IP trên nền WDM

..

bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học

Ip trên nền wdm

ngành : kỹ thuật điện tử
mà số:2

đỗ Lê Linh

Người hướng dẫn khoa học: GS-TS. Trần đức hân

Hà Nội 2008


LỜI CAM ĐOAN
Từ những kiến thức cũng như những ứng dụng thực tế, qua một thời
gian được học trong giai đoạn đại học cũng như cao học tại trường đại học
Bách Khoa Hà Nội, được sự đồng ý và hướng dẫn của PGS-TS Trần Cơng
Hân, tơi đã tìm hiểu thêm các sách báo, tạp chí cũng như tài liệu trên mạng,
từ đó tập hợp thơng tin để hồn thành quyển đồ án này. Do trình độ có hạn
cũng như chưa có kiến thức thực tế về triển khai mạng IP/WDM nên sẽ có
những sai sót, mong được các thầy cơ góp ý kiến.
Tơi xin cam đoan những lời kể trên là đúng sự thật, nếu sai tơi hồn
tồn chịu trách nhiệm.

Học viên: Đỗ Lê Linh


SUMARY

The main object of this thesis is IO over WDM system. This thesis
includes 4 chapters.
Basic components, principles, networking models and evolution of WDM
are discussed in chapter I. This chapter also talk over the convergence of IP and
WDM technologies is on the roadmapping of telecommunication technology in
general and optical communication in particular.
In chapter II, basic components including IP/WDM networking
architectures, IP/WDM connection models and service models is introduced in
detail via important elements such as , optical packet switching, optical burst
switching, peer to peer connection model, IP over reconfigurable WDM, IP over
switched WDM, domain service model and unified service model
In chapter 3, the thesis focus on transport function of IP/WDM network
including aspects of network addresses, routing and signaling techniques in
IP/WDM, access network control, and inter-domain network control.
In Chapter 4, the thesis investigate the traffic engineering in IP/WDM
which is discussed in detail in calculation models, measurement methods and
capacity calculation.


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Đối tượng nghiên cứu của luận văn là hệ thống IP trên nền WDM. Luận
văn được trình bày thành 4 chương.
Những thành phần cơ bản, nguyên lý, các mơ hình mạng cũng như các giai
đoạn phát triển của WDM được trình bày trong chương I. Sự hội tụ giữa hai
công nghệ IP và WDM là xu hướng tất yếu trong sự tiến hóa của cơng nghệ viễn

thơng nói chung và cơng nghệ truyền dẫn thơng tin quang nói riêng cũng được
trình bày trong chương này.
Trong chương II, các thành phần cơ bản bao gồm kiến trúc mạng
IP/WDM, các mơ hình kết nối của IP/WDM và các mơ hình dịch vụ cũng được
luận văn giới thiệu chi tiết qua những yếu tố quan trọng như chuyển mạch gói
quang, chuyển mạch cụm quang, mơ hình kết nối điểm-điểm, mơ hình mạng có
khả năng tái cấu hình, mơ hình dựa trên ngun tắc chuyển mạch, các mơ hình
miền dịch vụ và mơ hình miền dịch vụ thống nhất.
Trong chương 3, luận văn tập trung nghiên cứu về chức năng truyền tải
của mạng IP/WDM bao gồm các khía cạnh về địa chỉ mạng, kỹ thuật báo hiệu và
định tuyến trong IP/WDM, điều khiển truy cập mạng và điều khiển mạng liên
miền.
Chương 4 của luận văn nghiên cứu về kỹ thuật lưu lượng và sự điều khiển
lưu lượng cho hệ thống IP qua WDM. Thiết kế lưu lượng cho hệ thống IP/WDM
được luận văn thể hiện chi tiết bằng các mơ hình tính tính tốn và các phương
pháp đo lường và tính toán lưu lượng.


SUMARY

The main object of this thesis is IO over WDM system. This thesis
includes 4 chapters.
Basic components, principles, networking models and evolution of WDM
are discussed in chapter I. This chapter also talk over the convergence of IP and
WDM technologies is on the roadmapping of telecommunication technology in
general and optical communication in particular.
In chapter II, basic components including IP/WDM networking
architectures, IP/WDM connection models and service models is introduced in
detail via important elements such as , optical packet switching, optical burst
switching, peer to peer connection model, IP over reconfigurable WDM, IP over

switched WDM, domain service model and unified service model
In chapter 3, the thesis focus on transport function of IP/WDM network
including aspects of network addresses, routing and signaling techniques in
IP/WDM, access network control, and inter-domain network control.
In Chapter 4, the thesis investigate the traffic engineering in IP/WDM
which is discussed in detail in calculation models, measurement methods and
capacity calculation.


