
Phương thức truyền tải IP trên quang là một trong những yếu tố quan trọng để người ta lựa chọn giao
thức IP làm giao thức thống nhât cho mạng truyền tải trong tương lai.
1.2 Gi ao thức IP
Cho đến nay đã có hai phiên bản của giao thức IP đó là : IP version 4 (IPv4) và IP version 6 (IPv6).
Tuy vậy, chúng vẫn thực hiện những chức năng chính sau:
+ IP định nghĩa đơn vị số liệu mà có thể gửi qua internet, nghĩa là IP quy định định dạng của đơn
vị số liệu (datagram) được gửi đi:
+ Phần mềm IP thực hiện chức năng định tuyến dựa trên địa chỉ IP;
+ IP gồm một tập hợp các nguyên tắc cho việc xử lý đơn vị số liệu tại các bộ định tuyến và Host
như thế nào, khi nào và bao giờ bản tin lỗi cần được tạo ra, và khi nào số liệu cần hủy bỏ.
Sự phát triển mạnh mẽ của IPv6 chủ yếu bắt nguồn từ việc thiếu không gian địa chỉ của phiên bản
tiền nhiệm trước nó (IPv4). Yêu cầu phát triển đòi hỏi phải định nghĩa lại phần mào đầu nhằm cải thiện
hiệu quả định tuyến, đó cũng là một động lực quan trọng khác của IPv6.
Địa chỉ IPv4 gồm có 32 bit, chia thành bốn octet, mỗi octet là một byte. Địa chỉ IP được chia thành
năm lớp A, B, C, D và E. Giả sử Net_ID và Host_ID lần lượt là phần định danh mạng và trạm. Địa chỉ IP
được biểu diễn dưới dạng <Net_ID> <Host_ID>. Có thể biểu diễn địa chỉ IP dưới dạng nhị phân và thập
phân. Giả sử n và h lần lượt là bit chỉ mạng và trạm. Địa chỉ IP được phân lớp, với bit lớp của lớp A, B,
C, D, E lần lượt là 0, 10, 110, 1110, 11110.
Với IPv4 chúng ta có 232 (4,3 tỷ) địa chỉ. Với sự phát triển của công nghệ hiện nay, hầu như tất cả
các thiết bị điện tử trong tương lai sẽ tích hợp dịch vụ IP, vì thế không gian địa chỉ của IPv4 trở nên chật
hẹp.
IPv6 là sự mở rộng của IPv4, trong đó nó dùng 64 bit cho phần phần định danh mạng và 64 bit cho
phần định danh trạm. Như vậy với IPv6 chúng ta sẽ có 2128 địa chỉ. Điều này có nghĩa là trung bình một
cá nhân trên thế giới sẽ có vào khoảng 5×1028 địa chỉ IP (xem như trên thế có vào khoảng 6,5 tỷ người).
5
Như vậy với IPv6 chúng ta có thể đảm bảo đủ không gian địa chỉ cho tất cả các thiết bị điện tử tích hợp
dịch vụ IP trong tương lai. Điều này làm tiền đề cho sự phát triển lưu lượng số ngày càng mạnh mẽ và
bền vững.
1.3 Sử dụng IPv4 hay IPv6.
Đến bây giờ chúng ta có thể khẳng định rằng IPv6 chưa thể thay thế IPv4 ngay được. Hai phiên bản
IP này sẽ cùng tồn tại trong nhiều năm nữa. Về nguyên lý, có thể thực thi IPv6 bằng cách nâng cấp phần
mềm thiết bị IPv4 hiện thời và đưa ra một giai đoạn chuyển đổi để giảm thiểu chi phí mua sắm thiết bị
mới và bảo vệ vốn đầu tư quá khứ. Tuy nhiên, có một điều chưa chắc chắn đó là liệu tất cả các nhà khai
thác Internet sẽ chuyển sang công nghệ IPv6 hay không? Điều này phụ thuộc rất lớn vào lợi ích mà nhà
khai thác thu được khi chuyển sang nó. Hiện tại, vây quanh các nhà khai thác vẫn là các bộ định tuyến
IPv4 và phần lớn lưu lượng trên mạng thích ứng cho IPv4, đây không chỉ là một yếu tố làm hạn chế sự
thay đổi. Một đặc tính khác lôi cuốn các nhà khai thác có cơ sở hạ tầng phát triển nhanh đó là đặc tính
cắm và chạy (Plug and Play), nó làm cho mạng IPv6 dễ dàng trong việc cấu h.nh và bảo dưỡng hơn so với
mạng IPv4. Để dễ dàng khi chuyển sang IPv6 thì các ứng dụng của IPv4 và IPv6 phải có khả năng liên
kết và phối hợp hoạt động với nhau (ví dụ các nhà sản xuất Internet Browser cần phân phối cho các Client
khả năng thông tin với cả IPv4 và IPv6). Một điều quan trọng và tiên quyết cho việc phối hợp họat động
đó là IPv6 cần hoạt động theo kiểu Host ngăn kép: một cho ngăn giao thức IPv4 và một cho ngăn giao
thức IPv6.
Như vậy, chúng ta có thể thấy rằng trước mắt sự xuất hiện IPv6 chỉ làm cho sự lựa chọn thêm khó
khăn (cũng giống như lợi ích của việc định tuyến hiệu quả còn tùy thuộc vào liệu các nhà khai khác có sử
dụng IPv6 không). Về lâu dài, sự nghi ngại về độ phức tạp và hiệu quả của IPv6 so với IPv4 sẽ được loại
bỏ vì đếnnay các ứng dụng IP đang cố thu nạp những điểm mạnh của IPv6 chẳng hạn như QoS.
1.4 IPv6 cho IP/WDM
Vấn đề chính của chúng ta là phải xác định xem những gì cần cho mạng và những g. nên loại bỏ để
làm cho truyền tải IP trên mạng WDM hiệu quả hơn. Trong bối cảnh hiện nay, IPv6 là phiên bản hợp lý
nhất để hiện thực hóa điều này, để mạng tối ưu hơn. Mào đầu nhỏ và hiệu quả cao, không có chức năng
kiểm tra lỗi trong giao thức đó là ưu điểm của việc sử dụng IPv6. Điều này có nghĩa là yêu cầu cơ bản đối
với hạ tầng WDM là phân phối dung lượng truyền tải tin cậy, đó là một trong những điểm giá trị nhất của
nó. Trong bất kỳ trường hợp nào, sự thích ứng mới giữa IP và WDM cần được phát triển. Lớp thích ứng
này phải có khả năng dành trước tài nguyên.
Kịch bản này xem các bộ định tuyến IPv4 được thích ứng ở biên của mạng WDM, điều này đồng
nghĩa với việc tạo ra một quá tr.nh chuyển đổi dần dần tại biên giới giữa các thành phần mạng. Sử dụng
IPv6 trong phần l.i của mạng WDM sẽ đem lại hiệu quả, khả năng mở rộng lớn hơn so với IPv4.
1.5 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong IP
Trước đây, Internet chỉ hỗ trợ dịch vụ với nỗ lực tối đa như bản chất thuật ngữ “ best effort”, ở đó tất
cả các gói có cùng năng lực truy nhập tài nguyên mạng. Lớp mạng lien quan đến việc truyền tải các gói
từ nguồn đến đích bằng cách sử dụng địa chỉ đích trong mào đầu gói dựa trên một thực thể trong bảng
định tuyến. Sự phân tách trong quá trình định tuyến từ quá trình gửi gói tin thực tế là một khái niệm thiết
kế rất quan trọng trong internet. Gần đây IETF đã giới thiệu một vài giải pháp thúc đẩy QoS trong
internet. Trong số những giải pháp này, IntServ/RSVP và DiffServ/ QoS – agents là những giải pháp hứa
hẹn nhất.
1.6 Mô hình phân loại các gói IP thành các lớp dịch vụ
Kiểu dịch vụ tích hợp ( IntServ)
Giao thức đặt trước tài nguyên và kiến trúc để thực hiện QoS từ đầu đến cuối là kết quả của nhóm
IntServ. RSVP là một giao thức báo hiệu thiết lập vào duy trì sự dành trước tài nguyên mạng. Do đó
RSVP sẽ có giai đoạn thiết lập, ở đó các vùng tài nguyên được dành trước trong các bộ định tuyến
trung gian.
