ĐỀ TÀI: CÁC PHƯƠNG THỨC TÍCH HỢP IP TRÊN QUANG VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGN CỦA TỔNG CÔNG TY BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM (Chương 4_2)

Chia sẻ: Tran Le Kim Yen Tran Le Kim Yen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

92
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Xây dựng mặt điều khiển dưới dạng modul sẽ tăng cường hiệu quả của mạng. Mặt điều khiển MPLS sẽ chạy bằng cách sử dụng các modul để thực hiện các hoạt động trên. Trong thực tế, nó có thể là mặt điều khiển tích hợp.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: ĐỀ TÀI: CÁC PHƯƠNG THỨC TÍCH HỢP IP TRÊN QUANG VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGN CỦA TỔNG CÔNG TY BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM (Chương 4_2)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN THÔNG TIN QUANG ĐỀ TÀI: CÁC PHƯƠNG THỨC TÍCH HỢP IP TRÊN QUANG VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGN CỦA TỔNG CÔNG TY BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT CHƯƠNG 4 CÁC PHƯƠNG THỨC TÍCH HỢP IP TRÊN QUANG Xây dựng mặt điều khiển dưới dạng modul sẽ tăng cường hiệu quả của mạng. Mặt điều khiển MPLS sẽ chạy bằng cách sử dụng các modul để thực hiện các hoạt động tr ên. Trong thực tế, nó có thể là mặt điều khiển tích hợp. Các thành phần như: OXC, LSR sẽ có một mặt điều khiển thống nhất. Mặt điều khiển MPLS TE phải đặc biệt phù hợp với các OXC. OXC sử dụng mặt điều khiển này sẽ là một thiết bị có địa chỉ IP. Vì thế, kiến trúc mới cho mặt điều khiển MPLS đã ra đời. 4.7. GMPLS và mạng chuyển mạch quang tự động (ASON) – Hai mô hình cho mảng điều khiển quang tích hợp với công nghệ IP Do sự phát triển nhanh của công nghệ quang, đặc biệt là việc hình thành mạng quang chuyển mạch tự động (ASON) dựa trên khả năng định tuyến bước sóng (hiện tại) và chuyển mạch chùm quang và gói quang (tương lai) của những phần tử mạng quang như OADM và OXC nên việc khai thác hiệu quả băng tần mạng trở thành vấn đề cấp thiết. Dựa trên ý tưởng của công nghệ chuyển mạch nhãn (MPLS) người ta tiếp tục phát triển nó hướng tới một công nghệ hoàn thiện hơn trong tương lai, trong đó kết hợp với việc quản lý và phân bổ tài nguyên của lớp mạng quang, đó là công nghệ GMPLS. Tuy nhiên khác với MPLS gồm cả mảng số liệu và điều khiển, GMPLS chỉ thuần tuý là mảng điều khiển.
Phần tiếp theo trình bày sơ lược về hai khái niệm trên. 4.7.1. MPLS trong mạng quang hay GMPLS (Generalized MPLS) Do sự bùng nổ của nhu cầu lưu lượng trong những năm gần đây, nhiều người cho rằng mạng quang là giải pháp hữu hiệu để đối phó với sự gia tăng tiềm ẩn trên. Do đó nó trở thành mối quan tâm chính trong sự tìm kiếm công nghệ mạng tương lai. Ngoài ra, các hệ thống SDH, WDM và các thiết bị đấu nối chéo OXC cũng đang đ ược triển khai rầm rộ nhằm tăng dung lượng cũng như phạm vi mạng trước đòi hỏi phát triển. Mảng điều khiển quang được thiết kế nhằm làm đơn giản hoá, tăng tính đáp ứng và mềm dẻo trong việc cung cấp các phương tiện trong mạng quang. Mô hình MPLS đã trở thành mô hình định tuyến thế hệ mới cho mạng IP và nó cũng rất hứa hẹn khi phát triển thành mảng điều khiển trong mạng quang. GMPLS chính là sự mở rộng của giao thức MPLS mà nhằm hướng tới mảng điều khiển quang cho mạng quang. 