Các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang

Nội dung khoá luận tốt nghiệp
Từ yêu cầu của đề tài “Các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang” thì luận
văn đã nêu lên được các vấn đề liên quan. Đó là giới thiệu một cách khái quát về yêu
cầu của đề tài, nói lên được tổng quan về công nghê IP. Công nghệ mà đang trở thành
chuẩn phổ biến của nhiều dịch vụ mạng mới. Đã nêu lên công nghệ IP đang sử dụng
hiện nay và xu hướng phát triển công nghệ IP trong tương lai. Luận văn cũng đã nêu
các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang hiện nay. Các cách thức truyền tải dựa
trên các phương pháp đã làm chủ, các giải pháp mới có tính khả thi cho tương lai.
Đưa ra vấn đề không thể thiếu và rất quang trọng là vấn đề vê cách thức điều khiển,
báo hiệu trong truyền tải IP trên mạng quang cũng đã được đề cập.
i
MỤC LỤC
NỘI DUNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ................................................................................................................. I
.................................................................................................................................................................................... I
MỤC LỤC .................................................................................................................................................................. II
CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................................................................................................... VI
Lời mở đầu ........................................................................................................................................ 1
Giao thức Internet (IP) đã trở thành giao thức chuẩn phổ biến cho các dịch vụ mạng mới, do đó
lưu lượng IP không ngừng tăng nhanh và dần thay thế các loại giao thức khác. Hằng năm, lưu
lượng số tăng hơn lưu lượng thoại gấp 2 ÷ 4 lần. Đến năm 2010, lưu lượng số đã đạt đến gấp
hàng chục lần lưu lượng thoại. ........................................................................................................... 1
Một số nhà cung cấp và tổ chức tiêu chuẩn đang đề xuất những giải pháp mới khai thác IP trên
kiến trúc mạng đơn giản, ở đó lớp WDM là nơi cung cấp băng tần truyền dẫn vô cùng lớn. Những
giải pháp này cố gắng giảm tối đa tính năng dư thừa, giảm mào đầu giao thức, đơn giản hoá công
việc quản lý và qua đó truyền tải IP trên lớp WDM (lớp mạng quang) càng hiệu quả càng tốt. Hiện
nay có nhiều kiến trúc mạng đã được nhận diện và triển khai trong thực tế. Tất cả chúng đều liên
quan đến việc đơn giản hoá các ngăn giao thức nhưng trong số chúng chỉ có một số kiến trúc có
nhiều đặc tính hứa hẹn như DoS (Data over SONET/SDH), Gigabit Ethernet (GbE) và Resilient
Packet Ring (RPR) ngoài kiến trúc IP trên ATM/SDH/WDM. ............................................................ 1
Một trong những thách thức lớn nhất ngày nay đối mặt với các nhà sản xuất chuyển mạch quang
đó là phát triển các giao thức báo hiệu cho điều khiển hoạt động và hoạt động liên mạng của lớp

quang mà có lẽ đây cũng là vấn đề cần chuẩn hoá cấp bách nhất hiện nay. Các tổ chức và diễn đàn
quốc tế OIF (Optical Internetworking Forum), IETF và ITU đều đang nỗ lực gấp rút để thiệt lập
nên các phương pháp xác định việc điều khiển và kết nối giữa mạng WDM và IP. ........................... 1
Trong quá trình thực hiện đề tài, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo nhiệt tình của các
thầy cô tại Khoa Điện Tử Viễn Thông- Trường Đại Học Công Nghệ, nhất là thầy giáo PGS.TS
Nguyễn Kim Giao- người đã trực tiếp hướng dẫn em. ........................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IP ..................................................................................................... 2
1.1 Giới thiệu chung .................................................................................................................. 2
1.2 IPv4 ............................................................................................................................................... 2
1.3 Ưu điểm của IPv6 so với IPv4 ....................................................................................................... 4
1.4 Sử dụng IPv4 hay IPv6. ................................................................................................................. 6
1.5 IPv6 cho IP/WDM ......................................................................................................................... 7
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ IP TRÊN MẠNG QUANG ........................................................................................... 8
2.1 Các thế hệ mạng WDM. ................................................................................................................ 8
2.2 Nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang ............................................................ 9
2.2.1 Xu hướng tích hợp WDM ........................................................................................................... 9
Nhu cầu truyền tải IP qua mạng ngày càng tăng. Trong khi IP được xem như là công nghệ lớp
mạng phổ biến thì công nghệ WDM cung cấp khả năng dung lượng truyền dẫn lớn. Hơn nữa, khả
năng cấu hình mềm dẻo của các bộ OXC đã cho phép xây dựng mạng linh hoạt hơn, nhờ đó các
đường quang (lightpath) có thể lập theo nhu cầu. Một trong những thách thức quan trọng đó là vấn
đề điều khiển các lightpath này, tức là phát triển các cơ chế và thuật toán cho phép thiệt lập các
lightpath nhanh và cung cấp khả năng khôi phục khi có sự cố, trong khi vẫn đảm bảo được tính
tương tác giữa các nhà cung cấp thiệt bị. ........................................................................................... 9
ii
Đã có nhiều phương pháp để cung cấp dịch vụ gói IP trên mạng WDM được đề nghị:
IP/ATM/SDH over WDM, IP/SDH over WDM, v.v.v. Tuy nhiên việc quản lý mạng theo các phương
pháp trên gặp không ít khó khăn. Nguyên nhân chủ yếu gây nên sự phức tạp trong quản lý chính là
sự phân lớp theo truyền thống của giao thức mạng. Các mạng truyền thống có rất nhiều lớp độc
lâp, do đó có nhiều chức năng chồng chéo nhau ở các lớp và thường xuyên có sự mâu thuẩn lẫn
nhau. Vì vậy, một trong những giải pháp để giảm chi phí xây dựng và quản lý mạng một cách triệt