Trong RSVP việc dành trước tài nguyên chỉ hợp lệ trong một khoản thời gian nhất định, Vấn đề căn
bản cảu RSVP đó là sự mở rộng việc quản lý tình trạng tài nguyên trong một lượng lớn các kết nối. các
giải pháp cho vấn đề mở rộng này là tập hợp luồn RSVP thành một luồng hoặc RSVP theo kiến trúc.
Mô hình dịch vụ phân biệt ( DiffServ)
6
Cơ chế dịch vụ phân biệt (DiffServ) cho phép nhà cung cấp các mức dịch vụ khác nhau cho
những người sử dụng internet khác nhau. Mỗi mạng riêng hoặc mạng của ISP có một miền DiffServ.
Trong miền này, lưu lượng các gói được xử lý theo cùng một kiểu. Điểm mã DiffServ của IETF
(DSCP) trong phần mào đầu gói định nghĩa đáp ứng cho mỗi nút. Lưu lượng đi vào mạng được phân
loại và gán vào các khối đáp ứng khác nhau. Mỗi khối đáp ứng được định nghĩa bởi DSCP đơn giản
nằm trong phần mào đầu gói.
DiffServ cung cấp QoS cho toàn bộ lưu lượng bằng cách sử dụng các thành phần chức năng tại nút
mạng. Những thành phần này bao gồm:
Tập hợp đáp ứng chuyển phát mà định nghĩa lớp QoS cug cấp. Việc phân loại gói tới được thực
hiện nhờ trường DS trong phần mào đầu gói cùng với tổng hợp đáp ứng tại mỗi nút.
Điều hòa lưu lượng gồm việc đo đạc, loại bỏ và kiểm soát. Phân loại gói và điều hòa lưu lượng
chỉ được thực hiện tại các bộ định tuyến biên. T rong mạng lõi DiffServ chỉ thực hiện phân loại
qua trường DS có độ dài cố định. Điều này mang lại cho DiffServ khả năng mở rộng rất lớn.
II Côn g nghệ ghép kênh theo bước sóng
2.1 Công nghệ ghép kênh theo bước sóng
Do hệ thống truyền dẫn thông tin quang có nhiều ưu điểm trội hơn hẳn các hình thức thông tin khác
như : băng thông rộng, tốc độ cao, không chịu ảnh hưởng của sóng điện từ,… nên thông tin quang đang
giữ vai trò chính trong việc truyền tín hiệu ở các tuyến đường trục và các tuyến xuyên lục địa, vượt đại
dương…Công nghệ hiện nay đã t ạo đà cho thông tin quang phát triển theo xu hướng hiện đại và kinh tế
nhất trong mạng viễn thông. Vì vậy các hệ thống truyền dẫn thông tin quang sẽ dần thay thế các hệ thống
thông tin theo phương pháp truyền thống.
Với sự xuất hiện của công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng (WDM) thì dung lượng, tốc độ,
băng rộng… của hệ thống thông tin ngày càng nâng cao. Công nghệ WDM tận dụng băng tầng của sợi
quang bằng cách truyền nhiều kênh bước sóng quang độc lập và riêng rẽ trên cùng một sợi quang. Mỗi
bước sóng biểu thị cho một kênh quag trong sợi.
DWDM là bước phát triển tiếp theo của WDM. Nguyên lý nó tương tự WDM chỉ khác là khoản cách
giữa các kênh sóng gần hơn, tức là số kênh ghép nhiều hơn. Thông thường khoảng cách kênh ghép là
0.4nm (50 GHz).
Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật WDM là các tín hiệu quang có bước sóng khác nhau ở đầu phát được
ghép kênh và truyền trên cùng một sợ quang. Ở đầu thu tín hiệu gồm nhiều bước sóng đến từ sợi quang
đó được tách kênh để thực hiện xử lý theo yêu cầu của từng bước sóng.
Như vậy, WDM có nghĩa là độ rộng băng quang của các kênh được ghép kênh ở các vùng phổ cố
định, không chồng lấn trong băng thông truyền dẫn của sợi quang. Mỗi vùng tương ứng với một kênh có
bước sóng là i. Các kênh khác nhau thì độc lập với nhau và truyền với các tốc độ xác định. Điều này
cho phép WDM được xem như hệ thống truyền dẫn mà tín hiệu được truyền trong suốt đối với dạng mã
và tốc độ.
Công nghệ WDM có các đặc điểm sau:
- Tận dụng tài nguyên dải tầng rất rộng của sợi quang
- Có khả năng đồng thời truyền dẫn nhiều tín hiệu
- Có nhiều ứng dụng
- Giảm yêu cầu xử lý tốc độ cao cho một số linh kiện quang điện
- Kênh truyền dẫn IP
- Có khả năng truyền dẫn hai chiều trên cùng một sợi quang
- Cấu hình mạng có tính linh hoạt , tính kinh tế và độ tin cậy cao
2.2 Các thế hệ mạng WDM
Thế hệ WDM đầu tiên được sử dụng trong mạng WAN. Cấu hình mạng WAN WDM được cài đặt
nhân công hoặc cố định. Đường truyền WDM cung cấp các kết nối điểm nối điểm với tốc độ thấp. Kỹ
thuật chính trong WDM thế hệ đầu tiên là thiết kế và phát triển Laser WDM, các kỹ thuật khuếch đại
quang, các giao thức t ruy nhập và định tuyến tĩnh. Các thiết bị xen, rẻ bước sóng quang WADM cũng
được sử dụng trong mạng MAN. Các thiết bị đấu nối chéo quang DXC được sử dụng để kết nối các vòng
7
Ring WADM. Các kết nối này có thể là băng thông rộng hoặc băng thông hẹp. Ứng dụng của các hệ
thống WDM thế hệ đầu tiên là các trung kế chuyển mạch cho tín hiệu thoại, các đường truyền E1, T1.
Thế hệ WDM thứ hai có khả năng thiết lập các kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối trên lớp quang bằng cách
sử dụng WSXC. Các đường quang này có cấu trúc (topology) ảo trên topology vật lý của cáp sợi quang.
Cấu hình các bước sóng ảo này được cài đặt mềm dẻo hơn theo yêu cầu sử dụng. Kỹ thuật chính WDM
thế hệ thứ hai là xen, rẽ bước sóng quang, các thiết bị đấu nối chéo, bộ biến đổi bước sóng quang tại các
bộ đấu nối chéo, định tuyến động và phân bổ bước sóng quang, các giao diện để kết nối với các mạng
khác.
Thế hệ WDM thứ ba phát triển theo hướng mạng chuyển mạch gói quang không có kết nối.
Trong mạng này, các nh.n hoặc mào đầu quang được gắn kèm với số liệu, được truyền cùng với tải và
được xử lý tại các bộ chuyển mạch WDM quang. Căn cứ vào tỷ số của thời gian xử lý gói tin mào đầu và
thời gian xử lý toàn bộ gói tin, các bộ chuyển mạch quang WDM có thể chia thành hai loại: Chuyển mạch
nhãn (OLS) hoặc chuyển mạch nhóm (OBS). Một số ví dụ thiết bị WDM thế hệ ba là: Bộ định tuyến
(Router) quang chuyển mạch nhãn, Router quang Gigabit, Chuyển mạch quang nhanh.
Khả năng kết hợp với nhau trong vận hành giữa mạng WDM và mạng IP là vấn đề trọng tâm trong mạng
WDM thế hệ ba. Kết hợp định tuyến và phân bổ bước sóng trên cơ sở chuyển mạch nh.n đa giao thức
(MPLS) được coi là chuyển mạch nh.n đa giao thức tổng quát (Generalized MPLS) thể hiện nhiều ưu
điểm vượt trội. Nhiều kỹ thuật phần mềm quan trọng như quản lý băng thông, đặt lại cấu hình, khôi phục,
hỗ trợ chất lượng dịch vụ cũng đã được thực hiện.
Hình 1. Mạng WDM qua các thế hệ
2.3 Xu hướng tích hợp IP over WMD
Giao thức Internet (IP) đã trở thành giao thức chuẩn phổ biến cho các dịch vụ mạng mới, do đó
lưu lượng IP không ngừng tăng nhanh và dần thay thế các loại giao thức khác. Trong khi IP được xem
như công nghệ lớp mạng phổ biến thì công nghệ WDM cung cấp khả năng dung lượng truyền dẫn lớn.