1. Sự khác nhau giữa MPLS và GMPLS Như chúng ta đã thấy ở trên, MPLS và GMPLS có mối quan hệ rất mật thiết. Tuy nhiên, nếu xét một cách tổng thể, mảng điều khiển MPLS và GMPLS vẫn có sự khác biệt. Mặc dù GMPLS là sự mở rộng của MPLS nhưng cách sử dụng của chúng lại khác; GMPLS ứng dụng trong mảng điều khiển còn MPLS hoạt động trong mảng số liệu. MPLS được thiết kế chỉ cho mạng chuyển mạch gói. Ưu điển vượt trội so với định tuyến truyền thống của MPLS đó là nó có thể cung cấp chức năng thiết kế lưu lượng, điều này không thể thực hiện đối với hệ thống định tuyến thông thường. Bên cạnh đó, chỉ tiêu phát chuyển của MPLS tốt hơn rất nhiều so với các hệ thống định tuyến truyền thống. Một trong các điểm khác biệt chính giữa MPLS và GMPLS là ở mục đích thiết kế. MPLS chủ yếu dành cho mảng số liệu (lưu lượng số liệu thực) trong khi đó GMPLS lại tập trung vào mảng điều khiển, thực hiện quản lý kết nối cho mảng số liệu gồm cả chuyển mạch gói (Giao diện chuyển mạch gói- PSC) và chuyển mạch kênh (như TDM, Chuyển mạch bước sóng LSC, Chuyển mạch sợi- FSC). Một điểm khác nữa giữa MPLS và GMPLS đó là MPLS yêu c ầu luồng chuyển mạch nhãn (LSP) thiết lập giữa các bộ định tuyến biên, trong khi đó GMPLS mở rộng khái niệm LSP ngoài các bộ định tuyến đó. LSP trong GMPLS có thể thiết lập giữa bất kỳ kiểu bộ định tuyến chuyển mạch nhãn như nhau nào ở biên của mạng. Ví dụ, nó có thể
thiết lập LSP giữa các bộ ghép kênh ADM SDH tạo nên TDM LSP; hoặc có thể thiết lập giữa hai hệ thống chuyển mạch để tạo nên LSC LSP hoặc giữa các hệ thống nối chéo chuyển mạch sợi để tạo nên FSC LSP. Packet/Cell Packet/Cell Fiber 1 Packet/Cell Packet/Cell Fiber 2 Fiber n FSC LSC TDM PSC Hình 4.18: Phân cấp phát chuyển của GMPLS. GMPLS cho phép phối hợp hoạt động nhiều kiểu giao diện khác nhau bằng cách lắp chúng trong những thiết bị khác nhau. Điều này mang lại khả năng mở rộng tốt hơn bằng cách tạo nên sự phân cấp phát chuyển. 2. Các chức năng mảng điều khiển Một trong những ứng dụng của GMPLS là thực hiện điều khiển cho mạng quang. Một mảng điều khiển bao gồm những chức năng cơ bản sau đây: khám phá tài nguyên, điều khiển định tuyến và quản lý kết nối. - Khám phá tài nguyên: cung cấp các cơ chế để lưu dấu vết tài nguyên hệ thống sẵn có như cổng lưu lượng, băng tần và năng lực ghép kênh. - Điều khiển định tuyến: cung cấp chức năng định tuyến, khám phá topo và thiết kế lưu lượng. - Quản lý kết nối: tận dụng các chức năng trên để cung cấp các dịch vụ đầu cuối đến đầu cuối cho những dịch vụ khác nhau. 3. Dịch vụ mảng điều khiển
Mảng điều khiển có thể cung cấp nhiều dịch vụ mà hệ thống quản lý truyền thống khó có thể thực hiện được trong môi trường đa nhà cung cấp thiết bị. Nhưng dịch vụ này bao gồm cung cấp các kết nối từ đầu đến cuối, băng tần theo yêu cầu, thiết kế lưu lượng tự động, bảo vệ và khôi phục và tạo mạng riêng ảo quang. 4. Các giao thức mảng điều khiển Để thực hiện những chức năng và dịch vụ trên của mảng điều khiển, một tập hợp các giao thức chung phải được định nghĩa nhằm phối hợp hoạt động của các thiết bị từ những nhà cung cấp khác nhau. GMPLS là một trong những giao thức thiết yếu sử dụng trong tập hợp giao thức mảng điều khiển. GMPLS định nghĩa công cụ mô tả làm thế nào để mở rộng báo hiệu MPLS hỗ trợ cho các hệ thống không hoạt động theo nguyên tắc chuyển mạch gói. Nó sẽ định nghĩa một số kiểu nhãn (thường được gọi là nhãn toàn cục) chứa thông tin cho các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn không chuyển mạch gói dùng thiết lập các LSP. Những