ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM “KĨ THUẬT LƯU LƯỢNG IP/WDM” CHƯƠNG 1 doc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ
PHẦN MỀM “KĨ THUẬT LƯU LƯƠNG
IP/WDM”


CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ IP/WDM
1.1 Khái niệm mạng IP/WDM
Mạng IP/WDM được thiết kế để truyền dẫn lưu lượng IP trong một mạng
quang cho phép WDM để tận dụng sự phổ biến của kết nối IP và dung lượng băng
thông cực lớn của WDM. Hình 1.1 dưới đây chỉ ra việc truyền dẫn các gói tin IP
hoặc các tín hiệu SONET/SDH thông qua mạng WDM. Một khối điều khiển bằng
phần mềm sẽ điều khiển ma trận chuyển mạch. Ở đây, IP, với vai trò là công nghệ
ở lớp mạng, sẽ dựa trên tầng dữ liệu để cung cấp:
 Đóng khung (ví dụ như SONET hay Ethernet)
 Phát hiện lỗi (ví dụ như kiểm tra CRC)
 Sửa lỗi (ví dụ như yêu cầu phát lại tự động ARQ)
Một vài các chức năng tầng liên kết được thể hiện trong giao diện ví dụ như
các giao diện khách xen/tách hay các giao diện truyền dẫn nhờ vật lí.

Hình 1.1 Truyền tải gói tin IP trên các kênh bước sóng
Một mục tiêu của mạng quang là cung cấp truyền dẫn trong suốt quang từ đầu
cuối tới đầu cuối để tối thiểu hoá trễ mạng. Điều này đòi hỏi các giao diện toàn
quang và các ma trận chuyển mạch toàn quang cho các thành phần mạng trung
gian và biên giới mạng. Bộ phát đáp được sử dụng để khuyếch đại tín hiệu quang.
Tồn tại các bộ phát đáp toàn quang (các laser biến đổi được) và các bộ phát đáp
quang-điện-quang (O-E-O). Hình cũng chỉ ra hai loại lưu lượng là IP (ví dụ như
Gigabit Ethernet) và SONET/SDH và do đó đòi hỏi các giao diện giữa Gigabit
Ethernet và SONET/SDH. Trong trường hợp các kết nối đa truy nhập, một tầng
con của tầng liên kết dữ liệu là giao thức truy nhập môi trường (MAC) sẽ làm
trung gian truy nhập để chia sẻ kết nối sao cho tất cả các node đều có cơ hội truyền
dữ liệu.

Hiện đang tồn tại ba xu hướng chính để truyền dẫn IP trên nền WDM (Hình
1.2). Xu hướng thứ nhất là truyền dẫn IP trên ATM, sau đó qua SONET/SDH và
cuối cùng là sợi quang WDM. Ở đây WDM được dùng như là công nghệ truyền
dẫn song song với tầng vật lý. Ưu điểm chính của phương pháp này là nhờ việc sử
dụng ATM, các loại lưu lượng khác nhau với các đòi hỏi QoS khác nhau có thể
được mang trên cùng một sợi quang.






Hình 1.2 Ba xu hướng cho IP/WDM (tầng dữ liệu)
Một ưu điểm khác khi dùng ATM là khả năng sử dụng kĩ thuật lưu lượng và
độ mềm dẻo trong việc giám sát mạng của ATM. Nó bổ sung cho định tuyến lưu
lượng nỗ lực tối đa (best effort) của IP truyền thống. Tuy nhiên, xu hướng này bị
cho là phức tạp, tăng chi phí mạng và có xu hướng tạo ra các nghẽn cổ chai tính
toán ở các mạng tốc độ cao. Nó được giải quyết bởi sự xuất hiện của kĩ thuật
MPLS trong tầng IP. Các đặc tính chính của MPLS như sau:
 Sử dụng một nhãn đơn giản và có độ dài cố định để xác định
dòng/tuyến.
 Tách riêng dữ liệu chuyển tiếp và thông tin điều khiển. Thông tin điều
khiển được dùng để thiết lập đường đi ban đầu nhưng các gói tin được
vận chuyển tới node kế tiếp dựa theo nhãn trong bảng chuyển tiếp.
 Với một mô hình chuyển tiếp đồng nhất và được đơn giản hoá, các mào
đầu IP chỉ được xử lý và kiểm tra tại các biên giới của các mạng MPLS
IP

