Đồ án tốt nghiệp:ĐỊNH TUYẾN VÀ BÁO HIỆU TRONG IPWDM

Đồ án tốt nghiệp

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA VIỄN THÔNG I
-----o0o-----

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài
ĐỊNH TUYẾN VÀ BÁO HIỆU TRONG IP/WDM

Giáo viên hướng dẫn

: ThS. Cao Hồng Sơn

Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Thị Hà

Lớp

: L10CQVT11B

Hµ Néi, 6/2018

Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B


Đồ án tốt nghiệp

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

Điểm:

(Bằng chữ:

)

Hà Nội, ngày

tháng

Giáo viên hướng dẫn

Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B

năm 2018


Đồ án tốt nghiệp

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Điểm:

(Bằng chữ:

)

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018

Giáo viên phản biện

Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B


Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP/WDM............................................................3
1.1 Khái niệm mạng IP/WDM.........................................................................................3
1.2 Các thế hệ WDM.......................................................................................................4
1.3 Các xu hướng truyền tải lưu lượng trên mạng IP/WDM............................................5
1.3.1 IP/ATM/SONET/WDM.......................................................................................5
1.3.2 IP/SONET/WDM................................................................................................5
1.3.3 IP/MPLS/WDM và IP/WDM..............................................................................6
1.4 Các kiến trúc mạng IP/WDM......................................................................................7
1.4.1 Kiến trúc mạng IP/WDM điểm - điểm..................................................................7
1.4.2 Kiến trúc mạng IP/WDM cấu hình.......................................................................8

1.4.3 Kiến trúc mạng IP/WDM chuyển mạch................................................................8
1.5 Các mô hình mạng IP/WDM...................................................................................10
1.6 Lí do chọn IP/WDM...............................................................................................10
CHƯƠNG 2: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG IP/WDM................................................13
2.1 Định địa chỉ mạng IP/WDM....................................................................................13
2.1.1 Định địa chỉ trong mô hình IP/WDM chồng lấn................................................14
2.1.2 Định địa chỉ trong mô hình IP/WDM ngang hàng.............................................15
2.2 Nhận biết topo mạng................................................................................................16
2.3 MPLS, GMPLS và MPλS........................................................................................17
2.3.1 MPLS................................................................................................................. 17
2.3.2. GMPLS và MPλS..............................................................................................18
2.4. Định tuyến và gán bước sóng tĩnh trong IP/WDM.................................................18

Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B


Đồ án tốt nghiệp
2.4.1. Giới thiệu bài toán...........................................................................................18
2.4.2. Bài toán Định tuyến và gán bước sóng tĩnh S-RWA.........................................19
2.5.2. Bài toán Định tuyến động trong IP/WDM........................................................26
2.5.3. Bài toán Gán bước sóng động trong IP/WDM.................................................35
2.6. Sự giới hạn bước sóng (WR – Wavelength Reservation) trong IP/WDM...............41
2.6.1. Phương pháp SIR.............................................................................................41
2.6.2. Phương pháp DIR............................................................................................42
CHƯƠNG 3: BÁO HIỆU TRONG MẠNG IP/WDM.....................................................45
3.1 Khái niệm RSVP.....................................................................................................45
3.2 RSVP trong mạng quang.........................................................................................47
3.3 Kiến trúc triển khai RSVP.......................................................................................48
3.4.1 Bản tin RSVP PATH...........................................................................................49
3.4.2 Bản tin RESV.....................................................................................................52

3.5 Cơ chế phát nhãn lai cho mạng quang.....................................................................52
3.6 Phục hồi mạng IP/WDM.........................................................................................54
3.6.1 Trường hợp có dự phòng...................................................................................57
3.6.2 Trường hợp phục hồi động................................................................................58
3.7 Điều khiển mạng liên miền......................................................................................60
3.7.1 Độ khả dụng và khả năng đến đích của mạng IP/WDM....................................61
3.7.2 Trao đổi thông tin định tuyến liên miền.............................................................63
KẾT LUẬN......................................................................................................................67
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B