thiết bị không chuyển mạch ở đây có thể hiểu là ADM SDH, DCS, hệ thống DWDM hoặc OXC. Các đối t ượng nhãn toàn cục bao gồm yêu cầu nhãn toàn cục, nhãn toàn cục, điều khiển nhãn và cờ bảo vệ. Nhãn toàn cục có thể sử dụng để biểu thị cho khe thời gian, bước sóng, băng tần (một nhóm bước sóng) hoặc vị trí ghép kênh theo không gian. Ngoài những kiểu nhãn mới, GMPLS cũng định nghĩa một số chức năng mới để tăng cường cho năng lực thiết lập LSP hoạt động trong môi trường không phải là gói như nhãn gợi ý, tập hợp nhãn và LSP hai hướng để giảm trễ thiết lập LSP và tăng tốc độ quá trình xử lý khôi phục. 5. Giao thức báo hiệu Giao thức báo hiệu là một giao thức quan trọng khác được sử dụng trong mạng điều khiển. Hiện thời chỉ có hai giao thức được sử dụng rộng rãi đó là: Giao thức phân bố nhãn định tuyến ràng buộc (CR-LDP) và Mở rộng thiết kế lưu lượng - Giao thức đặt trước tài nguyên (RSVP-TE). Bất cứ đối tượng nào được GMPLS định nghĩa cũng có thể được mang trong các bản tin báo hiệu của những giao thức này. Giao thức báo hiệu có trách nhiệm đối với tất cả những hoạt động quản lý kết nối. Nó dùng để thiết lập và gỡ bỏ LSP, thay đổi LSP và truy tìm thông tin LSP. 6. Mở rộng định tuyến thiết kế lưu lượng
Như đã trình bày trên, các chức năng của mảng điều khiển bao gồm quản lý kết nối, chức năng định tuyến, khám phá topo, thiết kế lưu lượng và khám phá tài nguyên. Các giao thức báo hiệu và GMPLS chỉ thực hiện những vấn đề liên quan đến quản lý kết nối. Do đó phải cần đến một số giao thức khác để đảm nhiệm những phần còn lại. Định tuyến thiết kế lưu lượng mở rộng giao thức định tuyến truyền thống để cung cấp toàn bộ những chức năng định tuyến sẵn có và thêm năng lực thiết kế. Sự khác biệt chính giữa hai kiểu giao thức này đó là định tuyến thiết kế lưu lượng phân bố gói tuỳ lựa theo chu kỳ qua mạng; những gói này chứa thông tin khả dụng về tài nguyên và các tham số thiết kế lưu lượng. Khi các phần tử mạng nhận được những gói này thì chúng sẽ sử dụng dữ liệu trong đó để thực hiện tính toán định tuyến và quyết định luồng phát chuyển đáp ứng yêu cầu thiết kế lưu lượng của người sử dụng. Do đó giao thức mở rộng định tuyến thiết kế l ưu lượng có thể hỗ trợ cho việc khám phá tài nguyên, khám phá topo và thiết kế lưu lượng. Tương tự như giao thức báo hiệu, hiện nay cũng mới chỉ có hai giao thức định tuyến IS-IS và OSPF được sử dụng rộng rãi. 7. Giao thức quản lý tuyến (LMP) Nhằm đảm bảo sự thông tin nhãn GMPLS chính xác gi ữa các phần tử mạng (NE) cần phải xác định các cổng kết nối giữa chúng. LMP hoạt động giữa các hệ thống lân cận cho việc cung cấp tuyến và cô lập lỗi. LMP cũng được sử dụng cho bất cứ phần tử mạng nào, tuy nhiên nó thường được hướng vào chuyển mạch quang. 4.7.2. Mạng quang chuyển mạch tự động (ASON) Hiện tại, mạng truyền tải cung cấp các dịch vụ SDH và WDM qua các kết nối theo sự điều khiển của các giao thức quản lý mạng. Quá trình này tương đối là tĩnh (thường chỉ thay đổi theo tuần hoặc tháng) cho nên không phù hợp với những mạng đòi hỏi thay đổi thường xuyên và nhanh chóng. Mạng quang chuyển mạch tự động (ASON) l à một mạng truyền tải quang có năng lực kết nối động. Mạng này bao gồm dịch vụ SDH, bước sóng và kết nối sợi quang trong mạng hỗn hợp (có cả điện và quang) và mạng toàn quang. Năng lực này được thể hiện qua các chức năng sau: - Thiết kế lưu lượng của các kênh quang – gán băng tần theo mẫu nhu cầu thực tế.