để đó là số lớp giao thức. ................................................................................................................... 9
Hơn nữa, khi dung lượng và khả năng kết nối mạng trong cả công nghê IP và WDM tăng lên thì
càng cần thiết tối ưu mạng IP và bỏ qua tất cả các công nghệ lớp trung gian để tạo nên mạng
Internet quang thật sự hiệu quả và mềm dẻo. Tuy nhiên, các lớp trung gian cung cung cấp một số
chức năng có giá trị như lưu lượng (Traffic Engineering) và khôi phục. Những chức năng này cần
được giữ lại trong mạng IP/WDM bằng cách đưa chúng lên lớp IP hoặc xuống lớp quang. .......... 10
Từ đó người ta mới nghĩ đến công nghệ IP over WDM. Đây là một công nghệ mới tuy rằng còn
nhiều vấn đề chưa giải quyết nhưng với lợi ích của nó, thị trường rộng lớn và tương lai sáng sủa,
các tổ chức viễn thông quốc tế đang triển khai công tác nghiên cứu công nghệ này. IP over WDM
cung cấp khả năng truyền dẫn trực tiếp gói số liệu IP trên kênh quang, giảm sự lặp chức năng giữa
các lớp mạng, giảm bộ phận trung tâm dư thừa tại các lớp SDH/SONET, ATM, giảm thao tác thiệt
bị, dẫn đến giảm chi phí bảo dưỡng và quản lý. Do không phải qua lớp SDH và ATM nên gói số
liệu có hiệu suất truyền dẫn cao nhất, đồng nghĩa với chi phí thấp nhất. Ngoài ra còn có thể phối
hợn với đặc tính lưu lượng không đối xứng của IP, tận dụng băng tần nhằm giảm giá thành khai
thác. Từ đó gián tiếp giảm chi phí cho thuê bao. Rõ ràng đây là một kết cấu mạng trực tiếp nhất,
đơn giản nhất, kinh tế nhất, rất thích hợp sử dụng cho các mạng đường trục. ................................ 10
........................................................................................................................................................... 10
Hình 2: Xu hướng tích hợp IP/WDM ................................................................................................ 10
2.2.2 Giới thiệu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang ......................................................... 10
Hiện nay đã có nhiều giải pháp đang được nghiên cứu, phát triển, hoặc là đã được triển khai trên
các mạng của các nhà khai thác trong nhưng năm qua. Xu hướng nghiên cứu tích hợp IP quang
đang diễn ra mạnh mẽ không chỉ ở trong dự án nghiên cứu phát triển của những trung tâm nghiên
cứu khoa học lớn mà nó còn lan rộng trong các phòng thí nghiệm Lab của các trường Đại học.
Theo thống kê của EURESCOM (European Institute for Research and Strategic Studies in
Telecommunication) trong dự án hiện nay trên thế giới có khoảng hơn 13 giải pháp liên quan đến
vấn đề truyền tải IP trên mạng quang. .............................................................................................. 11
Khi đi vào tìm hiểu và nghiên cứu cho thấy 2 xu hướng khả thi, một là khai thác ưu điểm của công
nghệ hiện có trên mạng, thêm tính năng để thích ứng với việc mạng lưu lượng IP với kích thước
gói thay đổi. Xu hướng kia là nghiên cứu ra các giao thức mới phù hợp với đặc tín lưu lượng IP.
Điều này được thể hiện rõ khi ta gắn các giải pháp trên vào mô hình phân lớp mạng. ................... 11

Hình 3: Các mô hình phân lớp mạng ................................................................................................ 11
Trong đó lớp thích ứng ATM (ALL 5) sẽ đóng vai trò cung cấp dịch vụ và chức năng định tuyến lớp
3. ........................................................................................................................................................ 11
2.2.3 Thích ứng IP trên WDM ........................................................................................................... 13
2.2.3.1 IP/ATM/SDH cho truyền dẫn WDM ...................................................................................... 13
........................................................................................................................................................... 14
2.2.3.2 IP/ATM trực tiếp trên WDM ................................................................................................. 15
iii
2.2.3.3 IP/PDH/SDH cho truyền dẫn WDM ...................................................................................... 16
2.2.3.4 Các giao thức hỗ trợ truyền dẫn SONET/SDH trên WDM ................................................... 16
2.2.3.4.1Phương thức đóng khung HDLC (POS) .............................................................................. 16
Hình 6: Định dạng khung HDLC (POS) ............................................................................................................. 18
2.2.3.4.2 MAPOS (Multiple-access protocol overl SONET) ............................................................. 19
2.2.3.4.3 Phương thức đóng khung LAP (Link Accsess Procedure-SDH) ........................................ 20
2.2.3.4.4 Phương thức đóng khung GFP (Generic Framing Procedure-GFP) ................................ 21
2.2.3.4.5 Kết chuỗi ảo (Virtual Concatenation-VCAT) ..................................................................... 23
2.2.3.4.6 LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) ........................................................................ 24
2.2.3.5 IP/Gigabit Ethernet cho WDM .............................................................................................. 25
2.2.3.6 IP/SDL trực tiếp trên WDM .................................................................................................. 27
2.2.4 Nghiên cứu các giao thức mới .................................................................................................. 28
2.2.4.1 RPR/SRP (Resilient Packet Ring/Spacial Reuse Protocol)[1] .............................................. 28
2.2.4.2 DTM (Dynamic Transfer Mode) ............................................................................................ 30
2.2.4.3 Sử dụng MPLS hỗ trợ chức năng định tuyến IP (IP-MPLS)[6] ............................................ 32
2.2.5 Chuyển mạch kênh quang WDM .............................................................................................. 36
2.2.5.1 Kỹ thuật WDM ....................................................................................................................... 36
2.2.5.2 Chuyển mạch kênh quang: Định tuyến bước sóng ................................................................ 36
2.2.6 Chuyển mạch gói quang.[2] ..................................................................................................... 38
2.2.6.1Các kỹ thuật chuyển mạch gói quang. .................................................................................... 39
Vấn đề cần giải quyết trong kỹ thuật đệm quang ................................................................................................ 39
Chuyển mạch chùm quang .................................................................................................................................. 40

Chuyển mạch nhãn quang .................................................................................................................................... 41
2.2.4.2.2 Định tuyến lệch ................................................................................................................... 45
2.2.7 Kết luận ................................................................................................................................... 45
2.3 Phương thức điều khiển trong mạng truyền tải tích hợp IP over WDM ..................................... 46
2.3.1 Quá trình phát triển mặt điều khiển ......................................................................................... 47
2.3.2 G-MPLS[11] ............................................................................................................................. 48
2.3.2.1 Giới thiệu ............................................................................................................................... 48
2.3.2.2 Hoạt động và nền tảng của MPLS ........................................................................................ 49
2.3.2.3 Quá trình phát triển MPLS đến GMPLS ............................................................................... 50
Khác biệt giữa MPLS và GMPLS ............................................................................................................................. 51
2.3.2.4 Bộ giao thức G-MPLS ........................................................................................................... 51
2.3.2.5 Mục tiêu và các chức năng mặt điều khiển GMPLS ............................................................. 53
2.3.2.6 Kiến trúc các thành phần của mặt điều khiển GMPLS ......................................................... 54
2.3.2.6.1 Yêu cầu của mặt điều khiển ............................................................................................... 54
2.3.2.6.2 Mạng thông tin số liệu hỗ trợ mặt điều khiển GMPLS ...................................................... 55
Các yêu cầu mặt điều khiển GMPLS đối với DCN ............................................................................................ 55
Tách riêng mặt điều khiển và mặt truyền tải ..................................................................................................... 56
2.3.2.7 Báo hiệu trong GMPLS ......................................................................................................... 57
2.3.2.7.1 Các chức năng cơ bản ........................................................................................................ 57
Tạo LSP ............................................................................................................................................................... 58
Xoá LSP ............................................................................................................................................................... 58
Thay đổi LSP ....................................................................................................................................................... 59
2.3.2.7.2 Hỗ trợ phục hồi .................................................................................................................. 59
2.3.2.7.3 Hỗ trợ xử lý loại trừ ........................................................................................................... 59
2.3.2.7.4 Phối hợp báo hiệu .............................................................................................................. 60
iv
2.3.2.8 Các lợi ích của G-MPLS ....................................................................................................... 61
2.3.2.9 Các vấn đề còn tồn tại của GMPLS ...................................................................................... 61
2.3.3 Mạng chuyển mạch quang tự động (ASON)[9] ........................................................................ 62
2.3.3.1 Khái niệm .............................................................................................................................. 63