BẢNG TRA CỨU CÁC TỪ VIẾT TẮT
A
API
APS
ARP
ARQ
AS
ASBR
ASN
ASON
AWHG

Application Program Interface
Automatic Protection Switching
Address Resolution Protocol
Automatic Repeat Request
Autonomous System
AS Boundary Router
Abstract Syntax Notation
Automatic Switched Optical Network
Average Weighted Hop-distance Gain

B
BER
BFR
BGMP
BGP
BLSR
BPSR

Bit Error Rate (ratio)
Best-Fit Rate routing
Border Gateway Multicast Protocol
Border Gateway Protocol
Bi-directional Line Switched Ring
Bi-directional Path Switched Ring

C
CBR
CIDR
CLNP
CMIP
CORBA
CPE
CR-LDP
CSPF
CTP
CWDM

Constant Bit Rate
Classless Interdomain Routing

Connectionless Network Protocol
Common Management Information Protocol
Common Object Request Broker Architecture
Customer Premises Equipment
Constraint-based Routing Label Distribution Protocol
Constraint-based Shortest Path First routing
Connection Termination Point
Coarse Wavelength Division Multiplexing

D
DCC
DCN
DD OSPF
DHCP
DWDM
DCX

Data Communication Channel
Data Communication Network
Database Description message
Dynamic Host Configuration Protocol
Defense Wavelength Division Multiplexing
Digital Cross Connect

E
EBGP

Exterior Border Gateway Protocol

ECMP
EDFA
EGP

Equal Cost Multiple Path
Erbium-Doped Fibre Amplifier
Exterior Gateway Protocol

F
FEC
FIB
FIN
FQ
FTTH
FTTN
FWM

Forward Error Correction, Forwarding Equivalence Class
Forwarding Information Base
Finish Flag (TCP header)
Fair Queuing
Fibre to the Home
Fibre to the Neighbourhood
Four Wave Mixing

G
GMPLS
GSMP

Generalised Multiprotocol Label Switching

General Switch Control Protocol

I
IAB
IANA
IBGP
ICMP
ID
IDMR
IDRP
IGMP
IGP
INNI
IPng
IPSec
ISDN
IS-IS

Internet Architecture Board
Internet Assigned Numbers Authority
Interior Border Gateway Protocol
Internet Control Message Protocol
Identifier
Inter-Domain Multicast Routing
Inter-Domain Routing Protocol
Internet Group Management Protocol
Interior Gateway Protocol
Internal Network-to-Network Interface
IP next generation
IP Security

Integrated Service Digital Network
Intermediate System to Intermediate System routing protocol

J
JIT

Just In Time

L
LBS
LC
LDAP
LDP
LIB
LinkTP

Label-Based Switching
Link Connection
Lightweight Directory Access Protocol
Label Distribution Protocol
Label Information Base
Link Termination Point


LLR
LMP
LOF
LOS
LSA
LSP

LSR
LSU
LTE

Least Loaded Routing
Link Management Protocol
Loss of Frame
Loss of Signal
Link State Advertisement
Label Switched Path
Label Switch Router, Link State Request
Link State Update
Line Terminating Equipment

M
MAC
MAN
MIB
MONET
MOSPF
MPlS
MPLS

Media Access Control
Metropolitan Area Network
Management Information Base
Multiwavelength Optical Networking Consortium
Multicast Open Path Shortest First
Multiprotocol Lambda Switching
Multiprotocol Label Switching

N
NAT
NBMA
NC&M
NDP
NE
NFS
NGI
NHRP
NIC
NSAP

Network Address Translation
NonBroadcast Multiple Access
Network Control and Management
Neighbour Discovery Protocol
Network Element
Network File System
Next Generation Internet
Next Hop Resolution Protocol
Network Interface Card
Network Service Access Point

O
OADM
OAM
OAM&P
OBS
OLS

OLSR
OMS
OPR
OSCP
OSPF
OSPF-OMP

Optical Add/Drop Multiplexer
Operations and Maintenance
Operations, Administration, Maintenance, and Provisioning
Optical Burst Switching
Optical Label Switching
Optical Label Switching Router
Optical Multiplex Section
Optical Packet Router
Optical Switch Control Protocol
Open Shortest Path First protocol
OSPF Optimised Multi Path


OTS
OVPN
OXC

Optical Transmission Section
Optical Virtual Private Network
Optical Cross Connect

P
PDU

PE
PHB
PHY
PNNI
PON
PPP
PSTN
PTE
PVC

Protocol Data Unit
Provider Edge
Per Hop Behaviour
Physical layer
Private Network-to-Network Interface
Passive Optical Network
Point to Point Protocol
Public Switched Telephone Network
Path Terminating Equipment
Permanent Virtual Circuit

Q
QA
QoS

Q-Adaptor
Quality of Service

R
RARP

RIP
RMP
RMTP
RPC
RPF
RSpec
RSVP
RTCP
RTP
RTT

Reverse Address Resolution Protocol
Routing Information Protocol
Reliable Multicast Protocol
Reliable multicast Transfer Protocol
Remote Procedure Call
Reverse Path Forwarding
Resource Specification
Resource Reservation Protocol
Real-Time Transport Control Protocol
Real-Time Transport Protocol
Round Trip Time