- Khôi phục và tạo topo mạng dạng mesh – thiết lập topo dạng mesh để tăng khả năng tận dụng mạng theo ma trận lưu lượng đã biết. - Quản lý sự phân bổ băng tần cho mạng IP lõi. - Giới thiệu dịch vụ quang mới - dịch vụ mới ở lớp quang có thể triển khai rất nhanh như băng tần theo yêu cầu và mạng riêng ảo quang. 1. Kiến trúc ASON Một kiến trúc của ASON được trình bày trong hình 4.19. Trong hình này bi ểu diễn tất cả các thành phần tạo nên ASON. Kiến trúc ASON Phần quản lý Số liệu/Truyền tải mạng NNI OOC OOC CCI UNI CCI Chuyển mạch Chuyển mạch Thiết bị người quang quang sử dụng OC-N STS-N Tính hạt băng tần Hình 4.19: ASON Kiến trúc mảng điều khiển. Mảng điều khiển bao gồm các phần tử mạng truyền tải (chuyển mạch và tuyến) tạo nên các kết nối quang. Các kết nối đầu cuối đến đầu cuối được thiết lập trong mảng truyền tải theo sự điều khiển của mảng điều khiển (CP) ASON. 2. Các giao diện CP ASON ASON CP biểu diễn trong hình 4.19 định nghĩa tập hợp giao diện: - Giao diện Người sử dụng-Mạng (UNI): UNI hoạt động giữa lớp client quang và mạng. - Giao diện trong Nút tới Nút (I-NNI): I-NNI định nghĩa giao diện giữa các phần tử mạng báo hiệu như OOC trong mạng quang chuyển mạch.
- Giao diện ngoài Nút tới Nút (E-NNI): E-NNI định nghĩa giao tiếp giữa các mảng điều khiển ASON trong những vùng quản lý khác nhau. - Giao diện điều khiển kết nối (CCI): CCI định nghĩa giao diện giữa các phần tử báo hiệu ASON như OOC và phần tử mạng truyền tải hoặc đấu nối chéo. Kiến trúc ASON là mô hình client (khách hàng)-server (nhà cung cấp) hoặc mô hình xếp chồng như biểu diễn trong hình 4.20. Mô hình này giả thiết có sự riêng rẽ, nghĩa là phân biệt và độc lập quản lý, sở hữu của các dịch vụ lớp 1 và 3. Client Client IP Control UNI UNI Optical Control OXC Hình 4.20: Mô hình xếp chồng của mạng ASON. 3. Các yêu cầu chung của ASON Trong bất cứ trường hợp nào thì mảng điều khiển cũng phải đ ược thiết kế đáng tin cậy, có khả năng mở rộng và hiệu quả. Hơn thế nữa, nó phải đem lại cho nhà cung cấp khả năng điều khiển tốt hơn để thiết lập kênh một cách nhanh chóng và chính xác. Về cơ bản mảng điều khiển này cần phải thực hiện: - Phục vụ cho nhiều công nghệ mạng truyền tải (như SDH, OTN, PXC) - Đủ linh hoạt để thích ứng một loạt các kịch bản mạng khác nhau.
Mảng điều khiển ASON có một số thành phần chung như khám phá tài nguyên, tách thông tin trạng thái, thành phần quản lý luồng và lựa chọn luồng. Các modul chức năng bao gồm: - Khám phá tài nguyên. - Kết thông tin trạng thái. - Lựa chọn luồng. - Quản lý luồng. 4.8. Công nghệ truyền tải gói động (DPT) Truyền tải gói động là một kỹ thuật độc quyền của CISCO đ ược phát triển cho mục đích truyền tải tối ưu lưu lượng gói IP. Công nghệ này sử dụng các bộ định tuyến IP trong cấu hình ring kép. DPT sử dụng một giao thức mới, đó là: SRP (Giao thức sử dụng lại không gian). Mục đích chính của nó là tối ưu việc sử dụng băng tần. Sử dụng lại không gian: SRP tận dụng chức năng giải phóng đích, nghĩa là nút đích lấy các gói ra khỏi ring và hoàn trả lại băng tần đầy đủ trong các phân đoạn khác của ring để sử dụng cho các gói khác. Do đó, cơ chế này làm tăng lượng tài nguyên có thể sử dụng đồng thời. Nó đặc biệt đúng trong trường hợp sử dụng cho mạng nội hạt giữa các nút kế cận. Các đặc điểm của thuật toán cân bằng SRP: - Cân bằng toàn cục: mỗi nút sẽ chia sẻ đều băng tần ring giữa các gói gửi đi và gói xuất hiện. - Tối ưu cục bộ: SRP-fa đảm bảo mỗi nút có khả năng sử dụng lại tối đa không gian. - Mở rộng: SRP-fa thực hiện điều khiển để xử lý hiệu quả ring có nhiều bộ định tuyến. Nhằm tăng độ duy trì của mạng, DPT cũng đưa ra cơ chế bảo vệ riêng được gọi là IPS. Cơ chế này cung cấp những chức năng tương tự như APS/SDH và thêm một số các chức năng tối ưu hoá cho gói.
