Đồ án tốt nghiệp Tích hợp IP trên mạng quang

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍCH HỢP IP/QUANG

1.1 Giới thiệu
1.1.1 Giao thức IP

IP là giao thức cung cấp dịch vụ truyền thông theo kiểu không liên kết.
Phương thức này cho phép bên gửi và bên nhận không cần phải thiết lập liên kết
trước khi truyền dữ liệu, và do đó khi không truyền dữ liệu, không cần giải phóng
kết nối.
1.1.1.1 Cấu trúc của IP datagram trong IPv4
Hình 1.1 là cấu trúc của một datagram trong phiên bản IPv4. Việc xử lý
datagram xảy ra trong phần mềm, nội dung và định dạng của nó không bị ràng
buộc bởi bất kỳ phần cứng nào. Vì vậy, nó đáp ứng được yêu cầu của mạng
Internet là hoàn toàn độc lập các lớp thấp hơn

Hình1.1 : Định dạng datagram của IPv4
Ý nghĩa của các trường như sau:
 Ver (4 bit): chứa giá trị của phiên bản giao thức IP đã dùng để tạo
datagram. Nó đảm bảo cho máy gửi, máy nhận và các bộ định tuyến
cùng thống nhất với nhau về định dạng gói datagram. Với IPv4 thì
giá trị là (0100).
0


3

7







15


18




23







31
Ver
HL
TOS
Total Length
Identification

Flags
Fragment Offset
TTL
Protocol
Header Checksum
Source IP Address
Destination IP Address
Options (nếu cần)
Padding (nếu cần)
Data
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
2
 HL – Header Length (4 bit): cung cấp thông tin về độ dài vùng tiêu
đề của datagram, được tính theo các từ 32 bit.
 TOS – Type of Service (8 bit): xác định cách các datagram được xử
lý nhờ vùng Identification của datagram đó như sau:
0 2 3 4 5 6 7
Precedence
D
T
R
0
0
+ Precedence (3 bit): xác định độ ưu tiên của datagram, cho phép nơi gửi
xác định độ quan trọng của mỗi datagram. Nó cung cấp cơ chế cho phép điều
khiển thông tin, nghĩa là khi mạng có hiện tượng tắc nghẽn hay quá tải xảy ra thì
những datagram có độ ưu tiên cao sẽ được ưu tiên phục vụ. 000 là độ ưu tiên thấp
nhất, 111 là độ ưu tiên mức điều khiển mạng.
+ D – Delay (1 bit): D = 0 độ trễ thông thường.

D = 1 độ trễ thấp.
+ T – Throughput (1 bit): T = 0 lưu lượng thông thường.
T = 1 lưu lượng cao.
+ R – Reliability (1 bit): R = 0 độ tin cậy thông thường.
R = 1 độ tin cậy cao.
+ Hai bit cuối cùng dùng để dự trữ, chưa sử dụng.
Các giao thức định tuyến mới như OSPF và IS – IS sẽ đưa ra các quyết định
định tuyến dựa trên cơ sở trường này.
 Total Length (16 bit): cho biết độ dài của IP datagram tính theo
octet bao gồm cả phần tiêu đề và phần dữ liệu. Kích thước của
trường dữ liệu được tính bằng cách lấy Total Length trừ đi HL.
Trường này có 16 bit nên cho phép độ dài của datagram có thể lên
đến 65535 octet. Tuy nhiên, các tầng liên kết sẽ phân mảnh chúng vì
hầu hết các host chỉ có thể làm việc với các datagram có độ dài tối đa
là 576 byte.
 Identification (16 bit): chứa một số nguyên duy nhất xác định
datagram do máy gửi gán cho datagram đó. Giá trị này hỗ trợ trong
việc ghép nối các fragment của một datagram. Khi một bộ định tuyến
phân đoạn một datagram, nó sẽ sao chép hầu hết các vùng tiêu đề của
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
3
datagram vào mỗi fragment trong đó có cả Identification. Nhờ đó,
máy đích sẽ biết được fragment đến thuộc vào datagram nào. Để
thực hiện gán giá trị trường Identification, một kỹ thuật được sử
dụng trong phần mềm IP là lưu giữ một bộ đếm trong bộ nhớ, tăng
nó lên mỗi khi có một datagram mới được tạo ra và gán kết quả cho
vùng Identification của datagram đó.
 Flags (3 bit): tạo các cờ điều khiển khác nhau như sau:

Bit 0: dự trữ, được gán giá trị 0.
Bit 1: DF → DF = 0: có thể phân mảnh.
→ DF = 1: không phân mảnh.
Bit 2: MF → MF = 0: fragment cuối cùng.
→ MF = 1: vẫn còn fragment.
 Fragment Offset (13 bit): trường này chỉ vị trí fragment trong
datagram. Nó tính theo đơn vị 8 octet một (64 bit). Như vậy, độ dài
của các Fragment phải là bội số của 8 octet trừ Fragment cuối cùng.
Fragment đầu tiên có trường này bằng 0.
 TTL - Time to Live (8 bit): trường này xác định thời gian tối đa mà
datagram được tồn tại trong mạng tính theo đơn vị thời gian là giây.
Công nghệ hiện nay gán giá trị cho trường Time to Live là số router lớn
nhất mà các datagram phải truyền qua khi đi từ nguồn tới đích. Mỗi khi datagram
đi qua một router thì giá trị của trường này sẽ giảm đi một. Và khi giá trị của
trường này bằng 0 thì datagram bị huỷ.
 Protocol (8 bit): giá trị trường này xác định giao thức cấp cao nào
(TCP, UDP hay ICMP) được sử dụng để tạo thông điệp để truyền tải
trong phần data của IP datagram. Về thực chất, giá trị của trường này
đặc tả định dạng của trường Data.
 Header Checksum (16 bit): trường này chỉ dùng để kiểm soát lỗi cho
tiêu đề IP datagram. Trong quá trình truyền, tại các router sẽ xử lý
tiêu đề nên có một số trường bị thay đổi (như Time to Live) vì thế nó
sẽ kiểm tra và tính toán lại tại mỗi điểm này.
0
DF
MF
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
4

 Source IP Address (32 bit): xác định địa chỉ IP nguồn của IP
datagram. Nó không thay đổi trong suốt quá trình datagram được
truyền.
 Destination IP Address (32 bit): xác định địa chỉ IP đích của IP
datagram. Nó không thay đổi trong suốt quá trình datagram được
truyền.
 Options (độ dài thay đổi): trường này chứa danh sách các thông tin
được lựa chọn cho datagram. Nó có thể có hoặc không có, chứa một
lựa chọn hoặc nhiều lựa chọn.
 Padding (độ dài thay đổi): trường này được sử dụng để đảm bảo cho
tiêu đề của IP datagram luôn là bội của 32 bit (bù cho trường option
có độ dài thay đổi). Nhờ đó đơn giản cho phần cứng trong xử lý tiêu
đề của IP datagram.
 Data (độ dài thay đổi): mang dữ liệu của lớp trên, có độ dài tối đa là
65535 byte.
Tiêu đề với các trường có độ dài cố định có thể tăng tốc độ xử lý bằng cách
cứng hoá quá trình xử lý thay cho xử lý bằng phần mềm. Tuy nhiên, việc sử dụng
phần cứng sẽ làm tăng chi phí thiết bị cũng như không mềm dẻo bằng phần mềm
khi có những điều kiện bị thay đổi.
1.1.1.2 Phân mảnh và tái hợp
a) Phân mảnh
Các IP datagram có độ dài tối đa là 65535 byte. Nhưng trong thực tế, frame
của các liên kết truyền dẫn có các kích thước vùng dữ liệu bị giới hạn. Giá trị giới
hạn này gọi là đơn vị truyền dẫn lớn nhất MTU của liên kết.
Mặt khác, các datagram lại phải qua nhiều liên kết khác nhau trước khi đến
đích nên MTU cũng thay đổi theo từng liên kết. MTU có giá trị nhỏ nhất trong các
MTU của các liên kết tạo nên đường truyền dẫn được gọi là path MTU (MTU của
đường truyền). Các datagram có thể định tuyến theo các con đường khác nhau nên
path MTU giữa hai host không phải là một hằng số. Nó sẽ phụ thuộc vào tuyến
được lựa chọn định tuyến tại thời gian đang sử dụng. Path MTU hướng thuận khác