ATM
IP/MPLS

SONET/SDH
SONET/SDH

IP/MPLS

WDM
WDM

WDM

và sau đó các gói tin MPLS được chuyển tiếp dựa theo các “nhãn”
(thay vì phải phân tích các mào đầu gói tin IP đã được đóng gói).
 MPLS cung cấp đa dịch vụ. Ví dụ một mạng riêng ảo VPN thiết lập bởi
MPLS có một mức độ ưu tiên cụ thể được xác định bởi trường tương
đương chuyển tiếp FEC (Forwarding Equivalence Class).
 Cho phép phân loại các gói tin dựa theo chính sách. Các gói tin được
kết hợp trong FEC nhờ việc sử dụng một nhãn. Việc sắp xếp gói tin vào
FEC được thực hiện tại biên giới mạng dựa theo trường dịch vụ hoặc
địa chỉ đích trong phần mào đầu của gói tin.
 Cung cấp các cơ chế cho phép kĩ thuật lưu lượng. Các cơ chế này được
triển khai để cân bằng tải tuyến nhờ giám sát lưu lượng và thực hiện
chỉnh các dòng một cách tích cực hoặc dự đoán trước. Trong mạng IP
hiện tại, kĩ thuật lưu lượng là rất khó nếu không nói là không thể vì
chuyển đổi hướng lưu lượng dùng các chỉnh sửa định tuyến không trực
tiếp là không hiệu quả và nó có thể gây ra tắc nghẽn nghiêm trọng hơn
ở đâu đó trong mạng. MPLS cho phép định tuyến hiện bởi nó cung cấp
và tập trung chủ yếu vào chuyển tiếp dựa trên trường. Ngoài ra MPLS
cũng cung cấp các công cụ cho điều khiển lưu lượng như kĩ thuật

đường ngầm, kĩ thuật tránh và phòng vòng lặp, kĩ thuật ghép dòng.
Xu hướng thứ hai là IP/MPLS trên nền SONET/SDH và WDM. SONET/SDH
cung cấp một số đặc tính hấp dẫn sau cho xu hướng này:
 SONET cung cấp một phân cấp ghép kênh tín hiệu quang tiêu chuẩn
qua đó các tín hiệu tốc độ thấp được ghép thành các tín hiệu tốc độ cao.
 SONET cung cấp một tiêu chuẩn khung truyền dẫn.
 Mạng SONET có khả năng bảo vệ/hồi phục hoàn toàn trong suốt đối
với các tầng cao hơn, ở đây là tầng IP.
Các mạng SONET thường sử dụng mô hình ring. Sơ đồ bảo vệ SONET có thể
là:
 1+1, nghĩa là dữ liệu được truyền dẫn trên hai hướng ngược nhau và ở
đích thì tín hiệu có chất lượng tốt hơn sẽ được lựa chọn.
 1:1, chỉ ra rằng có một đường bảo vệ dành riêng cho đường chính
 n:1, thể hiện một số đường chính (n) chia sẻ chung một đường bảo vệ.
Thiết kế của SONET cũng tăng cường OAM&P để truyền các thông tin cảnh
báo, điều khiển và hiệu năng giữa các hệ thống và giữa các mức mạng. Tuy nhiên,
SONET mang quá nhiều thông tin mào đầu và chúng lại được mã hoá ở nhiều mức
khác nhau. Mào đầu đường (POH) được mang từ đầu cuối tới đầu cuối. Mào đầu
tuyến (LOH) được sử dụng cho tín hiệu giữa thiết bị kết cuối tuyến ví dụ như các
bộ ghép kênh OC-n. Mào đầu đoạn (SOH) được sử dụng để thông tin giữa các
thành phần mạng liền kề ví dụ như các bộ tái tạo. Với một OC-1 với tốc độ là
51,84 Mbps, phần tải của nó chỉ có khả năng truyền dẫn một DS-3 với tốc độ bit là
44,736 Mbps.
Xu hướng thứ ba ứng dụng IP/MPLS trực tiếp trên WDM và là giải pháp hiệu
quả nhất. Tuy nhiên, nó lại yêu cầu tầng IP có trách nhiệm bảo vệ và phục hồi
tuyến. Nó cũng yêu cầu một khuôn dạng khung được đơn giản hoá để điều khiển
lỗi truyền dẫn. Có một vài lựa chọn khuôn dạng khung cho IP trên nền WDM. Một
vài công ty đã phát triển một chuẩn mới là Slim SONET/SDH. Nó cung cấp các
chức năng tương tự như SONET/SDH nhưng với các kĩ thuật hiện đại để thay thế
mào đầu và ghép kích thước khung vào kích thước gói tin.