4.9. Phương thức truyền tải gói đồng bộ động (DTM) Phương thức truyền tải gói đồng bộ động (DTM) là một kỹ thuật dùng để khai thác hiệu quả dung lượng truyền dẫn, hỗ trợ lưu lượng băng rộng thời gian thực và lưu lượng multicast. Nó khắc phục được các nhược điểm của chuyển mạch kênh truyền thống trong khi đó lại nổi trội ở khả năng: cung cấp băng thông linh hoạt và đáp ứng dịch vụ chất lượng phân biệt. DTM là nỗ lực kết hợp những ưu điểm của cơ chế chuyển giao số liệu đồng bộ và cận đồng bộ. Về cơ bản nó hoạt động giống như cơ chế ghép kênh theo thời gian truyền thống (TDM) nghĩa là đảm bảo một lượng băng tần xác định giữa các host và phần băng tần lớn dành cho chuyển giao số liệu linh động. Ngoài ra, cơ chế DTM có điểm chung như cơ chế chuyển giao không đồng bộ (như ATM) cho phép tái phân bổ băng tần giữa các host. Điều này nghĩa là mạng có thể thích ứng với những thay đổi về lưu lượng và phân chia băng tần giữa các host theo nhu cầu. Các host nối vào mạng DTM thông tin với nhau qua các kênh (mạch). Một kênh DTM là một tài nguyên linh động có thể thiết lập băng tần từ 512 kbit/s cho đến băng tần cực đại. Các kênh này hiện diện trên môi trường vật lý nhờ cơ chế ghép kênh theo thời gian (TDM). Tổng dung lượng được chia thành các khung 125 s và tiếp tục chia nhỏ thành khe thời gian 64 bit. Nhưng cấu trúc khung này tạo cho nó khả năng tương hợp với SDH/SONET. Một số kiểu dành trước khe thời gian tương ứng với QoS khác nhau theo yêu cầu của client, ví dụ như trễ không đổi, băng tần tối thiểu và nỗ lực tối đa. Để liên kết giữa các tuyến DTM khác nhau cần phải sử dụng chuyển mạch DTM. Chuyển mạch trong DTM là kiểu đồng bộ, nghĩa là trễ chuyển mạch đối với mọi kênh là như nhau. Các kênh DTM có bản chất quảng bá, nghĩa là bất kỳ kênh nào tại bất kỳ thời điểm nào cũng có thể dùng cho kết nối giữa một người gửi và nhiều người nhận. Do đó trên mạng có thể có nhiều nhóm quảng bá đồng thời. 4.9.1. Truyền tải IP qua mạng DTM IP trên DTM (IPOD) là một kỹ thuật tận dụng triệt để hạ tầng mạng DTM cho truyền tải lưu lượng IP trên cơ sở hop-by-hop hoặc QoS. Để kết hợp các ưu điểm của dịch vụ IP với việc hỗ trợ QoS thời gian thực của DTM, IPOD hỗ trợ định tuyến hop-by-hop thông qua mạng IPOD và thiết lập các kênh
trực tiếp giữa người gửi và người nhận. Điều này mang lại cho IPOD các khả năng truyền tải hiệu quả cả luồng lưu lượng thời gian thực và best effort. 4.9.2. Cấu trúc định tuyến Giải pháp IPOD tạo nên một cấu trúc định tuyến trên nền mạng TDM. Cấu trúc này không nhất thiết phải phù hợp với các kết nối vật lý của mạng. Cấu trúc định tuyến logic chỉ mô tả cách các gói tin được chuyển tiếp giữa hop này và hop khác trên mạng. Ví dụ như kết nối TDM dạng mesh theo cấu trúc phân cấp hoặc thay đổi cấu trúc logic bằng việc thiết lập các kênh trực tiếp giữa các bộ định tuyến. Các gói tin IP được gửi giữa hai bộ định tuyến IPOD có thể chuyển