với path MTU hướng ngược.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
5
Để các datagram có thể đóng gói vào các frame của tầng liên kết thì IP phải
có khả năng phân mảnh datagram thành các fragment có kích thước phù hợp. Việc
phân mảnh có thể ở ngay nguồn hay ở các bộ định tuyến mà tại đó datagram có
kích thước lớn hơn kích thước vùng dữ liệu của frame. Các fragment đầu sẽ có
kích thước tối đa sao cho vừa với vùng dữ liệu của frame, riêng fragment cuối
cùng sẽ là phần dữ liệu còn lại (nhỏ hơn hoặc bằng vùng dữ liệu của frame). Quá
trình phân mảnh được thực hiện nhờ các trường Flag, Fragment Offset và làm thay
đổi các trường Total Length, Header Checksum.
b) Tái hợp
Các Fragment được truyền như những datagram độc lập cho đến máy đích
mới được tái hợp lại. Thực hiện tái hợp sẽ nhờ vào trường Flag để biết được
Fragment cuối cùng cũng như sử dụng Identification để biết được fragment thuộc
vào datagram nào. Như vậy, các fragment có giá trị bốn trường Identification,
Source Address, Destination Address và Protocol giống nhau thì sẽ thuộc cùng vào
một datagram để truyền lên lớp cao.
Chỉ khi phía thu nhận đủ fragment thì mới thực hiện quá trình tái hợp. Vì
vậy, cần có các bộ đệm, một bảng theo bit chỉ các khối fragment đã nhận được,
một bộ đếm thời gian tái hợp. Dữ liệu của fragment được đặt vào một bộ đệm dữ
liệu và vị trí của nó phụ thuộc vào Fragment Offset, bit trong bảng tương ứng với
Fragment nhận được sẽ được lập. Nếu nhận được fragment đầu tiên có Fragment
Offset bằng 0 tiêu đề của nó được đặt vào bộ đệm tiêu đề. Nếu nhận được
fragment cuối cùng (có MF của trường Fragment bằng 0) thì độ dài tổng sẽ được
tính. Khi đã nhận đủ các fragment (biết được bằng cách kiểm tra các bit trong bảng
bit khối Fragment) thì sau đó datagram được gửi lên tầng trên. Mặt khác, bộ đếm
thời gian tái hợp nhận giá trị lớn nhất là giá trị của bộ đếm thời gian tái hợp hiện
thời hoặc giá trị của trường Time to Live trong Fragment.

Chú ý: Trong quá trình tái hợp, nếu bộ đếm thời gian tái hợp đã hết thì các
tài nguyên phục vụ cho quá trình tái hợp (các bộ đệm, một bảng theo bit chỉ các
khối fragment đã nhận được) sẽ bị giải phóng, các fragment đã nhận được sẽ bị
huỷ mà không xử lý gì datagram. Khi tái hợp, giá trị khởi đầu của bộ đếm thời
gian tái hợp thường thấp hơn giới hạn thời gian thực hiện tái hợp. Đó là vì thời
gian thực hiện tái hợp sẽ tăng lên nếu Time to Live trong fragment nhận được lớn
hơn giá trị hiện thời của bộ đếm thời gian tái hợp nhưng nó lại không giảm nếu
nhỏ hơn.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
6
Đối với các datagram có kích thước nhỏ, trong quá trình truyền không phải
phân mảnh (có trường Fragment Offset và vùng MF của trường Flag bằng 0) thì
phía thu không cần thực hiện tái hợp mà datagram được gửi luôn lên tầng trên.
Việc chỉ tái hợp các fragment ở đích cuối cùng có những hạn chế sau: sau
khi phân mảnh các fragment có thể đi qua mạng có MTU lớn hơn, do đó không tận
dụng được hiệu quả truyền dẫn. Ngoài ra, như ta đã biết các fragment chỉ được tái
hợp lại khi đã nhận đủ. Với số lượng fragment lớn thì xác suất mất fragment cao
hơn, khi đó kéo theo xác suất mất datagram cũng cao vì chỉ cần một fragment
không về đến đích trước khi bộ đếm thời gian bằng 0 thì toàn bộ datagram sẽ mất.
Nhưng việc kết hợp các gói tin tại đích sẽ giúp cho chức năng của các
router đơn giản hơn, xử lý nhanh hơn và tránh được tình trạng tái hợp rồi lại phân
mảnh. Vì thế, cơ cấu này vẫn được sử dụng trong IP.
1.1.1.3 Định tuyến
Định tuyến là một trong các chức năng quan trọng của IP. Datagram sẽ
được định tuyến bởi host tạo ra nó và có thể còn có một số host khác (có chức
năng như các router). Sau đây, sẽ tìm hiểu về định tuyến trong IP.
Định tuyến IP có thể được chia thành hai loại:
 Định tuyến tĩnh.
 Định tuyến động.

a, Định tuyến tĩnh
Phương pháp định tuyến tĩnh sử dụng một bảng định tuyến (cấu trúc đã
trình bày ở trên) để lưu trữ thông tin về các đích có thể đến và làm sao có thể đến
được đó. Vì cả máy tính và router đều phải chuyển datagram nên cả hai đều có các
bảng định tuyến. Để chuyển datagram đi thì trước hết phải tìm thông tin trong bảng
định tuyến. Có ba bước tìm kiếm thông tin trong bảng định tuyến theo thứ tự như
sau:
+ Tìm xem có host nào có địa chỉ phù hợp với địa chỉ đích không (trùng
hợp cả vùng net ID và vùng host ID). Khi này, có thể truyền trực tiếp datagram tới
đích.
+ Tìm xem có host nào có địa chỉ phù hợp với địa chỉ đích không (trùng
hợp vùng net ID). Khi này, datagram được gửi tới router (được xác định tại cột
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
7
next hop address) hay giao diện kết nối trực tiếp (được xác định tại cột interface)
với mạng trên.
+ Tìm kiếm một đầu ra mặc định (đầu ra mặc định trong bảng định tuyến
thường được xác định là một địa chỉ mạng). Datagram được gửi ra theo next hop
router được xác định tương ứng với dòng này.
Nếu không bước nào thực hiện được thì datagram sẽ không được chuyển đi.
Nếu datagram đang trên host tạo ra nó thì lỗi “host unreachable”, hay “network
unreachable” được gửi về ứng dụng đã tạo ra datagram này.
b, Định tuyến động
Định tuyến động là công nghệ tối ưu bởi nó thích ứng với những điều kiện
thay đổi của mạng. Các router sử dụng các giao thức định tuyến động để trao đổi
các thông tin cần thiết cho nhau. Quá trình trao đổi thông tin này sẽ thực hiện cập
nhật bảng định tuyến cho các router. Và việc định tuyến sau đó lại dựa vào thông
tin của bảng định tuyến.
Bộ định tuyến sử dụng các số liệu được đánh giá theo một chỉ tiêu nào đó

