Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên quang

PHÂN CÔNG NHÓM 6

-

-

-

-


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU.......................................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG...........................................................................................3
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT.....................................................................................................4
Chương I: Giới thiệu chung...................................................................................................5
1.1

Giới thiệu chung......................................................................................................5

1.2

IPv4 và IPv6............................................................................................................5

1.3

Chức năng của một số tầng cơ bản..........................................................................6

1.4

Xu hướng tích hợp IP trên quang............................................................................7

Chương II: Giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM..................................................9
2.1

Công nghệ GMPLS.................................................................................................9

2.1.1

Giới thiệu công nghệ GMPLS..........................................................................9

2.1.2

Hoạt động và nền tảng của MPLS..................................................................10

2.1.3

Sự phát triển MPLS hướng tới GMPLS.........................................................12

2.1.4

Các giao thức trong GMPLS..........................................................................13

2.1.4

Báo hiệu trong GMPLS..................................................................................15

2.1.5

Các lợi ích của GMPLS..................................................................................15

2.1.6

Một số vấn đề còn tồn tại...............................................................................16

2.2

Công nghệ ASON..................................................................................................17

2.2.1

Giới thiệu mạch quang chuyển mạch tự động ASON....................................17

2.2.2

Kiến trúc ASON.............................................................................................17

2.2.3

Các giao diện mảng điều khiển ASON..........................................................18

2.2.4

Các yêu cầu chung của ASON.......................................................................19

2.2.5

Các mô hình dịch vụ cho kiến trúc ASON.....................................................19

Chương III: Xu hướng truyền IP trên miền Quang.............................................................21
3.1

Các kỹ thuật chuyển mạch gói quang....................................................................21

3.1.1

Vấn đề cần giải quyết trong kỹ thuật đệm quang...........................................21

3.1.2

Chuyển mạch chùm quang.............................................................................22

3.1.3

Chuyển mạch nhãn quang..............................................................................23

3.1.4

Chuyển mạch gói quang.................................................................................23

3.1.5

Kiến trúc kiểu mạch gói quang......................................................................23

3.2

Phát triển trong tương lai.......................................................................................26

KẾT LUẬN..........................................................................................................................27
1


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................28

LỜI NÓI ĐẦU
Thế kỷ 21 đánh dấu bùng nổ mạnh mẽ lưu lượng truyền tải trên hạ tầng mạng
viễn thông. Việc truyền thông tin là yếu tố cốt lõi của việc gây dựng một mạng thông
tin toàn cầu thông suốt. Các công nghệ truyền tải không ngừng được cải tiến cũng như
thay mới nhằm đáp ứng nhu cầu cửa người sử dụng. Giải pháp công nghệ truyền tải tối
ưu nhất hiện nay ta nói đến ở đây chính là truyền tải thông tin trên cáp quang, mà ở
đây là việc truyền gói tin IP trên mạng truyền tải quang.
Thời kỳ đầu của truyền tải quang với công nghệ truyền dẫn PDH giản đơn và
thiếu đồng bộ được thay thế bằng công nghệ tuyền dẫn đồng bộ SDH và hoàn thiện
hơn với công nghệ WDM. Thế nhưng WDM vẫn chưa thể thỏa mãn được nhu cầu của
mạng truyền tải so với nhu cầu tăng theo cấp số nhân của thời kỳ công nghệ vũ bão
như hiện nay. Rõ ràng rằng chúng ta cần triển khai những công nghệ tân tiến hơn trong
tương lai. Một trong những công nghệ ta có thể nói đến đó là mạng truyền tải IP trên
Quang, với những kiến trúc, giao thức mới vượt trội hơn giúp nâng cao khả năng
truyền tải thông tin trên cùng một sợi cáp so với những công nghệ cũ.
Qua bài tiểu luận này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về các giao thức trên mạng
truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang. Bố cục của bài tiểu luận được chia làm 3
chương:
Chương 1: Giới thiệu chung về sự phát triển của Internet, xu hướng tích hợp IP

trên quang. Đánh giá sơ bộ về un điềm và nhược điểm của các mô hình truyền dẫn IP
trên quang. Yêu cầu đối với việc truyền dẫn IP trên quang.
Chương 2: Tập trung tìm hiểu về những vấn đề cơ bản của GMPLS và ASON
như: kiến trúc logic; kiến trúc chức năng; các giao thức thường được sử dụng, cũng
như các chức năng mạng được hỗ trợ bởi hai giao thức trên.
Chương 3: Tìm hiểu về xu hướng phát triển các công nghệ để thực hiện việc
truyền tải, chuyển đổi gói tin trực tiếp trọn vẹn trên miền quang. Giảm tải các lớp giao
thức để phát triển mạng quang với kiến trúc mới ưu việt, tân tiến phục vụ nhu cầu tăng
nhanh chóng của truyền thông tin như hiện nay.

2


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG
Hình
1.1
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
3.1

3.2
3.3
3.4
3.5

Bảng
1
2

Tên hình
Trang
7
Tiến trình phát trìến của tầng mạng
9
Mô hình truyền IP trên GMPLS
10
Mô hình MPLS điển hình
11
MPLS trong mô hình OSI
Xu hướng tiến triển của các ngăn xếp giao thức cho IP over
12
WDM
15
Ngăn xếp giao thức GMPLS
17
ASON Kiến trúc mảng điều khiến
18
Mô hình xếp chồng của mạng ASON
20
Mô hình dịch vụ xếp chồng

20
Mô hình dịch vụ đồng cấp
21
Mô hình chung cho chuyển mạch gói quang
22
Kiến trúc chuyển mạch chùm quang
24
Kiến trúc một chuyển mạch gói quang
25
Mạng truyền tải quang
26
Chuyển mạch gói quang tại nút lõi và nút biên

Tên bảng
Một số cấu trúc của GMPLS
Các giao thức và các mở rộng của GMPLS

3

Trang
13
14


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Viết tắt

ASON
ATM
CCI
DWDM

Tiếng Anh
Automatic Switched Optical
Network
Asychronous Transfer Mode

LMP
LSC
LSP
LSR

Command Control Interface
Dense Wavelength Division
Multiplex
External Node to Node Interface
Fiber-switch Capable
Generalized Multi-Protocol Label
Switching
Internet Engineering Task Force
Inside Node to Node Interface
Internet Protocol
Intermediate System - to Intermadiate System
Link-Management Protocol
Lambda Switch Capable
Lable Switch Path
Lable Switched Router

MPLS

Multi-Protocol Label Switching

OIF
OSPF
OTN
OXC
PSC
SDH
SONET
TDM

Optical Internetworking Forum
Open Shortest Path First
Optical Transport Network
Optical Cross-connect
Packet Switching Capability
Synchronous Digital Hierarche
Synchronous Optical Networking
Time Division Multiplexing