S
SAN
SAP
SDH
SDU
SLA
SLIP

SML
SMTP
SNC

Storage Area Network
Service Access Point
Synchronous Digital Hierarchy
Service Data Unit
Service Level Agreement
Serial Line Internet Protocol
Service Management Layer
Simple Mail Transfer Protocol
SubNetwork Connection


SNMP
SNR
SPF
SRLG
SS7
SSL
SVC

Simple Network Management Protocol
Signal-to-Noise Ratio
Shortest Path First
Shared Risk Link Group
Signalling System Number 7
Secure Socket Layer
Switched Virtual Circuit

T
TCP
TE
TECP
TED
TIA
TMN
TOS
TReq
TResp
TSpec
TTL
TTP

Transmission Control Protocol
Terminal Equipment, Traffic Engineering
Traffic Engineering to Control Protocol
Traffic Engineering Database
Telecommunications Industry Association
Telecommunications Management Network
Type of Service
Trail Request message
Trail Response message
Traffic Specification
Time To Live
Trail Termination Point

U
UBR

UDP
ULSR
UNI
UNI-C
UNI-N
UPSR
UTP

Unspecified Bit Rate
User Datagram Protocol
Unidirectional Line Switched Ring
User to Network Interface
User Network Interface - Client side (signaling functionality)
User Network Interface - Network side (signaling functionality)
Unidirectional Path Switched Ring
Unshielded Twisted Pair

V
VBR
VC
VCC
VCI
VLAN
VPC
VPI
VPN
VoIP
VT

Variable Bit Rate

Virtual Channel
Virtual Channel Connection
Virtual Channel Identifier
Virtual Local Area Network
Virtual Path Connection
Virtual Path Identifier
Virtual Private Network
Voice over IP
Virtual Tributary


W
WADM
WAMP
WAN
WDM
WFQ
WSXC

Wavelength Add/Drop Multiplexer
Wavelength Amplifier
Wide Area Network
Wavelength Division Multiplexing
Weighted Fair Queuing
Wavelength Selective Cross Connect


IV.2.3. So sánh hai kiểu thiết kế ..................................................... 85
IV.3.

Khung chức năng thiết kế lưu lượng IP/WDM ........................ 86

IV.3.1. Cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái mạng IP/WDM. ............ 89
IV.3.2. Quản lý giao diện IP/WDM ................................................ 91
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO


Luận Văn Thạc Sỹ

IP over WDM
LI M U

K t khi được phát minh, công nghệ truyền tải thông tin theo gói tin IP đã
phát triển nhanh chóng và rực rỡ. Các dịch vụ trên nền IP ngày càng trở nên phong
phú, đa dạng. Các dịch vụ yêu cầu băng thông rộng tăng nhanh không ngừng và
việc cung cấp dung lượng lớn và khả năng xử lý ở tốc độ cao lại trở thành vấn đề
được quan tâm đặc biệt trong môi trường truyền tải IP. Trong mạng truyền dẫn
truyền thống, vấn đề dung lượng đã được giải đáp khi công nghệ truyền dẫn quang
dựa trên kỹ thuật ghép bước sóng (WDM) ra đời cho phép truyền tải nhiều luồng
thông tin với tốc độ rất cao chỉ trên một sợi quang. Tuy nhiên với mạng IP truyền
thống, tốc độ cổng cao nhất hiện tại là cổng Giga Ethernet với tốc độ 1Gpbs (chuẩn
GE tốc độ 10Gbps đang được xây dựng). Tuy nhiên sự chuyển đổi về mặt giao diện
từ WDM – SDH – IP đã làm tăng tính phức tạp trong kết nối giữa các giao diện và
giảm đi tính linh hoạt của các dịch vụ dựa trên nền IP. Hệ thống IP/WDM đã ra đời
để có thể kết hợp những ưu điểm về sự phổ biến, tính linh hoạt của mạng IP và ưu
điểm về truyền tải dung lượng lớn, tốc độ cao của mạng WDM. Đặc biệt ở Việt
Nam trong một tương lai không xa, khi các hệ thống mạng NGN, các mạng 3G đi
vào hoạt động, mạng IP càng ngày càng phổ biến và đòi hỏi dung lượng lớn. Xuất
phát từ những suy nghĩ như vậy, nên em chọn đề tài “IP over WDM”.

Em xin chân thành cảm ơn GS-TS Trần Đức Hân đã hướng dẫn và chỉ bảo
tận tình giúp em hồn thành luận văn này.
Học viên: Lờ Linh

Đỗ Lê Linh - CH ĐT 2006-2008

i


Luận Văn Thạc Sỹ

CHNG I.
I.1.