Hơn nữa, khả năng cấu hình mềm dẻo của các bộ OXC đã cho phép xây dựng mạng quang linh hoạt hơn,
nhờ đó các đường quang (lightpath) có thể được thiết lập theo nhu cầu. Một trong những thách thức quan
trọng đó là vấn đề điều khiển các lightpath này, tức là phát triển các cơ chế và thuật toán cho phép thiết
lập các lightpath nhanh và cung cấp khả năng khôi phục khi có sự cố, trong khi vẫn đảm bảo được tính
tương tác giữa các nhà cung cấp thiết bị.
Đã có nhiều phương pháp để cung cấp dịch vụ gói IP trên mạng WDM được đề nghị:
IP/ATM/SDH over WDM, IP/SDH over WDM, v.v.v. T uy nhiên việc quản lý mạng theo các phương
pháp trên gặp không ít khó khăn. Nguyên nhân chủ yếu gây nên sự phức tạp trong quản lý chính là sự
phân lớp theo truyền thống của các giao thức mạng. Các mạng truyền thống có rất nhiều lớp độc lập, do
8
đó có nhiều chức năng chồng chéo nhau ở các lớp và thường xuyên có sự mâu thuẫn lẫn nhau. Vì vậy,
một trong những giải pháp để giảm chi phí xây dựng và quản lý mạng một cách triệt để đó là giảm số lớp
giao thức. Hơn nữa, khi dung lượng và khả năng kết nối mạng trong cả công nghệ IP và WDM tăng lên
thì càng cần thiết tối ưu mạng IP và bỏ qua tất cả các công nghệ lớp trung gian để tạo nên mạng Internet
quang thật sự hiệu quả và mềm dẻo. Tuy nhiên, các lớp trung gian cũng cung cấp một số chức năng có giá
trị như kỹ thuật lưu lượng (Traffic Engineering) và khôi phục. Những chức năng này cần phải được giữ
lại trong mạng IP/WDM bằng cách đưa chúng lên lớp IP hoặc xuống lớp quang.
Từ đó người ta mới nghĩ đến công nghệ IP over WDM. Đây là một công nghệ mới tuy rằng còn
nhiều vấn đề chưa giải quyết nhưng với lợi ích của nó, thị trường rộng lớn và tương lai sáng sủa, các tổ
chức viễn thông quốc tế đang triển khai công tác nghiên cứu công nghệ này. IP over WDM cung cấp khả
năng truyền dẫn trực tiếp gói số liệu IP trên kênh quang, giảm sự trùng lặp chức năng giữa các lớp mạng,
giảm bộ phận trung tâm dư thừa tại các lớp SDH/SONET , ATM, giảm thao tác thiết bị, dẫn đến giảm chi
phí bảo dưỡng và quản lý. Do không phải qua lớp SDH và ATM nên gói số liệu có hiệu suất truyền dẫn
cao nhất, đồng nghĩa với chi phí thấp nhất.
Ngoài ra còn có thể phối hợp với đặc tính lưu lượng không đối xứng của IP, tận dụng băng tần nhằm giảm
giá thành khai thác. Từ đó gián tiếp giảm chi phí cho thuê bao. Rõ ràng đây là một kết cấu mạng trực tiếp
nhất, đơn giản nhất, kinh tế nhất, rất thích hợp sử dụng cho các mạng đường trục.
Hình 2. Xu hướng tích hợp mạng Internet và quang
Một trong những thách thức lớn nhất ngày nay đối mặt với các nhà sản xuất chuyển mạch quang
đó là phát triển các giao thức báo hiệu cho điều khiển động và hoạt động liên mạng của lớp quang mà có
lẽ đây cũng là vấn đề cần chuẩn hóa cấp bách nhất hiện nay. Các tổ chức và diễn đàn quốc tế OIF (Optical
Internetworking Forum), IETF và ITU đều đang nỗ lực gấp rút để thiết lập nên các phương pháp xác định
việc điều khiển và kết nối giữa mạng WDM và IP.
III Kiến trú c IP/DWM
Hệ thống truyền dẫn dữ liệu đang hướng tới là khả năng truyền dẫn IP trực tiếp trên hệ thống
truyền dẫn DWDM. Trong tương lai, sự thống nhất giữa mạng IP và mạng quang nhờ sử dụng các bộ
định tuyến IP hoạt động ở tốc độ Gbit/s hay Tbit/s phù hợp với giao diện quang tốc độ cao, cũng như các
thiết bị truyền dẫn DWDM có kích thước và cấu hình khác nhau chắc chắn sẽ tạo ra các ưu điểm nỗi bật.
Giải pháp này đạt được sự tối ưu về lớp, nâng cao tối đa hiệu suất truyền dẫn mạng. Trong tương
lai, sự thống nhất giữa IP và mạng quang nhờ sử dụng các bộ định tuyến và hoạt động ở tốc độ Gbit/s hay
Tbit/s phù hợp với giao diện quang tốc độ cao, cũng như các thiết bị truyền dẫn DWDM có kích thước và
cấu hình khác nhau sẽ tạo ra ưu điểm nỗi bật.
3.1 Nguyên lý hệ thống
Giải pháp này cho phép truyền trực tiếp gói dữ liệu IP trên hệ thống WDM, mỗi giao thức sẽ có
một bước sóng tương ứng. Việc xử lý ở đây mới dừng lại ở mức xử lý theo từng luồng quang. Các bước
sóng khác nhau có thể xen /rẽ hoặc chuyển đổi bước sóng ở các nút khác nhau nhờ thiết bị như : OXC,
OADM, bộ định tuyến bước sóng quang. Khi đó để thực hiện chuyển đổi các luồng tín hiệu điện thành
các tín hiệu quang để truyền dẫn trên hệ thống DWDM không có giao thức trung gian.
9
Để thực hiện truyền dẫn các gói dữ liệu IP phải được tập trung thành một luồng trước khi biến đổi
để truyền dẫn ở miền quang trên bước sóng tương ứng. với các thiết bị WDM ngày nay, số bước sóng có
thể ghép kênh ít nên tương ứng cho mỗi giao thức có một bước sóng nhất định. Các gói dữ liệu có đích là
mạng nội hạt … khác nhau khi truyền dẫn trên cùng một bước sóng thì tại mỗi nút cần phải biến đổi về
miền điện để thực hiện định tuyến, kết cuối các gói dữ liệu xuất phát từ nút này đến nút khác . Như vậy
truyền dẫn quang đối với các gói dữ liệu IP vẫn hạn chế bởi “nút cổ chai” của mạch điện tử.
Tại đích, các gói dữ liệu IP được đưa đến các bộ định tuyến tốc độ cao thực hiện định tuyến cho
nó. Khi đó, tránh được việc xử lý ở miền điện tại nút trung gian. T uy nhiên, công nghệ chưa thực sự tối
ưu vì số lượng mạng đích nhiều trong khi số lượng bước sóng vẫn còn hạn chế. Vì vậy, các gói dữ liệu chỉ
hạn chế được số lần xử lý trong miền điện tại các nút trung gian chứ chưa phải là dã loại bỏ được một
cách hoàn toàn.
Hiện nay, trên thị trường đã có các thiết bị có khả năng ghép đến 200 bước sóng. Với số lượng
bước sóng nhiều thì mỗi giao thức có thể truyền dẫn trên nhiều bước sóng. Khi đó, với việc sử dụng phiên
bản IPv6 có khả năng định tuyến ngay tại nguồn thì có thể tập trung các gói dữ liệu có cùng đích đến trên
một bước sóng. Nhờ đó, các luồng quang tại các nút trung gian không cần xử lý điện mà có thể sử dụng
các OXC hoạt động dưới sự điều khiển cảu bước sóng điều khiển s để thực hiện các định tuyến luồng.
Các miền này chỉ biến đổi về miền điện khi đến được nút đích.
Kiến trúc tổng quát của các mạng quang IP over WDM (Internet quang) được mô tả như hình 3.