2.3.3.2 Mô hình ASON ....................................................................................................................... 63
Các yêu cầu chung của ASON .................................................................................................................................. 65
2.3.3.3 Các chức năng của ASON ................................................................................................... 66
2.3.3.3.1 Chức năng mạng lõi ASON ................................................................................................ 66
2.3.3.3.2 Chức năng biên của ASON ................................................................................................. 67
Mô hình đường biên mạng .................................................................................................................................. 67
Chức năng liên quan đến dịch vụ lớp khách ...................................................................................................... 68
Chức năng liên quan đến truyền tải quang ở lõi .................................................................................................. 69
Chức năng liên quan đến giao diện vật lý: ......................................................................................................... 70
2.3.3.4 Các mô hình dịch vụ cho kiến trúc ASON ............................................................................. 71
2.3.3.4.1 Mô hình dịch vụ xếp chồng ................................................................................................. 71
2.3.3.4.2 Mô hình dịch vụ đồng cấp .................................................................................................. 72
Kết luận ............................................................................................................................................. 73
v
Chữ viết tắt
AAL ATM Adaptation Layer Lớp thích ứng ATM
ADM Add-Drop Multiplexer Bộ xen rẽ
APS Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động
ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân chia địa chỉ
ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tin không đồng bộ
BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên
CAC Call Admission Control Điều khiển nhận cuộc gọi
CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit không đổi
CIDR Classless Inter-Domain Routing Định tuyến liên vùng không phân lớp
CLP Cell Loss Priority Độ ưu tiên mất tế bào
CoS Class of Services Lớp dịch vụ
CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra độ dư thừa theo chu kỳ
DPT Dynamic Packet Transport Truyền tải gói động
DTM Dynamic Transfer Mode Chế độ truyền tải động
DVMRP Distance Vector Multicast Routing

Protocol
Giao thức định tuyến vecto khoảng cách
DWDM Density Wavelength Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo bước sóng
mật độ cao
DXC Digital Cross-Connect Kết nối chéo kênh
EGP Exterior Gateway Protocol Giao thức cổng ngoài
FCS Frame Check Sequence Chuỗi kiểm tra khung
FDDI Fiber Distributed Data Interface Giao diện số phân bố theo cáp quang
FDL Fibre Delay Line Trễ đường cáp quang
FEC Forward Equivalence Class (in MPLS) Lớp phát chuyển tương ứng
FEC Forward Error Correction (in error
correction)
Sửa lỗi trước
GbE Gigabit Ethernet Ethernet tốc độ Gigabit
HDLC High-level Data Link Control Điều khiển tuyến dữ liệu số mức cao
vi
ID Identity Mã nhận dạng
IEEE Institute of Electrical and Electronic
Engineers
Viện đào tạo các kỹ sư điện và điện tử
IGP Interior Gateway Protocol Giao thức cổng trong
IP Internet Protocol Giao thức Internet
IPng IP next generation IP kế tiếp
IPS Intelligent Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ thông minh
IPv4 IP version 4 Giao thức Internet phiên bản 4
IPv6 IP version 6 (=IPng) Giao thức Internet phiên bản 6
ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số đa truy nhập
ISO International Standards Organisation Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet
ITU International Telecommunication
Union
Hiệp hội viễn thông quốc tế
L2 Layer 2 Lớp 2
L3 Layer 3 Lớp 3
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LAPS LAN Adapter Protocol Support
Program
Hỗ trợ giao thức đáp ứng LAN
LCP Link Control Protocol Giao thức điều khiển đường
LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn
LF Link Failure Sự cố tuyến
LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn
LLC Logical Link Control Điều khiển đường logic
LOF Loss of Frame Mất khung
LOP Loss Of Packet Mất gói
LOS Loss Of Signal Mất tín hiệu
LSP Lable Switched Path Đường chuyển mạch nhãn
LSR Lable Switch Router Định tuyến chuyển mạch nhãn
MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập
vii
MAPOS Multiple Access Protocol Over
SONET
Giao thức đa truy nhập qua SONET
MBGP Multicast Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên quảng bá
MPλS
Multi Protocol Lambda Switching Chyển mạch Lamda đa giao thức
MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức
MPOA Multi Protocol Over ATM Đa giao thức theo ATM

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ mới
OADM Optical Add Drop Multiplexer Bộ ghép xen rẽ quang
OAM Operation, Administration and
Maintenance
Khai thác, Quản trị và Bảo dưỡng
OBS Optical burst switching Chuyển mạch cụm quang
OC Optical Carrier Sóng mang quang
OCH Optical Channel Kênh quang
OCHP Optical Channel Protection Bảo vệ kênh quang
OE Opto-electronic conversion Chuyển đổi quang-điện
ODL Optical Delay Line Trễ đường quang
OEO Optical- Electronical- Optical Quang-Điện-Quang
OEXC Opto-Electric Cross-Connect Kết nối chéo quang-điện
OL Optical Label Nhãn quang
OLA Optical Line Amplifier Bộ khuếch đại đường quang
OLC Optical Label Channel Kênh nhãn quang
OLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quang
OMS Optical Multiplex Section Ghép vùng quang
OMSP Optical Multiplex Section Protection Bảo vệ ghép vùng quang
ON Optical Network Mạng quang
OEO Optical-Electrical-Optical Quang-Điện-Quang
OOO Optical-Optical-Optical Quang-Quang-Quang
OP Optical Packet Gói quang
OPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quang
viii
OS Operating System Hệ thống khai thác
OSC Optical Supervisory Channel Kênh giám sát quang
OSI Open System Interconnection Liên kết nối hệ thống mở
OSPF Open Shortest Path First Thuật toán tìm đường ngắn nhất
OTDM Optical Time Division Multiplexing Ghép quang theo thời gian

OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang
PDH Plesiochronous Digital Hierachy Phân cấp số cận đồng bộ
POL Packet Over Lightwave Chuyển mạch gói qua bước sóng
POS Packet Over SONET/SDH Gói qua SONET/SDH
PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm điểm
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
QoSig quality of signal Chất lượng tín hiệu
RSVP Resource ReSerVation Protocol Giao thức dự trữ tài nguyên
SDH Synchronous Digital Hierarchy Truyền dẫn đồng bộ
SDL Simple Data Link Đường dữ liệu đơn giản
SDLC Synchronous Data Link Control Điều khiển tuyến dữ liệu đồng bộ
SLA Service Level Agreement Sự thỏa thuận mức dịch vụ
SNAP Sub Network Access Point Điểm truy nhập mạng con
SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ
STM Synchronous Transport Module Chế độ truyền tải đồng bộ
SVC Switched Virtual Channels Kênh chuyển mạch ảo
TCA Traffic Conditioning Agreement Sự thỏa thuận điều kiện lưu lượng
TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải
TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thờigian
TOS Type Of Service Kiểu dịch vụ
VC Virtual Connection (in ATM) Kết nối ảo (trong ATM)
VC Virtual Container (in SDH) Gói ảo (trong SDH)
VCI Virtual Channel Identifier Bộ nhận dạng kênh ảo
ix
VP Virtual Path Đường ảo
WAN Wide Area Network Mạng diện rộng
WC Wavelength conversion Chuyển đổi bước sóng
WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng
x
Lời mở đầu