IP over WDM

t vn v giới thiệu tổng quan

Tổng quan về mạng WDM.
Truyền dẫn thông tin qua cáp đồng chỉ có thể cung cấp một băng thông

tương đương 100Mb/s trên một khoảng cách là 1Km. Để có thể tiếp tục truyền
đi tín hiệu phải được khuếch đại và khôi phục. Trái lại, với công nghệ truyền
dẫn quang sử dụng ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM), chỉ với một
sợi quang có thể hỗ trợ một số kênh có bước sóng khác nhau, mỗi kênh này có
thể hỗ trợ tốc độ kết nối lên tới hàng chục Gbps. Với khoảng cách dài tầm
khoảng vài chục km thì các bộ thu phát tín hiệu WDM vẫn hoạt động với mức
độ tín hiệu quang tốt. Do đó sợi quang này dễ dàng hỗ trợ được băng thông tới
hàng chục Tpbs (nx1012). Trong hạ tầng cáp quang, WDM có thể được xem như
một cơng nghệ truyền dẫn song song khai thác được ưu điểm về băng thông

rộng của sợi quang và các kênh truyền tải sử dụng các bước sóng độc lập.
Một hệ thống truyền dẫn quang bao gồm ba thành phần:
− Thiết bị phát tín hiệu quang.
− Mơi trường truyền dẫn.
− Thiết bị thu tín hiệu quang.
Hệ thống truyền dẫn quang WDM điểm-điểm bao gồm khối ghép xen/rẽ
phân chia bước sóng (WADM), khối khuếch đại bước sóng (WAMP). Một
mạng quang WDM sẽ được triển khai từ những hệ thống WDM điểm-điểm và
cần phải có các bộ chuyển mạch lựa chọn bước sóng (WSXC) để chuyển mạch
tín hiệu đến sang các hướng quang khác và với những bước sóng theo u cầu.
Hình I-1 thể hiện các cách cấu hình cho một hệ thống WDM điểm-điểm bao
gồm cấu hình đơn nhánh và cấu hình Ring.
Thế hệ đầu của mạng quang WDM chỉ đơn thuần cung cấp các kết nối vật
lý điểm-điểm thường thấy trong các kết nối trung kế cho mạng WAN. Các cấu
hình cho WAN WDM vừa có thể là cấu hình dạng tĩnh vừa có thể ở dạng cấu
hình tùy biến. Bản thân các kết nối WDM ny cng ch h tr cỏc kt ni tc
Đỗ Lê Linh - CH ĐT 2006-2008

1


Luận Văn Thạc Sỹ

IP over WDM

tng i thp gia u cuối với đầu cuối. Các đặc tính kỹ thuật của công nghệ
WDM thế hệ thứ nhất bao gồm thiết kế, phát triển của lasers WDM và các bộ
khuếch đại, định tuyến bước sóng tĩnh, và các giao thức truy nhập. Với cấu trúc
RING ta có thể sử dụng WADM để triển khai trong mạng MANs, các bộ đấu
chéo số (DCX) được sử dụng cho các kết nối băng hẹp và băng rộng. Nhìn

chung các hệ thống này dùng để quản lý trung kế chuyển mạch thoại, và các kết
nối T1.

Hình I-1: Cấu hình cho hệ thống WDM
WDM thế hệ thứ hai có khả năng thiết lập kết nối có hướng đầu cuối tới
đầu cuối kênh quang nhờ các phần tử WSXC. Các kênh quang này tạo nên một
topo ảo trên nền topo vật lí của hệ thống cáp quang. Tơpơ bước sóng ảo có thể
cấu hình một cách tự động để đáp ứng việc thay đổi lưu lượng mạng khi quy
hoạch lại mạng.
Công nghệ WDM thế hệ thứ hai bao gồm thiết bị xen/rẽ bước sóng, thiết
bị đấu chéo, chuyển đổi để tương thích bước sóng tại khối đấu chéo, định tuyến
động, gán bước sóng. Cũng trong giai đoạn này, kiến trúc mạng WDM bắt đầu
được nhận được nhiều sự chú ý, cụ thể là giao diện kết nối với các mạng khác.
Cả hai mạng WDM thế hệ thứ nhất và thế hệ thứ hai đã được triển khai trong
các mạng vận hành hướng lưu lượng. Hiệu quả của chi phí đầu tư cho các mạng
đường dài này ngày một trở nên rõ rệt và được chấp nhận một cách rng rói.

Đỗ Lê Linh - CH ĐT 2006-2008

2


Luận Văn Thạc Sỹ

IP over WDM

Mng WDM th h th ba là một mạng quang chuyển mạch gói phi kết
nối trong đó các phần mào đầu cuả gói quang được gắn với dữ liệu, truyền đi với
tải và được xử lý tại các chuyển mạch WDM. Căn cứ vào tỷ số của thời gian xử
lý gói tin mào đầu và thời gian xử lý tồn bộ gói tin, các bộ chuyển mạch quang

WDM có thể được thực thi một cách hiệu quả hơn bằng cách sử dụng chuyển
mạch nhãn hoặc chuyển mạch cụm. Hiện tại việc đạt được chuyển mạch quang
trên tồn mạng vẫn đang trong q trình nghiên cứu.

Hình I-2: Quá trình phát triển của WDM.
I.2.