Hình 3 thể hiện nhiều mạng quang tồn tại trong miền quang, trong đó giao diện ENNI (External Network-
to-Network Interface) được sử dụng để báo hiệu giữa các mạng quang với nhau. Một mạng quang riêng lẻ
bao gồm các mạng quang nhỏ hơn và báo hiệu giữa chúng sử dụng giao diện INNI (Internal Net work-to-
Network Interface). Và một mạng quang nhỏ hơn đó gồm nhiều nút mạng quang (các bộ OXC) được nối
với nhau bởi sợi quang. Các mạng khách hàng như IP, ATM, SONET giao tiếp với mạng quang thông
qua giao diện UNI (User-to-Network Interface). Các kỹ thuật chuyển mạch quang quyết định loại dịch vụ
mà mạng quang có thể cung cấp cho các mạng khách hàng
Hình 3. Cấu trúc mạng IP over WDM
3.2 Các mô hình giải pháp mạng IP/WDM
Công nghệ IP/DWDM được nghiên cứu theo hai chủ đề chính: Khả năng cho phép thiết lập cấu
hình mạng linh hoạt và kỹ thuật chuyển mạch trong mạng . Khả năng cấu hình mạng động là một công
nghệ rất thuận lợi cho mạng viễn thông đường trục. Còn kỹ thuật chuyển mạch WDM liên quang đến các
ứng dụng dịch vụ trong mạng Metro và mạng truy nhập, thích ứng với chuyển mạch của các luồng nhỏ -
10
trung bình, bao gồm có các kỹ thuật chuyển mạch Burst quang, chuyển mạch nhãn và chuyển mạch gói
quang.
Hiện nay có hai xu hướng xây dựng mô hình tích hợp liên mạng IP/WDM. Đó là mô hình xếp chồng
(Overlay) hay còn gọi là mô hình khách-chủ (Client-Sever), tức là đặt toàn bộ sự điều khiển cho lớp
quang ở chính lớp quang. Xu hướng thứ hai là mô hình ngang hàng (Peer), tức là dịch chuyển một phần
điều khiển lên bộ định tuyến IP
Mô hình ngang hàng dựa trên giả thiết là việc điều khiển ở lớp quang được chuyển sang thực hiện ở
lớp IP. Mô hình này xem xét kiến trúc mạng dưới quan điểm “định tuyến gói”. Trong khi đó mô hình xếp
chồng dựa trên giả thiết điều khiển lớp quang là độc lập và lớp quang tạo nên một nền mở cho nối kết
động của nhiều loại tín hiệu khác nhau bao gồm cả IP. Mô hình này xem xét kiến trúc mạng trên quan
điểm “chuyển mạch kênh”.
Cả hai mô hình đều giả định phát triển mạng quang thế hệ sau có tôpô dạng mắc lưới với nền điều
khiển IP dựa trên chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. Ứng dụng cụ thể của MPLS cho mô hình xếp
chồng còn gọi là chuyển mạch đa giao thức tổng quát GMPLS. Kiến trúc điều khiển GMPLS cung cấp
một tập các giao thức đơn giản, hoàn thiện tương thích với mạng IP đáp ứng cho mạng thế hệ sau. Quá
trình điều khiển thống nhất xuyên suốt các lớp số liệu và quang sẽ đơn giản quá trình quản lý mạng có
nhiều lớp và cải thiện hiệu quả sử dụng tài nguyên thông qua kỹ thuật lưu lượng giữa các lớp. Trong bối
cảnh này, các giao thức định tuyến IP làm đòn bẩy cho việc nhận biết tôpô mạng và các giao thức báo
hiệu MPLS được sử dụng cho thiết lập tự động. Ngoài ra sử dụng các giao thức này cho điều khiển lớp
quang sẽ giúp các nhà sản xuất thiết bị đảm bảo tính tương thích nhờ có các tiêu chuẩn rất phổ biến. Do
vậy xu hướng chung là sử dụng IP cho cả ba mặt phẳng chức năng của mạng: dữ liệu, điều khiển, và quản
lý.
11
Hình 4. Hai cầu trúc tích hợp mạng quang
3.2.1 Mô hình giải pháp mạng IP/WDM ngang hàng
Trong mô hình giải pháp này, bộ chuyển mạch IP và bộ đấu chéo quang OXC hoạt động ngang
hàng nhau, sử dụng mặt phẳng điều khiển cùng cách thức và khuông dạng để thiết lập đường dẫn chuyển
mạch nhãn qua các thiết bị. Các thiết bị như bộ xen/rẽ kênh quang không theo như đúng dạng của nó, thay
vì đó chúng liên kết các tuyến vật lý là sợ quang giữa các bộ định tuyến IP. Trong mô hình này, SONET
cũng có thể được sử dụng để truyền khung dữ liệu trên các kênh WDM và gói IP đều được sắp xếp vào
trong các khung của SONET theo cách IP/SONET. Theo mô hình này , không xác định được số lượng
các UNI, NNI, mặt phẳng điều khiển bộ định tuyến – bộ định tuyến MPLS, các thiết bị đang kết nối
ngang hàng nhau và tài nguyên mạng.
Mô hình xếp chồng
Mô hình ngang hàng
12
Đồng thời, mặt phẳng điều khiển có thể có nhiều thành phần mạng và nhiều công nghệ được cung
cấp là cầu nối. Điều này cho phép mạng hoạt động theo cách tạo ra một vùng mạng riêng biệt gồm nhiều
thành phần mạng khác nhau, điều này rất linh động cho việc cấu hình lại mạng khi cần thiết.
Với mô hình giải pháp này, cho phép dễ dàng kết hợp với kỹ thuật GMPLS để thực hiện lớp
mạng phức tạp, theo hướng phân cấp, từ sợi quang đến bộ định tuyến. đường chuyển mạch nhãn có thể
thiết lập trong phạm vi mỗi lớp và lồng vào bên trong lớp khác. Từ nguồn đến đích có thể đi qua nhiều
đường chuyển mạch nhãn tùy thuộc vào sơ đồ mạng cụ thể.
Hoạt động của mô hình ngang hàng có một nhược điểm: lượng thông tin trao đổi giữa các thành
phần mạng trong phạm vi nôi vùng. Điều này dẫn đến số lượng thông tin cập nhật tình trạng mạng lớn, dễ
gây các thành phần mạng trở nên quá tải. Do vậy, sự hợp nhất IP/MPLS trên phương diện điều khiển
trong mô hình mạng ngang hàng sẽ phải thực hiện một số lượng lớn công việc phải làm nhiều hơn để đảm
bảo chắc chắn các kết nối phải phù hợp với phương diện điều khiển mạng.
Mô hình ngang hàng có ưu điểm bảo vệ tốt việc kết nối mạng theo kiểu điểm-điểm và phục hồi
lỗi, tăng khả năng điều khiển lưu lượng nhờ vào ứng dụng MP LS hoặc GMPLS và tăng hiệu quả sử dụng
nguồn tài nguyên lẫn thiết bị mạng. Điều này mang lại lợi ích kinh tế cao cho nhà sản xuất thiết bị mạng
quang.
3.2.2 Mô hình giải pháp mạng IP/WDM xé p chồng.
Theo cách này, các giao diện của bộ định tuyến IP được kết nối với các giao diện client cảu mạng
WDM . Trong giải pháp này, các bộ kết nối chéo WDM và các giao diện xen/rẽ tự tương tác với nhau
trong mạng WDM thông qua các tuyến sợi quang đa bước sóng. Chính vì thế, mạng WDM có hình dạng
theo kiểu tô – pô cả về phương diện vất lý và phương diện ánh sang quang. Vì vậy có khả năng thao đổi
cấu hình dễ dàng thông qua thiết lập lại cấu hình. Điều này rất quan trọng để chỉ ra rằng chuyển mạch lưu
lượng IP và chuyển mạch theo bước sóng không bao giờ hoạt động trong cùng một lớp trong mạng
IP/WDM theo cách cấu hình mạng động, mà chỉ thực hiện thông qua việc xếp chồng lớp. Mô hình xếp
chồng có các giao thức định tuyến riêng biệt, hệ thống địa chỉ và các giải pháp mạng riêng giữa các mạng
client và mạng truyền tải quang OTN
Những đặc trưng của mô hình xếp chồng :
- Khả năng giao tiếp mở với khả năng kết nối được với AT M, SONET,…
- Cho phép mỗi mạng con giải quyết độc lập
- Dễ dàng thay đổi độc lập trong từng mạng con
- Bảo mật thông tin cấu hình và tài nguyên
Trong mô hình xếp chồng , có hai loại giao tiếp: UNI và NNI. Giao tiếp mạng với người dùng
UNI cung cấp cơ chế báo hiệu vùng người dùng và vùng cung cấp dịch vụ . Giao tiếp mạng với NNI cung
cấp những phương pháp truyền thông giữa các mạng với nhau. Cả hai UNI và NNI đều phù hợp với môi
trường bao gồm nhiều vùng quản trị, mà hiện đang được triển khai trên thực tế. Vấn đề là có nên sử dụng
hai mặt phẳng điều khiển cho từng lớp truyền tải WDM và lớp gói IP hay hợp nhất trong mặt phẳng điều
khiển duy nhất. Điều này chỉ có thể trả lời được trong cấu hình mạng cụ thể. Vì mỗi một cách có những
ưu và nhược điểm khi xét trong một hoàng cảnh cụ thể. Để phát huy được cả hai thế mạnh của mô hình