để xây dựng đường dẫn tối ưu giữa hai host. Các chỉ tiêu có thể là: khoảng cách
ngắn nhất, giá thành rẻ nhất…Khi đó, nếu có nhiều tuyến để đi đến đích thì thông
tin về đường đi tốt nhất sẽ được cập nhật vào bảng. Đặc biệt khi có một liên kết
trên tuyến bị lỗi, tuyến đó sẽ được bỏ đi và thay thế bằng một tuyến khác nên đã
khắc phục được lỗi.
Có nhiều giao thức định tuyến khác nhau sử dụng các thuật toán khác nhau
để xác định đường đi tối ưu tới đích. Các thuật toán đó là: thuật toán véc tơ khoảng
cách DVA và thuật toán trạng thái liên kết LSA. Trong đó, các giao thức sử dụng
thuật toán DVA thường chỉ dùng cho các mạng có phạm vi nhỏ.
Các mạng của cùng một nhà cung cấp sử dụng chung giao thức định tuyến
để trao đổi thông tin giữa các router. Các giao thức này được gọi là giao thức trong
cổng IGP. Các loại giao thức IGP bao gồm: giao thức RIP dựa trên thuật toán
DVA, giao thức OSPF, IS – IS là những giao thức IGP được sử dụng thay thế cho
giao thức RIP và dựa trên thuật toán LSA.
Để trao đổi thông tin giữa các router thuộc các nhà cung cấp khác nhau
người ta sử dụng các giao thức định tuyến gọi chung là giao thức định tuyến ngoài
cổng EGP hoặc hiện nay sử dụng phổ biến là giao thức cổng biên BGP.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
8
IP phát triển rất nhanh chóng và cung cấp dịch vụ rất đa dạng. Chuyển
mạch gói IP được xem là cơ sở của mạng thế hệ sau, chính nhờ sự đơn giản trong
sử dụng mà giao thức IP đã trở thành một giao thức chuẩn cho các dịch vụ mạng
mới, dần dần sẽ thay thế các dạng giao thức khác
1.1.2 Công nghệ ghép kênh theo bƣớc sóng WDM
Công nghệ DWDM được coi là công nghệ then chốt trong mạng lõi. Với
dung lượng truyền dẫn lớn và khả năng cấu hình mềm dẻo của các bộ kết nối chéo
quang đã cho phép xây dựng mạng quang động hơn, nhờ đó các kết nối băng tần
lớn có thể được thiết lập theo yêu cầu. Wavelength Division Multiplexing (WDM)
là công nghệ cho phép ghép nhiều kênh có bước sóng khác nhau trên cùng một sợi

quang để tận dụng tối đa băng tần của sợi, Hơn nữa, mỗi bước sóng quang có thể
mang các tải trọng ở các tốc độ số khác nhau( OC-3c, OC-12c, OC-48c, OC-
192c…)với các định dạng khác nhau (SONET,Ethernet, ATM…).Ví dụ, có rất
nhiều mạng WDM được hỗ trợ một bộ trộn tín hiệu SONET vận hành ở tốc độ xấp
xỉ 2,5Gbps và 10Gbps qua một sợi quang đơn, tạo ra sự nhảy vọt trong cấu trúc hạ
tầng mạng viễn thông đa dịch vụ được tối ưu cho truyền số liệu bởi nó tận dụng
được ưu thế băng thông lớn, tốc độ cao, không ảnh hưởng bởi sóng điện từ của sợi
quang. Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao DWDM (Dense Wavelength
Division Multiplexing) được phát triển từ WDM với khoảng cách giữa các kênh
ghép sát nhau, sẽ trở thành phương tiện truyền dẫn chính trong các mạng ngày nay.
Nếu khoảng kênh ( khoảng cách giữa hai bước sóng kề nhau, được xác định bằng
băng tần hoạt động của bộ khuếch đại quang và dung lượng của máy thu) bằng hay
nhỏ hơn 200Ghz được gọi là DWDM.
Hiện nay, các công nghệ mạng quang đang có sự phát triển nhảy vọt cả về
chức năng và năng lực. Mạng IP/quang và mối liên kết giữa hai miền quang - điện
ngày càng nhận đợc sự tập trung chú ý của các nhà cung cấp dịch vụ, thiết bị viễn
thông cũng như các tổ chức tiêu chuẩn. Trong đồ án này thuật ngữ "optical
network" được sử dụng để chỉ cả mạng truyền tải trên cơ sở SONET/SDH và
mạng toàn quang.
1.1.3 Các khái niệm liên quan đến mạng quang
Một bộ OXC là một bộ chuyển mạch phân chia theo không gian, có thể
chuyển tín hiệu quang từ một cổng đầu vào đến một cổng đầu ra . Có thể thực hiện
chuyển đổi quang điện ở đầu vào và chuyển đổi điện quang ở đầu ra, cũng có khi
không cần xử lý tín hiệu điện, tín hiệu đều là quang. Loại thứ nhất gọi là OXC
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
9
không trong suốt, loại thứ hai là OXC trong suốt. Cấu tạo của OXC có 3 thành
phần chính:
♦ Bộ tách kênh chia bước sóng quang ở đầu vào: thực hiện tách các kênh

quang theo các bước sóng khác nhau từ các sợi quang vào khác nhau.
♦ Ma trận chuyển mạch: thực hiện đấu nối chéo từ một kênh quang đầu vào
tới một kênh quang đầu ra. Trường chuyển mạch có thể là chuyển mạch chia thời
gian hoặc chuyển mạch chia bước sóng được trình bày ở mục sau.
♦ Bộ ghép kênh chia bước sóng quang ở đầu ra: thực hiện ghép các kênh
quang từ các đầu ra tương ứng của trường chuyển mạch để truyền dẫn trên một sợi
quang.
Khái niệm mạng truyền tải quang dùng ở đây là chỉ mạng gồm các OXC mà
hỗ trợ các đường kênh quang end –to-end cung cấp chức năng như định tuyến,
giám sát, cấp nhóm lưu lượng, bảo vệ phuc hồi các kênh quang. Các liên kết giữa
các OXC trong mạng này có thể dựa trên topo lưới tổng thể. Các lớp con sau có
thể tồn tại trong với mạng này
Lớp kênh quang (Och): định nghĩa một kết nối quang (lighpath) giữa hai
thực thể client quang. Lớp kênh quang là trong suốt với các bản tin từ đầu cuối đến
đầu cuối (Kênh quang Och tương đương với một bước sóng trong DWDM). Nó
thực hiện các chức năng sau: định tuyến tin tức của thuê bao khách hàng, phân
phối bước sóng, sắp xếp kênh tín hiệu quang để mạng kết nối linh hoạt, xử lý các
thông tin phụ của kênh tín hiệu quang, đo kiểm lớp kênh tín hiệu quang và thực
hiện chức năng quản lý. Khi phát sinh sự cố, thông qua việc định tuyến lại hoặc cắt
chuyển dịch vụ công tác sang tuyến bảo vệ cho trước để thực hiện đấu chuyển bảo
vệ và khôi phục mạng.
Lớp đoạn ghép kênh quang (OMS): cung cấp phương tiện truyền cho các
kênh quang. Lớp này định nghĩa việc kết nối và xử lý trong nội bộ ghép kênh hay
một nhóm các kết nối quang ở mức kênh quang Och (OMS còn được gọi là một
nhóm bước sóng truyền trên cáp sợi quang giữa hai bộ ghép kênh DWDM). Nó
đảm bảo truyền dẫn tín hiệu quang ghép kênh nhiều bước sóng giữa hai thiết bị
truyền dẫn ghép kênh bước sóng lân cận, cung cấp chức năng mạng cho tín hiệu
nhiều bước sóng. OMS có các tính năng như: cấu hình lại đoạn ghép kênh quang
để đảm bảo mạng định tuyến nhiều bước sóng linh hoạt, đảm bảo xử lý hoàn chỉnh
tin tức phối hợp của đoạn ghép kênh quang nhiều bước sóng và thông tin phụ của