UNI

User Network Interface

VCC
WDM

Vitural Circuit Connection
Wavelength Division Multiplex

E-NNI
FSC
GMPLS
IETF
I-NNI
IP
IS-IS

4

Tiếng Việt
Chuyển mạch quang tự động
Phương thức truyền tải không
đồng bộ
Giao diện điều khiển kết nối
Ghép kênh bước sóng mật độ
cao
Giao diện ngoài Nút tới Nút
Chuyển mạch sợi
Chuyển mạch nhãn đa giao
thức tổng quát
Lực lượng quản lý kỹ thuật
Giao diện trong Nút tới Nút
Giao thức Internet
Giao thức định tuyến nội
Giao thức quản lý đường
Chuyển mạch Lambda

Đường chuyển mạch nhãn
Bộ định tuyến chuyển mạch
nhãn
Chuyển mạch nhãn đa giao
thức
Diễn đàn kết nối mạng quang
Lụa chọn đuờng đi ngắn nhất
Mạng truyền tải quang
Kết nối chéo quang
Chuyển mạch gói
Phân cấp số đồng bộ
Mạng đồng bộ cáp quang
Ghép kênh phân chia theo
thời gian
Giao diện Người sử dụngMạng
Kết nối kênh ảo
Ghép kênh phân chia theo
bước sóng


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

Chương I: Giới thiệu chung
1.1 Giới thiệu chung
IP (Internet Protocol) là giao thức được thiết kế đe kết nối các hệ thống chuyên
mạch gói nhăm mục đích phục vụ trao đôi thông tin giữa các mạng. Đơn vị truyền
dẫn là các datagram được truyền từ nguồn tới đích với nguồn và đích là các host
được chỉ thị bàng một địa chỉ có độ dài xác định. IP còn cung cấp khả năng phân

mảnh và tái hợp các gói tin lớn nếu cần thiết. Giao thức này thực hiện phân phát
datagram theo phương thức phi kết nối, nghĩa là các datagram được truyền đi theo
các hướng độc lập với nhau.
Internet là một mạng máy tính toàn cầu, do hàng nghìn mạng máy tính từ khắp
mọi nơi nối lại tạo nên. Khác với cách tổ chức theo các cấp: nội hạt, liên tỉnh, quốc
tế của một mạng viễn thông như mạng thoại chẳng hạn, mạng Internet tổ chức chỉ
có một cấp, các mạng máy tính dù nhỏ, dù to khi nối vào Internet đều bình đẳng
với nhau. Do cách tổ chức như vậy nên trên Internet có cấu trúc địa chỉ, cách đánh
địa chỉ đặc biệt, trong khi cách đánh địa chỉ đối với mạng viễn thông lại đơn giản
hơn nhiều.
Đối với mạng viễn thông như mạng thoại chẳng hạn, khách hàng ở các vùng
khác nhau hoàn toàn có thể có cùng số điện thoại phân biệt bằng mã vùng, mã
tỉnh… Còn đối với mạng Internet thì mỗi địa chỉ Internet là duy nhất không được
phép trùng với bất kỳ ai, địa chỉ trên Internet thực sự là một tài nguyên.
1.2 IPv4 và IPv6
1.2.1 Phiên bản IP
Có hai phiên bản IP: IP version 4 (IPv4) và IP version 6 (IPv6). Chúng thực
hiện những chức năng chính sau:
IP định nghĩa đơn vị số liệu mà có thể gửi qua internet
Phần mềm IP thực hiện chức năng định tuyến dựa trên địa chỉ IP
IP gồm một tập hợp các nguyên tắc cho việc xử lý đơn vị số liệu tại các
bộ định tuyến và Host như thế nào, khi nào và bao giờ bản tin lỗi cần được tạo ra,
và khi nào số liệu cần hủy bỏ.
1.2.2 Nên sử dụng IPv4 hay IPv6
Vấn đề chính của chúng ta là phải xác định xem những gì cần cho mạng và
những gì nên loại bỏ để làm cho truyên tải IP trên mạng WDM hiệu quả hơn.
Trong bối cảnh hiện nay, IPv6 là phiên bản hợp lý nhất đế hiện thực hoá điều này,
đế mạng tối ưu hơn. Mào đầu nhỏ và hiệu quá cao, không có chức năng kiếm tra
lồi trong giao thức đó là ưu điểm của việc sử dụng IPv6. Điều này có nghĩa là yêu
cầu cơ bản đối với hạ tang WDM là phân phối dung lượng truyền tải tin cậy, đó là

một trong những điếm giá trị nhất của nó. Trong bất kỳ trường hợp nào, sự thích
ứng mới giữa IP và WDM cân được phát triên. Lớp thích ứng mới này phải có khả
năng dành trước tài nguyên.
5


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

Kịch bản này xem các bộ định tuyến IPv4 được thích ứng ở biên của mạng
WDM, điều này đồng nghĩa với việc tạo ra một quá trình chuyển đổi dần dần tại
biên giới giữa các thành phần mạng. Sử dụng IPv6 trong phần lõi của mạng WDM
sẽ đem lại hiệu quả, khả năng mở rộng lớn hơn so với IPv4.
1.3 Chức năng của một số tầng cơ bản
 Tầng ATM:
• Tầng ATM nằm ngay trên tầng SDH, hỗ trợ chức năng chuyển mạch trong
mạng.
• Đây là kỹ thuật kết nối có định hướng yêu cầu thiết lập một kênh ảo VC giữa
nguồn và đích trước khi thông tin được trao đổi. VC được thiết lập thông qua
tiến trình xử lý động một cách tự động hoặc bằng lệnh trên cơ sở sử dụng báo
hiệu của ATM và các giao thức định tuyến.
• ATM có lớp đa dịch vụ cho phép nhà cung cấp thực hiện ghép kênh và truyền
tải lưu lượng dữ liệu, thoại và video với tính năng có thể dự đoán trước lưu
lượng để thực hiện ghép kênh thống kê.
• Ngoài việc định nghĩa kênh ảo VC trên một đường truyền xác định giữa hai
điểm trên mạng, nhà cung cấp còn có thể sử dụng ATM để thực hiện kỹ thuật
lưu lượng TE.
• Tại tầng ATM có thể thực hiện chức năng chuyển mạch gói theo từng tế bào
ATM. Việc này được thực hiện tại các tổng đài ATM. Tại đây, chỉ thị kênh ảo

VCI và chỉ thị đường ảo VPI được biên dịch để các tế bào ATM đến được đầu
ra tương ứng .
 Tầng SDH:
• Tầng SDH thực hiện chức năng truyền tải cung cấp các mạch đường dây TDM
nối với các thiết bị client (như chuyển mạch ATM), sắp xếp chúng vào khuôn
dạng của các khung đồng bộ để truyền tải qua mạng tốc độ cao.
• Mạng SDH cung cấp tất cả các chức năng vận hành, quản lý, bảo dưỡng và
giám sát (OAM&P) qua các byte OH. Các chức năng này được dùng để thiết
lập và quản lý các mạch kết nối qua mạng.
• Để bảo vệ thông tin khi sợi quang bị đứt hay bị các sự cố khác, mạng SDH có
chức năng chuyển mạch bảo vệ tự động (APS). APS cho phép thiết lập và
chuyển mạch sang các đường bảo vệ vật lý dự phòng trong trường hợp lỗi xảy
ra trên đường hoạt động. Dịch vụ được khôi phục nhanh chóng (trong khoảng
thời gian xấp xỉ 50 ms), nhưng khi đó ta phải có băng thông rộng hơn và phải
có chi phí thêm cho các thiết bị được lắp đặt trên đường truyền dự phòng.
• Công nghệ NG-SDH cho phép đóng gói linh hoạt các tín hiệu gói và điều
khiển băng thông động thông qua các kỹ thuật kết chuỗi ảo (VCAT), thủ tục
đóng khung tổng quát (GFP) và chế độ điều chỉnh dung lượng tuyến (LCAS).
6