Một ví dụ khác là ứng dụng khuôn dạng khung Gigabit Ethernet. Chuẩn 10-
Gigabit Ethernet mới được thiết kế là để dành riêng cho các hệ thống WDM ghép
chặt. Sử dụng khuôn dạng Ethernet, các máy chủ ở bất kì hướng nào của kết nối
cũng không cần sắp xếp lên một khuôn dạng giao thức khác (ví dụ như ATM) để
truyền dẫn.
Các mạng IP truyền thống sử dụng báo hiệu trong băng nên lưu lượng báo
hiệu và điều khiển được truyền dẫn trên cùng một đường và tuyến. Một mạng
quang WDM có một mạng truyền thông riêng rẽ dành cho các bản tin điều khiển.
Như vậy nó sử dụng báo hiệu ngoài băng như trong hình 1.3
Lưu lượng dữ liệu
Báo hiệu ngoài băng
Báo hiệu trong băng
Lưu lượng dữ liệu
và điều khiển
(a) Mạng WDM
(b) Mạng IP truyền thống

Hình 1.3 Lưu lượng dữ liệu và điều khiển trong mạng IP và WDM
Trong mặt phẳng điều khiển, IP trên nền WDM có thể hỗ trợ nhiều kiến trúc
mạng khác nhau và sự lựa chọn kiến trúc chỉ phụ thuộc vào môi trường mạng hiện
có, nhà quản trị và chủ sở hữu mạng.
1.2 Lí do chọn IP/WDM
IP là giao thức được thiết kế để xác định địa chỉ mạng lớp ba và từ đó định
tuyến qua các mạng con với các công nghệ lớp hai khác nhau. Phía trên tầng IP tồn
tại rất nhiều các dịch vụ và ứng dụng dựa trên nền tảng IP khác nhau. Trong khi đó
phía dưới lớp IP thì sợi quang sử dụng công nghệ WDM là công nghệ truyền dẫn
hứa hẹn nhất, cho phép dung lượng mạng vô cùng lớn để đáp ứng được sự phát
triển của Internet. Công nghệ này sẽ trở nên hấp dẫn hơn nhiều khi giá thành của
các hệ thống WDM giảm đi.
Mặt phẳng điều khiển có nhiệm vụ truyền dẫn các bản tin điều khiển để