Tổng quan về mạng IP.
Một mạng IP là một mạng truyền tải thông tin dựa trên cơng nghệ chuyển

mạch gói theo kiểu “store and forward”. Phần tử quan trọng nhất trong mạng IP
là các router với các chức năng dị tìm, duy trì topo mạng và tính tốn đường
trên mạng tới đích. Chúng cho phép điều khiển vùng mạng rộng trong mạng IP.
Chức năng định tuyến có trách nhiệm cập nhật bảng định tuyến.
Khi gói tin đến router, tiêu đề gói tin sẽ được kiểm tra để phân loại và xử
lý thông tin trong gói tin. Các gói tin được phân loại dựa trên các trường địa chỉ
(nguồn hay đích) và loại dịch vụ trong tiêu đề gói tin. Việc xử lý gói tin bao gồm
việc xếp hàng các luồng gói dữ liệu khác nhau theo các mức độ ưu tiên dịch vụ
và chuyển đổi lớp liên kết dữ liệu. Forward gói tin dựa trên việc xử lý bảng định
tuyến bằng cách so sánh địa chỉ của gói tin đầu vào rồi quyết định a ra cng
Đỗ Lê Linh - CH ĐT 2006-2008

3


Luận Văn Thạc Sỹ

IP over WDM

no. Vic úng gúi v chuyển đổi thường sử dụng giao diện với các mạng truyền

thơng khác nhau, vì vậy dữ liệu cần được đóng gói và/hoặc được chuyển đổi
giữa các giao thức lớp liên kết. Do đó các router có thể kết nối các mạng lớp 2
với các công nghệ khác nhau như ATM, Frame-Relay, Ethernet, Token ring.
Với việc sử dụng linh hoạt và tăng hiệu suất sử dụng băng thông, phân
loại các mức độ ưu tiên dịch vụ, môi trường IP ngày càng trở thành mơi trường
truyền tải được ưa thích. IP là lớp hội tụ trong mạng internet toàn cầu và ở khắp
mọi nơi. IP, giao thức lớp ba, được thiết kế cho địa chỉ mạng ở mức tương tác,
và định tuyến qua subnet không giống với cộng nghệ lớp 2. Bên trên lớp IP là
một lượng lớn các dịch vụ và ứng dụng dựa trên IP đã và đang được triển khai
và một số dịch vụ tiềm năng khác cũng đang được phát triển. Ngày nay, rất
nhiều thiết bị có thể kết nối với nhau dựa trên nên IP để hình thành nên các hệ
thống mạng, đơn giản như hệ thống mạng kết nối các thiết bị điện tử trong gia
đình. Do đó ta có thể thấy rõ các ưu thế vượt trội của lưu lượng IP, các ưu thế
này càng làm thúc đẩy sự phát triển trên nền IP và tối ưu mạng IP.
I.3.

Sự kết hợp giữa mạng IP và mạng WDM.
Với yêu cầu ngày càng cao về băng thông, mạng Internet thế hệ tiếp theo

được xây dựng tiến tới dung lượng terabits/s. Có rất nhiều dự án nghiên cứu vấn
đề này như dự án SuperNet ở Mỹ, dự án CANARIE (Canadian Network) của
chính phủ Canada, chương trình European ACTS (Advanced Communications
Technologies and Services) ở châu Âu. Thêm vào đó có rất nhiều NRNs
(National Research Networks) thiết lập cơ sở hạ tầng mạng. Một chuỗi dự án
R&D được hoàn thành như là: DANTE, TEN-34, TEN155, and EuropaNet.
Ở Châu Á Thái Bình Dương, Có một số các quốc gia tham dự vào sáng
kiến (Asia Pacific Advanced Networking). Mục đích để nghiên cứu và phát triển
cho những ứng dụng trong môi trường mạng. APAN được thành lập vào năm
1997 bao gồm các thành viên Australia, Japan, Korea và Singapore. Đông Âu,
Nga, và Trung ụng cng phỏt trin a dng.

Đỗ Lê Linh - CH §T 2006-2008

4


Luận Văn Thạc Sỹ

IP over WDM

Vi iu ú, trong mng WDM thế hệ ba, khả năng kết hợp với nhau
trong vận hành giữa mạng WDM và mạng IP là vấn đề trọng tâm. Nó tích hợp
hai cơng nghệ là định tuyến và gán bước sóng của chuyển mạch nhãn đa giao
thức (MPLS) và được biết tới với thuật ngữ GMPLS. Các yếu tố kỹ thuật quan
trọng về phần mềm thường được quan tâm bao gồm: Quản lý băng thông, tái cấu
hình đường và khơi phục, hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS).
Trong mạng WDM thế hệ thứ 3, bên dưới lớp IP là công nghệ truyền dẫn
quang sử dụng WDM hứa hẹn là một công nghệ kết nối tiềm năng hỗ trợ đa
dạng các yêu cầu về dung lượng để duy trì sự phát triển khơng ngừng của
Internet.
Cơng nghệ WDM sẽ trở nên hấp dẫn hơn khi giá thành của các thiết bị
này giảm xuống, . Với sự triển khai khơng ngừng của hệ thống cáp quang trên
tồn cầu và sự trưởng thành của cơng nghệ ghép bước sóng. Các mạng quang
dựa trên cơng nghệ ghép bước sóng đã được triển khai khơng chỉ trong mạng
đường trục mà cịn trong các mạng metro, mạng khu vực và mạng truy nhập.
Thêm vào đó, mạng quang WDM khơng cịn là các hướng kết nối điểm tới điểm
phục vụ cho những mục địch lưu lượng cụ thể nào đó mà giờ đây nó đã tạo nên
những sự kết hợp tiềm năng và những yêu cầu linh hoạt của mạng.
Động lực để phát triển IP qua WDM có thể được tổng kết như sau:
− Mạng cáp quang WDM có thể tạo sự phát triển liên tục của lưu

