Công nghệ mạng truyền dẫn thế hệ mới IPWDM.pdf

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học bách khoa hà nội
--------------------------------------------


luận văn thạc sĩ khoa học


công nghệ mạng truyền dẫn thế hệ mới
IP/WDM

ngành: xử lý thông tin và truyền thông
M số:


tiêu xuân hùng




Ngời hớng dẫn khoa học: PGS -TS. Đặng văn chuyết






hà nội 2006

Lời cam đoan

Em xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của chính bản
thân. Các nghiên cứu trong luận văn này dựa trên những tổng hợp lý thuyết
và hiểu biết thực tế của em, không sao chép.

Tác giả luận văn

Tiêu Xuân Hùng
- -

I
Mục lục

Mục lục ..............................................................................................................................I
Thuật ngữ viết tắt ....................................................................................................IV
danh mục các hình vẽ ..........................................................................................VIII
mở đầu ...............................................................................................................................1
Chơng 1: giới thiệu về mạng truyền dẫn thế hệ mới hiện nay và
xu hớng phát triển .................................................................................................2
1.1 Giới thiệu chung .......................................................................................... 2

1.2 Cấu trúc mạng thế thệ mới hiện nay ........................................................... 2

1.3. Lớp truyền dẫn và truy nhập hiện nay ....................................................... 3

1.3.1 Phần truyền dẫn:................................................................................. 3

1.3.2. Phần truy nhập: ................................................................................. 4

1.4 Các công nghệ sử dụng cho mạng thế hệ mới hiện nay. ............................. 5

1.4.1. Công nghệ IP...................................................................................... 5

1.4.2. Công nghệ ATM ................................................................................. 7

1.4.3. Công nghệ IP / ATM .......................................................................... 8

1.4.4. MPLS................................................................................................ 10

1.4.5 Ghép kênh phân chia theo bớc sóng WDM và DWDM................... 11

1.5 Xu hớng tích hợp IP/quang trong mạng NGN. ........................................ 12

Chơng 2: Mạng IP/WDM............................................................................................14
2.1 Giới thiệu mạng IP/WDM.......................................................................... 14

2.1.1 Giới thiệu mạng quang WDM ........................................................... 14

2.1.2 Mạng IP/WDM.................................................................................. 16

2.2 Các kiến trúc mạng IP/WDM................................................................... 18

2.2.1 Các kiểu kiến trúc mạng.................................................................... 18

2.2.1.1 Mạng IP/ WDM Điểm-Điểm.................................................... 19

2.2.1.2 Mạng IP/WDM có khả năng cấu hình lại................................ 19

2.2.1.3 Mạng IP/WDM có khả năng chuyển mạch ............................... 20

- -

II
2.2.2 Các mô hình liên kết mạng IP/WDM ................................................24

2.2.2.1 IP/ WDM có thể cấu hình. ....................................................... 24

2.2.2.2 IP/WDM có khả năng chuyển mạch ......................................... 28

2-3 Kết luận..................................................................................................... 32

Chơng 3: Điều khiển mạng trong mạng IP /WDM.......................................34
3.1 Địa chỉ mạng IP/WDM.............................................................................. 36

3.2 Nhận biết topo mạng................................................................................. 39

3.3 Định tuyến IP/WDM.................................................................................. 41

3.3.1 Xây dựng và duy trì cơ sở thông tin định tuyến OSPF ...................... 41

3.3.2 Tính toán đờng đi và những ràng buộc chuyển mạch WDM. ........ 43

3.3.3 Hoạt động định tuyến........................................................................ 46

3.4 Báo hiệu trong mạng IP/WDM.................................................................. 48

3.4.1 Khái niệm RSVP ................................................................................ 48

3.4.2 RSVP trong mạng quang ................................................................... 51

3.4.3 Kiến trúc triển khai RSVP ................................................................. 52

3.4.4 Bản tin RSVP trong mạng quang....................................................... 53

3.4.5 Cơ chế phát nhãn lai cho mạng quang (Hybrid Label) .................... 57

3.5 GMPLS (Generalized-Multiprotocol Label Switching)........................... 60

3.6 Phục hồi IP/WDM..................................................................................... 62

3.6.1 Trờng hợp có dự phòng:.................................................................. 67

3.6.2 Trờng hợp phục hồi:........................................................................ 69

3.7 Điều khiển mạng liên miền: ...................................................................... 71

3.7.1 Độ khả dụng và khả năng đến đích của mạng IP/WDM................... 73

3.7.2 Trao đổi thông tin định tuyến liên miền: .......................................... 76

3.8. Kết luận về điều khiển trong mạng IP/WDM........................................... 81

Chơng 4:Kỹ thuật điều khiển lu lợng trong mạng IP/WDM .........82
4.1 Phơng pháp và mô hình........................................................................... 82

- -

III

4-2 Điều khiển lu lợng mạng IP/WDM theo mô hình chồng lấn................. 83

4-3 Điều khiển lu lợng mạng IP/WDM tích hợp ........................................ 86

4.3.1 Kỹ thuật điều khiển lu lợng- định tuyến tích hợp.......................... 87

4.3.2 Khái niệm liên kết ảo ........................................................................ 88

4.3.3 Thuật toán định tuyến tích hợp:........................................................ 89

Chơng 5: phát triển mạng truyền dẫn thế hệ mới tại Việt Nam .92
5.1. Các công nghệ đang đợc sử dụng cho mạng truyền dẫn thế hệ mới tại
Việt Nam.......................................................................................................... 92