Giao thức Internet (IP) đã trở thành giao thức chuẩn phổ biến cho các
dịch vụ mạng mới, do đó lưu lượng IP không ngừng tăng nhanh và dần thay
thế các loại giao thức khác. Hằng năm, lưu lượng số tăng hơn lưu lượng
thoại gấp 2 ÷ 4 lần. Đến năm 2010, lưu lượng số đã đạt đến gấp hàng chục
lần lưu lượng thoại.
Kiến trúc mạng IP ngày nay được xây dựng theo ngăn mạng xếp
chồng những công nghệ như ATM, SDH và WDM. Do có nhiều lớp liên
quan nên đặc trưng của kiến trúc này là dư thừa tính năng; và chi phí liên
quan đến vận hành khai thác cao. Hơn nữa, kiến trúc này trước đây sử dụng
để cung cấp chỉ tiêu đảm bảo cho dịch vụ thoại và thuê kênh, không được
thiết kế phù hợp cho mạng số liệu. Do đó nó không thật sự thích hợp đối với
các ứng dụng hoạt động dựa trên công nghệ chuyển mạch gói và đặc biệt là
những ứng dụng có nguồn gốc IP.
Một số nhà cung cấp và tổ chức tiêu chuẩn đang đề xuất những giải
pháp mới khai thác IP trên kiến trúc mạng đơn giản, ở đó lớp WDM là nơi
cung cấp băng tần truyền dẫn vô cùng lớn. Những giải pháp này cố gắng
giảm tối đa tính năng dư thừa, giảm mào đầu giao thức, đơn giản hoá công
việc quản lý và qua đó truyền tải IP trên lớp WDM (lớp mạng quang) càng
hiệu quả càng tốt. Hiện nay có nhiều kiến trúc mạng đã được nhận diện và
triển khai trong thực tế. Tất cả chúng đều liên quan đến việc đơn giản hoá
các ngăn giao thức nhưng trong số chúng chỉ có một số kiến trúc có nhiều
đặc tính hứa hẹn như DoS (Data over SONET/SDH), Gigabit Ethernet (GbE)
và Resilient Packet Ring (RPR) ngoài kiến trúc IP trên ATM/SDH/WDM.
Một trong những thách thức lớn nhất ngày nay đối mặt với các nhà
sản xuất chuyển mạch quang đó là phát triển các giao thức báo hiệu cho điều
khiển hoạt động và hoạt động liên mạng của lớp quang mà có lẽ đây cũng là
vấn đề cần chuẩn hoá cấp bách nhất hiện nay. Các tổ chức và diễn đàn quốc
tế OIF (Optical Internetworking Forum), IETF và ITU đều đang nỗ lực gấp
rút để thiệt lập nên các phương pháp xác định việc điều khiển và kết nối giữa
mạng WDM và IP.

Trong quá trình thực hiện đề tài, em xin chân thành cảm ơn sự giúp
đỡ, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô tại Khoa Điện Tử Viễn Thông- Trường
Đại Học Công Nghệ, nhất là thầy giáo PGS.TS Nguyễn Kim Giao- người đã
trực tiếp hướng dẫn em.
1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IP
1.1 Giới thiệu chung
Như chúng ta đã biết 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 với nhau bằng mã vùng,
mã tỉnh hay mã quốc tế. Đối với mạng Internet , do cách tổ chức chỉ có một cấp nên
mỗi một khách hàng hay một máy chủ đều có một địa chỉ internet duy nhất mà
không được phép trùng với bất kỳ ai. Do vậy mà địa chỉ trên Internet thực sự là một
tài nguyên.
Hàng chục triệu máy chủ trên hàng trăm nghìn mạng. Để địa chỉ không được
trùng nhau cần phải có cấu trúc địa chỉ đặc biệt quản lý thống nhất và một Tổ chức
của Internet gọi là Trung tâm thông tin mạng Internet - Network Information Center
(NIC) chủ trì phân phối, NIC chỉ phân địa chỉ mạng (Net ID) còn địa chỉ máy chủ
trên mạng đó do các Tổ chức quản lý Internet của từng quốc gia một tự phân phối.
(Trong thực tế để có thể định tuyến (routing ) trên mạng Internet ngoài địa chỉ IP
còn cần đến tên riêng của các máy chủ (Host) - Domain Name).
1.2 IPv4
Địa chỉ IPv4 gồm 32 bit, chia thành bốn octet, mỗi octet là một byte. Địa chỉ
IP được chia thành năm lớp A, B, C, D và E. Giả sử Net_ID và Host_ID lần lượt là

định danh mạng và trạm. Địa chỉ IP được biễu diễn dưới dạng
<Net_ID><Host_ID>. Với IPv4 chúng ta có 2
32
(4,3 tỷ) địa chỉ.
Kề từ khi chính thức đựơc đưa vào sử dụng và được định nghĩa trong kiến
nghị RFC791 năm 1981 đến nay, Ipv4 đã chứng minh được khả năng dễ triển khai,
2
dễ phối hợp và hoạt động và tạo ra sự phát triển bùng nổ của các mạng máy tính.
Tuy nhiên đến thời điểm hiện tại với sự phát triển công nghệ hiện nay, hầu như tất
cả tất cả các thiệt bị điện tử trong tương lai sẽ tích hợp dịch vụ IP, hơn nữa sự tăng
vọt ồ ạt các ứng dụng và công nghệ cũng như các thiết bị di động khác đã làm cho
không gian địa chỉ Ipv4 ngày càng chật hẹp và bộc lộ nhiều điểm yếu của Ipv4:
- Thiếu địa chỉ IP do sự tăng quá nhanh của các host trên mạng Internet đã dẫn
đến tình trạng thiếu địa chỉ IP trầm trọng để gán cho các node. Trong những
năm 1990, CIDR đựơc xây dựng dựa trên khái niệm mặt nạ địa chỉ (address
mask). CIDR đã tạm khắc phục được những vấn đề nêu trên. Khía cạnh tổ
chức mang tính thứ bậc của CIDR đã cải tiến khả năng mở rộng của Ipv4.
Mặc dù có thêm nhiều công cụ khác ra đời như kĩ thuật subnetting (1985), kĩ
thuật VLSM (1987) và CIDR (1993), các kĩ thuật trên đã không cứu với IPv4
ra khỏi một vấn đề đơn giản: không có đủ địa chỉ cho các nhu cầu tương lai.
Do đó, một vài giải pháp tạm thời, chẳng hạn dùng RFC1918 trong đó dùng
một phần không gian địa chỉ làm các địa chỉ dành riêng và NAT là một công
cụ cho phép hàng ngàn host truy cập vào Internet chỉ một vài IP hợp lệ để tận
dụng tốt hơn không gian địa chỉ của IPv4.
- Quá nhiều các routing entry (bản ghi định tuyến) trên các backbone router :
Với tình hình hiện tại, do không có sự phân cấp địa chỉ IPv4 nên số lượng
các routing entry trở nên rất lớn, lên tới 110.000 bản ghi. Việc này làm chậm
quá trình xử lý của router, làm giảm tốc độ mạng.
- An ninh của mạng : với IPv4, đã có nhiều giải pháp khắc phục nhược điểm
như IPSec, DES, 3DES… nhưng các giải pháp này đều phải cài đặt thêm và

