Báo cáo tốt nghiệp: Các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang

Chia sẻ: Abcdef_6 Abcdef_6 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:84

Thêm vào BST

Báo xấu

246
lượt xem 75
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bộ giao thức TCP/IP, ngắn gọn là TCP/IP (tiếng Anh: Internet protocol suite hoặc IP suite hoặc TCP/IP protocol suite - bộ giao thức liên mạng), là một bộ các giao thức truyền thông cài đặt chồng giao thức mà Internet và hầu hết các mạng máy tính thương mại đang chạy trên đó. Bộ giao thức này được đặt tên theo hai giao thức chính của nó là TCP (Giao thức Điều khiển Giao vận) và IP (Giao thức Liên mạng). Chúng cũng là hai giao thức đầu tiên được định nghĩa....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo tốt nghiệp: Các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang

TRƯỜNG ………………… KHOA……………………… ----- ----- BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Đề tài: Các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang
Nội dung khoá luận tốt nghiệp Từ yêu cầu của đ ề tài “Các giải ph áp truyền tải IP trên mạng quang” th ì luận văn đ ã n êu lên được các vấn đề liên quan. Đó là giới thiệu mộ t cách khái qu át về yêu cầu của đề tài, nói lên được tổng quan về công nghê IP. Công n ghệ mà đ ang trở th ành chuẩn phổ b iến của nhiều dịch vụ mạng mới. Đã nêu lên công nghệ IP đang sử dụng h iện nay và xu h ướng phát triển cô ng nghệ IP trong tương lai. Luận văn cũng đã nêu các giải p háp truyền tải IP trên mạng quang hiện nay. Các cách th ức tru yền 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 q uang trọng là vấn đ ề vê cách thức điều khiển, b áo hiệu trong truyền tải IP trên mạng quang cũng đã được đề cập. i
MỤC LỤC Lời mở đầu................................................................................................ ................................ .... 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 2 .2.2 Giới thiệu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang .......................................... 11 2 .2.3 Thích ứng IP trên WDM .......................................................................................... 13 2 .2.3.1 IP/ATM/SDH cho truyền dẫn WDM ................................................................ ... 13 2 .2.3.2 IP/ATM trực tiếp trên WDM ................................................................ ............... 15 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 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) ............. 22 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) ................................ .. 28 2 .2.4.2 DTM (Dynamic Transfer Mode) ................................................................ ......... 31 2 .2.4.3 Sử dụng MPLS hỗ trợ chức năng định tuyến IP (IP-MPLS) ................................ 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. ......................................................................................... 38 2 .2.6.1Các kỹ thuật chuyển mạch gói quang................................. ................................ .. 39 2 .2.4.2 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 .................................................................................................................. 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 ii
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 2 .3.2.7 Báo hiệu trong GMPLS ...................................................................................... 57 2.3.2.7.1 Các chức năng cơ bản ................................................................................... 58 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 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) ............................................................. 63 2 .3.3.1 Khái niệm ........................................................................................................... 63 2 .3.3.2 Mô hình ASON ................................................................................................ ... 63 2 .3.3.3 Các ch ức năng của ASON .................................................................................. 66 2.3.3.3.1 Ch ức năng mạng lõi ASON............................................................................ 66 2.3.3.3.2 Ch ức năng biên của ASON ............................................................................ 67 2 .3.3.4 Các mô hình d ịch vụ cho kiến trúc ASON ................................ ........................... 72 2.3.3.4.1 Mô hình dịch vụ xếp chồng ............................................................................ 72 2.3.3.4.2 Mô hình dịch vụ đồng cấp ............................................................................. 73 Kết luận ................................ .................................................................................................... 745 iii