đoạn ghép kênh quang, cung cấp chức năng đo kiểm và quản lý của đoạn ghép
kênh quang để vận hành và bảo dưỡng mạng.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
10
Lớp đoạn truyền dẫn quang (OTS): cung cấp các chức năng truyền dẫn
cho tín hiệu quang thông qua các phương tiện khác nhau. Lớp này định nghĩa cách
truyền tín hiệu quang trên các phương tiện quang đồng thời thực hiện tính năng đo
kiểm và điều khiển đối với bộ khuếch đại quang và bộ lặp. Lớp này thực hiện các
vấn đề sau: cân bằng công suất, điều khiển tăng ích của EDFA, tích luỹ và bù tán
sắc.
Lớp sợi quang: là tầng vật lý ở dưới cùng, gồm các sợi quang khác nhau
như: G.652, G.653, G.655
Mạng truyền tải quang OTN sẽ cung cấp luồng quang tới client như là các
bộ định tuyến IP, các phần tử mạng SONET/SDH và chuyển mạch ATM. Một lớp
điều khiển chuyển mạch cần để thiết lập tuyến trên mạng và nó tương tác với bộ
điều khiển OXC để khởi tạo chuyển mạch trong OXC. Một kênh báo hiệu giữa các
nút đảm bảo rằng mỗi OXC biết được trạng thái tài nguyên mạng, các tuyến khả
dụng.
Một lighpath được coi là thỏa mãn thuộc tính liên tục của bước sóng nếu
nó được truyền tải cùng một bước sóng end to end. Tính liên tục cuả bước sóng
được yêu cầu trong mạng quang không có sự chuyển đổi bước sóng. Một lightpath
thỏa mãn thuộc tính liên tục của bước sóng được gọi là wavelength path. Có hai
loại mạng quang, mạng quang trong suốt và không trong suốt
Một mạng quang trong suốt là mạng mà trong đó tín hiệu quang được
truyền từ thiết bị truyền dẫn trong môt miền quang đến thiết bị thu mà không cần
chuyển đổi OEO. Tổng quát các node chuyển mạch trung gian trong một mạng
quang trong suốt không thể can thiệp gì vào các tín hiệu quang là tải trọng được
truyền qua. Chú ý rằng, sự khuếch đại tín hiệu qua node chuyển mạch được cho
phép trong mạng quang trong suốt, ví dụ sử dụng EDFA

Mặt khác, trong mạng quang không trong suốt , các node trung gian này có
thể thực hiện chuyển đổi tín hiệu quang truyền qua chúng, ví dụ như thực hiện
chuyển đổi OEO, liên quan đến vận hành 3R, định dạng lại, định thời lại, tái tạo lại
và có thể còn khuyếch đại
1.2 Động lực thúc đẩy tích hợp IP/quang
1.2.1 Giới thiệu
Việc tích hợp mạng IP và quang là xu thế tất yếu tạo nên mạng lõi Internet
quang - cơ sở mạng thế hệ sau. Các kết nối chéo quang OXC (optical crossconect)
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
11
ngày càng đã cho phép xây dựng mạng quang động hơn, nhờ đó các nối kết băng
thông lớn hơn. Luồng quang (lighpath) có thể được thiết lập theo nhu cầu. Quá
trình tích hợp không những giúp loại bỏ một số xử lý trung gian không cần thiết,
lắp lại giữa các lớp mạng mà còn có thể giảm bớt lớp mạng
1.2.2 Tích hợp IP/ quang nhằm giảm lớp mạng

Sự phân lớp theo truyền thống của các giao thức mạng khiến cho nhiều lớp
độc lập có chức năng chồng chéo nhau dẫn đến thường xuyên có sự mâu thuẫn lẫn
nhau do có các chính sách khác 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 mạng. Giảm
lớp mạng có nghĩa là loại bỏ cả một nhóm lớp giao thức được thực hiện trong lớp
thiết bị hay mạng
Khi dung lượng và khả năng kết nối mạng trong cả công nghệ IP và quang
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 IP/ quang hiệu quả và mềm dẻo.
Trong giai đoạn lưu lượng IP chiếm ưu thế trong mạng thì cấu trúc mạng
phân làm nhiều lớp không còn thích hợp nữa. Mục đích là tối thiểu hóa truyền mào
đầu và cực đại hóa băng tần truyền dẫn hữu ích. Tất nhiên là độ phức tạp trong
giám sát, điều hành, lập kế hoạch mạng và kĩ thuật cũng cần giảm bớt để cực tiểu

hóa chi phí điều hành của nhà cung cấp dịch vụ và tăng lợi nhuận. Chúng ta có thể
loại bỏ hẳn ATM, SDH khi nhu cầu lưu lượng cao để truyền trực tiếp IP(MPLS)
trực tiếp trên quang WDM




Hình 1.2 : Xu hƣớng tích hợp IP/ quang
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
12
1.2.3 Tích hợp IP/ quang nhằm giảm lớp giao thức, thiết bị
Trước đây, chỉ có 1 cách duy nhất để truyền tải các gói tin IP trên sợi quang
sử dụng công nghệ WDM là kết nối các bộ định tuyến IP tới các chuyển mạch
ATM. Sau đó, các tế bào ATM sẽ được gửi qua các thiết bị SONET được kết nối
tới hệ thống truyền dẫn WDM. Kết quả là ngăn xếp giao thức có đầy đủ 4 tầng.
Trong đó, IP mang ứng dụng và dịch vụ, ATM cần thiết cho tích hợp đa dịch vụ
(thoại và số liệu), SONET cần cho sự kết hợp và bảo vệ các luồng, ví dụ như kết
hợp các luồng ATM 155Mbit/s thành các luồng STM-16. Kiến trúc này có sự
chồng chéo chức năng giữa các tầng, thời gian thiết lập đấu nối chậm, thời gian trễ
lớn. Do đặc tính băng tần không được thiết kế để bám theo kích thước gói IP nên
khả năng mở rộng kém trước sự bùng nổ lưu lượng, giới hạn khả năng mở rộng
của từng lớp do đó sẽ ảnh hưởng đến toàn mạng, tăng chi phí quản lý, bảo dưỡng.
Khi tầng ATM,SDH cũng bị loại bỏ, các gói tin IP được chuyển trực tiếp
xuống tầng quang. Việc loại bỏ tầng ATM và SDH tương đương với việc có ít tầng
phải quản lý hơn. Khi đó IP có chức năng xử lý lưu lượng dữ liệu và cả các loại
lưu lượng khác trong tương lai bao gồm ghép kênh, định tuyến, cơ chế phục hồi và
điều khiển lưu lượng, DWDM cung cấp chức năng truyền dẫn, bảo vệ và phục hồi.