có nhiều phương thức khác nhau với mỗi loại sản phẩm chứ không đựơc hỗ
trợ ở mức bản thân của giao thức.
- Nhu cầu về các ứng dụng thời gian thực hay vấn đề đảm bảo chất lượng dịch
vụ QoS : Các thách thức mới từ việc nảy sinh các dịch vụ viễn thông, các
yêu cầu truyền thời gian thực cho các dịch vụ multimedia, video, âm thanh
qua mạng, sự phát triển của thương mại điện tử đã đặt ra việc đảm bảo QoS
cho các ứng dụng QoS trong IPv4 cũng được xác định trong trường TOS và
3
phần nhận dạng tải trọng của gói tin IP. Tuy nhiên trường TOS này có tính ít
tính năng.
1.3 Ưu điểm của IPv6 so với IPv4
Do các vấn đề đặt ra ở trên nên một phiên bản của giao thức mới đã được
giới thiệu. Xuất phát điểm của IPv6 có tên gọi là Ipng (Internet Protocol Next
Generation). Sau đó, IPng được gán với phiên bản 6 và lấy tên chính thức là IPv6.
Quan điểm chính khi thiết kế từng bước thay thế IPv4, không tạo ra sự biến đổi quá
lớn với các tầng trên và dưới.
- Mở rộng của không gian địa chỉ : Địa chỉ của IPv6 bao gồm 128bit so với
32bit của địa chỉ IPv4. Với phạm vi của địa chỉ IPv6, việc cung cấp địa chỉ
trở nên thoải mái hơn rất nhiều. Về mặt lý thuyết, 128bit địa chỉ có khả năng
cung cấp 2
128
địa chỉ, nhiều hơn địa chỉ IPv4 khoảng 8 tỷ tỷ tỷ lần. Số địa chỉ
này sẽ đáp ứng được sự bùng nổ của các thiết bị IP trong tương lai. Ngoải ra
IPv6 còn cung cấp phương thức mới tự động cấu hình địa chỉ và xây dựng
một phép kiểm tra tính duy nhất của địa chỉ IP.
- Kết cấu địa chỉ định tuyến được phân cấp hiệu quả: Địa chỉ IPv6 được thiết
kết để tạo ra cơ sở định tuyến phân cấp, hiệu quả và có khả năng tập hợp lại
dựa trên sự phân cấp thành nhiều mức của các nhà cung cấp dịch vụ (ISP).
Như vậy các bảng định tuyến trên các router backbone sẽ gọn nhẹ hơn nhiều.
- Dạng header mới: Phần Header của IPv6 được giảm xuống tới mức tối thiểu

bằng việc chuyển tất cả các trường phụ thuộc hoặc không cần thiết xuống
phần header còn lại nằm ngay sau phần header của IPv6. Việc tổ chức hợp lý
phần header này làm tăng hiệu quả xử lý tại các router trung gian. IPv6
header và IPv4 header là không tương thích với nhau, do đó các node phải
được cài đặt 2 phiên bản IP mới có thể xử lý được các header khác nhau này.
- Tự động cấu hình địa chỉ: Tương tự như IPv4, IPv6 cũng cung cấp khả năng
cấu hình địa chỉ tự động DHCP, ngoài ra còn đưa thêm khả năng tự động cấu
hình địa chỉ khi không có DHCP Server. Trong một mạng, các host có thể tự
động cấu hình địa chỉ của nó bằng cách sử dụng IPv6 Prefix nhận đựơc từ
4
router (gọi là địa chỉ link-local). Hơn nữa trong một mạng mà không có
router thì host cung có thể cấu hình địa chỉ link-local để liên lạc với các host
khác.
- Bảo mật: Hỗ trợ IPSec đã được hỗ trợ ngay bản thân của IPv6. Yêu cầu bắt
buộc này như là một tiêu chuẩn cho an ninh mạng, đồng thời mở rộng khả
năng làm việc được với nhau của các loại sản phẩm.
- Chất lượng dịch vụ tốt hơn (QoS): Phần header của IPv6 được đưa thêm vào
một số trường mới. trường nhãn luồng (flow label) ở IPv6 header được dùng
để đánh nhãn cho các luồng dữ liệu. Từ đó các Router có thể có những xữ lý
khác nhau với các gói tin thựôc các luồng dữ liêuk khác nhau. Do trưòng
Flow label nằm trong IPv6 header nên QoS vẫn được đảm bảo khi phần tải
trọng được mã hoá bởi IPSec.
- Khả năng mở rộng tốt: IPv6 có khả năng mở rông tốt bằng việc sử dụng
header mở rộng ngay sau phần IPv6 header. Điều này cho phép thêm vào các
chức năng mạng mới. Không giống như IPv4, phần lựa chọn địa chỉ có 40
byte thì với IPv6, phần mở rộng chỉ bị hạn chế bởi kích thước của gói tin
IPv6.
Có 3 loại địa chỉ IPv6. Đó là Unicast, Anycast và Multicast
• Địa chỉ Unicast xác định một giao diện đơn.
• Địa chỉ Anycast xác định một tập các giao diện sao cho một Packet gửi đến

một địa chỉ Anycast sẽ được phát tới một thành viên của nó.
• Địa chỉ Multicast xác định một nhóm các giao diện, sao cho một Packet gửi
đến một địa chỉ Multicast sẽ được phát tới tất cả mọi giao diện của nhóm.
Không có địa chỉ Broadcast trong IPv6, nó đã được thay thế bằng địa chỉ
Multicast.
Một đặc tính mới của IPv6 so với IPv4 đó là khả năng hỗ trợ QoS tại lớp
mạng. Tuy nhiên, điều này được thực hiện gián tiếp qua nhãn luồng và chỉ thị ưu
tiên, và không có sự đảm bảo nào về QoS từ đầu đến cuối cũng như không thực
5
hiện chức năng dành trước tài nguyên mạng. Dù sao khi các tính năng của IPv6
được sử dụng với các giao thức dành trước tài nguyên mạng như RSVP chất lượng
dịch vụ từ đầu đến cuối được đảm bảo.
Đặc tính bảo mật của IPv6 hỗ trợ cho tính hợp pháp và bí mật cá nhân.
Chúng cũng cung cấp chức năng cơ bản cho việc tính cước dịch vụ và lưu lượng
tương lai theo cước phí.
Nhằm cải thiện vấn đề định tuyến, định dạng mào đầu (cơ sở) của IPv6 sẽ
được cố định; điều này cho phép giảm thời gian xử lý ở phần mềm do phần cứng
thực hiện nhanh hơn nên định tuyến cũng sẽ nhanh hơn. Nhiều thay đổi chủ yếu tập
trung ở phần phân tách số liệu. Trong IPv6, phân tách số liệu được thực hiện tại
phía nguồn và khác với IPv4, bộ định tuyến có dung lượng kích thước gói giới hạn.
Kết hợp với những thay đổi này bộ định tuyến IPv6 phải hỗ trợ tối thiểu 576 byte so
với 68 byte của bộ định tuyến IPv4. Tất cả thông tin về phân tách được chuyển từ
mào đầu IP tới phần mào đầu mở rộng nhằm đơn giản hóa giao thức và nâng tốc độ
xử lý số liệu IP trong bộ định tuyến.
Kiểm tra lỗi ở mức IP không được thực hiện trong IPv6 để giảm khối lượng
xử lý và cải thiện định tuyến. Kiểm tra lỗi tiêu tốn nhiều thời gian, mất nhiều bit
mào đầu và dư thừa khi cả lớp định tuyến và lớp truyền tải đều có chức năng kiểm
tra tin cậy.
1.4 Sử dụng IPv4 hay IPv6.
Đến bây giờ chúng ta có thể khẳng định rằng IPv6 chưa thể thay thế IPv4