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

1.4 Xu hướng tích hợp IP trên quang
Giai đoạn cuối cùng trong tương lai mà hệ thống truyền dẫn số liệu đang hướng
tới là khả năng truyền dẫn IP trực tiếp trên hệ thống truyền dẫn quang DWDM.
Trong tương lai, sự thống nhất của mạng IP và mạng quang nhờ sử dụng các bộ
định tuyến IP hoạt động ở tốc độ Gbps hay Tbps phù họp với giao diện quang tốc

độ cao, cũng như các thiết bị truyền dẫn DWDM có kích thước và cấu hình khác
nhau chắc chắn sẽ tạo ra các ưu điểm nổi bật.
Dựa vào khả năng định tuyến của công nghệ có thể chia giai đoạn này thành hai
giai đoạn con: IP over WDM và IP over Optical.
Do sự phát triển về công nghệ còn nhiều hạn chế mà kỹ thuật IP over Optical
không thể thực hiện ngay lập tức các gói IP trục tiếp trên quang. Để đạt được kỹ
thuật này cần phải trải qua một quá trình phát triền.
Quá trình này được chia ra làm 3 giai đoạn phát triền và được minh hoạ trong
hình 1.1

7


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

Hình 1.1: Tiến trình phát trìến của tầng mạng
 Giai đoạn I: IP over ATM
Đây là giai đoạn đầu tiên trong công nghệ truyền tải IP trên quang. Trong
giai đoạn này, các IP datagram truớc khi đưa vào mạng truyền tải quang (OTN)
thì phải thực hiện chia cắt thành các tế bào ATM để có thể đi từ nguồn tới đích.
Tại chuyển mạch ATM cuối cùng, các IP datagram mới được khôi phục lại từ
các tế bào.
 Giai đoạn II: IP over SDH
IP over SDH là giai đoạn tiếp theo trong tiến trình phát triển hướng tới
mạng Internet quang - mô hình này đã được sử dụng trong nhiều mạng thực tế
hiện nay. Trong hình vẽ này, tầng ATM đã bị loại bỏ và các IP datagram được
chuyến trực tiếp xuống tầng SDH.
Ngoài ra, việc có thêm kỳ thuật MPLS bổ sung vào tầng IP sẽ xuất hiện

hai khả năng mới. Đầu tiên, nó cho phép thực hiện kỹ thuật lưu lượng nhờ vào
khả năng thiết lập kênh ảo vc - gióng như các đường cụ thể trong mạng chỉ gồm
các router IP. Thứ hai, MPLS tách riêng mặt điều khiến ra khỏi mặt định hướng
nên cho phép giao thức điều khiển IP quản lý trạng thái thiết bị mà không yêu
cầu xác định rõ biên giới của các IP datagram . Như vậy, có thể dễ dàng xử lý
đối với các IP datagram có độ dài thay đổi.
 Giai đoạn III: IP over Optical
Giai đoạn này, tầng SDH cũng bị loại bỏ và IP datagram được chuyển
trực tiếp xuống tầng quang.
Trong giai đoạn này có thể sử dụng giải pháp IP/GMPLS/DWDM, để
thực hiện thêm chức năng quản lý cơ sở hạ tầng các mạng viển thông và thực
hiện chức năng điều khiển IP/DWDM và giải pháp IP/MPLS/DWDM.
 Thông qua 3 giai đoạn phát triển trên ta thấy rằng càng các giai đoạn về sau thì
các tầng ATM, SDH càng giảm do ít sử dụng vì một số hạn chế vốn có của nó
trong khi yêu cầu về chất lượng dịch vụ càng ngày càng tăng, còn DWDM càng
tăng lên do có những ưu điềm ưu việt cho việc tích họp các gói tin IP trên
quang.
 Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ IP và sự bùng nổ về lưu lượng IP đã tạo
nên một cuộc cách mạng truyền tải của các mạng viễn thông. Trong hầu hết các
kiến trúc mạng viễn đề xuất cho tương lai đều thừa nhận sự thống trị của công
nghệ truyền dẫn IP trên quang.Đặc biệt, truyền tải IP trên mạng quang được
xem là nhân tố then chốt.

8


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

Chương II: Giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM
Do IP là công nghệ lớp 3 vì vậy để truyền tải IP qua lớp mạng quang WDM cần
sử dụng các giao thức lóp trung gian để thích ứng. Có thể chia thành hai hướng giải
quyết chính cho vấn đề trên đó là: giữ lại công nghệ cũ (theo tính lịch sử), dàn xếp các
tính năng phù họp cho lớp mạng trung gian như ATM và SDH đê truyền tải gói IP trên
mạng WDM, hoặc tạo ra công nghệ và giao thức mới như MPLS, GMPLS, ASON,
Ethernet...
Ở chương II này chúng ta sẽ tìm hiểu về hai giao thức là GMPLS và ASON.
2.1 Công nghệ GMPLS
2.1.1 Giới thiệu công nghệ GMPLS
Công nghệ GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching) là
bước phát triển tiếp theo của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS,
thực chất là sự mở rộng chức năng điều khiển của mạng MPLS, nó cho phép
kiến tạo mặt phẳng điểu khiển quản lý thống nhất không chỉ ở lớp mạng mà còn
thực hiện đối với các lớp ứng dụng, truyền dẫn và lớp vật lý.
IETF và OIF đã phát triển tiêu chuẩn G-MPLS để đảm bảo sự phối hợp
giữa các lớp mạng khác nhau. Hiện tại lớp truyền tải (lớp quang) và lớp số liệu
(lớp 2 và/hoặc lớp IP) tách hẳn nhau và hoạt động độc lập. G-MPLS tập hợp
các tiêu chuẩn với một giao thức báo hiệu chung cho phép phối hợp mọi hoạt
động, trao đổi thông tin giữa lớp truyền tải và lớp số liệu. Mở rộng khả năng
định tuyến lớp số liệu đến mạng quang, cho phép chúng hoạt động như một
mạng đồng nhất.