lượng Internet bằng việc khai thác cơ sở hạ tầng sợi hiện hữu. Công
nghệ sử dụng WDM có thể tăng một cách đáng kể hiệu quả sử dụng
dải thông sợi.
− Hầu hết lưu lượng dữ liệu ngang qua những mạng là IP. Gần như
mọi ứng dụng dữ liệu người dùng cuối sử dụng IP. Ngay cả lưu
lượng truyền thống là giọng nói cũng được đóng gói vào mng IP
qua k thut Voice-over-IP.

Đỗ Lê Linh - CH ĐT 2006-2008

5


Luận Văn Thạc Sỹ

IP over WDM

IP/ WDM cú th đạt được hay nhắm vào để đạt được động lực trên
yêu cầu về sự định vị dải thông (hay sự cung cấp kết nối thời gian
thực) trong những mạng cáp quang.
Bằng việc phát triển từ truyền thống, tập trung những mạng cáp quang
kiểm soát vào trong một mạng phân tán, tự kiểm sốt, IP/ WDM khơng những
chỉ giảm bớt chi phí kinh doanh mạng, mà cịn có thể cũng cung cấp sự phân bố
nguồn tài nguyên động theo yêu cầu của dịch vụ kết nối.
Sự hợp nhất IP/ WDM sẽ dần dần áp dụng vào một sự vận chuyển mạng
cáp quang hiệu quả giảm bớt chi phí của lưu lượng IP ( chi phí giá bit/km) và đa
dạng của mạng cáp quang.
Các đặc tính kỹ thuật của mạng IP/WDM cũng đã được các tổ chức tiêu
chuẩn quốc tế là nhóm đặc trách kỹ thuật Internet IETF (Internet Engineering
Task Force) (www. ietf. org) và nhóm tiêu chuẩn hóa viễn thơng, tổ chức Viễn

thông quốc tế ITU-T (International Telecommunication Union) nghiên cứu và
đưa ra.
Cơng nghệ viễn thơng Việt Nam đã có những bước tiến nhảy vọt về dịch
vụ và công nghệ trong những năm gần đây. Dịch vụ về thoại vẫn là nguồn doanh
thu chủ yếu của các nhà khai thác tuy nhiên nhu cầu về các dịch vụ băng thông
rộng đã gia tăng một cách đáng kể. Thêm vào đó, khi các nhà cung cấp dịch vụ
thông tin di động được cấp phép triển khai hệ thống 3G, nhu cầu về dung lượng
sẽ đặt ra nhiều thách thức mới đối với hệ thống truyền dẫn cho các nhà khai
thác. Xác định rõ các thách thức này, VNPT, EVNTelecom, Viettel, FPT những
nhà cung cấp dịch vụ viễn thông hàng đầu của Việt nam đã xây dựng riêng cho
mình hệ thống truyền dẫn đường trục riêng với cơng nghệ ghép bước sóng
DWDM tiên tiến với mục đích đáp ứng đủ về mặt dung lượng cho các dịch vụ
đang cũng như sắp triển khai trong tương lai gần. Tuy nhiên, đảm bảo dung
lượng cũng chỉ đạt được một khía cạnh nhất định trong việc cung cấp dịch vụ.
Khách hàng với nhiều nhu cầu phong phú và đa dạng là một động lực thúc đẩy
các nhà khai thác dịch vụ đa dạng hóa các giao din cú th h tr m dch v
Đỗ Lê Linh - CH §T 2006-2008

6


Luận Văn Thạc Sỹ

IP over WDM

trờn nn IP l mt nền tảng. Các mạng Metro được đặc biệt quan tâm như một
giải pháp tối ưu cho việc hỗ trợ các dịch vụ đa dạng về giao diện dữ liệu và ở
nhiều mức băng thông khác nhau. Mạng Metro từng được xem như một cầu nối,
thoả mãn các yêu cầu về đa dạng của dịch vụ cũng như băng thông. Tuy nhiên,
việc chuyển đổi giao diện WDM-SDH-IP làm cho cấu trúc mạng tổng thể trở

nên phức tạp và phần nào giảm đi tính linh hoạt của mạng IP. Việc bảo vệ và
điều khiển lưu lượng trên hệ thống cũng trở nên phức tạp hơn nhiều. Việc xây
dựng hệ thống IP-WDM như một mạng truyền dẫn thế hệ tiếp theo là một điều
tất yếu trong sơ đồ tiến hóa của cơng nghệ truyền dẫn và đáp ứng nhu cầu viễn
thông của tất c cỏc nh cung cp.