ngay được. Hai phiên bản IP này sẽ cùng tồn tại trong nhiều năm nữa. Về nguyên
lý, có thể thực thi IPv6 bằng cách nâng cấp phần mềm thiết bị IPv4 hiện thời và đưa
ra một giai đoạn chuyển đổi để giảm thiểu chi phí mua sắm thiết bị mới và bảo vệ
vốn đầu tư quá khứ. Tuy nhiên, có một điều chưa chắc chắn đó là liệu tất cả các nhà
khai thác Internet sẽ chuyển sang công nghệ IPv6 hay không? Điều này phụ thuộc
rất lớn vào lợi ích mà nhà khai thác thu được khi chuyển sang nó. Hiện tại, vây
quanh các nhà khai thác vẫn là các bộ định tuyến IPv4 và phần lớn lưu lượng trên
mạng thích ứng cho IPv4, đây không chỉ là một yếu tố làm hạn chế sự thay đổi. Một
đặc tính khác lôi cuốn các nhà khai thác có cơ sở hạ tầng phát triển nhanh đó là đặc
tính cắm và chạy (Plug and Play), nó làm cho mạng IPv6 dễ dàng trong việc cấu
hình và bảo dưỡng hơn so với mạng IPv4. Để dễ dàng khi chuyển sang IPv6 thì các
6
ứng dụng của IPv4 và IPv6 phải có khả năng liên kết và phối hợp hoạt động với
nhau (ví dụ các nhà sản xuất Internet Browser cần phân phối cho các Client khả
năng thông tin với cả IPv4 và IPv6). Một điều quan trọng và tiên quyết cho việc
phối hợp họat động đó là IPv6 cần hoạt động theo kiểu Host ngăn kép: một cho
ngăn giao thức IPv4 và một cho ngăn giao thức IPv6.
Như vậy, chúng ta có thể thấy rằng trước mắt sự xuất hiện IPv6 chỉ làm cho
sự lựa chọn thêm khó khăn (cũng giống như lợi ích của việc định tuyến hiệu quả
còn tùy thuộc vào liệu các nhà khai khác có sử dụng IPv6 không). Về lâu dài, sự
nghi ngại về độ phức tạp và hiệu quả của IPv6 so với IPv4 sẽ được loại bỏ vì đến
nay các ứng dụng IP đang cố thu nạp những điểm mạnh của IPv6 chẳng hạn như
QoS.
1.5 IPv6 cho IP/WDM
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 truyền tải IP trên mạng WDM hiệu quả hơn. Trong
bối cảnh hiện nay, IPv6 là phiên bản hợp lý nhất để hiện thực hóa điều này, để
mạng tối ưu hơn. Mào đầu nhỏ và hiệu quả cao, không có chức năng kiểm tra lỗi
trong giao thức đó là ưu điểm của việc sử dụng IPv6. Điều này có nghĩa là yêu cầu
cơ bản đối với hạ tầng WDM là phân phối dung lượng truyền tải tin cậy, đó là một

trong những điểm giá trị nhất của nó. Trong bất kỳ trường hợp nào, sự thích ứng
mới giữa IP và WDM cần được phát triển. Lớp thích ứng này phải có khả năng
dành trước tài nguyên.
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.
7
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ IP TRÊN MẠNG
QUANG
2.1 Các thế hệ mạng WDM.
Thế hệ WDM đầu tiên được sử dụng trong mạng WAN. Cấu hình mạng
WAN WDM được cài đặt nhân công hoặc cố định. Đường truyền WDM cung cấp
các kết nối điểm nối điểm với tốc độ thấp. Kỹ thuật chính trong WDM thế hệ đầu
tiên là thiết kế và phát triển Laser WDM, các kỹ thuật khuếch đại quang, các giao
thức truy nhập và định tuyến tĩnh. Các thiết bị xen, ré bước sóng quang WADM
cũng được sử dụng trong mạng MAN. Các thiết bị đấu nối chéo quang DXC được
sử dụng để kết nối các vòng Ring WADM. Các kết nối này có thể là băng thông
rộng hoặc băng thông hẹp. Ứng dụng của các hệ thống WDM thế hệ đầu tiên là các
trung kế chuyển mạch cho tín hiệu thoại, các đường truyền E1, T1.
Thế hệ WDM thứ hai có khả năng thiết lập các kết nối từ đầu cuối đến đầu
cuối trên lớp quang bằng cách sử dụng WSXC. Các đường quang này có cấu trúc
(topology) ảo trên topology vật lý của cáp sợi quang. Cấu hình các bước sóng ảo
này được cài đặt mềm dẻo hơn theo yêu cầu sử dụng. Kỹ thuật chính WDM thế hệ
thứ hai là xen, rẽ bước sóng quang, các thiết bị đấu nối chéo, bộ biến đổi bước sóng
quang tại các bộ đấu nối chéo, định tuyến động và phân bổ bước sóng quang, các
giao diện để kết nối với các mạng khác.
Thế hệ WDM thứ ba phát triển theo hướng mạng chuyển mạch gói quang
không có kết nối. Trong mạng này, các nhãn hoặc mào đầu quang được gắn kèm
với số liệu, được truyền cùng với tải và được xử lý tại các bộ chuyển mạch WDM

quang. Căn cứ vào tỷ số của thời gian xử lý gói tin mào đầu và thời gian xử lý toàn
bộ gói tin, các bộ chuyển mạch quang WDM có thể chia thành hai loại: Chuyển
mạch nhãn (OLS) hoặc chuyển mạch nhóm (OBS). Một số ví dụ thiết bị WDM thế
hệ ba là: Bộ định tuyến (Router) quang chuyển mạch nhãn, Router quang Gigabit,
Chuyển mạch quang nhanh.
Khả năng kết hợp với nhau trong vận hành giữa mạng WDM và mạng IP là
vấn đề trọng tâm trong mạng WDM thế hệ ba. Kết hợp định tuyến và phân bổ bước
sóng trên cơ sở chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) được coi là chuyển mạch
8
nhãn đa giao thức tổng quát (Generalized MPLS) thể hiện nhiều ưu điểm vượt trội.
Nhiều kỹ thuật phần mềm quan trọng như quản lý băng thông, đặt lại cấu hình, khôi
phục, hỗ trợ chất lượng dịch vụ cũng đã được thực hiện.
Hình 1 : Mạng WDM qua các thế hệ
2.2 Nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang
2.2.1 Xu hướng tích hợp WDM
Nhu cầu truyền tải IP qua mạng ngày càng tăng. Trong khi IP được xem như
là công nghệ lớp mạng phổ biến thì công nghệ WDM cung cấp khả năng dung
lượng truyền dẫn lớn. Hơn nữa, khả năng cấu hình mềm dẻo của các bộ OXC đã
cho phép xây dựng mạng linh hoạt hơn, nhờ đó các đường quang (lightpath) có thể
lập theo nhu cầu. Một trong những thách thức quan trọng đó là vấn đề điều khiển
các lightpath này, tức là phát triển các cơ chế và thuật toán cho phép thiệt lập các
lightpath nhanh và cung cấp khả năng khôi phục khi có sự cố, trong khi vẫn đảm
bảo được tính tương tác giữa các nhà cung cấp thiệt bị.
Đã có nhiều phương pháp để cung cấp dịch vụ gói IP trên mạng WDM được
đề nghị: IP/ATM/SDH over WDM, IP/SDH over WDM, v.v.v. Tuy nhiên việc quản
lý mạng theo các phương pháp trên gặp không ít khó khăn. Nguyên nhân chủ yếu
gây nên sự phức tạp trong quản lý chính là sự phân lớp theo truyền thống của giao
thức mạng. Các mạng truyền thống có rất nhiều lớp độc lâp, do đó có nhiều chức
9
năng chồng chéo nhau ở các lớp và thường xuyên có sự mâu thuẩn lẫn nhau. Vì vậy,