Đồ án tốt nghiệp
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 : Truyền tải gói tin IP trên các kênh bước sóng......................................................3
Hình 1.2: Mạng quang WDM qua các thế hệ......................................................................4
Hình 1.3 : Mạng IP/ATM/SDH/WDM..................................................................................5
Hình 1.4 : Mạng IP/SONET/WDM......................................................................................5
Hình 1 .5 : Mạng IP/MPLS/WDM và IP/WDM....................................................................6
Hình 1.6 : Mô tả kiến trúc mạng IP/WDM điểm - điểm........................................................7
Hình 1.7 : Kiến trúc mạng IP/WDM tái định cấu hình.........................................................8
Hình 1.8 : Kiến trúc mạng IP/WDM chuyển mạch................................................................9
Hình 1.9: Hai cấu trúc tích hợp mạng quang...................................................................10
Hình 2.1 : Định địa chỉ lớp IP trong mạng IP/WDM cấu hình lại....................................14
Hình 2.2 : Định địa chỉ lớp WDM.....................................................................................15
Hình 2.3 : Yêu cầu thiết lập kết nối và đồ thị chuyển đổi tương ứng................................23
Hình 2.4: Yêu cầu kết nối cho ví dụ minh họa..................................................................24
Hình 2.5: Đồ thị chuyển đổi từ tập yêu cầu kết nối...........................................................24
Hình 2.6: Minh họa thuật toán Largest – First.................................................................25

Hình 2.7: Đường đi ngắn nhất cố định từ nút 0 đến nút 2................................................27
Hình 2.8: Topo mạng được sử dụng trong ví dụ định tuyến với các hàm trọng số khác
nhau.................................................................................................................................. 29
Hình 2.9: Đường đi chính thức và đường thay thế từ nút 0 đến nút 2..............................30
Hình 2.10: Bảng khoảng cách của nút nguồn E................................................................32
Hình 2.11: Minh hoạc định tuyến luân phiên....................................................................33
Hình 2.12: Minh họa định tuyến chuyển hướng................................................................34
Hình 2.13: Các bước sóng được gán bởi giải thuật First – Fit.........................................36
Hình 2.14: Trạng thái sử dụng bước sóng hiện thời của đường đi....................................36
Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B


Đồ án tốt nghiệp
Hình 2.15: Ví dụ minh họa cho giải thuật Max – Sun.......................................................39
Hình 2.16: Mô tả phương pháp SIR..................................................................................42
Hình 2.17: phương pháp DIR...........................................................................................44
Hình 3.1: Đường hầm RSVP.............................................................................................47
Hình 3.2: RSVP cho mạng quang.....................................................................................48
Hình 3.3: Kiến trúc phần mềm RSVP................................................................................49
Hình 3.4: Định dạng bản tin PATH với đối tượng yêu cần nhãn.......................................50
Hình 3.5: Định dạng bản tin PATH đối tượng yêu cầu nhãn cho thiết lập đường đi và
cấp phát bước sóng nội bộ................................................................................................50
Hình 3.6: Định dạng bản tin RESV đối tượng nhãn..........................................................52
Hình 3.7: Sơ đồ phân phối nhãn lai..................................................................................54
Hình 3.8: Phục hồi trong mạng IP/WDM.........................................................................55
Hình 3.9: Dự phòng đường đi và dự phòng liên kết..........................................................57
Hình 3.10: Phục hồi mạng và phục hồi phân đoạn mạng con...........................................59
Hình 3.11 : Điều khiển mạng liên miền IP/WDM..............................................................60

Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B

Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Chi phí của các đường đi khác nhau tính theo các hàm trọng số khác nhau
.......................................................................................................................................... 29
Bảng 2.2: Ma trận D trong ví dụ giải thuật Min – Product................................................37
Bảng 2.3. Tổn thất dung lượng tổng cộng trong giải thuật (M∑)......................................40
Bảng 2.4: Tổn thất dung lượng tương đối trong giải thuật RLC.......................................41

Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B


Đồ án tốt nghiệp

Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B


Đồ án tốt nghiệp
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

APS

Automatic Protection Swithching

Chuyển mạch bảo vệ tự động

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Kiểu truyền bất đồng bộ

BGP

Border Gateway Protocol

Giao thức cổng biên

D-RWA

Dynamic - RWA

Định tuyến và gán bước sóng động

GMPLS

Generalized
Switching

IBGP

Interior Border Gateway Protocol

Giao thức định tuyến bên trong

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

LSA

Link State Advertisement

Quảng bá trạng thái tuyến nối

MPLS

Multi-protocol Label Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MPλS

Multi-protocol Lambda Switching

NMS

Network Management System

Hệ thống quản lí mạng

NNI

Network-to-Network Interface

Giao diện liên mạng NNI

OADM

Optical Add/Drop Multiplex

Bộ ghép kênh xen/rớt quang

OBS

Optical Burst Switching

Chuyển mạch nhóm quang

OLSR

Optical Label Switching Router

Bộ định tuyến nhãn quang

OLT

Optical Line Terminator

Thiết bị đầu cuối quang

ONU

Optical Network Unit

Thiết bị mạng quang

OPR

Optical Packet Router

Bộ định tuyến gói quang

OSPF

Open Shortest Path First

Giao thức ưu tiên con đường ngắn
nhất

OSC

Optical Supervisory Channel

Kênh giám sát quang

OXC

Optical Cross Connect

Bộ nối chéo quang

RSVP

Resource Reservation Protocol

Giao thức đặt trước tài nguyên

SDH

Synchronous Digital Hierachy

Ghép kênh đồng bộ số

SONET

Synchronous Optical Network

Mạng quang đồng bộ

SRLG

Shared Risk Link Group

Nhóm tuyến nối nguy hiểm chia sẻ

Multiprotocol

Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B

Label Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng
quát


Đồ án tốt nghiệp
S-RWA

Static - RWA

Định tuyến và gán bước sóng tĩnh

TMN

Telecommunications Management
Network

Mạng quản lí viễn thông

UNI

User-to-Network Interface

Giao diện người sử dụng – mạng

WDM

Wavelength Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bước sóng

WSXC

Wavelength Selective Cross Connect

Khối đấu chéo lựa chọn bước sóng

Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B


Đồ án tốt nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU
Xu hướng giao thức IP trở thành tầng hội tụ cho các dịch vụ viễn thông ngày
càng trở nên rõ ràng. Phía trên tầng IP, vẫn đang xuất hiện ngày càng nhiều các ứng
dụng và dịch vụ dựa trên nền IP. Những ưu thế nổi trội của lưu lượng IP đang đặt ra
vấn đề là các hoạt động thực tiễn kỹ thuật của hạ tầng mạng nên được tối ưu hoá cho
IP. Ở lớp 2, sợi quang sử dụng kỹ thuật WDM là kỹ thuật truyền dẫn hữu tuyến có
nhiều hứa hẹn nhất và có khả năng cung cấp một dung lượng mạng khổng lồ cần thiết
cho sự phát triển của mạng internet. Kỹ thuật WDM sẽ càng trở nên hấp dẫn hơn khi
chi phí của các hệ thống WDM giảm xuống. Điều này đã làm cho thông tin cáp sợi
quang được ứng dụng rộng khắp và ngày càng hoàn thiện. Các mạng quang WDM sẽ
không chỉ còn là các các đường dẫn điểm – điểm, cung cấp các dịch vụ truyền dẫn vật
lý nữa mà sẽ biến đổi lên một mức độ mềm dẻo mới. Tích hợp IP và WDM để truyền
tải lưu lượng IP qua các mạng quang WDM sao cho hiệu quả đang trở thành một
nhiệm vụ cấp thiết.
Do vậy, đồ án tốt nghiệp của em là “Định tuyến và báo hiệu trong mạng
IP/WDM”. Đồ án trình bày các vấn đề cơ bản, kiến trúc, các kỹ thuật định tuyến cũng
như vấn đề báo hiệu trong mạng IP/WDM. Đồ án bao gồm 3 chương:
 Chương 1: Tổng quan mạng IP/WDM. Chương này sẽ trình bày khái niệm
chung mạng IP/WDM, lý do chọn mạng IP/WDM, các thế hệ, ưu điểm, các giải

pháp phát triển, các chuẩn và các kiểu kiến trúc của mạng IP/WDM.
 Chương 2: Định tuyến trong mạng IP/WDM. Chương này tập trung tìm hiểu
việc định tuyến và gán bước sóng trong mạng IP/WDM. Trình bày chi tiết bài
toán định tuyến và gán bước sóng tĩnh – động, sự giới hạn bước sóng WR trong
mạng IP/WDM.
 Chương 3: Báo hiệu trong mạng IP/WDM. Chương này trình bày giao thức báo
hiệu RVSP và ứng dụng của nó trong quang, các cơ chế phục hồi và điều khiển
liên miền trong mạng IP/WDM
Thông qua đồ án em đã trình bày những hiểu biết của mình về một công nghệ
mạng mới – mạng IP/WDM cùng với vấn đề định tuyến và vấn đề báo hiệu của nó.
Tuy nhiên, do năng lực và kiến thức còn nhiều hạn chế nên đồ án không tránh khỏi
những thiếu sót, em rất mong nhận được những đóng góp quý báu của các Thầy – Cô
giáo và toàn thể các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Thạc sĩ Cao Hồng Sơn, người đã trực tiếp
hướng dẫn, chỉ bảo để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Em cũng xin cảm ơn
Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B