Hình 2.1: Mô hình truyền IP trên GMPLS

9


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

GMPLS được phát triển trong nỗ lực nhằm đơn giản hóa và bỏ bớt mô
hình mạng bốn lớp hiện tài, loại bỏ các chức năng chồng chéo giữa các lớp
bằng cách thu hẹp các lớp mạng. GMPLS mở rộng chức năng hỗ trợ giao thức
IP để điều khiển thiết lập hoặc giải phóng các đường chuyển mạch nhãn LSP
cho mạng hỗn hợp bao gồm cả chuyển mạch gói, chuyển mạch kênh, mạng
quang.
GMPLS có chức năng tự động quản lý tài nguyên mạng và cung ứng kết
nối truyền tải lưu lượng khách hàng từ đầu cuối tới đầu, ngoài ra nó cho phép
các nút mạng tự động cung cấp các kết nối theo yêu cầu. Nhiều công ty hiện
đang triển khai mạng GMPLS để đơn giản việc quản lý mạng và tạo ra một mặt
điều khiển tập trung. Điều này cho phép tạo ra nhiều dịch vụ hơn cho khách
hàng trong khi đó giá thành hoạt động lại thấp.
2.1.2 Hoạt động và nền tảng của MPLS
MPLS đã mở rộng bộ giao thức IP nhằm cải thiện quá trình phát chuyển
của các Router. Đối với các Router, khi nhận được một gói tin phải qua quá
trình phân tích địa chỉ và tìm kiếm tuyến khá phức tạp để xác định trạm kế tiếp
bằng các kiểm tra địa chỉ đích trong header của gói. MPLS đã đơn giản thủ tục
này bằng cách dựa vào một nhãn đơn giản khi phát chuyển. Tại lối vào mạng
MPLS, các gói IP đến được kiểm tra và gán một “nhãn” bởi router nhãn ở biên
mạng (LER). Các gói đã được gán nhãn sau đó được phát chuyển dọc theo một
LSP và tại đây các Router chuyển mạch nhãn (LSR) dựa vào trường nhãn trong
gói để đưa ra quyết định chuyển mạch. LSR không cần kiểm tra tiêu đề IP của
gói để tìm trạm kế tiếp. Nó chỉ đơn giản bỏ nhãn hiện tại và đưa vào một nhãn
mới cho trạm kế tiếp. Cơ sở thông tin nhãn tạo ra các nhãn mới và một giao
diện ra.
MPLS gồm cả các mở rộng của các giao thức định tuyến trạng thái tuyến
IP hiện tại, các mở rộng MPLS đối với OSPF và IS-IS cho phép các nút không
chỉ trao đổi các thông tin về topo mạng mà những thông tin về tài nguyên và

thậm chí về chính sách cũng được trao đổi.

Hình 2.2. Mô hình MPLS điển hình
MPLS hỗ trợ mọi giao thức lớp hai, triển khai hiệu quả các dịch vụ IP
trên một mạng chuyển mạch IP. MPLS hỗ trợ việc tạo ra các tuyến khác nhau
10


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

giữa nguồn và đích trên một đường trục Internet. Bằng việc tích hợp MPLS vào
kiến trúc mạng, các ISP có thể giảm chi phí, tăng lợi nhuận, cung cấp nhiều
hiệu quả khác nhau và đạt hiệu quả cạnh tranh cao.
Mô hình phân tầng của MPLS là sự lai ghép giữa tầng 2 và tầng 3 trong
mô hình OSI, MPLS nằm dưới tầng 3, tầng Internet Protocol và trên các giao
thức tầng 2 như ATM, FR, Ethernet.... MPLS hỗ trợ hầu hết các công nghệ tầng
2 hiện có.

Hình 2.3 MPLS trong mô hình OSI
 Phương thức hoạt động
Thay thế cơ chế định tuyến lớp ba bằng cơ chế chuyển mạch lớp
hai. MPLS hoạt động trong lõi của mạng IP. Các Router trong lõi phải cho
phép MPLS trên từng giao diện. Nhãn được gắn thêm vào gói IP khi gói đi
và mạng MPLS. Nhãn được tách ra khi gói ra khỏi mạng MPLS. Nhãn
(Label) được chèn vào giữa header lớp ba và header lớp hai. Sử dụng nhãn
trong quá trình gửi gói sau khi đã thiết lập đường đi.MPLS tập trung vào
quá trình hoán đổi nhãn (Label Swapping). Một trong những thế mạnh của
kiến trúc MPLS là tự định nghĩa chồng nhãn (Label Stack).

Kỹ thuật chuyển mạch nhãn không phải là kỹ thuật mới. Frame relay và
ATM cũng sử dụng công nghệ này để chuyển các khung (frame) hoặc các
cell qua mạng. Trong Frame relay, các khung có độ dài bất kì, đối với ATM
độ dài của cell là cố định bao gồm phần mào đầu 5 byte và tái tin là 48
byte. Phần mào đầu của cell ATM và khung của Frame Relay tham chiếu
tới các kênh ảo mà cell hoặc khung này nằm trên đó. Sự tương quan giữa
Frame Relay và ATM là tại mỗi bước nhảy qua mạng, giá trị “nhãn” trong
phần mào đầu bị thay đổi. Đây chính là sự khác nhau trong chuyển tiếp gói
IP. Khi một Router chuyển tiếp một gói IP, nó sẽ không thay đổi giá trị mà
gắn liền với đích đến của gói, hay nói cách khác nó không thay đổi địa chỉ
IP đích của gói. Thực tế là các nhãn MPLS thường được sử dụng để
chuyển tiếp các gói và địa chỉ IP đích không còn phổ biến trong MPLS nữa.

11


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

 Ưu điểm MPLS
 Các khả năng cơ bản của MPLS được liệt kê sau đây:
o Hỗ trợ liên kết điểm-điểm và multicast.
o Phân cấp định tuyến, hợp nhất và tăng cường khả năng mở rộng.
o Hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng và giao thức lớp liên kết đồng thời.
o Cung cấp khả năng điều khiển lưu lượng và QoS.
o Hỗ trợ truy nhập máy chủ và VPN.
 Các ưu điểm của MPLS:
o Khả năng tích hợp các chức năng định tuyến, đánh địa chỉ, điều khiển
v.v... trong MPLS tránh được sự phức tạp trong NHRP, MPoA, IPoA

o Khả năng mở rộng đơn giản.
o Tăng chất luợng mạng, có thể triển khai các chức năng định tuyến mà
các công nghệ trước không thể thực hiện được như định tuyến hiện
(explicit routing), điều khiển lặp.
o Tận dụng toàn bộ các thiết bị hiện tại trên mạng
2.1.3 Sự phát triển MPLS hướng tới GMPLS
Trong những năm gần đây, tổ chức IETF đã tập trung hướng phát triển
các giao thức MPLS hỗ trợ các phần tử mạng chuyển mạch hoạt động bởi các
phương thức khác nhau như theo thời gian, theo bước sóng (DWDM), không
gian (OXC) thành các chuẩn của giao thức GMPLS.
GMPLS thống nhất về giao thức điều khiển để thực hiện thiết lập, duy trì
và quản lý kỹ thuật lưu lượng theo đường xác định từ điểm đầu đến điểm cuối
một cách có hiệu quả.