một trong những giải pháp để giảm chi phí xây dựng và quản lý mạng một cách triệt
để đó là số lớp giao thức.
Hơn nữa, khi dung lượng và khả năng kết nối mạng trong cả công nghê IP và
WDM tăng lên thì càng cần thiết tối ưu mạng IP và bỏ qua tất cả các công nghệ lớp
trung gian để tạo nên mạng Internet quang thật sự hiệu quả và mềm dẻo. Tuy nhiên,
các lớp trung gian cung cung cấp một số chức năng có giá trị như lưu lượng (Traffic
Engineering) và khôi phục. Những chức năng này cần được giữ lại trong mạng IP/
WDM bằng cách đưa chúng lên lớp IP hoặc xuống lớp quang.
Từ đó người ta mới nghĩ đến công nghệ IP over WDM. Đây là một công
nghệ mới tuy rằng còn nhiều vấn đề chưa giải quyết nhưng với lợi ích của nó, thị
trường rộng lớn và tương lai sáng sủa, các tổ chức viễn thông quốc tế đang triển
khai công tác nghiên cứu công nghệ này. IP over WDM cung cấp khả năng truyền
dẫn trực tiếp gói số liệu IP trên kênh quang, giảm sự lặp chức năng giữa các lớp
mạng, giảm bộ phận trung tâm dư thừa tại các lớp SDH/SONET, ATM, giảm thao
tác thiệt bị, dẫn đến giảm chi phí bảo dưỡng và quản lý. Do không phải qua lớp
SDH và ATM nên gói số liệu có hiệu suất truyền dẫn cao nhất, đồng nghĩa với chi
phí thấp nhất. Ngoài ra còn có thể phối hợn với đặc tính lưu lượng không đối xứng
của IP, tận dụng băng tần nhằm giảm giá thành khai thác. Từ đó gián tiếp giảm chi
phí cho thuê bao. Rõ ràng đây là một kết cấu mạng trực tiếp nhất, đơn giản nhất,
kinh tế nhất, rất thích hợp sử dụng cho các mạng đường trục.
Hình 2: Xu hướng tích hợp IP/WDM
2.2.2 Giới thiệu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang
10
Hiện nay đã có nhiều giải pháp đang được nghiên cứu, phát triển, hoặc là đã
được triển khai trên các mạng của các nhà khai thác trong nhưng năm qua. Xu
hướng nghiên cứu tích hợp IP quang đang diễn ra mạnh mẽ không chỉ ở trong dự án
nghiên cứu phát triển của những trung tâm nghiên cứu khoa học lớn mà nó còn lan
rộng trong các phòng thí nghiệm Lab của các trường Đại học. Theo thống kê của
EURESCOM (European Institute for Research and Strategic Studies in
Telecommunication) trong dự án hiện nay trên thế giới có khoảng hơn 13 giải pháp

liên quan đến vấn đề truyền tải IP trên mạng quang.
Khi đi vào tìm hiểu và nghiên cứu cho thấy 2 xu hướng khả thi, một là khai
thác ưu điểm của công nghệ hiện có trên mạng, thêm tính năng để thích ứng với
việc mạng lưu lượng IP với kích thước gói thay đổi. Xu hướng kia là nghiên cứu ra
các giao thức mới phù hợp với đặc tín lưu lượng IP. Điều này được thể hiện rõ khi
ta gắn các giải pháp trên vào mô hình phân lớp mạng.
Líp dÞch
vô/®Þnh
tuyÕn
Líp
truyÒn t¶i
IP
POS SDH
WDM
IP
Ethernet
GbE SDH
WDM
IP
MAPOS
WDM
SDL
RPR Ethernet SDH
SDH (VCnc)/LAPS
IP ATM
ATM
Cell Based SDH
WDM
ATM
IP ATM

DTM
SDH frame
DTM frame
based
WDM
DTM
Líp
m¹ng
quang
ATM
RSP
Ethernet SDH
Hình 3: Các mô hình phân lớp mạng
Trong đó lớp thích ứng ATM (ALL 5) sẽ đóng vai trò cung cấp dịch vụ và
chức năng định tuyến lớp 3.
Chức năng Lớp 2 được xây dựng dựa trên các công nghệ hiện đã trưởng
thành như SDH, ATM, Ethernet, DTM và WDM. Một số giao thức như
MPOA/LAPS, RSP, POS, SDL được phát triển trong lớp mạng này thực hiện bao
gói IP (Encapsulation) trong các định dạng khung cho truyền dẫn trên các bước
sóng quang. Một điều dễ nhận thấy là các giao thức này đều được xây dựng quanh
các công nghệ đã trưởng thành kể trên. Chúng ta hoàn toàn có thể lý giải được điều
11
này: các dự án nghiên cứu phần lớn chịu ảnh hưởng bởi nguồn tài chính từ các nhà
khai thác mạng, sản xuất thiết bị, như thế nó sẽ chỉ giải quyết những vấn đề đang
tồn tại của họ. Chính vì vậy các nghiên cứu về giao thức truyền tải cũng chỉ tập
trung vào những công nghệ này mà thôi.
Lớp 1- giao diện vật lý, sẽ là các tế bào ATM (theo giao diện STM-1 hoặc
STM-4), khung truyền dẫn SDH, Ethernet, DTM và Digital Wrapper (G.907). Các
bước sóng quang đóng vai trò tuyến kết nối điểm - điểm giữa các nút trong mạng.
Đôi khi người ta xem các bước sóng này tạo thành lớp quang đóng vai trò.

Lớp 0, nghĩa là nó thuần tuý chỉ là tuyến vật lý cung cấp kết nối giữa các
thành phần trong mạng truyền tải.
Cấn nhớ thêm rằng là khi xuất hiện chuyển mạch gói quang (OPS), công
nghệ này có khả năng hoạt động từ Lớp 1 đến lớp 3 trong mô hình OSI, thì gói IP sẽ
được sắp xếp trực tiếp trong gói quang mà không cần qua lớp trung gian. Tuy nhiên
phải cần rất nhiều thời gian nữa thì công nghệ chuyển mạch gói quang mới có thể
thương mại rộng rãi trên thị trường.
Có thể nêu các phương pháp trên bằng các tên gọi sau:
• IP/ATM/SDH/WDM
• IP/ATM/SDH(frame)/WDM
• IP/ATM/WDM
• IP/SDH/WDM
• IP/SDH(khung)/WDM
• IP/Ethernet/SDH/WDM
• IP/Ethernet/SDH(khung)/WDM
• IP/GbE/WDM
• IP/RPR/SDH(khung)/WDM
• IP/MAPOS /SDH(khung)/WDM
• IP/GFP/SDH/WDM
• IP/DTM/WDM
12
• IP/DTM/SDH(khung)/WDM
• IP/LAPS/SDH(khung)/WDM
• IP-MPLS/SDH(khung)/WDM
• IP-MPLS/quang (Digital Wrapper -G.907)
• IP-GMPLS/quang
Cần biết rằng nguyên lý hoạt động của khung SDH (kỹ thuật ghép kênh
SDH) có thể ứng dụng trong các thiết bị độc lập hoặc được tích hợp trong thiết bị
khác mà có chung phần điều khiển với công nghệ khác. Đó là lý do người ta phân
thành hai giải pháp sử dụng khung SDH trong thiết bị độc lập và thiết bị tích hợp