xếp chồng và mô hình ngang hàng, người ta xây dựng mô hình lai
3.2.3 Mô hình giải pháp mạng IP/WDM lai.
Mô hình lai là sự kết hợp giữa hai mô hình xếp chồng và mô hình ngang hàng. Đây là mô hình sẽ
được thiết kế bao gồm cả hai kiểu xếp chồng và ngang hàng theo điều kiện cụ thể để phát huy được ưu
điểm của cả hai mô hình trên.
Từ mô hình xếp chồng, mô hình lai cũng được xây dựng theo hướng nhiều vùng quản trị. Từ mô
hình ngang hàng, mô hình lai cung cấp một tập hợp các công nghệ trong một vùng đơn.Với cách này
nhằm tránh được hạn chế của mô hình xếp chồng và mô hình ngang hàng và sử dụng các điểm của chúng
để đưa ra mức độ linh động cấu hình trên một diện rộng riêng biệt trong việc bảo mật dữ liệu nhờ sử dụng
giao diện UNI để tách biệt từng vùng , trong khi ở một số vùng khác việc trộn chuyển mạch quang WDM
và bộ định tuyến IP có ưu điểm khi hoạt động ngang hàng. Chỉ có mô hình này mà mạng IP và mạng
13
WDM có thể giữ lại ranh giới phân biệt chính nó và một số vùng có thể tiếp tục kết hợp các công nghệ
khác nhau.
3.3 So sánh các mô hình giải pháp mạng IP/WDM
Mặc dù các mô hình tích hợp đều sử dụng kiến trúc điều khiển theo IP, nhưng chúng quản lý các
ứng dụng khác nhau. Chẳng hạn mặt phẳng điều khiển quang sẽ điều khiển quá trình thiết lập bước sóng
quang động nhờ các Router ở biên được nối với mạng quang. Khi tại Router xảy ra tắc nghẽn thì hệ thống
quản lý mạng hay chính Router sẽ yêu cầu thiết lập luồng quang động. Sau đó các chuyển mạch quang sẽ
tạo kênh quang mới để đáp ứng nhu cầu của Router. Vì vậy, thiết lập bước sóng động có thể thích nghi
được với nhu cầu lưu lượng. Với mô hình xếp chồng thì cho phép mỗi router giao tiếp trực tiếp với mạng
quang thông qua giao diện UNI. Giao diện giữa các mạng con được thực hiện thông qua giao diện NNI.
Mô hình giao diện UNI tương tự như mô hình trong mạng chuyển mạch kênh truyền thống như mạng
ISDN. Trong mô hình này, mỗi mạng con sẽ tiến triển độc lập, nhờ đó cho phép các nhà khai thác mạng
đưa các công nghệ mới mà không bị gánh nặng của các công nghệ cũ. Các nhà khai thác còn có thể đáp
ứng được các cơ sở hạ tầng kế thừa hiện có. Quan t rọng hơn là các nhà khai thác có thể tìm thấy được
trong môi trường mạng quang nhiều nhà cung cấp, nó cho phép thực hiện được tính tương thích trong
tương lai gần nhờ các giao diện UNI và NNI. Với mô hình ngang hàng cũng hỗ trợ cho thiết lập luồng
động bằng cách sử dụng các luồng đầu cuối ở biên mạng quang và cho phép quản lý chúng từ xa. Mô
hình ngang hàng giả định rằng các Router điều khiển lớp mạng quang. Mối quan hệ giữa IP Router và
OXC là bình đẳng về mặt điều khiển. Vì vậy về mặt báo hiệu và định tuyến sẽ không có sự phân biệt nào
giữa UNI, NNI và giao diện giữa các Router. Trong mô hình này cần một khối lượng lớn thông tin trạng
thái và điều khiển chuyển qua lại giữa lớp IP và quang. Do đó sẽ khó hơn cho việc kết nối trong môi
trường nhiều nhà khai thác khi so với mô hình xếp chồng.
Mỗi mô hình có ưu điểm riêng, đặc biệt mô hình xếp chồng có ưu điểm nổi trội là khả năng tương
thích dễ dàng. Về kiến trúc thì mô hình xếp chồng trực tiếp và đơn giản hơn. Với kiến trúc ngang hàng
cần có thêm các thông tin giữa lớp IP và quang để quản lý các luồng đầu cuối chuyển lên luồng quang.
Khối lượng lớn thông tin trạng thái và điều khiển này bao gồm sự truyền thông trực tiếp giữa các Router
biên của mạng quang và sự truyền thông tin trong bản thân mạng quang.
Mô hình xếp chồng cho phép đổi mới tại lớp quang độc lập với lớp IP trong khi vẫn cung cấp khả
năng kết nối tương thích cần thiết cho các dịch vụ nhanh mà vẫn duy trì tính toàn vẹn thông tin của nhà
khai thác mạng quang. Tuy nhiên, mô hình ngang hàng cho phép tích hợp hoàn toàn IP/quang tạo nên
mạng Internet quang thống nhất. Do đó việc sử dụng và quản lý mạng trở nên hiệu quả hơn, phù hợp với
các ISP hơn. Ngoài ra mô hình ngang hàng gần hơn với xu hướng chuyển mạch gói quang trong tương
lai.
Mô hình lai là mô hình có ưu điểm hơn nhất. Song để đánh giá khách quan cho 3 mô hình trên ,
cần căn cứ vào một số chức năng định tuyến, báo hiệu,chuyển mạch, cung cấp chất lượng dịch vụ, độ
rộng băng tầng linh hoạt theo yêu cầu. bảo vệ mạng và khả năng tái phục hồi.
So sánh 3 mô hình giải pháp mạng IP/WDM
STT
Ch
ỉ
tiêu so sánh
M
ạ
ng
ngang hàng
M
ạ
ng x
ế
p ch
ồ
ng
M
ạ
ng lai
1
Đ
ộ
ph
ứ
c t
ạ
p
Th
ấ
p
Cao
Trung bình
2
Thay đ
ổ
i c
ấ
u hình nhanh
Không
Có
Có
3
H
ỗ
tr
ợ
đ
ị
nh tuy
ế
n
Có
Có
Có
4
H
ỗ
tr
ợ
báo hi
ệ
u
Có
Có
Có
5
H
ỗ
tr
ợ
chuy
ể
n m
ạ
ch
Có
Có
Có
6
H
ỗ
tr
ợ
b
ả
o v
ệ
-
Tái ph
ụ
c h
ồ
i
Có
Có
Có
7
Kh
ả
năng thay đ
ổ
i băng thông
Có
Có
Có
8
Đi
ề
u khi
ể
n và qu
ả
n lý mào
đ
ầ
u
Th
ấ
p
Cao
Trung bình
14
IV. Giới thiệu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang
Hiện nay đã có nhiều giải pháp đang được nghiên cứu, phát triển, hoặc là đã được triển khai trên
các mạng của các nhà khai thác trong nhưng năm qua. Xu hướng nghiên cứu tích hợp IP quang đang diễn
ra mạnh mẽ không chỉ ở trong dự án nghiên cứu phát triển của những trung tâm nghiên cứu khoa học lớn
mà nó còn lan rộng trong các phòng thí nghiệm Lab của các trường Đại học. Theo thống kê của
EURESCOM (European Institute for Research and Strategic Studies in Telecommunication) trong dự án
hiện nay trên thế giới có khoảng hơn 13 giải pháp liên quan đến vấn đề truyền tải IP trên mạng quang.