Đỗ Lê Linh - CH ĐT 2006-2008

7


Luận Văn Thạc Sỹ

IP over WDM

CHNG II.
II.1.

IP trờn nn WDM

Kin trúc mạng IPoWDM
Công nghệ mạng dựa trên nền tảng hệ thống ghép bước sóng WDM có thể

được chia làm hai loại: WDM có thể cấu hình lại (R-WDM) và WDM chuyển
mạch (S-WDM). Hệ thống R-WDM được triển khai dựa trên nền chuyển mạch
kênh WDM với đặc thù là các đường quang được thiết lập bởi các kênh có thể tái
cấu hình nhằm đáp ứng lại với sự thay đổi của lưu lượng trong mạng và phục vụ
cho việc quy hoạch lại hệ thống mạng. Hệ thống S-WDM dựa trên nền của mạng
chuyển mạch gói WDM, trong đó phần mào đầu hoặc nhãn của gói được đính
kèm với dữ liệu, truyền tải với tải tin và được xử lý tại mỗi chuyển mạch của

mạng. Dựa trên thời gian xử lý phần mào đầu của gói tin trên tổng thời gian
truyền gói, hệ thống chuyển mạch WDM có thể được triển khai bằng cách sử
dụng chuyển mạch cụm, chuyển mạch nhãn hoặc chuyển mạch gói.

Hình II-1: Cơng nghệ mạng WDM.
R-WDM là một trong những công nghệ nổi trội đã và được sử dụng trọng
các mạng truyền tải đường trục đáp ứng chủ yếu cho yêu cầu lưu lượng lớn.
S-WDM vẫn đang được phát triển để sử dụng cho mạng metro và mạng
truy nhập. S-WDM chủ yếu được sử dụng tại các nút chuyển mạch có lưu lượng
vừa và nhỏ, phù hợp với kiến trúc mạng mềm dẻo, các chức năng điều khiển linh
hot v d m rng.

Đỗ Lê Linh - CH ĐT 2006-2008

8


Luận Văn Thạc Sỹ

IP over WDM

II.1.1. Chuyn mch cm quang.

Trong chuyển mạch cụm quang, trước khi cụm dữ liệu quang thực sự được
truyền đi, hệ thống sẽ gửi đi phần mào đầu điều khiển theo hướng điền khiển.
Các phần mào đầu điều khiển này sẽ tới các nút chuyển mạch trung gian trước,
cung cấp các thông tin để các nút này thực hiện các tính tốn cho việc chuyển
mạch và cũng thiết lập các cài đặt “just-in-time” cho các đấu nối trước khi gói dữ
liệu thực sự đến. Bằng cách này các gói dữ liệu có thể truyền qua mạng quang từ
các hướng vào và ra. Việc trễ giữa phần mào đầu điều khiển và phần dữ liệu

không nhữn phụ thuộc vào các nút trung gian mà còn phụ thuộc vào thời gian xử
lý gói tin của các chuyển mạch trung gian.

Hình II-2: Chuyển mạch cụm quang.
Thực tế, thời gian truyền các cụm tương đối ngắn, do đó chuyển mạch
cụm quang thiết lập các yêu cầu và gửi các gói đi ngay sau đó mà khơng cần đợi
sự xác nhận từ đầu xa cho việc thiết lập yêu cầu. Có ba hình thức cơ bản cho
việc giải phóng băng thơng trong chuyển mạch cụm quang, bao gồm:
− Tell-and-go (TAG)
− Đặt mt khong c nh (RFD)

Đỗ Lê Linh - CH ĐT 2006-2008

9


Luận Văn Thạc Sỹ

IP over WDM

In-band-Terminator (IBT)
Ngoi vic cỏc yêu cầu kết nối thực hiện linh hoạt và kết hợp với phần lưu
lượng tốt hơn, còn lại TAG tương tự như chuyển mạch kênh. Với RFD, các yêu
cầu thiết lập kết nối phải chỉ rõ ra thời gian kết nối.
Một khái niệm quan trọng của chuyển mạch cụm quang là khoảng thời
gian giữa lúc thiết lập yêu cầu cho đến lúc cụm dữ liệu được chuyển phát đi.
Khoảng thời gian này được gọi là offset time. Đối với TAG và RFD, offset time
luôn nhỏ hơn hoặc bằng thời gian thiết lập kết nối trong chuyển mạch kênh. Khi
khoảng thời gian này tương đối lớn, các chuyển mạch ở các nút trung gian phải
đợi một khoảng thời gian dài cho đến khi nhận được cụm dữ liệu chuyển tới.