5.1.1 Mạng IP/ATM/SDH/WDM:............................................................... 92

5.1.2 Mạng IP/POS (Packet over Sonet)/WDM :....................................... 93

5.1.3 Mạng IP/WDM điểm-điểm:............................................................... 94

5.1.4 Triển khai mạng NGN của VNPT..................................................... 94

5.2 Khả năng ứng dụng lý thuyết IP/WDM vào mạng viễn thông................... 95

5.3 Đề xuất ứng dụng mạng IP/WDM cho mạng thế hệ mới của VNPT trong
tơng lai........................................................................................................... 99

5.4 Kết luận về triển khai mạng truyền dẫn thế hệ mới ............................... 100

Kết luận........................................................................................................................102

tài liệu tham khảo .................................................................................................103
Tóm tắt luận văn ....................................................................................................104
- -

IV
ThuËt ng÷ viÕt t¾t

ADM
ADSL
API
APS
ARP
AS
ATM
BASE
BE
BER
BGMP
BGP
CDMA
CLI
DCC
DCN
DEMUX
Diffserv
DLC
DLCI
DM
DNS
DSL

DWDM
EBGP
EGP
Add/Drop Multiplexer
Asymmetrical Digital Subcriber Line
Application Programme Interface
Automatic Protection Switching
Address Resolution Protocol
Autonomous System
Asynchronous Transfer Mode
Baseband
Best Effort
Bit Error Rate
Border Gateway Multicast Protocol
Border Gateway Protocol
Code Division Multiple Access
Command Line Interface
Data Communication Chanel
Data Communication Network
Demultiplexer
Differentiated Service
Digital Loop Carrier
Datalink Connection Identifier
Domain Manager
Domain Name System
Digital Sucriber Line
Dense Wavelength Divison Mutiplexing
Exterior Border Gateway Protocol
Exterior Gateway Protocol
- -

V
EMS
FDM
FEC
FIFO
FTP
GbE
GMPLS
HDLC
HTML
HTTP
IAB
IBGP
ICMP
ID
IDMR
IDRP
IETF
IGMP
IGP
Intserv
IPng
IpSec
IPv4
ISDN
IS-IS

ISP
LAN

Element Management System
Frequency Divison Multiplexing
Forward Error Correction
Firt In Firt Out
File Tranfer Protocol
Gigabit Ethernet
Generalised Multiprotocol Label Switching
High Level Data Link Control
Hypertext Marup Langugage
Hypertext Tranfer Protocol
Internet Architecture Board
Interior Border Gateway Protocol
Interior Control Message Protocol
Identifier
Interdomain Multicast Routing
Interdomain Routing Protocol
Internet Engineering Management Protocol
Internet Group Management Protocol
Interior Gateway Protocol
Intergrated Service
IP Next Generation
IP Security
Internet Protocol Vesion 4
Intergrated Service Digital Network
Intermediate System to Intermediate System routing
protocol
InternetService Provider
Local Area Network
- -

VI
LBS
LDP
LIB
LMP
LSA
LSP
LSR
LSU
LTE
MAC
MIB
MPλS
MPLS
NE
NGN
NMS
NNI
OADM
OAM
OBS
OLS
OLSR
OPR
OSPF
OXC
PON
POS
PPP
Label-Based Switching

Label Distribution Protocol
Label Information Base
Link Management Protocol
Link State Advertisement
Label Switched Path
Label Switched Router
Link State Update
Link Terminating Equipment
Media Access Control
Management Information Base
Multiprotocol Lambda Switching
Multiprotocol Label Switching
Network Element
Next Generation Network
Network Management System
Network to Network Interface
Optical Add/Drop Multiplexer
Operations and Maintenance
Optical Burst Switching
Optical Label Switching
Optical Label Switching Router
Optical Packet Router
Open Short Path First
Optical Cross Connect
Passive Optical Network
Packet Over Sonet
Point to Point Protocol
- -

VII

QoS
RIP
RSpec
RSVP
RTP
SDH
SMTP
SNMP
SPF
SRLG
SS7
TE
TNM
TTL
UDP
UNI
VPN
WADM
WAMP
WAN
WDM

Quality of Service
Routing Information Protocol
Resource Specification
Resource Revervation Protocol
Real time Transport Protocol
Synchronous Digital Hierarchy
Simple Mail Tranfer Protocol
Simple Network Management Protocol

Short Path First
Shared Risk Link Group
Signaling System No 7
Traffic Engineering
Telecommunication Management Network
Time to Live
User Datagram Protocol
User Network Interface
Vitural Private Network
Wavelength Add/Drop Multiplexer
Wavelength Amplifier
Wide Area Network
Wavelength Division Multiplexing





- -

VIII
danh mục các hình vẽ

Hình 1-1: Xu hớng tích hợp các lớp giao thức IP/quang............................... 12

Hình 2-1: Tiến trình phát triển mạng WDM................................................... 16

Hình 2-2: Truyền dẫn gói tin trên các bớc sóng ........................................... 17

Hình 2-3: Chuyển mạch chùm quang.............................................................. 21

Hình 2-4: Chuyển mạch gói quang ................................................................. 22

Hình 2-5: IP qua mạng chuyển mạch WDM................................................... 23

Hình 2-6: Mô hình điều khiển NMS chồng lấn............................................... 25

Hình 2-7: Mô hình điều khiển gia tăng........................................................... 26

Hình 2-8: Mô hình điều khiển ngang hàng ..................................................... 27

Hình 2-9: Mạng IP over OLSR........................................................................ 29

Hình 2-10: Mạng IP over OPR ....................................................................... 32