chuyển đổi các thông tin sẵn có và có thể tiếp cận được, tính toán cũng như thiết
lập đường truyền dẫn dữ liệu. Mặt phẳng dữ liệu có nhiệm vụ truyền dẫn lưu lượng
ứng dụng và lưu lượng người sử dụng. Một chức năng điển hình của mặt phẳng dữ
liệu là đệm và chuyển tiếp gói tin. IP không phân tách mặt phẳng dữ liệu và mặt
phẳng điều khiển và do đó nó đòi hỏi các cơ chế QoS tại các bộ định tuyến để phân
biệt các bản tin điều khiển và các gói tin dữ liệu.
Một hệ thống điều khiển mạng WDM truyền thống sử dụng một kênh điều
khiển riêng biệt, còn được gọi là mạng truyền thông dữ liệu, để truyền dẫn các bản
tin điều khiển. Một hệ thống quản lý và điều khiển mạng WDM, theo TMN, được
triển khai theo cấu trúc tập trung. Để cho phép mở rộng địa chỉ, các hệ thống này
dùng một phân cấp quản lý. Kết hợp IP và WDM có nghĩa là, ở trong mặt phẳng
dữ liệu ta có thể yêu cầu các tài nguyên mạng WDM chuyển tiếp lưu lượng IP một
cách hiệu quả còn trong mặt phẳng điều khiển ta có thể xây dựng một mặt phẳng
điều khiển đồng bộ. IP/WDM cũng đánh địa chỉ tất cả các mức trung gian của các
mạng quang intra- và inter-WDM và các mạng IP.
Các động cơ thúc đẩy IP/WDM bao gồm:
 Các mạng quang WDM có thể đánh địa chỉ lưu lượng Internet đang
phát triển bằng cách khai thác cơ sở hạ tầng sợi quang sẵn có. Sử dụng
công nghệ WDM có thể tăng một cách đáng kể việc tận dụng băng
thông sợi quang.
 Hầu hết lưu lượng dữ liệu qua các mạng là IP. Gần như tất cả các ứng
dụng dữ liệu đầu cuối người sử dụng đều sử dụng IP. Lưu lượng thoại
truyền thống cũng có thể đóng gói nhờ các kĩ thuật VoIP.
 IP/WDM thừa hưởng sự mềm dẻo và khả năng thích ứng mà các giao
thức điều khiển IP cho phép.
 IP/WDM có thể đạt được hoặc nhắm vào sự phân bố băng thông động
theo nhu cầu (hay giám sát thời gian thực) trong các mạng quang. Bằng
cách phát triển từ các mạng quang điều khiển tập trung truyền thống
sang mạng tự điều khiển phân bố, mạng IP/WDM tích hợp không
những giảm thiểu chi phí quản lý mạng mà còn cung cấp phân bố tài

nguyên động và giám sát dịch vụ theo nhu cầu.
 ới sự giúp đỡ của các giao thức IP, IP/WDM có thể hy vọng đánh địa
chỉ được WDM hay các nhà khai thác hoạt động trung gian NE.
 Các mạng quang WDM đòi hỏi mặt phẳng điều khiển thống nhất và
có khả năng phân cấp giữa các mạng con được cung cấp bởi các nhà
khai thác WDM khác nhau. Các giao thức điều khiển IP đã được
triển khai rất rộng rãi và được chứng minh là có khả năng phân cấp.
Sự xuất hiện của MPLS không chỉ bổ sung cho IP truyền thống kĩ
thuật lưu lượng và khả năng QoS biến đổi mà còn đưa ra một mặt
phẳng điều khiển trung tâm IP thống nhất giữa các mạng.
 Sự khác biệt giữa các thiết bị mạng WDM đòi hỏi sự liên kết giữa
các nhà khai thác trung gian. Ví dụ như các WADM không trong
suốt đòi hỏi các khuôn dạng tín hiệu nhất định ví dụ như tín hiệu
SONET/SDH ở các giao diện khách xen/tách của chúng. Sự liên kết
hoạt động giữa WDM đòi hỏi sự xuất hiện của tầng mạng mà ở đây
là IP.
 IP/WDM có thể đạt được sự phục hồi động bằng cách phân mức các cơ
chế điều khiển phân tán được dùng trong mạng.
 Từ quan điểm dịch vụ, các mạng IP/WDM có thể lợi dụng các cơ chế,
chính sách, mô hình, cơ cấu QoS được đề nghị và phát triển trong mạng
IP.
 Rút kinh nghiệm từ tích hợp IP và ATM, IP và WDM cần một sự tích
hợp mạnh hơn nữa để tăng tính hiệu quả và khả năng mềm dẻo. Ví dụ
như, IP trên nền ATM cổ điển là tĩnh và phức tạp và chuyển đổi địa chỉ
IP sang ATM là bắt buộc phải chuyển đổi giữa các địa chỉ IP và các địa
chỉ ATM.
Tích hợp IP/WDM sẽ cho phép truyền dẫn mạng quang một cách hiệu quả,
làm giảm chi phí cho lưu lượng IP và tăng cường sự tận dụng mạng quang.