Trong trường hợp ngược lại, khi offset time ngắn, các switch sẽ lưu các cụm này
trong bộ đệm để chờ xử lý. Khi thời gian này bằng không như trong trường hợp
IBT, hệ thống sẽ hoạt động như một chuyển mạch gói, trong đó các cụm dữ liệu
được lưu trong bộ đệm trong quá trình xử lý thiết lập kết nối. Khi có nhiều cụm,
vượt quá khả năng lưu trữ trong bộ đệm của switch lúc này sẽ có hiện tượng
nghẽn lưu lượng và mất cụm dữ liệu.
II.1.2. Chuyển mạch gói quang

Trong chuyển mạch gói quang, phần mào đầu gói điều khiển (có thể xem
như một nhãn) được gửi đi với gói dữ liệu trên cùng một đường. Các gói ln
được định tuyến thơng qua hướng có tạo trễ cục bộ tại các nút chuyển mạch
trung gian nhằm mục đích tạo ra một khoảng thời gian đủ để cho các chuyển
mạch tính toán để đưa ra các quyết định và các cài đặt cho đấu nối chéo được
thiết lập. Thời gian này được xác định để khi gói dữ liệu đến từ hướng làm trễ,
các cài đặt cho đấu nối chéo theo hướng quang sẽ được thiết lập xong. Các
khoảng thời gian này được thiết lập một cách cục bộ và gần nh khụng i ti

Đỗ Lê Linh - CH ĐT 2006-2008

10


Luận Văn Thạc Sỹ

IP over WDM

mi nỳt chuyn mch. Hỡnh II-3 mơ tả hoạt động của một chuyển mạch gói
quang.

Hình II-3: Chuyển mạch gói quang.

Các gói trong mạng quang có thể có chiều dài cố định như tế bào trong hệ
thống ATM hoặc thay đổi như các gói IP. Do các gói có chiều dài thay đổi có thể
chèn thêm một phần thông tin điều khiển vào mạng và do vậy nó trở nên hiệu
quả hơn. Tuy nhiên độ dài của các gói này cũng khơng thể q lớn hoặc quá nhỏ
so với dung lượng của hướng làm trễ. Các gói lớn thơng thường sẽ được phân
mảnh rồi truyền đi và việc lựa chọn độ dài của gói phụ thuộc chủ yếu vào các
ứng dụng cụ thể và các đặc tuyến của lưu lượng.
Có hai mơ hình gói là datagram và mạch ảo (VC) thường được sử dụng
trong chuyển mạch gói quang. Đối với việc truyền dùng gói datagram, phần mào
đầu của các gói sẽ được kiểm tra tại các nút trung gian và sẽ khơng có offsettime do tải tin và phần mào đầu được truyền đi đồng thời. Mơ hình datagram này
thường được sử dụng cho IP. Đối với việc truyền đi sử dụng VC, các VC sẽ được
thiết lập trước khi các gói sẽ được gửi đi. Thut ng o ny c s dng

Đỗ Lê Linh - CH §T 2006-2008

11


Luận Văn Thạc Sỹ

IP over WDM

ch vic khụng cú bng thông được dành trước. VC là một thực thể trong bảng
chuyển mạch. Thực thể này sẽ kết hợp thông số xác định mạch ảo ở hướng tới để
chuyển tới cổng ra. Bằng cách này nó sẽ phân tách việc định tuyến và việc phát
chuyển. VC đã được thiết lập sẽ được sử dụng trong q trình phát chuyển gói
tin.
II.1.3. Ba mơ hình mạng cho IP/WDM.

Khi IP đã trở thành một lớp hội tụ duy nhất trong mạng máy tính và mạng

truyền thông, việc truyền tải một cách thuận tiện lưu lượng IP trong mạng WDM
là một nhiệm vụ quan trọng. Chúng ta sẽ lần lượt xét tới ba mơ hình mạng IP
trên WDM.
II.1.3.1.

IP over WDM điểm – điểm.

Với mơ hình này, mơ hình kết nối quang WDM điểm-điểm được sử dụng
để truyền tải các dịch vụ cho lưu lượng IP. Thiết bị WDM như OADM bản thân
khơng hình thành nên một mạng. Thay vào đó, chúng cung cấp kênh truyền vật
lý giữa hai IP router. SDH có thể được sử dụng cho việc truyền khung trên các
kênh ghép bước sóng. Các gói IP có thể được đóng gói trong các khung của SDH
sử dụng lược đồ gói trên nền SDH. Nhiều nhà cung cấp IP Router và thiết bị
WDM đã có những sản phẩm thương mại có khả năng hỗ trợ IP trên nền WDM
điểm – điểm. Các hệ thống WDM điểm-điểm được xem xét triển khai rộng rãi
cho các mạng kết nối khoảng cách lớn. Hệ thống IP trên nền WDM điểm – điểm
yêu cầu các router kết nối trực tiếp với nhau thông qua các sợi quang đa bước
sóng. Hình II-4 thể hiện một ví dụ mà các router lân cận của một router cho
trước có giao diện cố định.
Với kiến trúc này, cấu trúc mạng là cố định và các cấu hình mạng là tĩnh.
Hệ thống quản lý cho các mơ hình kiểu này thơng thường được tổ chức tập trung
với sự tương tác tối thiểu giữa lp IP v WDM.

Đỗ Lê Linh - CH ĐT 2006-2008

12