Hinh 1.3 : Truyền tải gói IP qua bƣớc sóng
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
13
IP được tin rằng là giao thức hội tụ, nó được thiết kế cho giao thức lớp 3,
dùng địa chỉ mạng, định tuyến thông qua các mạng con khác nhau với các công
nghệ lớp 2 khác nhau. Dưới lớp IP, lớp quang sử dụng WDM hứa hẹn là công
nghệ. Các động cơ IP over optical được tổng kết sau:
 Mạng quang WDM có thể chú trọng phát triển của lưu lượng IP bằng cách
triển khai trên kiến trúc sợi quang đã tồn tại sẵn. Sử dụng công nghệ WDM
tăng đáng kể khả năng tận dụng băng thông sợi quang
 Hầu hết lưu lượng dữ liệu qua mạng IP, gần như các dữ liệu ứng dụng đều
sử dụng IP. Dữ liệu thoại truyền thống có thể sử dụng chuyển mạch gói
bằng kĩ thuật VoIP. IP/WDM kế thừa tính linh hoạt , tương thích của giao
thức điều khiển IP
 IP/WDM có thể đạt được mục tiêu cấp phát băng thông theo yêu cầu động (
hoặc cấp phát thời gian thực) trong mạng quang: Phát triển mạng truyền
thống, mạng quang điều khiển phân tán, mạng điều khiển riêng, mạng tích
hợp IP/WDM không chỉ giảm giá cả vận hành mạng, mà còn cung cấp tài
nguyên động theo yêu cầu dịch vụ
 IP/WDM được hy vọng phối hợp các nhà cung cấp phần tử mạng với sự
giúp đỡ của giao thức IP: các mạng quang yêu cầu mặt phẳng điều khiển
thống nhất và dễ dàng thay đổi thông qua các mạng con được cung cấp bởi
các nhà cung cấp WDM, giao thức điều khiển IP được triển khai rộng rãi và
linh hoạt. MPLS không chỉ cung cấp kĩ thuật lưu lượng mà còn đạt được
mục đích có một mặt phẳng điều khiển thống nhất trung tâm IP.
 Kĩ thuật điều khiển phân tán sẽ tạo cơ hội cho IP/WDM đạt tới được phục
hồi động
 Đứng trên quan điểm dịch vụ, mạng IP/WDM có các ưu điểm về quản lý
chất lượng, các chính sách và các kỹ thuật dự kiến sẽ sử dụng và phát triển

trong mạng IP. Truyền tải IP hoặc tín hiệu SDH qua WDM. Một phần mềm
điều khiển sẽ điều khiển cơ cấu chuyển mạch. IP đóng vai trò là một công
nghệ lớp mạng dựa trên lớp liên kết dữ liệu để cung cấp:
o Khung(trong SONET hoặc Ethernet)
o Phát hiện lỗi (CRC)
o Điều khiển lỗi (yêu cầu phát lại tự động ARQ)
Một mục tiêu của mạng quang là cung cấp phương tiện truyền tải từ đầu
cuối đến đầu cuối giảm thiệu được chi phí. Yêu cầu này đòi hỏi các giao diện toàn
quang và các cơ cấu chuyển mạch toàn quang cho các phần tử mạng biên và giữa.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
14
Transponder được sử dụng để tăng cường tín hiệu quang. Có các bộ transponder
toàn quang (laser điều hướng)và các bộ transponder chuyển đổi O-E-O
Giảm lớp giao thức đồng nghĩa với việc giảm xử lý trong thiết bị mạng.
Mô hình tích hợp cho phép tương tác giữa các lớp mạng chặt hơn do đó hiệu quả
về dung lượng, giảm lớp giao thức Hiện nay một số hãng (Tellium, Cisco, NEC,
TILAB, Siemens, Alcatel ) đã đưa ra các giải pháp tích hợp IP/quang thống nhất,
cho phép phát triển mạng một cách liên tục. Tuy nhiên để đảm bảo có được môi
trường mạng cạnh tranh, thì cũng cần có các tiêu chuẩn phù hợp và thống nhất.
Tính tương thích và điều khiển kiểu IP đang trở thành hiện thực, hiện nay các tổ
chức công nghiệp đang thử nghiệm và hy vọng tới đây sẽ có chuẩn thống nhất.
1.3 Mô hình tích hợp IP/optical

Kiến trúc mạng IP/quang có 3 mô hình :
 Mô hình xếp chồng (Overlay Model)
 Mô hình ngang hàng (Peer to peer Model)
 Mô hình lai gia tăng (Augmented Hybrid Model)
Chúng ta sẽ xét mô hình xếp chồng và mô hình ngang hàng.
1.3.1 Mô hình xếp chồng

Mô hình này đặt toàn bộ sự điều khiển lớp quang cho chính lớp quang như
hình 1.4 , còn gọi là mô hình chủ khách (server-client ). Nó dựa trên giả thuyết
điều khiển lớp quang là độc lập và lớp quang tạo nên một nền mở cho nhiều tín
hiệu khác nhau bao gồm cả IP. Mô hình này xem xét kiến trúc mạng dựa trên quan
điểm chuyển mạch kênh.
Trong mô hình này, các giao thức định tuyến báo hiệu, sự phân bố cấu hình
đều phụ thuộc vào miền quang và trong mô hình này việc phân phối cấu hình, tính
toán tuyến, các giao thức báo hiệu được xác định cho miền quang và độc lập với
miền IP.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
15

Hình 1.4: Mô hình xếp chồng
Mô hình này cho phép mỗi router giao tiếp trực tiếp với mạng quang thông
qua giao diện mạng - người sử dụng UNI (User- Network Interface). Giao diện
giữa các mạng con được thực hiện thông qua giao diện mạng-mạng NNI (Network
Network Interface). 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 trọng hơn là các nhà
khai thác có thể tìm thấy được 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.
1.3.2 Mô hình ngang hàng

Ở mô hình này, mặt điều khiển IP hoạt động ngang hàng với mặt điều khiển
mạng truyền tải quang như hình 1.5. Mô hình này dựa trên giả thuyết là việc điều

khiển lớp quang được chuyển sang lớp IP. Nó xem xét kiến trúc mạng trên quan
điểm chuyển mạch gói.
Khi có sự liên kết giữa mạng quang và mạng IP, cần phải có giao thức
chung trong định tuyến và báo hiệu. Giải pháp ở đây là đánh địa chỉ IP cho cả hai
miền quang và IP. Khi đó các phần tử mạng quang sẽ trở thành các thực thể được
đánh địa chỉ IP.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
16