1


Đồ án tốt nghiệp
tất cả các Thầy – Cô, gia đình và các bạn đã tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình
học tập tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 10 tháng 6 năm 2018
Sinh viên
Nguyễn Thị Hà

Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B

2


Chương 1: Tổng quan về mạng IP/WDM

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP/WDM
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 đó 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…tuy nhiên việc quản lý mạng theo các phương pháp trên gặp không ít khó
khăn. Từ đó người ta mới nghĩ đến công nghệ IP over 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 client xen/tách hay các giao diện truyền dẫn nhờ vật lí.

Hình 1.1 : Truyền tải gói tin IP trên các kênh bước sóng

Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B

3


Chương 1: Tổng quan về mạng IP/WDM

Đồ án tốt nghiệp

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.
1.2 Các thế hệ 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 các Laser WDM, các kỹ thuật khuyếch đại quang, các giao thức
truy nhập và định tuyến tĩnh. Các thiết bị xen, rẽ bước sóng quang WADM cũng được

ứng dụng trong mạng WAN. Ứng dụng của các hệ thống WDM đầu tiên là các trung
kế chuyển mạch cho tín hiệu thoại.
Thế hệ WDM thứ hai: có khả năng thiết lập các kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối
trên lớp quang bằng cách bằng cách sử dụng WSXC. Các đường quang này có cấu trúc
(topology) ảo trên topology vật lý của cáp sợi quang. Kỹ thuật chính WDM thế hệ thứ
hai là xen, rẽ bước sóng quang, các thiết bị đấu nối chéo, định tuyến động và phân bố
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. Các nhãn hoặc mào đầu quang được gắn kèm với số liệu được truyền
cùng với tải và xử lý tại các bộ chuyển mạch quang WDM. Một số thiết bị WDM thế
hệ thứ ba là bộ định tuyến quang chuyển mạch nhãn, chuyển mạch quang nhanh.

Hình 1.2: Mạng quang WDM qua các thế hệ
Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B

4


Chương 1: Tổng quan về mạng IP/WDM

Đồ án tốt nghiệp

1.3 Các xu hướng truyền tải lưu lượng trên mạng IP/WDM
1.3.1 IP/ATM/SONET/WDM
IP
Hình 1.3 : Mạng

ATM

IP/ATM/SDH/WDM

SONET/SDH IP/ATM/SDH/WDM được minh
Mạng
họa ở hình 1.3. Trong mô hình
mạng này, lớp ATM được sử
WDM
dụng như lớp liên kết dữ liệu của
lớp IP bằng cách đưa các gói IP
và các segment vào các tế bào ATM và được gán cho các kết nối ảo khác nhau thông
qua SDH/ATM line-card trong router IP. Lớp SDH được sử dụng như lớp liên kết dữ
liệu của lớp ATM bằng cách đóng gói các tế bào ATM thành các khung SDH, có thể
được truyền đi tới một chuyển mạch ATM hay trực tiếp đến bộ chuyển tiếp WDM để
truyền trên lớp quang.
Với giải pháp này, WDM được sử dụng như công nghệ truyền song song trên
lớp vật lý. Ưu điểm của giải pháp này là sử dụng ATM có khả năng truyền nhiều loại
tín hiệu khác nhau trong cùng đường truyền với yêu cầu chất lượng dịch vụ khác nhau.
Một ưu điểm khác khi sử dụng ATM là tính mềm dẻo khi cung cấp dịch vụ mạng. Tuy
nhiên, giải pháp này rất phức tạp, quản lý và điều khiển IP/ATM phức tạp hơn so với
quản lý và điều khiển IP qua mạng thuê riêng (IP – Leased line).
1.3.2 IP/SONET/WDM
IP
SONET/SDH
WDM
Hình 1.4 : Mạng IP/SONET/WDM
Công nghệ SONET/SDH với những ưu điểm như:
- Thứ nhất, SONET/SDH có cấu trúc tách ghép tín hiệu quang tiêu chuẩn, nhờ đó
các tín hiệu có tốc độ thấp có thể ghép, tách thành tín hiệu có tốc độ cao.
- Thứ hai, SONET/SDH cung cấp khung truyền dẫn chuẩn.
- Thứ ba, Mạng SONET/SDH có khả năng bảo vệ, khôi phục, nhờ đó tín hiệu
được truyền trong suốt tới lớp cao hơn (Như lớp IP).

Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B

5


Chương 1: Tổng quan về mạng IP/WDM

Đồ án tốt nghiệp

Trong mô hình mạng này, lớp SDH được sử dụng như lớp liên kết liên dữ liệu
của lớp IP bằng cách đóng gói các gói IP thành khung SDH, truyền tới bộ chuyển tiếp
WDM để truyền trên sợi quang. Như vậy, khi mạng phát triển, ATM dần bị thay thế
một phần bởi IP và một phần bởi SONET, trong khi đó các bộ định tuyến IP có khả
năng giao tiếp trực tiếp với các thiết bị SONET/SDH.
Hiện tại SDH có thể sử dụng để bảo vệ liên kết lưu lượng IP chống lại sự đứt
cáp bằng chuyển mạch tự động ASP, việc này được thực hiện tại lớp quang.
1.3.3 IP/MPLS/WDM và IP/WDM
IP/MPSL
WDM
Hình 1 .5 : Mạng IP/MPLS/WDM và IP/WDM
Mặc dù các mạng IP cung cấp khả năng linh hoạt và co giản nhưng cần được
nâng cấp về mặt khả năng sử dụng, độ tin cậy và chất lượng dịch vụ QoS. Chuyển
mạch nhãn phát triển từ các giải pháp của chuyển mạch IP nhanh với các các đặc điểm
sau:
- Sử dụng nhãn đơn giản, có độ dài cố định để nhận dạng đường dẫn -Tách biệt
đường điều khiển và đường truyền số liệu. Trong đó, đường điều khiển được sử dụng
để khởi tạo đường dẫn, các gói tin được chuyển tới các nút mạng kế tiếp theo nhãn
trong bảng chuyển tiếp.
- Nhãn đơn giản và duy nhất, mào đầu IP được xử lý và kiểm tra tại biên của nút

mạng MPLS, sau đó các gói tin MPLS được chuyển tiếp dựa vào nhãn (Thay vì phân
tích mào đầu gói tin IP).
- Cung cấp khả năng điều khiển lưu lượng, nhờ đó có thể sử dụng để cân bằng tải
bằng cách giám sát lưu lượng và điều khiển luồng trực tiếp hoặc theo tiến trình định
trước.
- MPLS cung cấp định tuyến nguồn (explicit path routing) vì vậy nó có tính hội tụ
cao và có khả năng chuyển tiếp theo nhóm. Ngoài ra, MPLS còn có một số công cụ
khác như tạo kênh an toàn (Tunneling), ngăn ngừa, tránh vòng lặp (loop), hợp nhất các
luồng để điều khiển lưu lượng.
Từ những đặc điểm trên đã cho thấy rằng MPLS đã làm giàu thêm các chức
năng của IP. Việc tăng tốc độ dữ liệu và dung lượng của bộ định tuyến IP làm cho
chúng có thể sử dụng trực tiếp các bước sóng như liên kết các Router.
Do đó mạng IP/WDM sử dụng IP/MPLS trực tiếp trên WDM được xem
là hiệu quả nhất trong các giải pháp trên. Tuy nhiên nó yêu cầu các lớp IP phải kiểm
Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B

6


Chương 1: Tổng quan về mạng IP/WDM

Đồ án tốt nghiệp

tra đường bảo vệ và khôi phục. Nó cũng cần dạng khung đơn giản để xử lý lỗi đường
truyền. Một trong những khung dạng đó là Slim SONET/WDM. Dạng khung này có
chức năng tương tự như SONET/WDM nhưng với kỹ thuật mới hơn khi thay thế mào
đầu và tương thích kích thước khung với kích thước gói. Từ đó ta có thêm một giải
pháp mới IP/MPLS/SONET/WDM.
Trong mạng IP/MPLS/SONET/WDM, các gói tin IP sẽ ánh xạ trên các khung
SONET/SDH sử dụng gói tin trên SONET PoS và sau đó chúng được truyền tải bởi một