Hình 3-1:Điều khiển lu lợng và điển khiển mạng IP/WDM........................ 34

Hình 3-2: Cơ chế flooding OSPF.................................................................... 42

Hình 3-3: Vòng lặp định tuyến........................................................................46

Hình 3-4: RSVP cho mạng quang WDM......................................................... 51

Hình 3-5: Kiến trúc phần mềm RSVP ............................................................. 52

Hình 3-6: Định dạng bản tin PATH đối tợng yêu cầu nhãn ......................... 54

Hình 3-7: Định dạng bản tin PATH đối tợng yêu cầu nhãn cho thiết lập
đờng đi và cấp phát bớc sóng nội bộ........................................................... 54

Hình 3-8: Định dạng bản tin RESV đối tợng nhãn........................................ 57

Hình 3-9: Phục hồi mạng IP/ WDM ............................................................... 63

Hình 3-10: Dự phòng lightpath và dự phòng liên kết ..................................... 68

Hình 3-11: Phục hồi mạng và phục hồi phân đoạn con ................................. 70

Hình 3-12: Điều khiển liên miền IP/WDM ..................................................... 71

Hình 4-1 Mô hình mạng chồng lấn ................................................................. 84

- -

IX
Hình 4-2: Ví dụ về định tuyến IP không lựa chọn link cung cấp bởi mạng
WDM ............................................................................................................... 85

Hình 4-3:Mô hình ngang hàng- Điều khiển lu lợng tích hợp...................... 86

Hình 4-4: Cấu trúc node định tuyến tích hợp ................................................ 87

Hình 4-5: Ví dụ mạng với các liên kết ảo........................................................ 89

Hình 5-1: Mạng IP/POS (Packet over Sonet)/WDM....................................... 93

Hình 5.2 - Mô hình mạng NGN của VNPT .................................................... 95

Hình 5-3: Đề xuất ứng dụng mạng IP/WDM cho mạng thế hệ mới của VNPT
......................................................................................................................... 99

Hình 5-4: Tiến trình phát triển mạng IP/WDM ............................................ 101

Hình 5-5: Tiến trình phát triển mạng IP/WDM của Siemens ....................... 101


- -

1
mở đầu
Hiện nay mạng viễn thông đang từng bớc thực hiện chuyển dịch từ
mạng viễn thông hiện có sang mạng thế hệ mới. Các công nghệ truyền dẫn
thế hệ mới đợc đa vào sử dụng nh :
Mạng SDH thế hệ sau sử dụng WDM cho phép phân phát dữ liệu ở tốc
độ cao và băng thông rộng đối với mạng Ethernet, cho phép truyền lu lợng
IP trực tiếp trên mạng SDH.
Công nghệ IP làm nền cho thế hệ sau trong đó công nghệ ghép kênh
bớc sóng quang WDM chiếm lĩnh ở lớp vật lý; IP/MPLS làm nền cho lớp 3,
truyền dẫn trên mạng lõi dựa vào kỹ thuật gói cho tất cả các dịch vụ với chất
lợng dịch vụ QoS tùy yêu cầu cho từng loại dịch vụ. ATM hay IP/MPLS
hiện tại đợc sử dụng làm nền cho truyền dẫn trên mạng lõi để đảm bảo QoS.
Trong tơng lai do sự bùng nổ lu lợng IP dẫn đến cơ sở hạ tầng mạng
nên đợc tối u cho IP. Bên dới lớp IP, sợi quang sử dụng kỹ thuật WDM là
kỹ thuật truyễn dẫn hữu tuyến có nhiều hứa hẹn nhất, cung cấp một dung
lợng mạng khổng lồ đòi hỏi để tồn tại trong sự phát triển liên tục mạng viễn
thông. Chính vì lý do trên hiện nay công nghệ IP/WDM là xu hớng cho mạng
truyền dẫn thế hệ mới, trong thời gian không xa sẽ đợc chuẩn hoá và đa vào
sử dụng.
Dựa trên những hiểu biết về công nghệ mạng IP và công nghệ truyền
dẫn quang và các nghiên cứu về công nghệ mạng IP/WDM trong phạm vi luận

văn em đa ra những nghiên cứu lý thuyết, khả năng ứng dụng của Công
nghệ mạng truyền dẫn thế hệ mới IP/WDM bao gồm: Cấu trúc mạng, mô
hình liên kết, điều khiển mạng và điều khiển lu lợng trong mạng IP/WDM.
Do hiểu biết, thời gian nghiên cứu hạn chế rất mong các thầy, cô và
các đồng nghiệp giúp đỡ, đóng góp ý kiến để luận văn của em đợc hoàn thiện
hơn.
Luận văn cao học - 2 - Tiêu Xuân Hùng
_______________________________________________________________

Chơng 1: giới thiệu về mạng truyền dẫn thế hệ mới
hiện nay và xu hớng phát triển

1.1 Giới thiệu chung
Chúng ta nhận thấy mạng viễn thông hiện tại gồm nhiều mạng riêng lẻ
kết hợp lại với nhau thành một mạng hỗn tạp, chỉ đợc xây dựng ở cấp quốc
gia, nhằm đáp ứng đợc nhiều loại dịch vụ khác nhau. Xét đến mạng Internet,
đó là một mạng đơn lớn, có tính chất toàn cầu, thờng đợc đề cập theo một
loạt các giao thức truyền dẫn hơn là theo một kiến trúc đặc trng. Internet hiện
tại không hỗ trợ QoS cũng nh các dịch vụ có tính thời gian thực (nh thoại
truyền thống). Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ mới (NGN) cần tuân theo
các chỉ tiêu:
NGN phải có khả năng hỗ trợ cả cho các dịch vụ của mạng Internet và
của mạng hiện hành.
Một kiến trúc NGN khả thi phải hỗ trợ dịch vụ qua nhiều nhà cung cấp
khác nhau. Mỗi nhà cung cấp mạng hay dịch vụ là một thực thể riêng lẻ với
mục tiêu kinh doanh và cung cấp dịch vụ khác nhau, và có thể sử dụng những
kỹ thuật và giao thức khác nhau. Một vài dịch vụ có thể chỉ do một nhà cung
cấp dịch vụ đa ra, nhng tất cả các dịch vụ đều phải đợc truyền qua mạng
một cách thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối.
Mạng thế hệ mới phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối (hay còn gọi là cuộc