(SDH (khung)), phù hợp theo hai mô hình xếp chồng và đồng cấp đang được ứng
dụng trong mạng ngày nay.
2.2.3 Thích ứng IP trên WDM
2.2.3.1 IP/ATM/SDH cho truyền dẫn WDM
Bảng 1: Ngăn giao thức sử dụng tích hợp cho IP/ATM/SDH
IP
Được đóng thành các gói kích thước 250 đến 65535 byte.
LLC/SNAP
Điều khiển tuyến logic thêm 8 byte mào đầu vào gói IP để tạo
thành khối dữ liệu giao thức (PDU) ATM.
AAL5
Lớp thích ứng ATM5 thêm 8 byte mào đầu (trường độ dài và 4
byte CRC) cộng với trường nhồi (0 đến 47 byte) để tạo thành một
PDU AAL5 có kích thước bằng một số nguyên lần tải trọng ATM
48 byte
ATM
Chia PDU AAL5 thành các tải trọng 48 byte và thêm 5 byte mào
đầu để tạo thành các tế bào ATM 53 byte.
SDH
Đặt các tế bào ATM vào tải trọng VC-4 hoặc VC-4 kết chuỗi
SDH. Thêm mào đầu đoạn SDH (81 byte gồm cả con trỏ AU) và
9 byte mào đầu tuyến VC4 vào vùng tải trọng VC4 2340 byte.
Trường hợp kết chuỗi các VC4 một VC4-Xc
Truyền tải IP qua ATM được thực hiện dưới nhiều giao thức IP/ATM cổ
điển, LAN mô phỏng, đa giao thức qua ATM,... Ở đây ta tập trung chủ yếu vào giao
thức cổ điển đã được chuẩn hoá và hoàn thiện. Để truyền tải trong các tuyến WDM,
13
phần lớn các định dạng truyền dẫn chuẩn sử dụng khung SDH. Ngăn giao thức cho
giải pháp này được trình bày tóm lược trong bảng trên.
- Kích thước gói sau lớp ATM

AAL5_PDU = IPSIZE + SNAP_HD + AAL5_OH
= IPSIZE + 16.
Cells/Packet = AAL5_PDU / 48.
ATM_PSIZE = (Cells/Packet)*53 = 53*roundup [(IPSIZE + 16)/48]
OADM
OADM
OADM
OADM
ATM
switch
IP
router
IP
router
e.g. 32
λ
WDM
STM16c/ATM
interface
IP
router
STM16c/ATM interface
STM16c
interfaces
STM1/ATM
interface
Hình 4: Biểu diễn kiến trúc mạng khả thi sử dụng IP/ATM/SDH over WDM.
Theo cách này, các gói IP được phân tách trong các tế bào ATM và được gán
vào các Kết nối ảo (VC) qua Card đường truyền SDH/ATM trong bộ định tuyến IP.
Tiếp đến các tế bào ATM được đóng trong khung SDH và được gửi tới chuyển

mạch ATM hoặc trực tiếp tới bộ Transponder WDM để truyền tải qua lớp mạng
quang (biểu diễn đơn giản như trong Hình 4 cho ring OADM).
Hiện tại, một cách thực hiện đảm bảo QoS cho dịch vụ IP là cung cấp một
băng tần cố định giữa các cặp thiết bị định tuyến IP cho từng khách hàng (quản lý
QoS Lớp 2). ATM cung cấp tính năng thực hiện điều này với tính hạt băng tần thay
đổi nhờ các Kênh ảo cố định (PVC) qua hệ thống quản lý ATM hoặc thiết lập Kênh
chuyển mạch ảo (SVC) linh hoạt, tất cả nằm trong Luồng ảo (VP). Hoặc cũng có
thể sử dụng phương pháp ghép kênh thống kê cho phép người sử dụng có thể truy
nhập băng tần phụ trong một khoảng thời gian ngắn. Điều này đảm bảo băng tần tuỳ
ý và cố định từ 1 Mbit/s đến vài trăm Mbit/s cho các khách hàng khác nhau. Ngoài
14
ra, với tính hạt mịn của băng tần có thể cho phép các bộ định tuyến IP kết nối logic
dạng mạng nhện (Mesh) một cách dễ dàng, do trễ được giảm thiểu giữa các bộ định
tuyến trung gian. Một lợi điểm khác của việc sử dụng giao thức ATM là khả năng
thực hiện các hợp đồng lưu lượng khác nhau với nhiều mức chất lượng dịch vụ tuỳ
theo ứng dụng yêu cầu. Đối với lưu lượng IP (thực chất là phi kết nối), mạng ATM
sẽ chủ yếu sử dụng hợp đồng lưu lượng UBR (tốc độ bit không xác định). Tuy
nhiên, nếu các ứng dụng IP nào đó yêu cầu mức QoS riêng, đặc biệt với các ứng
dụng thời gian thực cần sử dụng Năng lực chuyển giao (ATC) khác như Tốc độ bit
không đổi (CBR) hoặc VBR-rt. Tuy nhiên khi sắp xếp các gói IP có độ dài biến
thiên vào các tế bào ATM có độ dài cố định chúng ta phải cần đến phần mào đầu
phụ (do gói một gói IP có thể cần đến nhiều tế bào ATM), và đây được gọi là thuế
tế bào. Sự khác biệt về kích thước cũng tạo ra yêu cầu lắp đầy khoảng trống trong
các tế bào mà có phần mào đầu phụ. Một giải pháp để ngăn chặn yêu cầu trên là sắp
xếp các gói trực tiếp liền kề nhau, nhưng điều này cũng đồng nghĩa với việc tăng rủi
ro mất hai gói liền nhau khi tế bào bị mất.
IP/ATM cũng có thể được sử dụng trong MPLS. Trong trường hợp này, PVC không
được thiết lập từ hệ thống quản lý ATM mà linh hoạt từ giao thức MPLS. Đối với
MPLS dựa trên ATM, nhãn có thể được lưu trong VCI ATM.
2.2.3.2 IP/ATM trực tiếp trên WDM

Một giải pháp khác là truyền tải trực tiếp bào ATM bao gói IP trên kênh
WDM. Kịch bản này giống như kịch bản trên theo quan điểm kiến trúc. Sự khác
biệt ở đây là các tế bào ATM không được đóng trong các khung SDH mà chúng
được gửi trực tiếp qua môi trường vật lý bằng sử dụng tế bào ATM tạo trên lớp vật
lý.
Tế bào tạo trên lớp vật lý là một kỹ thuật tương đối mới đối với truyền tải
ATM. Tế bào dựa trên cơ chế vật lý đã được phát triển riêng cho giao thức ATM;
kỹ thuật này không hỗ trợ cho bất kỳ giao thức nào ngoài những giao thức thiết kế
cho ATM.
Một số ưu điểm của việc sử dụng tế bào dựa trên giao diện SDH như trình
bày ở trên:
• Kỹ thuật truyền dẫn đơn giản đối với tế bào ATM cũng như các tế bào được
gửi trực tiếp trên môi trường vật lý sau khi trộn.
• Mào đầu lớp vật lý ít hơn (khoảng 16 lần so với SDH)
15