kiến trúc mạng SONET/SDH bao gồm các bộ xen/rớt SONET/SDH và các kết nối chéo
OXC, hoặc bởi một kiến trúc WDM ánh xạ các khung SONET/SDH trên các bước sóng
quang. Các gói tin IP được đóng gói thành các giao thức điểm nối điểm PPP. Giao thức
PPP cung cấp các đặc trưng đóng gói đa giao thức, điều khiển lỗi và khởi tạo liên kết. Sau
đó các gói tin IP được đóng gói PPP và định khung bằng cách sử dụng điều khiển liên kết
dữ liệu lớp cao HDLC và được ánh xạ byte một cách đồng bộ thành gói tải trọng đồng bộ
SONET SPE. Chức năng của HDLC là cung cấp cho sự phân phát các gói tin được đóng
gói PPP truyền qua liên kết truyền tải đồng bộ.
1.4 Các kiến trúc mạng IP/WDM
1.4.1 Kiến trúc mạng IP/WDM điểm - điểm

IP Router
IP Router
Các bước sóng

Các card Line

Giao diện
truy cập

Đường sợi vật lý

Mux/Demux

IP Router

IP Router

Hình 1.6 : Mô tả kiến trúc mạng IP/WDM điểm - điểm
Trong kiến trúc mạng điểm-điểm, kỹ thuật WDM được sử dụng trên các liên kết

quang, mỗi bước sóng trên sợi quang được xem như là một liên kết vật lý giữa các Router.
SONET có thể được sử dụng cho truyền tải khung trên các kênh quang WDM. Gói IP có
thể được đóng gói trong khung SONET, gọi là IP/SONET. Với kiến trúc này, topo mạng
Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B

7


Chương 1: Tổng quan về mạng IP/WDM

Đồ án tốt nghiệp

coi như cố định, cấu hình mạng là tĩnh, băng tần của các liên kết sợi quang được tăng bởi
kỹ thuật WDM, điều này không đủ để giải quyết sự bùng nhu cầu về lưu lượng. Nó thích
hợp với các mạng có khoảng cách xa.
1.4.2 Kiến trúc mạng IP/WDM cấu hình
Kiến trúc mạng IP/WDM cấu hình lại được minh họa ở hình 1.7. Trong kiến trúc
này, các giao tiếp OXC và ADM kết nối với nhau trong mạng WDM thông qua các kết
nối sợi quang đa bước sóng , còn giao tiếp giữa các router được kết nối trên các liên kết
bước sóng quang gọi là các lightpaths. Mỗi node trung gian của các lightpaths có các
OXC để kết nối kênh bước sóng ngõ vào đến kênh bước sóng ngõ ra được chỉ định.
IP

Đường

IP
OADM

Rout
truyercập

(sợi bước sóng
IP đơn)

Rout
er

OADM

OXC

OADM

Rout
er

OXC

Sợi đa bước
sóng
OXC

IP

IP
Rout
er

OADM

Rout
er

OADM

Giao diện
khách hàng

Hình 1.7 : Kiến trúc mạng IP/WDM tái định cấu hình
Các gói tin IP trên các lightpaths được chuyển tiếp mà không có quá trình xử lý
điện tử ở bộ định tuyến IP trong các nodes trung gian dẫn đến các lightpaths giảm đáng kể
tải của các bộ định tuyến IP. Vì vậy, mạng IP/WDM định cấu hình có thể cung cấp dung
lượng lưu lượng nhiều hơn IP/WDM điểm-điểm vì IP/WDM định cấu hình làm giảm hiện
tượng cổ chai điện tử - Đó là khả năng xử lý của các bộ định tuyến IP.
1.4.3 Kiến trúc mạng IP/WDM chuyển mạch
Trong kiến trúc IP/WDM chuyển mạch, cơ sở hạ tầng WDM trực tiếp cung cấp
khả năng chuyển mạch gói, tương phản với việc cung cấp đơn giản các tuyến quang từ
đầu vào đến đầu ra. Vì vậy nó có khả năng làm mịn tốt hơn nhiều so với WDM cấu hình
lại. Các phương pháp WDM chuyển mạch khác nhau đã được giới thiệu gồm có:

Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B

8


Chương 1: Tổng quan về mạng IP/WDM
-

Chuyển mạch đột phát quang (OBS).