gọi), thiết lập đờng truyền trong suốt thời gian chuyển giao, cả cho hữu tuyến
cũng nh vô tuyến.
Vì vậy, mạng NGN sẽ tiến hóa lên từ mạng truyền dẫn hiện tại (phát
triển thêm chuyển mạch gói) và từ mạng Internet công cộng (hỗ trợ thêm chất
lợng dịch vụ QoS).
1.2 Cấu trúc mạng thế thệ mới hiện nay

Luận văn cao học - 3 - Tiêu Xuân Hùng
_______________________________________________________________

Để thực hiện việc chuyển dịch một cách thuận lợi từ mạng viễn thông
hiện có sang mạng thế hệ mới, việc chuyển dịch phải phân ra làm ba mức ở
hai lớp: kết nối và chuyển mạch. Trớc hết là chuyển dịch ở lớp truy nhập và
truyền dẫn. Hai lớp này bao gồm lớp vật lý, lớp 2 và lớp 3, chọn công nghệ IP
làm nền cho mạng thế hệ mới. Trong đó:
Công nghệ ghép kênh bớc sóng quang DWDM sẽ chiếm lĩnh ở lớp vật
lý IP/MPLS làm nền cho lớp 3
Cấu trúc mạng NGN bao gồm các lớp chức năng sau:
Lớp nết nối (Access + Transport/ Core)
Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media)
Lớp điều khiển (Control)
Lớp quản lý (Management)
Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay đang rất phức tạp với nhiều
loại giao thức, khả năng tơng thích giữa các thiết bị của hãng là vấn đề đang
đợc các nhà khai thác quan tâm.
Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu.
Nó phân chia các khối vững chắc của tổng đài hiện nay thành các lớp mạng
riêng lẻ, các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn.
Trong phạm vi luận văn này chúng ta đi sâu nghiên cứu lớp truyền dẫn
và truy nhập trong mạng thế hệ mới.

1.3. Lớp truyền dẫn và truy nhập hiện nay
1.3.1 Phần truyền dẫn:
Trong lớp vật lý truyền dẫn quang với kỹ thuật ghép kênh bớc sóng
quang DWDM đợc sử dụng.
Trong lớp 2 và lớp 3 truyền dẫn trên mạng lõi (Core Network) dựa vào
kỹ thuật gói cho tất cả các dịch vụ với chất lợng dịch vụ QoS tùy yêu cầu cho
từng loại dịch vụ. ATM hay IP/MPLS hiện tại đợc sử dụng làm nền cho
Luận văn cao học - 4 - Tiêu Xuân Hùng
_______________________________________________________________

truyền dẫn trên mạng lõi để đảm bảo QoS. Mạng lõi có thể thuộc mạng MAN
hay mạng đờng trục.
Thành phần của mạng bao gồm các nút chuyển mạch/ Router (IP/ATM
hay IP/MPLS), các chuyển mạch kênh của mạng PSTN, các khối chuyển mạch
ở mạng đờng trục, kỹ thuật truyền tải chính là IP hay IP/ATM.
Chức năng của lớp truyền tải trong cấu trúc mạng NGN bao gồm cả
chức năng truyền dẫn và chức năng chuyển mạch.
Lớp truyền dẫn có khả năng hỗ trợ các mức QoS khác nhau cho cùng
một dịch vụ và cho các dịch vụ khác nhau. Nó có khả năng lu trữ lại các sự
kiện xảy ra trên mạng (kích thớc gói, tốc độ gói, độ trì hoãn, tỷ lệ mất gói và
Jitter cho phép, đối với mạng chuyển mạch gói; băng thông, độ trì hoãn đối
với mạng chuyển mạch kênh TDM). Lớp ứng dụng sẽ đa ra các yêu cầu về
năng lực truyền tải và nó sẽ thực hiện các yêu cầu đó.
1.3.2. Phần truy nhập:
Trong lớp vật lý gồm các loại cáp hữu tuyến nh cáp đồng sử dụng
xDSL hiện đang sử dụng. Tuy nhiên trong tơng lai truyền dẫn quang
DWDM, PON (Passive Optical Network) sẽ dần dần chiếm u thế và thị
trờng xDSL, modem cáp dần dần thu hẹp lại. Truy nhập vô tuyến bao gồm
thông tin di động - công nghệ GSM hoặc CDMA, truy nhập vô tuyến cố định,
vệ tinh.