Hình 1. 5: Mô hình ngang hàng

Mô hình này quá trình điều khiển thiết lập bước sóng quang động nhờ các
Router ở biên được nối với mạng quang. Khi Router có tắc nghẽn, thì hệ thống
quản lý mạng NMS hay chính Router sẽ yêu cầu thiết lập luồng quang động. Sau
đó các chuyển mạch quang sẽ tạo mới hay cải thiện kênh quang trên lớp quang để
đáp ứng nhu cầu của Router. Vì vậy, thiết lập bước sóng động có thể thích nghi
được với nhu cầu lưu lượng. Mô hình ngang hàng giả định rằng các Router điều
khiển lớp mạng quang. Mối quan hệ giữa IP 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.
1.3.3 Nhận xét

Cả hai mô hình đều giả định phát triển mạng quang thế hệ sau có Topo mắt
lưới với nền điều khiển IP dựa trên chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multi
Protocol Label Switching). Các mô hình này đều sử dụng kiến trúc điều khiển theo

IP, nhưng quản lý các ứng dụng khác nhau. Sau đây là bảng so sánh một số mặt



Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
17
Tiêu chí
Mô hình xếp chồng
Mô hình ngang hàng
Thống nhất về mặt điều khiển
Không
Có
Cần tìm hiểu bên trong mạng
Không
Có
Mức độ đơn giản
Có
Không
Độ khả mở
-
Tốt hơn
Hiệu năng mạng
-
Tốt hơn
Khả năng hỗ trợ thiết bị đời cũ
Có
Không
Khả năng duy trì
-

Tốt hơn
Hỗ trợ VPN
Không
Có
Khả năng tương thích
Tốt hơn
-
Điều khiển luồng đầu-cuối
Không
Có
Thông tin điều khiển
Có
Nhiều hơn
Bảng 1.1: So sánh giữa hai mô hình xếp chồng và ngang hàng
Mô hình chồng lần gần với hiện nay đang triển khai , các lớp mạng IP,
MPLS, SDH , WDM triển khai độc lập nhau, dễ triển khai. Do vậy, có lẽ tiến trình
phát triển mạng IP/quang sẽ bắt đầu trên cơ sở mô hình này và chưa có sự trao đổi
thông tin định tuyến giữa IP và quang. Bước tiếp theo có lẽ là sự tương tác giữa 2
vùng IP và quang cho phép luồng quang như là một phần của thiết lập chuyển
mạch nhãn LSP điểm-điểm. Và giai đoạn cuối sẽ hỗ trợ toàn bộ mô hình ngang
hàng với trao đổi đầy đủ thông tin định tuyến giữa hai miền IP và quang.
1.4 Kiến trúc truyền tải IP/quang
1.4.1 Kiến trúc dựa trên ATM (IP/ATM/ SDH/ WDM và IP/ATM/WDM)
IP/ATM/SDH/WDM là kiến trúc đầu tiên được thiết kế để truyền tải IP trên
mạng quang. Trong giai đoạn này, muốn truyền tải IP qua lớp mạng quang phải
qua các tầng ATM và SDH. Do đó, phải sử dụng các giao thức được định nghĩa
cho mỗi tầng. Hiện nay, kiến trúc này vẫn được sử dụng rất rộng rãi trong mạng
đường trục. Tuy nhiên, nó không còn phù hợp với những yêu cầu đang nổi lên
trong mạng trục do sự phức tạp, những giới hạn về chức năng, khả năng mở rộng
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang

Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
18
Ngăn xếp được ngầm định sử dụng cho truyền tải IP qua ATM như hình

Fiber
WDM
SDH
ATM
AAL5
LLC/SNAP
IP

Hình 1.6 : Ngăn xếp giao thức IP/ATM/SDH/WDM
Tầng IP: Nhận dữ liệu (có thể là thoại, âm thanh, hình ảnh, ) từ tầng trên
và đóng gói thành các gói datagram có độ dài từ 250 đến 65535.
Tầng LLC/SNAP: Thực chất, có 2 cách để đóng gói các gói tin IP trong
khung AAL5: Điều khiển liên kết logic LLC/SNAP và ghép kênh ảo. Tuy nhiên,
kỹ thuật được ngầm định trong hầu hết các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang
là LLC/SNAP. Trong kỹ thuật này, các gói tin IP được gán thêm 8 byte mào đầu
để tạo nên AAL5-SDU.
Tầng AAL5: Lớp thích ứng ATM, được sử dụng để truyền dẫn dữ liệu phi
kết nối có tốc độ thay đổi VBR. Lớp này thực hiện gán thêm 8 byte tiêu đề tạo
thành AAL5-PDU. Sau đó, AAL5-PDU được cắt ra thành các tải 48 byte của tầng
ATM.
Tầng ATM: nhận các ATM-PDU từ tầng trên xuống và gán thêm 5 byte
tiêu đề tạo ra các tế bào ATM 53 byte.
Tầng SDH: sắp xếp các tế bào ATM vào các khung VC-n. Sau đó được
ghép vào các khung STM-N (N = 1,4,16 hay 64).
Cuối cùng các luồng STM-N sẽ được ghép kênh và truyền dẫn trên hệ thống
WDM tới đích.

Để giảm bớt lớp giao thức có thể sử dụng kiến trúc IP/ATM/WDM. Trong
trường hợp này, các tế bào ATM không được đóng trong các khung SDH mà được
gửi trực tiếp qua môi trường vật lý (các kênh WDM). Về mặt kiến trúc nó hoàn
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
19
toàn như kiến trúc IP/ATM/SDH/WDM chỉ khác ở việc truyền dẫn trên cơ sở tế
bào.
1.4.2 Kiến trúc IP/ SDH/ WDM
Có thể thực hiện một cách đơn giản để truyền dẫn khung SDH có đóng gói
các IP datagram qua mạng WDM nhờ sử dụng các Transponder (bộ thích ứng
bước sóng). Hoặc cũng có thể truyền dẫn các khung SDH mang thông tin của các
gói IP qua mạng truyền tải SDH đồng thời với các lưu lượng dịch vụ khác. Nhưng
cùng với sự phát triển của cơ sở hạ tầng mạng truyền tải quang thì truyền dẫn trên
mạng WDM là xu thế tất yếu và có nhiều ưu điểm hơn.
Trong kiến trúc này tầng ATM đã bị loại bỏ và gói tin IP được chuyển trực
tiếp xuống tầng SDH. Do xu thế phát triển yêu cầu các bộ định tuyến IP cần phải
nhanh hơn nữa và khi QoS được đảm bảo ở lớp IP thì ATM sẽ không còn cần thiết
nữa. Do đó, đã loại bỏ được các chức năng, sự hoạt động và chi phí bảo dưỡng cho
riêng mạng ATM. Việc có thêm kỹ thuật MPLS (chuyển mạch nhãn đa giao thức)
bổ sung vào tầng IP sẽ xuất hiện 2 khả năng mới. Đầu tiên, nó cho phép thực hiện
kỹ thuật lưu lượng nhờ vào khả năng thiết lập kênh ảo giống như trong ATM. Thứ
hai, MPLS tách mặt điều khiển ra khỏi mặt chuyển tiếp nên cho phép giao thức
điều khiển có thể dễ dàng xử lí đối với những gói tin IP có độ dài thay đổi. Với hệ
thống SDH ta có thể thực hiện chuyển mạch bảo vệ cho các liên kết lưu lượng IP
khi đứt cáp nhờ các chuyển mạch bảo vệ tự động ASP. Quá trình thực hiện tại tầng
quang
Để thực hiện truyền dẫn IP trên SDH có thể sử dụng các giao thức
PPP/HDLC . Gói trên SDH hay IP trên SDH liên quan đến việc bổ sung thêm các
giao diện SDH vào bộ định tuyến kết cuối PPP. Các card đường dây trong các bộ

định tuyến IP sẽ thực hiện đóng khung PPP/HDLC và sắp xếp vào tải SDH.