12


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

Hình 2.4 Xu hướng tiến triển của các ngăn xếp giao thức cho IP over WDM

Miền
chuyển
mạch

Loại lưu
lượng

Lược đồ phát
chuyển

Thiết bị điển
hình

Gói, cell

IP, ATM

Nhãn như phần
ghép thêm vào
header, kết nối
kênh ảo (VCC)

IP Router,
ATM switch

Khả năng
chuyển mạch
gói (PSC)

Thời
gian

TDM/SONET

Khe thời gian
trong chu kỳ lặp
lại

Hệ thống kết
nối chéo số
DCS, ADM

Khả năng
TDM

DWDM

Khả năng
chuyển mạch
Lambda
(LSC)

OXC

Khả năng
chuyển mạch
sợi (FSC)

Bước
sóng
Không
gian vật
lý

Trong suốt

Trong suốt

Lambda

Quang, đường

Thuật ngữ

Bảng 1. Một số cấu trúc của GMPLS
Khác biệt giữa MPLS và GMPLS
GMPLS được mở rộng từ MPLS, tuy nhiên trong khi MPLS hoạt động
trong mảng số liệu thì GMPLS được ứng dụng trong mảng điều khiển, thực
hiện quảng lý kết nối cho mảng số liệu gồm cả chuyển mạch gói, chuyển mạch
kênh (như TDM, chuyển mạch bước sóng và chuyển mạch sợi)
MPLS yêu cầu luồng chuyển mạch nhãn (LSP) thiết lập giữa các định
tuyến biên, trong khi đó GMPLS mở rộng khái niệm LSP, LSP trong GMPLS
có thể thiết lập giữa bất kỳ kiểu bộ định tuyến chuyển mạch nhãn như nhau nào
ở biên mạng.
2.1.4 Các giao thức trong GMPLS
Bao gồm các giao thức báo hiệu (RSVP–TE, CR– LDP) dùng cho quá trình
thiết lập các LSP mang lưu lượng; giao thức định tuyến (OSPF–TE, IS–IS–TE) xác
định cấu hình tôpô và tài nguyên khả dụng; giao thức quản lý đường LMP (LinkManagement Protocol) để thực hiện quản lý và duy trì tình trạng điều khiển cũng
như tình trạng truyền tải lưu lượng giữa hai nút kế cận trong mạng GMPLS.

13


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Định
tuyến

OSPF-TE,
IS-IS-TE

Nhóm 06

Giao thức định tuyến dùng cho việc khám phá một cách tự động
về topology mạng, hiển thị các tài nguyên khả dụng. Một số
tăng cuông chímh gồm:
- Cho biết loại bảo vệ tuyến (1+1, 1:1, không bảo vệ).
-

Nhận và thông báo các liên kết không có địa chỉ IP-ID
link.

-

Giao diện ID vào, ra.

-

Khám phá tuyến khác nhau cho dự phòng.

Giao thức báo hiệu dùng cho quá trình thiết lập các LSP mang
luu luợng. Các tăng cuông chính gồm:
- Trao đổi nhãn, bao gồm cả các mạng không phải chuyển
mạch gói.
Báo
hiệu

Quản
lý
tuyến

RSVP-TE
CR-LDP

LMP

-

Thiết lập các LSP 2 huớng.

-

Báo hiệu để thiết lập đuờng dự phòng.

-

Thúc đẩy việc gán nhãn thông qua các nhãn đuợc đề
xuất.

-

Hỗ trợ chuyển mạch băng tần- tập các buớc sóng gần
nhau đuợc chuyển mạch với nhau.

Quản lý kênh điều khiển: đuợc thiết lập bởi các tham số tuyến
và đảm bảo sự an toàn cho cả tuyến.
Kiểm tra việc kết nối tuyến: Đảm bảo kết nối vật lý tuyến giữa

các nút lân cận, sử dụng một PING - nhu bản tin kiểm tra.
Liên hệ các đặc tính tuyến: Xác định các đặc tính tuyến của các
nút gần kề
Cô lập lỗi: Cô lập các lỗi đơn hoặc lõi kép trong miền quang

Bảng 2: Các giao thức và các mở rộng của GMPLS

Trong ngăn xếp, giao thức định tuyên IS-IS-TE tuơng tự với OSPF-TE nhưng
thay vì dùng IP, giao thức mạng phi kết nối (CLNP) sử dụng để mang các thông tin
IS-IS-TE.
14


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

Hình 2.5 Ngăn xếp giao thức GMPLS

2.1.4.1Báo hiệu trong GMPLS
Giao thức báo hiệu là một giao thức quan trọng khác được sử dụng trong mạng
điều khiển. Hiện thời chỉ có hai giao thức được sử dụng rộng rãi đó là: Giao thức
phân bổ nhãn định tuyến ràng buộc (CR-LDP) và Mở rộng thiết kế lưu lượng Giao thức đặt trước tài nguyên (RSVP-TE). Bất cứ đối tượng nào được GMPLS
định nghĩa cũng có thê được mang trong các bản tin báo hiệu của những giao thức
này. Giao thức báo hiệu có trách nhiệm đối với tất cả những hoạt động quản lý kết
nổi. Nó dùng để thiết lập và gỡ bỏ LSP, thay đồi LSP và truy tìm thông tin LSP.
2.1.5 Các lợi ích của GMPLS
GMPLS mang lại nhiều lợi ích nổi bật, thể hiện cụ thể trong các vấn đề sau:
Thiết kế lưu lượng qua lớp
Tích hợp việc khôi phục và bảo vệ

Cung cấp dịch vụ nhanh chóng
Tăng lợi nhuận
Cho phép thực hiện các quá trình linh hoạt, tự động và có tính mềm dẻo
cao trong môi trường mạng quang tĩnh.
 Hoạt động trong môi trường đa nhà cũng cấp thiết bị, đa lớp và đa nhà
khai thác.
 Các mạng đồng nhất: Các mạng quang và mạng số liệu có thể được giám
sát, quản lý, bảo dưỡng như một mạng đơn sử dụng một hệ thống quản
lý đơn.
 Xử lý các sự cố và bảo dưỡng: Nhà cung cấp dịch vụ nhanh chóng cô lập
và xử lý các sự cố về mạng nhờ các cảnh báo tự động của hệ thống quản
lý cũng như các sự cố giữa mạng truyền tải và mạng số liệu.
2.1.6 Một số vấn đề còn tồn tại






15


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

GMPLS thực chất là bộ các giao thức được mở rộng để thực hiện một số
chức năng mới của mạng MPLS. Trong đó, một số phần thực hiện còn phải được
chuẩn hóa trong tương lai gần.
Một số vấn đề trong mạng GMPLS được đề cần được giải quyết bao gồm:

 An toàn: Định tuyến IP truyền thống kiểm tra nội dung header của gói
nhận được để xác định trạm kế tiếp. Bước này tuy mất thời gian nhưng
cho phép thiết lập được các firewall, vì các thông tin cần thiết trong tiêu
đề gói như địa chỉ đích, địa chỉ nguồn là không đổi trong cả quá trình.
Ngược lại, các nhãn MPLS/GMPLS được sử dụng để thúc đẩy quá trình
phát chuyển và chỉ có giá trị trong nội bộ, chẳng hạn nhãn được hiểu và
sử dụng chỉ trong các thiết bị GMPLS. Những nhãn này không thể được
dùng để điều khiển truy nhập hoặc cho mục đích bảo mật mạng. Chỉ có
một cách để thiết lập bảo mật trong mạng GMPLS là bắt buộc truy nhập
trong thời gian thiết lập kết nối, như các mạng hướng kết nối khác.
 Vấn đề phối hợp hoạt động: Sự thành công của GMPLS phụ thuộc vào
khả năng thông tin với nhiều cơ sở hạ tầng mạng hiện tại như ATM, FR.
Phối hợp hoạt động với mạng ATM và FR sẽ cho phép truyền tải các
thông tin mặt số liệu và điều khiển được trao đổi giữa hai mạng giống
nhau (ví dụ hai mạng ATM) thông qua một mạng khác (ví dụng
GMPLS). Việc thực hiện chức năng phối hợp hoạt động giữa những
mạng này gặp một số vấn đề:
o Phối hợp ở mặt điều khiển rất phức tạp vì mỗi mạng sử dụng một tập
các giao thức khác nhau (ví dụ định tuyến, giao diện mạng đến mạng
riêng trong ATM so với giao diện OSPF-TE trong mạng GMPLS)
o Chuyển mạch GMPLS có thể dựa trên gói, TDM, bước sóng, sợi,
băng tần. Điều này tạo ra một vài kết hợp trong việc phối hợp mặt số
liệu giữa mạng MPLS và mạng ATM hoặc mạng FR.
 Sự cân bằng mạng: Khi tài nguyên mới được gỡ bỏ hoặc thêm vào mạng
GMPLS, tập các thông tin điều khiển được trao đổi lớn hơn đối với
mạng IP truyền thống. GMPLS sử dụng mô hình thiết kế lưu lượng bao
gồm giới thiệu một số tham số lưu lượng, kết hợp với các liên kết số
liệu, định tuyeetns dựa trên cấc ràng buộc thực hiện, LSP,.. Vấn đề này
tuy chưa được kiểm nghiệm tuy nghiên về mặt lý thuyết mạng
MPLS/GMPLS sẽ cần thời gian tương quan lớn hơn so với một mạng IP

truyền thống khi mạng bị sự cố.
 Hệ thống quản lý mạng: Tham số quan trọng nhất trong việc quản lý một
mạng IP truyền thông, ví dụ mạng Internet là địa chỉ đến. Ngược lại, hệ
thống quản lý mạng GMPLS cần lưu vết của hàng ngìn, hàng triệu LSP
cho trạng thái hoạt động của chúng, các đường định tuyến thiết kế lưu
lượng… Điều này dẫn đến hệ thống quản lý mạng GMPLS phức tạp hơn
so với mạng Internet truyền thống.
2.2 Công nghệ ASON
16


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

2.2.1 Giới thiệu mạch quang chuyển mạch tự động ASON
Hiện tại, mạng truyền tải cung cấp các dịch vụ SDH và WDM qua các
kết nối theo sự điều khiển của các giao thức quản lý mạng. Quá trình này tương
đối là tĩnh (thường chỉ thay đổi theo tuần hoặc tháng) cho nên không phù hợp
với những mạng đòi hỏi thay đôi thường xuyên và nhanh chóng.
Mạng quang chuyển mạch tự động (ASON) là một mạng truyền tải quang có
năng lực kết nối động. Mạng này bao gồm dịch vụ SDH, bước sóng và kết nổi
sợi quang trong mạng hỗn hợp (có cả điện và quang) và mạng toàn quang. Năng
lực này đuợc thể hiện qua các chức năng sau:
 Thiết kế lưu lượng của các kênh quang - gán băng tần theo mẫu nhu cầu
thực tế.
 Khôi phục và tạo topo mạng dạng mesh - thiết lập topo dạng mesh để
tăng khả năng tận dụng mạng theo ma trận lưu lượng đã biết.
 Quản lý sự phân bổ băng tần cho mạng IP lõi.
 Giới thiệu dịch vụ quang mới - dịch vụ mới ở lớp quang có thể triển khai

rất nhanh như băng tần theo yêu cầu và mạng riêng ảo quang.
2.2.2 Kiến trúc ASON
Có thể nói ASON không phải một công nghệ truyền tải hoàn toàn mới
mà nó được xây dựng trên nền tảng của công nghệ truyền tải WDM nhưng phần
quản lý và điều khiển được tách biệt với phần truyền tải. Do đó ASON ổn định
và linh hoạt hơn rất nhiều trong điều khiển và quản lý mạng.
Mảng điều khiến bao gồm các phần tử mạng truyền tải (chuyên mạch và
tuyến) tạo nên các kết nối quang. Các kết nổi đầu cuối đến đầu cuối được thiết
lập trong mảng truyền tải theo sự điều khiển của mảng điều khiển (CP) ASON.

Hình 2.6 ASON Kiến trúc mảng điều khiến
ASON gồm 3 mặt tách biệt trong mạng:

17


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

-

Mạng truyền tải quang: Cung cấp các chức năng cần thiết cho việc
truyền tải các tín hiệu lớp khách, tạo ra khả năng kết nối chéo các thông
tin đặc thù của kênh quang.
- Mặt điều khiển ASON: Cung cấp các chức năng cần thiết cho việc thiết
lập các kết nối end – to – end cho các tín hiệu lớp khách với các đặc tính
do khách hàng yêu cầu trong giai đoạn thiết lập.
- Mặt quản lý mạng: Thực hiện chức năng quản lý liên quan đến mặt
truyền tải và mặt điều khiển

2.2.3 Các giao diện mảng điều khiển ASON
ASON CP biểu diễn trong hình 2.6 định nghĩa tập hợp giao diện:
-

-

Giao diện Người sử dụng-Mạng (UNI): UNI hoạt động giữa lớp Client
quang và mạng. 
Giao diện trong Nút tới Nút (I-NNI): I-NNI định nghĩa giao diện giữa
các phần tử mạng báo hiệu như ooc trong mạng quang chuyển mạch.
Giao diện ngoài Nút tới Nút (E-NNI): E-NNI định nghĩa giao tiếp giữa
các mảng điều khiến ASON trong những vùng quản lý khác nhau.
Giao diện điều khiển kết nối (CCI): CCI định nghĩa giao diện giữa các
phần tử báo hiệu ASON như oxc và phần tử mạng truyền tải hoặc đấu
nối chéo.
Kiến trúc ASON là mô hình Client (khách hàng)-server (nhà cung cấp)
hoặc mô hình xếp chồng như biếu diễn trong hình 2.7. Mô hình này giả
thiết có sự riêng rẽ, nghĩa là phân biệt và độc lập quản lý, sở hữu của các
dịch vụ lớp 1 và 3.