Trong lớp 2 và lớp 3: Công nghệ IP sẽ làm nền cho mạng truy nhập.
Thành phần của mạng truy nhập gồm các thiết bị truy nhập đóng vai trò
giao diện để kết nối các thiết bị đầu cuối vào mạng qua hệ thống mạng ngoại
vi cáp đồng, cáp quang hoặc vô tuyến. Các thiết bị truy nhập tích hợp
IAD.Thuê bao có thể sử dụng mọi kỹ thuật truy nhập (tơng tự, số, TDM,
ATM, IP,) để truy nhập vào mạng dịch vụ NGN.
Chức năng lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối
và mạng đờng trục ( thuộc lớp truyền dẫn) qua cổng giao tiếp MGW thích
Luận văn cao học - 5 - Tiêu Xuân Hùng
_______________________________________________________________

hợp. Mạng NGN kết nối với hầu hết các thiết bị đầu cuối chuẩn và không
chuẩn nh các thiết bị truy xuất đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính PC, tổng
đài nội bộ PBX, điện thoại POTS, điện thoại số ISDN, di động vô tuyến, di
động vệ tinh, vô tuyến cố định, VoDSL, VoIP
1.4 Các công nghệ sử dụng cho mạng thế hệ mới hiện nay.
Ngày nay, yêu cầu ngày càng tăng về số lợng và chất lợng dịch vụ đã
thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của thị trờng công nghệ điện tử - tin học -
viễn thông. Sự phát triển công nghệ đã và đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn
nhau nhằm cho phép mạng lới thỏa mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng
trong tơng lai. Theo ITU, có hai xu hớng tổ chức mạng chính:
- Hoạt động kết nối định hớng (CO - Connection Oriented Operation).
- Hoạt động không kết nối (CL - Connectionless Operation).
Trong hoạt động kết nối định hớng, các cuộc gọi đợc thực hiện với
trình tự: gọi số - xác lập kết nối - gửi và nhận thông tin - kết thúc. Trong kiểu
kết nối này, công nghệ ATM phát triển cho phép đẩy mạnh các dịch vụ băng
rộng và nâng cao chất lợng dịch vụ. Hoạt động không kết nối dựa trên giao
thức IP nh việc truy cập Internet không yêu cầu việc xác lập trớc các kết
nối, vì vậy chất lợng dịch vụ có thể không hoàn toàn đảm bảo nh trờng hợp
trên. Tuy nhiên do tính đơn giản, tiện lợi với chi phí thấp, các dịch vụ thông

tin theo phơng thức CL phát triển rất mạnh mẽ theo xu hớng nâng cao chất
lợng dịch vụ và tiến tới cạnh tranh với các dịch vụ thông tin theo phơng
thức CO. Tuy vậy, hai phơng thức phát triển này dần tiệm cận và hội tụ dẫn
đến sự ra đời công nghệ ATM/IP. Sự phát triển mạnh mẽ của các dịch vụ và
các công nghệ mới tác động trực tiếp đến sự phát triển cấu trúc mạng.
1.4.1. Công nghệ IP
Sự phát triển đột biến của IP, sự tăng trởng theo cấp số nhân của thuê
bao Internet đã là một thực tế không còn ai có thể phủ nhận. Hiện nay lợng
dịch vụ lớn nhất trên các mạng đờng trục trên thực tế đều là từ IP. Trong
Luận văn cao học - 6 - Tiêu Xuân Hùng
_______________________________________________________________

công tác tiêu chuẩn hóa các loại kỹ thuật, việc bảo đảm tốt hơn cho IP đã trở
thành trọng điểm của công tác nghiên cứu.
IP là giao thức chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp gói tin thực hiện
theo cơ chế phi kết nối. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ
cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gói tin IP
gồm địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy
đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tới đích.
Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đờng đi tới các nút trong
mạng. Do vậy, cơ cấu định tuyến phải đợc cập nhật các thông tin về topo
mạng, thông tin về nguyên tắc chuyển tin (nh trong BGP) và nó phải có khả
năng hoạt động trong môi trờng mạng gồm nhiều nút. Kết quản tính toán của
cơ cấu định tuyến đợc lu trong các bảng chuyển tin (forwarding table) chứa
thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới hớng đích.
Dựa trên các bản chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói IP
hớng tới đích. Phơng thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một.
ở cách này, mỗi nút mạng tính toán mạng chuyển tin một cách độc lập.
Phơng thức này, do vậy, yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất
cả các nút phải nhất quán với nhau. Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn

đến việc chuyển gói tin sai hớng, điều này đồng nghĩa với việc mất gói tin.
Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng. Ví dụ,
với phơng thức này, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ đi qua cùng
một nút thì chúng sẽ đợc truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích. Điều này
khiến cho mạng không thể thực hiện một số chức năng khác nh định tuyến
theo đích, theo dịch vụ.
Tuy nhiên, bên cạnh đó, phơng thức định tuyến và chuyển tin này
nâng cao độ tin cậy cũng nh khả năng mở rộng của mạng. Giao thức định
tuyến động cho phép mạng phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi
router biết đợc sự thay đổi về topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về
Luận văn cao học - 7 - Tiêu Xuân Hùng
_______________________________________________________________

trạng thái kết nối. Với các phơng thức nh CDIR (Classless Inter Domain
Routing), kích thớc của bản tin đợc duy trì ở mức chấp nhận đợc, và do
việc tính toán định tuyến đều do các nút tự thực hiện, mạng có thể mở rộng
mà không cần bất cứ thay đổi nào.
Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng
mở rộng cao. Tuy nhiên, việc điều khiển lu lợng rất khó thực hiện do
phơng thức định tuyến theo từng chặng. Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ chất
lợng dịch vụ.
1.4.2. Công nghệ ATM
Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phơng pháp chuyển mạch gói,
thông tin đợc nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, ngắn; trong đó vị trí
của gói không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ của
kênh cho trớc. Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ
và dịch vụ khác nhau. ATM có hai đặc điểm quan trọng:
Thứ nhất ATM sử dụng các gói có kích thớc nhỏ và cố định gọi là các
tế bào ATM, các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và
biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều

kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao đợc dễ dàng hơn.
Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đờng ảo
nhằm giúp cho việc định tuyến đợc dễ dàng.
ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm. Nó là công nghệ chuyển
mạch hớng kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải đợc thiết lập
trớc khi thông tin đợc gửi đi. ATM yêu cầu kết nối phải đợc thiết lập bằng
nhân công hoặc thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu. Mặt khác,
ATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian. Tuyến kết nối xuyên
suốt đợc xác định tr
ớc khi trao đổi dữ liệu và đợc giữ cố định trong suốt
thời gian kết nối. Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng đài ATM trung
gian cung cấp cho kết nối một nhãn. Việc này thực hiện hai điều: dành cho kết
Luận văn cao học - 8 - Tiêu Xuân Hùng
_______________________________________________________________

nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổng đài. Bảng
chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đang
hoạt động đi qua tổng đài. Điều này khác với thông tin về toàn mạng chứa
trong bảng chuyển tin của router dùng IP.
Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tơng tự nh việc
chuyển gói tin qua Router. Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì
nhãn gắn trên cell có kích thớc cố định (nhỏ hơn của IP), kích thớc bảng
chuyển tin nhỏ hơn nhiều so với của IP router, và việc này đợc thực hện trên
các thiết bị phần cứng chuyên dụng. Do vậy, thông lợng của tổng đài ATM
thờng lớn hơn thông lợng của IP Router truyền thống.
1.4.3. Công nghệ IP / ATM
Hiện nay, trong xây dựng mạng IP có các kỹ thuật nh IP / SDH/
SONET, IP/WDM và IP / Fiber. Còn kỹ thuật ATM do có các tính năng nh
tốc độ cao, chất lợng dịch vụ (QoS), điều khiển lu lợng mà các mạng
lới dùng bộ định tuyến truyền thống cha có, nên đã đợc sử dụng rộng rãi

trên mạng đờng trục IP. MPLS chính là sự cải tiến của IP / ATM kinh điển,
cho nên ở đây chúng ta cần nhìn lại một chút về hiện trạng của kỹ thuật IP /
ATM.
IP / ATM truyền thống là một loại kỹ thuật kiểu xếp chồng, nó xếp IP
(kỹ thuật lớp 3) lên ATM (kỹ thuật lớp 2); giao thức của hai tầng hoàn toàn
độc lập với nhau; giữa chúng phải nhờ một loạt giao thức (nh NHRP,
ARP,) nữa mới đảm bảo nối thông. Điều đó hiện nay trên thực tế đã đợc
ứng dụng rộng rãi. Nhng trong tình trạng mạng lới đợc mở rộng nhanh
chóng, cách xếp chồng đó cũng gây ra nhiều vần đề cần xem xét lại.
Trớc hết, vấn đề nổi bật nhất là trong phơng thức chồng xếp, phải
thiết lập các liên kết PVC tại N điểm nút, tức là cần thiết lập mạng liên kết.
Nh thế có thể sẽ gây nên vấn đề bình phơng N, rất phiền phức, tức là khi
thiết lập, bảo dỡng, gỡ bỏ sự liên kết giữa các điểm nút, số việc phải làm
Luận văn cao học - 9 - Tiêu Xuân Hùng
_______________________________________________________________

(nh số VC, lợng tin điều khiển) đều có cấp số nhân bình phơng của N
điểm nút. Khi mà mạng lới ngày càng rộng lớn, chi phối kiểu đó sẽ làm cho
mạng lới quá tải.
Thứ hai là, phơng thức xếp chồng sẽ phân cắt cả mạng lới IP / ATM
ra làm nhiều mạng logic nhỏ (LIS), các LIS trên thực tế đều là ở trong một
mạng vật lý. Giữa các LIS dùng bộ định tuyến trung gian để liên kết, điều này
sẽ có ảnh hởng đến việc truyền nhóm gói tin giữa các LIS khác nhau. Mặt
khác, khi lu lợng rất lớn, những bộ định tuyến này sẽ gây hiện tợng nghẽn
cổ chai đối với băng rộng.
Hai điểm nêu trên đều làm cho IP / ATM chỉ có thể dùng thích hợp cho
mạng tơng đối nhỏ, nh mạng xí nghiệp,, nhng không thể đáp ứng đợc
nhu cầu của mạng đờng trục Internet trong tơng lai.Trên thực tế, hai kỹ
thuật này đang tồn tại vấn đề yếu kém về khả năng mở rộng thêm.
Thứ ba là, trong phơng thức chồng xếp, IP / ATM vẫn không có cách

nào đảm bảo QoS thực sự.
Thứ t, vốn khi thiết kế hai loại kỹ thuật IP và ATM đều làm riêng lẻ,
không xét gì đến kỹ thuật kia, điều này làm cho sự nối thông giữa hai bên phải
dựa vào một loạt giao thức phức tạp, cùng với các bộ phục vụ xử lý các giao
thức này. Cách làm nh thế có thể gây ảnh hờng không tốt đối với độ tin cậy
của mạng đờng trục.
Các kỹ thuật MPOA (Multiprotocol over ATM - đa giao thức trên
ATM), LANE (LAN Emulation - Mô phỏng LAN) cũng chính là kết quả
nghiên cứu để giải quyết các vấn đề đó, nhng các giải thuật này đều chỉ giải
quyết đợc một phần các tồn tại, nh
vấn đề QoS chẳng hạn. Phơng thức mà
các kỹ thuật này dùng vẫn là phơng thức chồng xếp, khả năng mở rộng vẫn
không đủ. Hiện nay đã xuất hiện một loại kỹ thuật IP / ATM không dùng
phơng thức xếp chồng, mà dùng phơng thức chuyển mạch nhãn, áp dụng
phơng thức tích hợp. Kỹ thuật này chính là cơ sở của MPLS.
Luận văn cao học - 10 - Tiêu Xuân Hùng
_______________________________________________________________