Chữ viết tắt Lớp thích ứng ATM ATM Adaptation Layer AAL Bộ xen rẽ Add-Drop Multiplexer ADM Chuyển mạch bảo vệ tự động Automatic Protection Switching APS Giao thức phân chia địa chỉ Address Resolution Protocol ARP Phương thức truyền tin không đồng bộ Asynchronous Transfer Mode ATM Giao thức cổng biên Border Gateway Protocol BGP Điều khiển nhận cuộc gọi Call Admission Control CAC Tốc độ bit không đổi Constant Bit Rate CBR Định tuyến liên vùng không phân lớp Classless Inter-Domain Routing CIDR Độ ưu tiên mất tế b ào Cell Loss Priority CLP Lớp dịch vụ Class of Services CoS Kiểm tra độ dư thừa theo chu kỳ Cyclic Redundancy Check CRC Truyền tải gói động Dynamic Packet Transport DPT Chế độ truyền tải động Dynamic Transfer Mode DTM Giao thức định tuyến vecto khoảng Distance Vector Multicast Routing DVMRP Protocol cách Ghép kênh phân chia theo bước sóng Density Wavelength Division DWDM mật độ cao Multiplexing Kết nối chéo kênh Digital Cross-Connect DXC Giao thức cổng ngoài Exterior Gateway Protocol EGP Chu ỗi kiểm tra khung Frame Check Sequence FCS Giao diện số phân bố theo cáp quang Fiber Distributed Data Interface FDDI Trễ đường cáp quang Fibre Delay Line FDL Forward Equivalence Class (in MPLS)Lớp phát chuyển tương ứng FEC Sửa lỗi trước Forward Error Correction (in error FEC correction) Ethernet tốc độ Gigabit Gigabit Ethernet GbE Điều khiển tuyến dữ liệu số mức cao High-level Data Link Control HDLC iv
Mã nhận dạng Identity ID Viện đ ào tạo các kỹ sư điện và điện tử Institute of Electrical and Electronic IEEE Engineers Giao thức cổng trong Interior Gateway Protocol IGP Giao thức Internet Internet Protocol IP IP kế tiếp IP next generation IPng Chuyển mạch bảo vệ thông minh Intelligent Protection Switching IPS Giao thức Internet phiên bản 4 IP version 4 IPv4 Giao thức Internet phiên bản 6 IP version 6 (=IPng) IPv6 Mạng số đa truy nhập ISDN Integrated Services Digital Network International Standards Organisation Tổ chức tiêu chu ẩn quốc tế ISO Nhà cung cấp dịch vụ Inter net Internet Service Provider ISP Hiệp hội viễn thông quốc tế ITU International Telecommunication Union Lớp 2 Layer 2 L2 Lớp 3 Layer 3 L3 Mạng cục bộ Local Area Network LAN Hỗ trợ giao thức đáp ứng LAN LAN Adapter Protocol Support LAPS Program Giao thức đ iều khiển đường Link Control Protocol LCP Giao thức phân phối nhãn Label Distribution Protocol LDP Sự cố tuyến Link Failure LF Cơ sở thông tin nhãn Label Information Base LIB Điều khiển đường logic Logical Link Control LLC Mất khung Loss of Frame LOF Mất gói Loss Of Packet LOP Mất tín hiệu Loss Of Signal LOS Đường chuyển mạch nhãn Lable Switched Path LSP Định tuyến chuyển mạch nhãn Lable Switch Router LSR Điều khiển truy nhập Medium Access Control MAC v
Giao thức đa truy nhập qua SONET Multiple Access Protocol Over MAPOS SONET Giao thức cổng biên qu ảng bá Multicast Border Gateway Protocol MBGP Chyển mạch Lamda đa giao thức Multi Protocol Lambda Switching MPS Chuyển mạch nhãn đa giao thức Multi Protocol Label Switching MPLS Đa giao thức theo ATM Multi Protocol Over ATM MPOA Mạng thế hệ mới Next Generation Network NGN Bộ ghép xen rẽ quang Optical Add Drop Multiplexer OADM Khai thác, Quản trị và Bảo dưỡng Operation, Administration and OAM Maintenance Chuyển mạch cụm quang Optical burst switching OBS Optical Carrier Sóng mang quang OC Optical Channel Kênh quang OCH Bảo vệ kênh quang Optical Channel Protection OCHP Chuyển đổi quang-điện Opto-electronic conversion OE Trễ đường quang Optical Delay Line ODL Quang-Điện-Quang Optical- Electronical- Optical OEO Kết nối chéo quang-điện Op to-Electric Cross-Connect OEXC Optical Label Nhãn quang OL Bộ khuếch đại đường quang Optical Line Amplifier OLA Optical Label Channel Kênh nhãn quang OLC Chuyển mạch nhãn quang OLS Optical Label Switching Optical Multiplex Section Ghép vùng quang OMS Optical Multiplex Section Protection Bảo vệ ghép vùng quang OMSP Mạng quang ON Optical Network Quang-Điện-Quang Optical-Electrical-Optical OEO Optical-Optical-Optical Quang-Quang-Quang OOO OP Optical Packet Gói quang Chuyển mạch gói quang Optical Packet Switching OPS vi