Hình 2.7: Mô hình xếp chồng của mạng ASON

2.2.4 Các yêu cầu chung của ASON
18


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

Trong bất cứ trường họp nào thì mảng điều khiển cũng phải được thiết
kế đáng tin cậy, có khả năng mở rộng và hiệu quả. Hơn thế nữa, nó phải đem lại
cho nhà cung cấp khả năng điều khiển tốt hơn để thiết lập kênh một cách nhanh
chóng và chính xác. về cơ bản mảng điều khiên này cần phải thực hiện:
-

Phục vụ cho nhiều công nghệ mạng truyền tải (như SDH, OTN,
PXC)

-

Đủ linh hoạt đê thích ứng một loạt các kịch bản mạng khác nhau.

Mảng điều khiển ASON có một số thành phần chung như khám phá tài
nguyên, tách thông tin trạng thái, thành phần quản lý luồng và lựa chọn luồng.
Các module chức năng bao gồm:
-

Khám phá tài nguyên.

-

Kết thông tin trạng thái.

-

Lựa chọn luồng.

-

Quản lý luồng.

2.2.5 Các mô hình dịch vụ cho kiến trúc ASON
Sự bùng nổ băng tần trong các mạng mang nhờ sử dụng DWDM đã dẫn đến
yêu cầu hoạt hoá và điều khiển dịch vụ nhanh chóng, tin cậy. Quá trình cung
cấp các kết nối bằng nhân công của các mạng hiện tại mất nhiều thời gian và
thiếu thuyết phục. Mạng quang với quá trình cung cấp tự động sẽ vượt qua
những hạn chế của mạng hiện tại. Các tiếp cận cho kiến trúc của một hệ thống
sử dụng mạng quang có thể chia thành mô hình kiến trúc xếp chồng và mô hình
đồng cấp.
 Mô hình dịch vụ xếp chồng
Mô hình này còn được gọi là mô hình khách-chủ. Các thiết bị khách là các
router nằm trên biên mạng. Các router được nối đến các các thiết bị mạng
truyền tải (OXC/OADM) trên mạng quang thông qua các đường quang. Các
Router biên trao đổi thông tin đến các phần tử mạng truyền tải (TNE) thông
qua giao diện user-mạng (UNI). Các thiết bị khách không nhìn thấy cấu trúc
bên trong của mạng quang ngoại trừ các nút quang mà chúng kết nối đến.
Nhờ sử dụng UNI, các router đưa ra các yêu cầu băng tần đối với các TNE.
TNE phản hồi lại thông tin về trạng thái đường có được thiết lập hay không.
Giao thức báo hiệu hỗ trợ cho quá trình tương tác với TNE thông qua LDP
hoặc RSVP-TE dựa trên các kênh điều khiển gồm:





Thiết lập các đường quang
Loại bỏ các đường quang
Thay đổi đường quang
·Trạng thái đường quang

19


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

Hình 2.8 Mô hình dịch vụ xếp chồng
Đối với mỗi yêu cầu thiết lập đường quang, định tuyến được thực hiện bên
trong mạng quang và thiết bị khách đích được liên lạc cho việc thiết lập
tuyến. Thông tin duy nhất mà thiết bị nguồn đưa ra là địa chỉ thiết bị đích và
lượng băng tần mà nó yêu cầu. Thiết bị biên của mạng định tuyến đến thiết
bị mạng gần với địa chỉ đích được xác định trong yêu cầu và một đường
được thiết lập.
 Mô hình dịch vụ đồng cấp

Hình 2.9 Mô hình dịch vụ đồng cấp
Mô hình này còn được gọi là mô hình tích hợp dịch vụ, về mặt chức
năng có thể xem như tương tự với mô hình xếp chồng ngoại trừ ở đây các thiết
bị khách có thể nhìn thấy cấu trúc topo bên trong của mạng quang. Router biên
có thể quyết định các đường đi thông qua các gói trên các cổng ra đến các TNE.
Router cũng có thể có chức năng đấu nối chéo biên. Không có sự phân biệt
giữa router và mạng quang khi quan tâm đến mặt điều khiển.
Việc trao đổi thông tin định tuyến giữa mạng quang và client sử dụng
giao thức IGP giống như OSPF với các mở rộng về thiết kế lưu lượng phù hợp.
Các thông báo về trạng thái tuyến OSPF từ các phần tử mạng quang bao gồm
thông tin về loại liên kết, các liên kết thành phần.

20

Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

Chương III: Xu hướng truyền IP trên miền Quang
Chuyển mạch gói quang (OPS-Optical Packet Switching) đã được khẳng định
tính kinh tế sử dụng băng tần rất hiệu quả và khả năng hỗ trợ các dịch vụ khác nhau.
Khi công nghệ chuyển mạch quang cải thiện, chúng ta có thể thực hiện 38 mạng
chuyển mạch quang dựa trên gói, khi đó các gói được chuyển mạch và định tuyến độc
lập qua mạng trong miền quang mà không cần biến đổi sang điện tại mỗi nút. Như vậy
chuyển mạch gói quang cho phép một mức độ cao hơn việc ghép kênh thống kê trên
các liên kết sợi quang và điều khiển chùm lưu lượng tốt hơn chuyển mạch kênh.
Khả năng ứng dụng vào mạng Viễn thông Việt nam nằm trong xu hướng phát
triển mạng truyền tải tiến tới mạng toàn quang, chuyển mạch quang sẽ tiến tới chuyển
mạch gói quang hoàn toàn có thể thực hiện được trong tương lai khi mà công nghệ
phát triển cho phép thực hiện các kỹ thuật xử lý tín hiệu quang.
3.1 Các kỹ thuật chuyển mạch gói quang
Giải pháp chuyển mạch quang hứa hẹn nhất là chuyển mạch chùm quang và
chuyển mạch nhãn quang. Vấn đề mấu chốt của những kỹ thuật này nằm ở giải
pháp đệm và xử l. số liệu quang. Hiện giải pháp và công nghệ để giải quyết vấn đề
này chưa hoàn thiện. Mào đầu gói xử lý ở miền điện nhằm để điều khiển hoạt động
chuyển mạch.