1.4.4. MPLS
Kỹ thuật ATM từng đợc coi là nền tảng của mạng số đa dịch vụ băng
rộng (B-ISDN) hay là IP đạt thanh công lớn trên thị trờng hiện nay, đều tồn
tại nhợc điểm khó khắc phục đợc. Sự xuất hiện của MPLS - kỹ thuật chuyển
mạch nhãn đa giao thức đã giúp chúng ta có đợc sự chọn lựa cho cấu trúc
mạng thông tin. Phơng pháp này đã dung hợp một cách hữu hiệu năng lực
điều khiển lu lợng của thiết bị chuyển mạch với tính linh hoạt của bộ định
tuyến. MPLS sẽ là phơng án cho mạng đờng trục trong mạng thế hệ mới.
MPLS tách chức năng của IP Router làm hai phần riêng biệt: chức
năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin,
với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các Router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tơng
tự nh ATM. Trong MPLS, nhãn là một số có độ dài cố định và không phụ

thuộc vào lớp mạng. Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của
một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn mới
của nó. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin theo kiểu thông
thờng, và do vậy, cải thiện đợc khả năng của thiết bị. Các Router sử dụng
kỹ thuật này đợc gọi là LSR (Label Switch Router). Phần chức năng điều
khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ
phân phối thông tin giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin
định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch. MPLS có thể
hoạt động đợc với các giao thức định tuyến Internet khác nh OSPF (Open
Shortest Path First) và BGP (Border Bateway Protocol). Do MPLS hỗ trợ việc
điều khiển lu lợng và cho phép thiết lập tuyến cố định, việc đảm bảo chất
lợng dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi. Đây là một điểm vợt trội
của MPLS so với các định tuyến cổ điển.
Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến (Fast Rerouting). Do
MPLS là công nghệ chuyển mạch h
ớng kết nối, khả năng bị ảnh hởng bởi
lỗi đờng truyền thờng cao hơn các công nghệ khác. Trong khi đó, các dịch
Luận văn cao học - 11 - Tiêu Xuân Hùng
_______________________________________________________________

vụ tích hợp mà MPLS phải hỗ trợ lại yêu cầu dung lợng cao. Do vậy, khả
năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng
không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên dới.
Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến cho việc quản lý
mạng đợc dễ dàng hơn. Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng
thông tin, các gói tin thuộc một FEC có thể đợc xác định bởi một giá trị của
nhãn. Do vậy, trong miền MPLS, các thiết bị đo lu lợng mạng có thể dựa
trên nhãn để phân loại các gói tin. Lu lợng đi qua các tuyến chuyển mạch
nhãn (LSP) đợc giám sát một cách dễ dàng dùng RTFM (Real-Time Flow
Measurement). Bằng cách giám sát lu lợng tại các LSR, nghẽn lu lợng sẽ

đợc phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lu lợng có thể đợc xác định nhanh
chóng. Tuy nhiên, giám sát lu lợng theo phơng pháp này không đa ra
đợc toàn bộ thông tin về chất lợng dịch vụ (ví dụ nh trễ từ điểm đầu đến
điểm cuối của miền MPLS).
Tóm lại, MPLS là một công nghệ chuyển mạch IP có khả năng nâng
cao chất lợng dịch vụ của mạng IP truyền thống. Bên cạnh đó, thông lợng
của mạng sẽ đợc cải thiện một cách rõ rệt. Tuy nhiên, độ tin cậy là một vấn
đề thực tiễn có thể khiến việc triển khai MPLS trên mạng Internet bị chậm lại.
1.4.5 Ghép kênh phân chia theo bớc sóng WDM và DWDM
WDM (Ghép kênh phân chia theo bớc sóng )và DWDM (Ghép kênh
theo bớc sóng mật độ cao): Từng bớc sóng đợc đa vào sợi quang và tín
hiệu đợc tách ra ở đầu nhận. Dung lợng tổng là tổng của các tín hiệu đầu
vào, mỗi tín hiệu đầu và độc lập với tín hiệu khác. Mỗi kênh sẽ có một dải tần
đợc dành riêng cho kênh đó, tất cả các tín hiệu đến cùng một thời điểm. Về
cơ bản DWDM chỉ khác WDM về mật độ ghép, DWDM có dung lợng lớn
hơn. DWDM còn có một số tính năng đáng chú ý khác, bao gồm khả năng
khuyếch đại đồng thời tất cả các bớc sóng mà không cần biến đổi tín hiệu
quang thành tín hiệu điện trớc khi khuyếch đại và khả năng mang các loại tín
Luận văn cao học - 12 - Tiêu Xuân Hùng
_______________________________________________________________

hiệu khác nhau ở các tốc độ khác nhau một cách đồng thời và trong suốt trên
sợi quang. DWDM cung cấp băng thông lớn, trở thành nền tảng của mạng
toàn quang cùng với khả năng cung cấp bớc sóng và bảo vệ dựa trên sơ đồ
hình lới. Chuyển mạch tại lớp vật lý sẽ cho phép thực hiện, các giao thức
định tuyến sẽ cho phép các tuyến ánh sáng đi qua mạng giống nh hoạt động
của kênh ảo hiện nay.
Trong các công nghệ trên hiện nay xu hớng tích hợp IP và mạng quang
đang dần đợc triển khai.
1.5 Xu hớng tích hợp IP/quang trong mạng NGN.