Hệ thống khai thác Operating System OS Optical Supervisory Channel Kênh giám sát quang OSC Liên kết nối hệ thống mở Open System Interconnection OSI Thu ật toán tìm đ ường ngắn nhất Open Shortest Path First OSPF Ghép quang theo thời gian Optical Time Division Multiplexing OTDM Mạng truyền tải quang Optical Transport Network OTN Phân cấp số cận đồng bộ Plesiochronous Digital Hierachy PDH Chuyển mạch gói qua bước sóng Packet Over Lightwave POL Packet Over SONET/SDH Gói qua SONET/SDH POS Giao thức điểm điểm Point-to -Point Protocol PPP Chất lượng dịch vụ Quality of Service QoS Chất lượng tín hiệu quality of signal QoSig Giao thức dự trữ tài nguyên Resource ReSerVation Protocol RSVP Truyền dẫn đồng bộ S ynchronous Digital Hierarchy SDH Đường dữ liệu đơn giản Simple Data Link SDL Điều khiển tuyến dữ liệu đồng bộ S ynchronous Data Link Control SDLC Sự thỏa thuận mức dịch vụ Service Level Agreement SLA Điểm truy nhập mạng con Sub Network Access Point SNAP Mạng quang đồng bộ S ynchronous Optical Network SONET Chế độ truyền tải đồng bộ S ynchronous Transport Module STM Kênh chuyển mạch ảo Switched Virtual Channels SVC Sự thỏa thuận điều kiện lưu lượng Traffic Conditioning Agreement TCA Giao thức điều khiển truyền tải Transmission Control Protocol TCP Ghép kênh theo thờigian Time Division Multiplexing TDM Kiểu dịch vụ T ype Of Service TOS Kết nối ảo (trong ATM) Virtual Connection (in ATM) VC Gói ảo (trong SDH) Virtual Container (in SDH) VC Bộ nhận dạng kênh ảo Virtual Channel Identifier VCI vii
Đường ảo Virtual Path VP Mạng diện rộng Wide Area Network WAN Chuyển đổi b ước sóng Wavelength conversion WC Ghép kênh theo bước sóng Wavelength Division Multiplexing WDM viii
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 đ ã 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 th ể 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 b yte. 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 . Với IPv4 chúng ta có 232 (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 2
khai, 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 3
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 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 2128 địa chỉ, nhiều hơn địa chỉ IPv4 khoảng 8 tỷ t ỷ t ỷ 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. 4
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 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. 5
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 nh ãn luồng và chỉ thị ưu tiên, và không có sự đảm bảo nào về QoS từ đầu đến cuối cũng như không thực hiện chức năng dành trước tài nguyên mạng. Dù sao khi các tính năng của IPv6 được sử dụng với các giao thức d ành 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 m ào 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 h ơn. 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 n ày bộ định tuyến IPv6 phải hỗ trợ tối thiểu 576 b yte 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 nh iều 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 n ày 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 6
đổi. Một đặc tính khác lôi cuốn các nh à 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 ứng dụng của IPv4 và IPv6 phải có khả năng liên kết và phối hợp hoạt động với nhau (ví dụ các nh à 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 d ài, 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 nh ư 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 n ày, 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 n ày 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 h ình 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 đ ược 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 ti ên 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 h ình 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 b ước 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 h ướng 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 m ào đầu và thời gian xử lý toàn bộ gói tin, các bộ chuyển mạch quang WDM có thể chia th ành 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 nh ãn, Router quang Gigabit, Chuyển mạch quang nhanh. Khả năng kết hợp với nhau trong vận h ành 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 8
mạch 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 đ ó 9
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. 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 ph ục. 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 d ưỡng 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 th ành 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 10
2.2.2 Giới thiệu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang 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 d ự 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 IP ATM IP IP IP ATM IP ATM vô/®Þnh tuyÕn ATM RSP Ethernet MAPOS DTM SDH (VCnc)/LAPS Líp truyÒn t¶i DTM frame Cell Based SDH Ethernet SDH GbE SDH POS SDL SDH SDH frame based Líp m¹ng WDM WDM WDM WDM WDM quang ATM RPR Ethernet SDH DTM 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 n ày thực hiện bao 11