Hình 3.1 Mô hình chung cho chuyển mạch gói quang
3.1.1 Vấn đề cần giải quyết trong kỹ thuật đệm quang
Ý tưởng cơ bản cho việc thực hiện đệm quang là sử dụng Dây trễ quang
(ODL) hoặc một số dạng đệm cục bộ để lưu một vài gói chen lấn cho đến khi
cổng đầu ra ở trạng thái sẵn sàng. Bộ đệm ODL nhãn chung sử dụng một dây

các sợi trễ quang có độ dài khác nhau và chuyển mạch quang. Phần trước sẽ
hoạt động như bộ đệm quang thời gian ngắn trong khi phần sau sử dụng để điều
khiển và định tuyến các gói quang qua đường tương ứng. Mỗi vòng quang trễ
21


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

gói theo thời gian xác định. Bộ đếm giữ vết của số gói trong bộ đệm. Các gói
tới được ghi và định tuyến tới độ dài khả dụng. Thiết kế kiểu bộ đệm này rất
đơn giản. Tuy nhiên, thời gian nhớ này là rất ngắn do nó phải lưu các gói chen
lấn chỉ trong một thời gian giới hạn tương ứng với thời gian truyền sóng dọc
theo độ dài sợi trễ. Dung lượng nhớ phụ thuộc vào độ dài vật l. trong đường trễ
và bởi kích cỡ của nút chuyển mạch quang. Kiểu bộ đệm này thường lớn và
không có khả năng mở rộng.
Bộ đệm vòng sợi quang là giải pháp mềm dẻo để mở rộng sự nhớ này
bằng cách quay vòng gói trong vòng sợi cho đến khi xuất hiện khe thời gian
mở. Vấn đề cố hữu của phương pháp này là tín hiệu phải được khuếch đại trong
suốt những lần quay vòng đó. Điều này vừa làm tăng phát xạ tự phát và công
suất tiêu thụ (do sử dụng bộ khuếch đại).
3.1.2 Chuyển mạch chùm quang
Chùm quang bao gồm một số lượng gói thay đổi được kết hợp với nhau
nhờ một nhãn phụ hoặc gói điều khiển.
Trong chuyển mạch chùm quang, tải gói được gửi theo tuyến sau một
lượng trễ đã biết của mào đầu. Ý tưởng này cho phép nút chuyển mạch quang
kế tiếp một lượng thời gian để xử lý mào đầu vào thực thi quyết định chuyển
mạch trước khi tải số liệu tới. Theo cách này, các gói có thể đi từ lối vào tới lối
ra qua các luồng trong mạng chuyển mạch quang.

Hình 3.2 Kiến trúc chuyển mạch chùm quang
22


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Nhóm 06

Kiến trúc của chuyển mạch chùm quang được trình bày trong Hình 3.2.
Các kênh bước sóng điều khiển lọc được tách xuống/thêm vào sau bộ tách/ghép
WDM. Xử lý gói hoặc nhãn điều khiển và điều khiển chuyển mạch được thực
hiện trong miền điện. Quá trình biển đổi O/E và ngược được sử dụng ở đây.
Việc trao đổi nhãn cho phép thiết lập luồng chuyển mạch nhãn trên mạng
(chuyển mạch chùm kết nối định hướng). Phần lớn các giao thức chuyển mạch
chùm quang không cần đến tại các nút trung gian.
3.1.3 Chuyển mạch nhãn quang
Chuyển mạch nhãn quang là một trường hợp đặc biệt của chuyển mạch
chùm quang.
Trong chuyển mạch nhãn quang, toàn bộ gói (mào đầu và tải) được
chuyển mạch theo một luồng. Tải sẽ được chuyển đến bộ đệm chuyển mạch
quang (ODL) để giải phóng thời gian cho xử lý mào đầu và thực thi quyết định
chuyển mạch. Tải được lưu ở bộ đệm trong một thời gian cố định (trễ thời gian)
để thực hiện xử lý mào đầu. Giá trị trễ thời gian là riêng cho mỗi nút chuyển
mạch trung gian và có bản chất độc lập với luồng gói chuyển qua.
3.1.4 Chuyển mạch gói quang
Chuyển mạch kênh là một phương pháp thông tin sử dụng để thiết lập
cho thông tin giữa 2 điểm. Số liệu được truyền trên cùng một tuyến và thông tin
truyền đi trong thời gian thực. Khác với chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói
thực hiện truyền các gói số liệu độc lập. Mỗi gói đi từ một cổng tới một cổng

khác theo một đường nào đó. Các gói không thể gửi tới nút kế tiếp khi chưa
thực hiện thành công tại nút trước đó. Mỗi nút cần có các bộ đệm để tạm thời
lưu các gói. Mỗi nút trong chuyển mạch gói yêu cầu một hệ thống quản lý để
thông báo điều kiện truyền thông tin tới nút lân cận trong trường hợp số liệu
truyền bị lỗi.
Hình 3.3 là một ví dụ của nút chuyển mạch gói quang cơ bản. Một nút
bao gồm một chuyển mạch quang có khả năng cấu hình dựa trên gói. Khối
chuyển mạch tái cấu hình dựa trên thông tin tiêu đề của một gói. Tiêu đề gói
được xử lý bằng điện nó hoặc có thể mang trong băng cùng gói hoặc trên một
kênh điều khiển riêng. Phải mất một thời gian để tiêu đề và chuyển mạch thiết
lập, các gói có thể bị trễ bằng cách truyền qua đường trễ sợi quang.
3.1.5 Kiến trúc kiểu mạch gói quang
Về nguyên tắc chuyển mạch gói toàn quang tổ chức dựa trên gói tiêu đề
và điều khiển được thực hiện trong miền quang, tuy nhiên phải trong nhiều năm
nữa mới thực hiện được. Trong thời điểm hiện nay chuyển mạch gói quang sử
dụng điều khiển điện tử để xử lý tiêu đề gói là thực tế hơn. Trong chuyển mạch
gói quang tiêu đề hoặc nhãn được đọc và so sánh với một bảng định tuyến. Tải
số liệu sau đó sẽ được định tuyến tới cổng ra tương ứng với một nhãn mới (trao
đổi nhãn). Điều quan trọng là tải tin được truyền trong suốt qua chuyển mạch.
23


Một số giao thức trong mạng truyền tải IP trên WDM và IP trên Quang

Hình 3.3

Nhóm 06

Kiến trúc một chuyển mạch gói quang

Phần tải và phần mào đầu gói sẽ được truyền trên cùng kênh bước sóng.
Chuyển mạch gói sẽ gồm những khối chức năng sau:
 Giao diện đầu vào quang: thực hiện cân chỉnh gói quang tới.
 Lõi chuyển mạch bước sóng và không gian quang: gồm các bộ đệm
quang (FDL) để giải quyết vấn đề chen lấn gói.
 Giao diện đầu ra quang: thực hiện việc chèn và ghi lại mào đầu quang nếu
yêu cầu 3R.
 Bộ xử lý phần mào đầu điện: thực hiện biến đổi quang/điện, điều khiển
đồng bộ (cân chỉnh gói tới bằng cách kiểm soát trễ), điều khiển chuyển
mạch/đệm và ghi lại mào đầu.
 Giao diện xen/rẽ điện: thực hiện biến đối O/E (hoặc E/O) và gửi gói
quang tới lõi chuyển mạch (hoặc giao diện số liệu) ở nút nguồn (hoặc ở
nút đích).
 Mục tiêu xây dựng mạng quang ngày nay là bổ sung khả năng thiết lập
động lớp truyền tải quang dựa trên các bộ nối chéo quang OXC (Optical
Cross Connect) với một kiến trúc và quản lý và điề khiển phù hợp.
 Trong tương lai gần mạng OTN sẽ có khả năng hỗ trợ số lượng lớn dung
lượng lên tới 40 Gbit/s. Mô hình này được minh hoạ trên hình 3.4:
24