Hình 1.7 : Ngăn xếp giao thức IP/SDH/WDM
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
20
Có nhiều loại giao diện IP/SDH khác nhau:
• Các luồng VC-4 hay VC-4-X
c
(nối móc xích, có sự đồng bộ về giữa tải tin
với ranh giới của khung VC-4): Cung cấp băng thông tổng mà không có sự phân
biệt giữa các loại dịch vụ IP khi chúng xuất hiện đồng thời trong một luồng
• Các giao diện kênh: Tại đây các đầu ra STM-16 quang có thể gồm 16
luồng VC-4 riêng biệt trong đó mỗi luồng VC-4 tương ứng với một loại dịch vụ.
Sau đó, các luồng VC-4 có thể được định tuyến qua mạng quang với các bộ định
tuyến đích khác nhau nhờ khả năng tách xen một luồng bất kỳ của hệ thống SDH.
PPP là một phương thức đã được chuẩn hoá để đóng gói các tin để truyền
dẫn qua các phương tiện truyền dẫn. PPP cung cấp bao gói đa giao thức, điều
khiển lỗi và các tính năng điều khiển khởi tạo liên kết. Khuôn dạng của khung PPP
như hình

Hình 1.8 : Khuôn dạng khung PPP
Trường giao thức có chức năng chỉ loại dữ liệu được mang ở trong trường
thông tin. Dữ liệu có thể là gói tin IP hoặc dữ liệu điều khiển liên kết hoặc dữ liệu
điều khiển mạng.
Trường đệm nhằm đảm bảo cho độ dài của trường thông tin đạt độ dài quy
ước là 1500 byte. Cũng có thể không dùng trường này khi sử dụng bản tin LCP
(Link Control Protocol) để thoả thuận trước độ dài của trường thông tin.
HDLC là một chuẩn của ISO, có khuôn dạng như hình.

Hình 1.9: Khuôn dạng khung HDLC
Khung HDLC có thêm các byte cờ để phân biệt đầu cuối của mỗi khung.
Trường cờ ở trước trường địa chỉ được gọi là cờ mở đầu khung, trường kia gọi là
cờ kết thúc khung hoặc có thể là cờ mở đầu của khung tiếp theo. Trường giao thức
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
21
để chỉ loại dịch vụ từ tầng trên đưa xuống được đóng gói, ở đây là PPP. Trường
FSC để kiểm soát lỗi cho khung HDLC.
Nhiều container được kết nối với nhau tạo ra một container và tải được sắp
xếp vào đó tạo tốc độ giao diện cao. Sự sắp xếp này còn được gọi là “kết chuỗi ảo”
tải SDH. Kết chuỗi ảo là một cơ chế cung cấp khả năng khai thác tải SONET/SDH
hiệu quả và mềm dẻo. Từ “ảo” ngụ ý xâu chuỗi các tải trong SONET/SDH để cung
cấp băng tần mềm dẻo phù hợp với kích thước số liệu. Các luồng bậc cao tạo thành
có dung lượng phù hợp với giao diện của các bộ định tuyến.
Ngoài ra, còn có các kỹ thuật để truyền tải IP trên SDH sử dụng giao thức
SDL và LAPS
1.4.3 Kiến trúc IP/ RPR/WDM
RPR (Resilient Packet Ring) hay IEEE 802.17 là giao thức lớp MAC đang
được chuẩn hóa bởi IEEE. Bằng cách ghép thống kê gói IP truyền trên hạ tầng
vòng sợi quang, có thể khai thác hiệu quả dạng vòng quang và tận dụng ưu điểm
truyền gói. RPR là giao thức lớp MAC vận hành ở lớp 2 của mô hình OSI, nó
không nhận biết lớp 1 nên độc lập với truyền dẫn nên có thể làm việc với WDM,
SDH. Gồm có hai mức
 Mức giao thức tái sử dụng không gian
 Mức chuyển mạch bảo vệ thông minh IPS (Intelligent Protection
Switching).
RPR sử dụng vòng sóng hướng gồm hai sợi quang truyền ngược chiều
nhau, cả hai vòng đồng thời được sử dụng để truyền gói dữ liệu và điều khiển.
RPR cho phép nhà cung cấp dịch vụ giảm chi phí thiết bị phần cứng cũng như thời

gian và chi phí của việc giám sát mạng. Trong RPR không có khái niệm khe thời
gian, toàn bộ băng thông được ấn định cho lưu lượng. Bằng cách tính toán khả
năng mạng và dự báo yêu cầu lưu lượng, RPR ghép thống kê và phân phối công
bằng băng thông cho các node trên vòng để tránh tắc nghẽn có thể mang lại lợi ích
hơn nhiều so với vòng SDH/SONET dựa trên ghép kênh phân chia theo thời gian.
RPR phân biệt 2 mức lưu lượng có mức độ ưu tiên cao và thấp và chỉ có mức lưu
lượng ưu tiên thấp là sử dụng thuật toán cân bằng(fairness) để cân bằng lưu lượng
đảm bảo nút sẽ không bị nghẽn. Thuật toán cân bằng chỉ đạo sự truy nhập nút
trong ring.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
22
RPR được đặc trưng bởi: Topo vòng ring, số lượng các nút trong ring và
lưu ý rằng vòng ring hoạt động trên phương thức chia sẻ phương tiện, tất cả các
nút trong vòng ring phải có cùng tốc độ.
RPR là một giao thức MAC cung cấp chức năng chuyển mạch tương tự như
Ethernet và gói tin IP được bao gói trong các khung SRP trước khi được truyền
dẫn trên mạng truyền tải quang

Hình 1.10: Khuôn dạng khung SRP
Các byte cờ để phân biệt đầu cuối của mỗi khung. Trường cờ ở trước trường
tiêu đề được gọi là cờ mở đầu khung, trường kia gọi là cờ kết thúc khung hoặc có
thể là cờ mở đầu của khung tiếp theo.
1.4.4 Kiến trúc IP/GbE/WDM