Khi đi vào tìm hiểu và nghiên cứu cho thấy 2 xu hướng khả thi, một là khai thác ưu điểm của công nghệ
hiện có trên mạng, thêm tính năng để thích ứng với việc mạng lưu lượng IP với kích thước gói thay đổi.
Xu hướng kia là nghiên cứu ra các giao thức mới phù hợp với đặc tín lưu lượng IP. Điều này được thể
hiện rõ khi ta gắn các giải pháp trên vào mô hình phân lớp mạng.
Hình 5. Các mô hình phân lớp mạng
Trong đó lớp thích ứng ATM (ALL 5) sẽ đóng vai trò cung cấp dịch vụ và chức năng định tuyến
lớp 3. Chức năng Lớp 2 được xây dựng dựa trên các công nghệ hiện đã trưởng thành như SDH, ATM,
Ethernet, DTM và WDM. Một số giao thức như MPOA/LAPS, RSP, POS, SDL được phát triển trong lớp
mạng này thực hiện bao gói IP (Encapsulation) trong các định dạng khung cho truyền dẫn trên các bước
sóng quang. Một điều dễ nhận thấy là các giao thức này đều được xây dựng quanh các công nghệ đã
trưởng thành kể trên. Chúng ta hoàn toàn có thể lý giải được điều này: các dự án nghiên cứu phần lớn
chịu ảnh hưởng bởi nguồn tài chính từ các nhà khai thác mạng, sản xuất thiết bị, như thế nó sẽ chỉ giải
quyết những vấn đề đang tồn tại của họ. Chính vì vậy các nghiên cứu về giao thức truyền tải cũng chỉ tập
trung vào những công nghệ này mà thôi.
Lớp 1- giao diện vật lý, sẽ là các tế bào ATM (theo giao diện STM-1 hoặc STM-4), khung truyền
dẫn SDH, Ethernet, DTM và Digital Wrapper (G.907). Các bước sóng quang đóng vai trò tuyến kết nối
điểm - điểm giữa các nút trong mạng. Đôi khi người ta xem các bước sóng này tạo thành lớp quang đóng
vai trò.
Lớp 0, nghĩa là nó thuần tuý chỉ là tuyến vật lý cung cấp kết nối giữa các thành phần trong mạng
truyền tải. Cần nhớ thêm rằng là khi xuất hiện chuyển mạch gói quang (OPS), công nghệ này có khả năng
hoạt động từ Lớp 1 đến lớp 3 trong mô hình OSI, thì gói IP sẽ được sắp xếp trực tiếp trong gói quang mà
không cần qua lớp trung gian. Tuy nhiên phải cần rất nhiều thời gian nữa thì công nghệ chuyển mạch gói
quang mới có thể thương mại rộng rãi trên thị trường.
15
4.1 Các phương pháp đinh tuyến trong mạng IP/WDM
Định tuyến là một kỹ thuật thuộc về lĩnh vực lưu lượng, kết đấu trong mạng , để có thể đưa thông
tin từ nguồn tới đích được nhanh nhất. Nếu giao thức được sử dụng để hợp nhất mặt phẳng điều khiển về
mặt dữ liệu.
Hiện có 3 phương thức định tuyến:
- Phương pháp định tuyến địa chỉ vùng
- Phương pháp định tuyến xếp chồng
- Phương pháp định tuyến tích hợp
4.1.1 Phương pháp định tuyến địa chỉ vùng.
Phương pháp định tuyến này sử dụng cho mô hình lai. Bởi phương pháp này, định tuyến tách biệt
với phạm vi miền quang và vùng IP, có một giao thức định tuyến được chuẩn hóa giữa các vùng. Giao
thức định tuyến liên vùng IP chính là giao thức cổng biên BGP, có thể thích nghi thông qua trao đổi
thông tin định tuyến giữa miền quang và miền IP. Điều này cho phép các bộ định tuyến truyền phần địa
chỉ IP trong phạm vi từ mạng này đến mạng quang và nhận lại phần đầu địa chỉ IP mở rộng từ mạng
quang.
Các mạng được phân bố theo không gian địa chỉ IP theo cách đánh tiếp đầu mạng qua các ký tự
x,y,a*, b* và c*. Giao thức cổng biên mở rộng EBGP giả thuyết được sử dụng giữa các bộ định tuyến và
OXC quang giao diện UNI và các OXC cạnh nhau thông qua NNI. T rong phạm vi mạng WDM, giả thiết
rằng giao thức nội cổng biên IBGP được sử dụng giữa các bộ OXC được hoạt động như các mạng con.
Phần đầu địa chỉ IP trong phạm vi mạng con không được quảng bá đến bộ định tuyến sử dụng BGP. OXC
biên nhận phần đầu IP mở rộng từ bộ định tuyến bao gồm địa chỉ IP và cổng đặt chỗ trước khi truyền các
tiêu đề này đến các OXC biên khác hay các bộ định tuyến biên. Bộ định tuyến biên nhận các thông tin mà
không cần quảng bá đặc trưng địa chỉ lối ra. Khi địa chỉ IP mở rộng chỉ định được tìm thấy, thì bộ định
tuyến biên lối ra có thể quyết định kênh quang sẵn sang được thiết lập với các OXC lối ra hoặc thiết lập
một đường liên kết mới.
4.1.2 Phương pháp định tuyến xếp chồng
Phương pháp định tuyến xếp chồng này sử dụng cho mô hình giải pháp mạng IP/WDM xếp
chồng theo phương thức định tuyến xếp chồng, cơ chế xếp chồng cho phép bộ định tuyến biên đăng ký và
thực hiên truy vấn phần địa chỉ mở rộng. việc này tương tự cơ chế giải quyết địa chỉ OP qua lớp ATM.
Như vậy, mạng quang có thể thực hiện việc đăng ký hoặc cho phép bộ định tuyến biên đăng ký địa chỉ IP
và gắn với một mạng riêng ảo VPN. Bộ định tuyến biên có thể cho phép truy vấn địa chỉ thuộc về VPN.
Một truy vấn thành công sẽ trả về một địa chỉ của cổng quang ra. Do khả năng giao tiếp kết nối IP là có
giới hạn, nên việc tính toán bao nhiêu kênh quang có thể thiết lập tùy thuộc vào kỹ thuật lưu lượng cho
phép. Với phương thức này, bộ định tuyến biên trước tiên quyết định bộ định tuyến biên nào là thích hợp
thông qua truy vấn đăng ký. Sau khi nhận được địa chỉ phù hợp, cấu hình kênh quang xếp chồng có thể
được định dạng . Các tuyến liền kề có thể được thiết lập sau khi kênh quang đi qua và thông tin định
tuyến trong thời gian kế tiếp có thể được thay đổi để thiết lập định tuyến diện rộng cảu VPN.
4.1.3 Phương pháp định tuyến tích hợp.
Phương pháp định tuyến tích hợp sử dụng cho mô hình ngang cấp. Giả sử IP và mạng WDM sử
dụng các giao thức định tuyến tìm đường quang ngắn nhất (OSPF) hay giao thức hệ thống trung gian – hệ
thống trung gian ( IS-IS) phù hợp với việc mở rộng mạng quang. Việc mở rộng mạng quang này đòi hỏi
những tham số liên kết quang và những điều kiện ràng buộc đặc biệt đối với mạng quang. Các bộ định
tuyến được lập trình để đáp ứng truyền thông tin xuyên qua mạng quang.
4.2 Các mô hình dịch vụ trong mạng IP/WDM
Trong mạng IP/WDM có thể hỗ trợ hai mô hình dịch vụ: dịch vụ miền và dịch vụ hợp nhất.
4.2.1 Mô hình dịch vụ miền
Trong mô hình dịch vụ miền, mạng WDM có dạng một miền quang , mà hình dạng theo kiểu tô-
pô và thông tin trạng thái là trong suốt từ các mạng IP bên ngoài. Miền quang có mối quan hệ giữa máy
khách – máy chủ với mạng truy nhập IP, t rong đó mạng quang cung cấp các dịch vị truyền tải cho các
16
mạng khách IP. Do đó, các mạng IP và miền quang là hoạt động độc lập với nhau và chúng không cần bất
kỳ thoog tin định tuyến nào. T ừ mạng IP, các đường quang có thể chuyển mạch quang đa đường như
thường thấy trong cấu trúc tuyến điểm – điểm. Với các máy khách T DM, tuyến quang này có giải pháp
lớn, luôn có dải thông cố định. Đồng thời, trong mô hình dịch vụ này các miền quang được thiết lập băng
thông động thep yêu cầu của miền.