-

Chuyển mạch nhãn quang (OLS).

-

Định tuyến gói quang (OPR).

IP
Router

IP
Router

Đồ án tốt nghiệp

IP
Router

IP
Router

Sợi đơn bước sóng
IP
Router

OLSR

OLSR

Bộ định tuyến

Sợi ghép

OLSR
OLSR

đa bước sóng
OLSR

OLSR

Giao diện
Bộ định tuyến
IP
Router

gói quang

chuyển mạch
nhãn quang

khách hàng
IP
Router

IP
Router

IP

Router

OPR
IP
Router

OPR

Hình 1.8 : Kiến trúc mạng IP/WDM chuyển mạch
Hình 1.8 biểu diễn kiến trục mạng IP/WDM chuyển mạch. OBS và OLS được
xem như là các OLSR. Sự khác nhau chính giữa OBS và OLS là OBS sử dụng chuyển
mạch gói nhanh nhưng OLS sử dụng chuyển mạch luồng. OLS thường sử dụng một bước
sóng mang phụ trong băng để mang thông tin điều khiển, nghĩa là header luồng. Như đã
chỉ rõ trong hình, OLSR thường được triển khai trong một cụm. Bên trong một cụm, chỉ
có OLSR biên yêu cầu bổ sung đầy đủ ngăn xếp giao thức IP. OLSR biên cũng cung cấp
đệm điện tử nên các gói tin IP đi đến có thể xếp hàng chờ đợi tại biên trong trường hợp
thiết lập LSP động.
Các OLRS được kết nối bởi các sợi quang hỗ trợ các kênh bước sóng. OPR có thể
được triển khai đúng như các bộ định tuyến IP điện tử, ngoại trừ OPR có một số các giao
diện (nghĩa là nhiều giao diện hơn bộ định tuyến IP thông thường). Trong thực tế giao
diện dành sẵn là một trong các bộ điều khiển chính phía sau trên bộ định tuyến IP.

Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B

9


Chương 1: Tổng quan về mạng IP/WDM

Đồ án tốt nghiệp

1.5 Các mô hình mạng IP/WDM
Hiện nay có hai xu hướng xây dựng mô hình tích hợp liên mạng IP/WDM. Dó 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
hàng ngang (Peer), tức là dịch chuyển một phần điều khiển lên bộ định tuyến IP. Mô hình
khách - chủ xem xét kiến trúc mạng trên quan điểm “chuyển mạch kênh”, mô hình ngang
hàng xem xét kiến trúc mạng dưới quan điểm “định tuyến gói”. 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 giao thức MPLS.

Hình 1.9: Hai cấu trúc tích hợp mạng quang
1.6 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 cho phép
dung lượng mạng vô cùng lớn để đáp ứng được sự phát triển của Internet.
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
Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B

10


Chương 1: Tổng quan về mạng IP/WDM

Đồ án tốt nghiệp

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.

-

Với 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

Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B

11


Chương 1: Tổng quan về mạng IP/WDM

Đồ án tốt nghiệp

thống kỹ 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

Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B

12


Chương 2: Định tuyến trong mạng IP/WDM

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 2: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG IP/WDM
Giới thiệu chương
Trong mạng IP/WDM, người sử dụng liên lạc với nhau qua các kênh thông tin
quang được gọi là các lightpath. Lightpath là một đường đi của tín hiệu ánh sáng từ
nguồn đến đích dưới dạng quang thông qua các kết nối trung gian. Một lightpath có
thể kéo dài qua nhiều tuyến truyền dẫn để cung cấp một kết nối chuyển mạch giữa hai
node mà có thể chứa một luồng lưu lượng lớn giữa chúng.
Khi các lightpath thực hiện việc mang thông tin từ một node nguồn đến một
node đích nào đó thì nó cần được định tuyến. Định tuyến cho lightpath là vấn đề hết