Gigabit Ethernet là mô hình mở rộng của tiêu chuẩn mạng Ethernet phiên
bản IEEE 802.3, có tốc độ truyền 1 Gbit/s. Chỗ ứng dụng thích hợp trước tiên của
nó là khuôn viên đại học, tại đây nó có thể được sử dụng để kết nối các hệ thống
mạng Ethernet 10 Mbit/s và 100 Mbit/s đang có sẵn. Gigabit Ethernet có thể cung
cấp thay thế cho đường trục FDDI (Fibre Distributed Data Interface) 100 Mbit/s,

và nó cạnh tranh với các công nghệ ATM trong môi trường mạng dùng riêng.
Gigabit Ethernet sử dụng giao thức truy nhập cảm nhận sóng mang có phát
hiện xung đột CSMA/CD (carrier sense multiple access/collision detection), cùng
định dạng khung, và vùng kích thước khung.
Như đã nói, Gigabit Ethernet được thiết kế dành cho đường trục băng thông
cao, kết nối các bộ định tuyến, các bộ chuyển mạch, hub, bộ lặp, và máy chủ cho
các khu trường đại học hay các toà nhà công sở. Hiện nay, Ethernet chiếm tới 85%
trong tổng số những ứng dụng mạng LAN. Chuẩn Gigabit Ethernet có thể được sử
dụng để mở rộng dung lượng mạng LAN tiến tới MAN và thậm chí đến cả WAN
nhờ các card đường truyền Gigabit trong các bộ định tuyến IP. Các máy chủ được
trang bị card mạng Gigabit Ethernet phải có khả năng quản lý hàng triệu gói tin
mỗi giây. Những card này có giá rẻ hơn 5 lần so với card đường truyền cùng dung
lượng sử dụng công nghệ SDH. Nhờ đó, công nghệ Gigabit Ethernet trở nên hấp
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
23
dẫn trong môi trường mạng Metro để truyền tải lưu lượng IP qua các mạch vòng
WDM hoặc thậm chí cho cả các tuyến WDM cự li dài. Hơn thế nữa, các cổng
Ethernet 10Gbit/s sẽ được chuẩn hoá trong tương lai gần. Kết nối giữa Gigabit
Ethernet và Desktop rất cần thiết cho tương lai.
Khung Gigabit Ethernet có cấu trúc như hình 1.11

Hình 1.11 : Khung Gigabit Ethernet
Độ dài cực đại của khung Gigabit Ethernet là 1500 byte nhưng có thể mở
rộng đến 9000 byte trong tương lai. Khung Ethernet được mã hoá trong sóng mang
quang sử dụng mã 8B/10B. Do đó, thông lượng đầu ra 1Gbit/s thì tốc độ đường
truyền là 1,25Gbit/s. Việc mã hoá cũng được đảm bảo điền đầy khi các gói không
phát đi để đảm bảo khả năng khôi phục đồng hồ.
Gigabit Ethernet hỗ trợ chế độ truyền thông song công giữa hai thiết bị
chuyển mạch với nhau và giữa chuyển mạch và trạm đầu cuối, cũng như hỗ trợ chế

độ bán song công trên các liên kết mạng chia sẻ thông qua bộ lặp và phương pháp
đa truy nhập cảm nhận đa sóng mang có phát hiện xung đột CSMA/CD. Trong môi
trường chuyển mạch song công, thực ra không phải dò tìm xung đột (CSMA/CD)
bởi vì một liên kết dành riêng sẽ được thành lập giữa các trạm đầu cuối, và mỗi
trạm sẽ sử dụng ống dẫn dữ liệu của riêng nó trong quá trình truyền tải. Tuy nhiên,
CSMA/CD vẫn được giữ lại để duy trì tính tương thích với các tiêu chuẩn Ethernet
đang tồn tại.
Theo tiêu chuẩn của IETF việc sắp xếp khung Ethernet qua SDH sử dụng
thủ tục tạo khung HDLC. Mục đích của kỹ thuật này là truyền tải các khung
Ethernet qua mạng WAN ở tốc độ bit rất cao, hơn rất nhiều so với tốc độ đã cho
trong họ giao thức Ethernet và với khoảng cách lớn hơn khoảng cách mà GbE thực
hiện được cho đến nay.
1.4.5 Kiến trúc IP/WDM
Cuối cùng, kiến trúc mục tiêu mà các nhà cung cấp mong muốn đạt tới là
IP(MPLS)/WDM, trong đó tầng SDH, ATM đều bị loại bỏ, các gói tin IP được
chuyển trực tiếp xuống tầng quang. Việc loại bỏ tầng ATM và SDH tương đương
với việc có ít tầng phải quản lý hơn. Khi đó IP có chức năng xử lý lưu lượng dữ
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
24
liệu và cả các loại lưu lượng khác trong tương lai bao gồm ghép kênh, định tuyến,
cơ chế phục hồi và điều khiển lưu lượng, WDM cung cấp chức năng truyền dẫn,
bảo vệ và phục hồi.


Hình 1.12: Kiến trúc tổng quát của mạng IP/WDM

Hình 1.12 là kiến trúc tổng quát của mạng IP/WDM. Có nhiều mạng quang
tồn tại trong miền quang, trong đó giao diện ENNI(Extent Network-Network
Interface) được sử dụng để báo hiệu giữa các mạng quang với nhau. Một mạng

quang riêng lẻ bao gồm các mạng nhỏ hơn và báo hiệu giữa chúng sử dụng giao
diện INNI( Inter Network-Network Interface). Một mạng quang nhỏ hơn đó gồm
nhiều node quang(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-Network Interface). Các kĩ thuật chuyển mạch quang quyết định loại
dịch vụ mà mạng quang có thể cung cấp cho mạng khách hàng
Với kiến trúc IP /WDM các datagram được xử lý hoàn toàn trong miền
quang từ nguồn tới đích theo từng đơn vị truyền dẫn. Nó có thể lợi dụng được ưu
điểm nổi bật của kỹ thuật gói là nâng cao được hiệu quả tài nguyên mạng (thiết bị
truyền dẫn, thiết bị chuyển mạch) do các gói của cùng một đích có thể đi theo các
hướng khác nhau tuỳ vào khả năng đáp ứng của tài nguyên theo hướng đó. Đồng
thời kết hợp với hệ thống truyền dẫn quang tốc độ cao, băng thông rộng. Giai
đoạn này chỉ có thể thực hiện khi công nghệ cho phép xử lý gói tại miền quang. Về
cơ bản, chỉ cần nâng cấp các thiết bị tại các node của mạng IP over WDM sao cho
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương1: Tổng quan về tích hợp Ip/ quang
Nguyễn Thị Quỳnh Trang Lớp D04VT –Học viện công nghệ bưu chính viễn thông
25
đáp ứng được năng lực xử lý gói quang. Các datagram khác nhau có thể nằm cùng
trên một bước sóng khi truyền dẫn nhưng tại các node nó được xử lý riêng rẽ mà
không cần thực hiện biến đổi E/O. Công nghệ chuyển mạch gói quang sẽ cố gắng
để đạt được hiệu năng nhóm gói tin truyền qua mạng quang tốt nhất. Luồng thông
tin tiêu đề hoặc thông tin điều khiển trên một kênh điều khiển riêng sẽ thiết lập
đường truyền đơn hướng
Chúng ta sẽ xét ba kiến trúc mạng IP/ WDM
1.4.5.1 IP over point to point WDM
Các thiết bị như OADM không tạo thành mạng WDM mà cung cấp một liên
kết lớp vật lý giũa các router IP. SONET có thể được sử dụng để truyền các khung
trên các kênh WDM. Gói IP được đóng khung trong khung SONET. Hệ thống này
có thể trải rộng nên phát triển ở các mạng có khoảng cách xa. Kiến trúc này đòi hỏi
các router IP liên kết trực tiếp với nhau qua các liên kết sợi quang đa bước sóng.

Giao diện giữa hai router láng giềng là cố định, topo cố định, cấu hình mạng là
tĩnh, hệ thống quản lý tập trung, với sự tương tác giữa lớp IP và WDM là nhỏ nhất


Hình 1.13: kiến trúc IP/WDM điểm điểm