4.2.2 Mô hình dịch vụ hợp nhất
Mô hình dịch vụ hợp nhất có một số mặt phẳng điều khiển đơn thông qua mạng khách và mạng
quang. Từ bộ định tuyến và các điểm báo hiệu, không có sự phân biệt giữa các giao diện UNI, NNI và bất
cứ giao diện giữa các bộ định tuyến với nhau. Trong mô hình này, các dịch vụ không được xác định rõ
ràng tại giao diện IP-quang, nhưng được sắp xếp vào các dịch vụ MPLS đầu cuối – đầu cuối.
4.3 Kỹ thuật lưu lượng trong mạng IP/WDM
Kỹ thuật điều khiển lưu lượng trong mạng IP/WDM nhằm mục đích hữu hiệu nguồn tài nguyên
mạng IP/WDM . Kỹ thuật lưu lượng khảo sát trong mạng này bao gồm kỹ thuật lưu lượng IP/MPLS và kỹ
thuật lưu lượng WDM.
Trên cơ sở hai giải pháp mạng IP/WDM: theo cơ chế xếp chồng và cơ chế ngang hàng, tương ứng
sẽ xây dựng hai mô hình kỹ thuật lưu lượng, đó là mô hình lưu lượng xếp chồng và mô hình lưu lượng
tích hợp.
4.3.1 mô hình kỹ thuật lưu lượng xếp chồng
Nguyên tắc của kỹ thuật lưu lượng xếp chồng là việc tối ưu hóa mạng vẫn được duy trì cho từng
lớp tại cùng một thời điểm. Điều này có nghĩa rằng một giải pháp tối ưu trong không đa chiều đã được
tìm kiếm lần lượt từng chiều khác nhau. Hầu hết, các giải pháp tối ưu được nghiên cứu độc lập và không
mang tính tối ưu toàn bộ. một cải tiến trong kỹ thuật lưu lượng xếp chồng cho cơ chế có thể được gắn
đuôi để đáp ứng tốt nhất các điều cần thiết của một lớp cụ thể cho việc chọn các đối tượng.
Kỹ thuật lưu lượng xếp chồng được xây bởi các bộ định tuyến IP xếp chồng trên các bộ OXC cảu
mạng WDM thông qua bộ OADM. Mạng IP/WDM được cấu trúc theo cách này là nhiều lớp nên rất thuận
tiện cho lớp mạng vật lý bao gồm các thiết bị mạng và sợi quang. Mỗi sợi quang truyền tải nhiều bước
sóng, mà các bước sóng này được được định tuyến rất linh hoạt khi cấu hình lại mạng.
Trong đó, các giao diện của các bộ định tuyến IP kết nối tới bộ OADM là các giao diện có thể tái
cấu hình lại được . T rong IP/WDM , công việc điều khiển chống lại sự nghẽn có thể được nhận thấy
không chỉ tại các mức luồng sử dụng cùng một dạng kết nối mà còn có thể thấy tại mức dạng kết nối sử
dụng khả năng tái cấu hình các đường tia sáng. Chính vì thế ,việc điều chỉnh lưu lượng của dòng không
chỉ của các gói tin trươc khi gửi chúng tới mạng, mà mạng có thể còn thích ứng với chính lưu lượng trong
thời gian hoạt động của mạng.
4.3.2 Mô hình kỹ thuật lưu lượng tích hợp
Nguyên tắc của kỹ thuật lưu lượng tích hợp cũng vẫn duy trì tối ưu đồng thời tại cả hai mạng IP
và WDM. Điều này có nghĩa là giải pháp tối ưu hóa toàn cục được nghiên cứu trong một không gian đa
chiều. Kỹ thuật lưu lượng tích hợp có thể được ứng dụng cho các mạng mà trong đó chức năng của cả hai
IP và WDM đều được tích hợp trong từng thiết bị mạng. khi hai chức năng này tích hợp vào nhau, một
mạng phẳng điều khiển tích hợp cho cả hai mạng sẽ khả thi. Việc quản lý lưu lượng IP và quản lý điều
khiển nguồn WDM sẽ được đề cập cùng nhau.
Tóm lại, để truyền tải IP trên mạng quang cần phải thực hiện các chức năng mỗi lớp ứng với mô
hình OSI 7 lớp. Các gói IP (lớp 3) sẽ được bao trong các khung lớp 2. Các khung lớp 2 sau đó sẽ được
truyền dẫn không lỗi qua các tuyến truyền dẫn cáp quang lớp 1. Mặc dù có rất nhiều giải pháp để thực
hiện việc truyền gói Ip trên mạng quang nhưng hầu như đều xoay quang việc thích ứng những công nghệ
đã được làm chủ như AT M, SDH, MPLS và Ethernet đảm nhiệm chức năng lớp 2 và lơp 1.
MPLS là một trong những công nghệ được chú ý nhiều nhất hiện này. Bản thân MPLS không
phải là giao thức tạo khung lớp 2, nó hỗ trợ năng lực đinh tuyến cho các bộ định tuyến IP thông qua việc
gán nhãn. Nhờ đó công nghệ này đêm lại khả năng thiết kế lưu lượng mềm dẻo và hỗ trợ QoS/CoS cho
lưu lượng IP. Hỗ trợ MPLS được xem như một trong những tiêu chí để đánh giá giải pháp mạng truyền
tải IP hiện nay.
17
Việc loại bỏ các lớp mạng trung gian trong giải pháp mạng truyền tải IP gắn liền với sự phát triển
của công nghệ chuyển mạch quang. Sự mở rộng chức năng chuyển mạch quang tới lớp cao hơn sẽ tạo ra
giải pháp mạng vô cùng đơn giản, và đó cũng là mục tiêu hướng đến trong tương lai; giải pháp mạng chỉ
gồm hai lớp IP/quang. Hiện nay các sản phẩm chuyển mạch bước sóng quang đã được thương mại hóa
(OXC) . Chuyển mạch chùm quang (OBS), chuyển mạch gói quang (OPS) và chuyển mạch nhãn quang
(OLS) đang trong giai đoạn nghiên cứu phát triển. Vấn đề về công nghệ đang là rảo cản chính trong lĩnh
vực này.
4.4 Các giao thức định tuyến IP
Định tuyến IP là quá trình chuyển lưu lượng người dùng từ nguồn đến đích. Rất nhiều loại thông
tin có thể được định tuyến như thư điện tử, cuộc gọi thoại…Trong mạng, bộ định tuyến (router) là thiết bị
được dùng để định tuyến cho lưu lượng. Router cần dựa vào bảng định tuyến để tìm ra tuyến đường
chuyển gói tin đi. Bảng định tuyến thường gồm ba thành phần chính là kiểu giao thức mạng, địa chỉ mạng
đích và giao diện gói ra. Định tuyến có ba chức năng chính. Chức năng đầu tiên là đóng gói và phân tán
các thông tin trạng thái lưu lượng người dùng và mạng. Thông tin trạng thái này bao gồm vị trí hiện tại và
các yêu cầu dịch vụ người dùng; các dịch vụ được cung cấp và các tài nguyên sẵn có trong mạng; các
quyền về việc sử dụng các dịch vụ và tài nguyên này. Các thông tin trạng thái có thể bao gồm giá trị độ
đo từ mạng hay t ừ các nguồn bên ngoài. Các thông tin này sẽ được dùng để tạo ra các quyết định chọn
đường. Chức năng thứ hai là tạo ra và lựa chọn các đường thích hợp (và có thể là tối ưu) dựa trên các
thông tin trạng thái của người dùng và mạng. Con đường thích hợp là con đường thoả được tất cả các yêu
cầu ràng buộc giữa người dùng và mạng. Đường tối ưu là con đường thích hợp “tốt nhất” ứng với từng
giao thức định tuyến cụ thể. Chức năng cuối cùng là chuyển tiếp lưu lượng người dùng trên các con
đường đã chọn. Lưu lượng có thể được chuyển tiếp theo hướng kết nối hay không kết nối. Chuyển tiếp
hướng kết nối yêu cầu hướng chuyển tiếp phải được thiết lập trước và sau đó dữ liệu sẽ được được truyền
đi trên các hướng đã thiết lập này. Chuyển tiếp không kết nối để cho lưu lượng người dùng được chuyển
đi dựa vào các thông tin chuyển tiếp của chính nó, các gói dữ liệu có thể đi theo các hướng khác nhau để
đến đích.