Giao thức Internet (IP) đã trở thành giao thức chuẩn phổ biến cho các
dịch vụ mạng mới, do đó lu lợng IP sẽ tăng nhanh và thay thế các loại giao
thức khác. Trong khi IP đợc xem nh công nghệ lớp mạng phổ biến thì công
nghệ quang tiên tiến cho phép khả năng dung lợng truyền dẫn lớn. Với dung
lợng truyền dẫn lớn nhờ DWDM và khả năng cấu hình mềm dẻo của chuyển
mạch quang OXC (optical crossconect) đã cho phép xây dựng mạng quang
động hơn, nhờ đó các nối kết băng tần lớn (luồng quang) có thể đợc thiết lập
theo nhu cầu. Một trong những thách thức quan trọng đó là vấn đề điều khiển
các luồng quang này - tức là phát triển các cơ chế và thuật toán cho phép thiết
lập các luồng quang nhanh và cung cấp khả năng khôi phục khi có sự cố,
trong khi vẫn đảm bảo đợc tính tơng tác giữa các nhà cung cấp thiết bị.

Hình 1-1: Xu hớng tích hợp các lớp giao thức IP/quang
Luận văn cao học - 13 - Tiêu Xuân Hùng
_______________________________________________________________

Nguyên nhân chủ yếu gây nên sự phức tạp trong quản lý chính là sự
phân lớp theo truyền thống của các giao thức mạng. Các mạng truyền thống
có rất nhiều lớp độc lập do đó có nhiều chức năng chồng chéo nhau ở các lớp
và thờng xuyên có sự mâu thuẫn lẫn nhau cũng nh có các chính sách khác
nhau. Vì vậy một trong những giải pháp để giảm chi phí xây dựng và quản lý
mạng một cách triệt để đó là giảm số lớp giao thức. Khi dung lợng và khả
năng kết nối mạng trong cả công nghệ IP và quang tăng lên, thì càng cần thiết
tối u mạng IP và bỏ qua tất cả các công nghệ lớp trung gian để tạo nên mạng
Internet quang hiệu quả và mềm dẻo. Tuy nhiên, các lớp trung gian cũng cung
cấp một số chức năng có giá trị, nh kỹ thuật lu lợng (Traffic Enginnering -
TE) và khôi phục. Những chức năng này cần phải đợc giữ lại trong mạng
IP/WDM bằng cách đa chúng lên lớp IP hoặc xuống lớp quang hoặc tốt nhất
trên một lớp con riêng. Hình 1-1 minh hoạ xu hớng tích hợp các lớp giao
thức IP/quang chính đang nổi lên hiện nay.

Luận văn cao học - 14 - Tiêu Xuân Hùng
_______________________________________________________________

Chơng 2: Mạng IP/WDM

2.1 Giới thiệu mạng IP/WDM
2.1.1 Giới thiệu mạng quang WDM
Thế hệ WDM đầu tiên chỉ cung cấp các liên kết vật lý point to point
mà chỉ hạn chế trong các đờng trục mạng WAN. Các cấu hình mạng WAN
WDM là cấu hình tĩnh hoặc cấu hình nhân công. Bản thân liên kết WDM chỉ
cung cấp các kết nối end-to-end tốc độ tơng đối thấp.Những vấn đề kỹ thuật
của WDM thế hệ đầu bao gồm thiết kế và phát triển các laser và các bộ
khuếch đại WDM, và các giao thức truy nhập môi trờng truyền dẫn và định
tuyến bớc sóng tĩnh. WADM cũng có thể đợc sử dụng trong các mạng
MAN, ví dụ nh sử dụng topology ring. Để liên kết các ring WADM, bộ đấu
chéo DXC (Digital Cross Connect) đợc đa ra để cung cấp các kết nối băng
hẹp và băng rộng. Thông thờng các hệ thống này đợc dùng để quản lý các
đờng trung kế chuyển mạch thoại và các liên kết T1.
WDM thế hệ thứ 2 có khả năng thiết lập liên kết lightpath end-to-end
định hớng trong lớp quang nhờ việc đa ra bộ WSXC. Các lightpath tạo nên
một topology ảo bên trên topology sợi vật lý. Topo ảo có thể đợc cấu hình lại
một cách động để đáp ứng lại những thay đổi lu lợng và/hoặc lập kế hoạch
mạng. Các vấn đề kỹ thuật của WDM thế hệ thứ 2 bao gồm việc đa ra các
thiết bị tách/ghép và đấu chéo bớc sóng, khả năng chuyển đổi bớc sóng tại
các bộ đấu chéo, định tuyến động và phân bổ bớc sóng. Cũng trong thế hệ
thứ 2 này, kiến trúc mạng cũng nhận đợc quan tâm, đặc biệt là về giao diện
để liên kết với các mạng khác. Cả hai thế hệ đầu và thế hệ 2 của mạng WDM
đã đợc sử dụng trong các mạng truyền dẫn đang hoạt động. Chi phí hiệu quả

của chúng trong các mạng đờng dài đã đ
ợc chấp nhận.
Thế hệ thứ 3 của mạng WDM đa ra một mạng chuyển mạch gói
quang, trong đó các tiêu đề hoặc các nhãn quang đợc gắn kèm với dữ liệu,