sức quan trọng và xảy ra thường xuyên trong mạng.
Chương này sẽ nói rõ về việc định tuyến trong mạng IP/WDM.
2.1 Định địa chỉ mạng IP/WDM
Để phối hợp hoạt động giữa mạng IP và mạng WDM thì vấn đề cơ bản là định
địa chỉ cho các thực thể trong mạng. Trong mạng IP vấn đề định địa chỉ được thực hiện
như bình thường. Còn trong mạng WDM, các thực thể có thể định địa chỉ bao gồm:
giao diện chuyển mạch, các liên kết quang, các sợi vật lý và các kênh bước sóng. Vấn
đề cần quan tâm ở đây là việc đánh địa chỉ tác động trực tiếp đến việc điều khiển các
mạng liên quan. Cho nên cơ chế định địa chỉ phải cung cấp đặc tính kỹ thuật của các
điểm kết cuối trong mạng WDM với lưu lượng thích hợp khi các đường quang được
thiết lập. Hơn nữa, việc định tuyến tuyến quang trong mạng WDM phụ thuộc vào
OXC kết cuối và có thể không phụ thuộc vào thông tin chính xác điểm kết cuối.
Việc xác định cụ thể hơn của các điểm đầu cuối liên quan đến các OXC kết cuối
chứ không phải là các OXC trung gian. Điều này đề xuất một cơ chế định danh nhờ đó
các OXC được xác định bằng địa chỉ IP duy nhất và bộ chọn lọc xác định chính xác
hơn nữa thông tin liên quan đến một OXC.
Bên trong mạng WDM, việc thiết lập các đoạn tuyến quang giữa các OXC lân
cận đòi hỏi việc nhận dạng kênh cổng cụ thể, hoặc thậm chí là kênh con. Trong mặt
phẳng điều khiển dựa vào MPLS thì nhãn thực hiện chức năng này. Cấu trúc của nhãn
quang được thiết kế theo cách mà nó có thể mã hóa tất cả các thông tin yêu cầu.
Một thực thể khác để nhận dạng cho một nhóm liên kết quang cùng chia sẻ tài
nguyên vật lý là SRLG. Ví dụ, tất cả các kênh quang được định tuyến trên cùng một
sợi quang hoặc tất cả các sợi quang được định tuyến trên một ống dẫn có thể thuộc về
một SRLG.

Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B

13

Chương 2: Định tuyến trong mạng IP/WDM

Đồ án tốt nghiệp

Cuối cùng, các liên kết quang giữa các OXC lân cận có thể được nhóm lại để
thông báo trong một giao thức trạng thái liên kết và các liên kết thành phần trong một
nhóm phải có thể xác định được. Thông tin liên quan đến nhận dạng SRLG là cần thiết
đối với tính toán chính xác đường đi.
2.1.1 Định địa chỉ trong mô hình IP/WDM chồng lấn
Một mạng IP/WDM chồng lấn có thể dùng địa chỉ IP trong lớp IP và lớp WDM,
nhưng các địa chỉ ở hai lớp này là độc lập với nhau. Các địa chỉ IP trong lớp WDM
được xem như là một địa chỉ IP của lớp 2 và ta cần có một cơ chế ánh xạ giữa các địa
chỉ lớp IP và các địa chỉ lớp WDM. Khi phát triển các địa chỉ IP trong lớp WDM có
thể sử dụng các giao thức điều khiển IP. Lớp IP được điều khiển nhờ giao thức IGP,
lớp WDM có thể được điều khiển bởi giao thức OSPF với phần mở rộng cho WDM.
Cần lưu ý rằng IP OSPF và OSPF quang là các tiến trình riêng biệt.

Hình 2.1 : Định địa chỉ lớp IP trong mạng IP/WDM cấu hình lại
Trong lớp WDM, kênh điều khiển tách rời kênh dữ liệu. Một kênh bên ngoài
băng được dùng để truyền dẫn các bản tin điều khiển. Kênh dữ liệu biểu thị cho mạng
WDM mặt phẳng dữ liệu, trong đó các giao diện phần tử mạng WDM có thể sử dụng
các địa chỉ vật lý. Kênh điều khiển liên quan đến một hoặc nhiều kênh dữ liệu kết nối
giữa hai phần tử mạng WDM. Một bó liên kết và một tập hợp của tất cả các nhóm kết
nối giữa các cặp chuyển mạch lân cận. Một nhóm liên kết được xác định bởi một ID có
thể được tạo nên bởi các liên kết theo tiêu chuẩn sau:
 Các liên kết có trong cung một nhóm liên kết (SRLG) được sử dụng trong quản
lý lỗi và bảo vệ, phục hồi mang, là một IP của một nhóm liên kết quang chia sẻ
tài nguyên vật lý.
Nguyễn Thị Hà – L10CQVT11B

14