4.4.1 Định tuyến tĩnh và định tuyến động
Dựa vào cách thức cũng như tốc độ phản hồi lại các t hay đổi về trạng thái của mạng hay trạng
thái của lưu lượng người dùng, định tuyến được chia ra làm hai loại là định tuyến tĩnh và định tuyến
động. Định tuyến tĩnh. Hệ thống định tuyến tĩnh là hệ thống mà sự định tuyến luôn giữ cố định, độc lập
với trạng thái hiện thời của mạng cũng như các lưu lượng người dùng. Định tuyến tĩnh được dựa trên sự
dự đoán hơn là dựa vào các hoạt động thực tế của người dùng và mạng. Trong hầu hết các hệ thống định
tuyến tĩnh, định tuyến là một phần không thể thiếu trong quá trình thiết kế mạng. T uy nhiên, quá trình
định tuyến lại xảy ra không thường xuyên.
Định tuyến động. Định tuyến động tự động cập nhật định tuyến bằng cách áp dụng ngay nhận
thức về sự thay đổi trạng thái của người dùng và của mạng. Sự thay đổi không chỉ là trạng thái của các
liên kết mà còn là sự dao động giữa lưu lượng người dùng và mạng. Tuy nhiên định tuyến động lại đòi
hỏi bộ nhớ và tài nguyên tính toán trong mạng cho việc thu thập các thông tin thời gian thực và đưa ra các
quyết định điều khiển.
4.4.2 Định tuyến véc tơ khoảng cách và định tuyến trạng thái liên kết
Giao thức định tuyến cung cấp cấu hình định tuyến động. Hầu hết các giao thức định tuyến có thể
được phân thành một trong hai loại cơ bản: định tuyến véc tơ khoảng cách (distancevector) và định tuyến
trạng thái liên kết (link-state). Giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách xác định một đường đi tốt nhất tới
một đích dựa trên hướng (vector) và khoảng cách (distance) tới đích đó. Giao thức định tuyến trạng thái
liên kết tính lại cấu hình chính xác của liên mạng hiện tại hay ít nhất là vị trí của các router .
Định tuyến véc tơ khoảng cách hoạt động bằng cách mỗi router duy trì một bảng cho biết khoảng cách tốt
nhất được biết tới mỗi đích đến và liên kết nào được dùng để đi đến đó. Những bảng này được cập nhật
bằng cách trao đổi thông tin với router láng giềng. Bảng định tuyến của một router cơ bản bao gồm các
bản ghi định tuyến. Mỗi bản ghi thường gồm các thông tin có trong ba trường (đích đến, khoảng cách,
hop kế tiếp).
18
Trong khi thuật toán véc tơ khoảng cách không có thông tin đặc biệt gì về những mạng ở xa và các router
ở xa thì thuật toán trạng thái liên kết duy trì đầy đủ thông tin về những router ở xa và cách chúng liên kết
với nhau. Định tuyến trạng thái liên kết dùng thông điệp quảng cáo trạng thái liên kết LSA (Link State
Advertisements), một cơ sở dữ liệu cấu hình mạng, thuật toán SPF và một bảng định tuyến gồm các con
đường cùng ngõ ra tương ứng đến các mạng. Giao thức định tuyến trạng thái liên kết trao đổi thông tin
định tuyến như sau:
V. Kết Luận:
Công nghệ quang sẽ thống trị trong các lĩnh vực mạng từ mạng lõi đến mạng truy nhập. “ mọi
thứ” sẽ hội tụ trên lớp quang này. Vai trò của mạng quang sẽ tăng theo sự phát triển của công nghệ
chuyển mạch quang. Chúng ta hy vọng trong khoảng vài năm nữa , các vấn đề tồn tại hiện nay của
chuyển mạch quang sẽ được giải quyết thấu đáo. Và như vậy, Khái niệm mạng toàn quang sẽ trở thành
hiện thực.
IP vẫn là công nghệ chủ đạo trong lớp mạng định tuyến. Sự bùng nổ của internet trên toàn thế
giới trong những năm qua là lời khẳng định vững chắc cho luận điểm này. Các ứng dụng trên internet sẽ
tiếp tục phát triển hướng đến các hoạt động thường ngày của con người . Và chúng ta sẽ thấy một thế giới
IP ngự trị khắp nơi.
Kiến trúc hội tụ sẽ gồm hai lớp : IP và Quang. Các công nghệ trung gian sẽ dần được loại bỏ khỏi
mạng để đem lại sự đơn giản nhưng hiệu quả này. Điều này sẽ dẫn tới sự “Sụp đổ” của ngăn giao thức
mạng. Các giao thức cũ sẽ được cải tiến để thích ứng với yêu cầu mới, trong khi các giao thức mới được
thiết kế hướng đến việc quản lý/điều khiển và truyền tải hiệu quả lưu lượng IP.
Các ứng dụng mạng truyền tải quang thế hệ mới tập trung vào các ứng dụng của mạng hội tụ của
công nghệ IP và công nghệ quang trên một kiến trúc mạng quang thiết kế kểu đầu cuối - tới - đầu cuối
Trường hợp ứng dụng cho mạng lưu trữ thế hệ sau, cho thấy khuynh hướng trong mạng lưu trữ
cùng với sự đòi hỏi lớn của mạng Metro DWDM và sự hợp nhất của mạng lưu trữ truyền thống và mạng
dữ liệu IP.
Mạng truyền tải thế hệ sau thực hiện đơn giản hóa những phức tạp của các kết nối mạng bao gồm
IP và kiến trúc mạng DWDM để chuyển giao một tập hợp rộng những dịch vụ với giá nhỏ nhất.
Nhận xét đề xuất:
Học Viên : Cao Hữu Vinh.
Trước đây công nghệ mạng lõi được phát triển chủ yếu để truyền thoại, còn internet cũng như dữ
liệu được truyền dẫn trên kênh thoại (data over voice). Ngày nay, các công nghệ mạng lõi được phát triển
chủ yếu để truyền dữ liệu với giao thức chủ yếu là IP, còn thoại được truyền dẫn trên kênh dữ liệu. Đây là
một bước tiến trong công nghệ truyền dẫn cũng như trong mạng viễn thông.
IP và công nghệ quang (DWDM, chuyển mạch quang) là những công nghệ trụ cột trong mạng
thông tin quang thế hệ sau, đặc biệt là mạng lõi. Giải quyết vấn đề truyền tải lưu lượng IP trên mạng
quang là tiêu chí hàng đầu khi chuyển hướng đến mạng thông tin quang thế hệ sau.
Vấn đề truyền tải IP trên mạng quang không đơn thuần chỉ liên quang đến hai công nghệ IP và
Quang (DWDM) mà còn liên quang đến công nghệ trung gian khác, những công nghệ hiện đang khai thác
và những công nghệ mới.
19
Tích hợp công nghệ IP và mạng quang WDM là xu hướng triển khai mạng thông tin quang thế hệ
sau trên thế giới. Truyền tải IP trên mạng quang được xem là nhân tố then chốt trong việc xây dựng mạng
thông tin quang thế hệ sau.
Học Viên: Ngô T hanh Tuấn
Mặc dù ra đời sau song mạng thông tin quang đã phát triển rất mạnh. Hiện nay có hơn 60% lưu
lượng thông tin trên thế giới được truyền đi dưới dạng tín hiệu quang.
Hệ thống thông tin quang với những ưu điểm nổi bật giờ đây trở nên rất mạnh với công nghệ
ghép kênh theo bước song WDM. Phương pháp ghép kênh này cho phép ghép nhiều kênh bước song
quang cho phép tận dụng băng tần rất lớn của sợi quang.
Sự phát triển của công nghệ WDM gắn liền với sự phát triển công nghệ thiết bị, công nghệ mạng
và kiến trúc mạng. Các linh kiện ngày càng trở nên có tốc độ cao hơn, kích thướt nhỏ hơn, giá thành
thấp… Mạng truy có băng thông rộng hơn và tiến đên truy nhập quang.