tiếp giữa các hop thông qua các kênh cơ sở hoặc thông qua Shortcut đã được thiết lập (Shortcut ở đây có thể hiểu là một kênh DTM được thiết lập trực tiếp giữa các thiết bị ở biên gửi và nhận và do đó tất cả các bộ định tuyến trung gian thực hiện chức năng chuyển tiếp). C ơ chế phân giải địa chỉ cũng sử dụng thông tin như thủ tục định tuyến thông th ường, do đó làm cho nó dễ thực thi và quản lý. Chuyển tiếp hop-by-hop là phương thức ngầm định để truyền tải gói tin thông qua mạng IPOD và nó cũng thường dùng cho các dịch vụ như truy nhập Internet theo kiểu best effort. Kỹ thuật chuyển tiếp hop-by-hop yêu cầu các bộ định tuyến trong mạng IPOD kiểm tra mỗi gói tin khi đi qua nó. Thực tế, Shortcut là một kênh chuyển mạch đầu cuối đến đầu cuối qua mạng, điều đó có nghĩa là luôn có thể kiểm soát được trễ thấp với jitter rất thấp và không có sự mất dữ liệu. Nó có thể đảm bảo chừng nào lưu lượng gửi đi nhỏ hơn hoặc bằng dung lượng mà shortcut cung cấp. Các shortcut được thiết lập khi có một ứng dụng thông báo yêu cầu QoS theo Shortcut. Việc báo hiệu này có thể được thực hiện qua RSVP hay một số giao thức khác. 4.9.3. Phân đoạn IPOD Phân đoạn IPOD bao gồm một số các giao tiếp IPOD. Mỗi giao tiếp IPOD nằm ở một nút vật lý xác định. Đối với mỗi phân đoạn thì chỉ có một giao tiếp IPOD xác định trong nút, tuy nhiên một giao tiếp vật lý có thể có vài giao tiếp IPOD kết nối đến các phân đoạn IPOD khác nhau. Phân đoạn IPOD tương ứng với miền định tuyến OSPF và được thiết lập cấu hình trong OSPF như miền điểm – đa điểm.
Các kênh shortcut được thiết lập theo yêu cầu để chuyển tiếp luồng dữ liệu IP trực tiếp từ nguồn đến đích. Việc thiết lập một shortcut l à quyết định nội bộ trong giao tiếp IPOD gửi và nếu giao tiếp IPOD nhận có đủ tài nguyên thì nó sẽ chấp nhận kênh này. Các kênh shortcut luôn là đơn hướng, nghĩa là chúng không được thiết lập song hướng. Nếu cần thiết lập thông tin hai h ướng với các đảm bảo QoS hai hướng thì hai shortcut riêng rẽ sẽ được yêu cầu. Hình 4.21: Định tuyến hop-by-hop hay thiết lập shortcut. 4.9.4. Tương tác với OSPF Cấu trúc định tuyến thiết lập bởi IPOD tạo nên một bản đồ topo mạng. Giao tiếp IPOD thiết lập cấu hình như trong topo OSPF điểm – đa điểm. Khi một kênh cơ sở thiết lập, nó được gửi đến OSPF để thuật toán định tuyến OSPF sử dụng nh ư một kết nối điểm - điểm trong topo điểm – đa điểm. Giao tiếp IPOD được xem như một bộ định tuyến nhờ địa chỉ IP của nó. Mỗi kênh cơ bản từ bộ định tuyến OSPF được xác định bởi địa chỉ IP của giao tiếp IPOD. Các kênh shortcut không được OSPF sử dụng khi tính toán do các shortcut chỉ dùng để chuyển tiếp các gói tin mà chúng nhận. 4.10. Kiến trúc IP/SDL/WDM Tuyến số liệu đơn giản (SDL) là một phương pháp lập khung được Lucent đề xuất. So với HDLC, khung SDL không có cờ phân ranh giới thay vì đó nó sử dụng trường độ dài gói tại điểm bắt đầu khung. Điều này rất thuận lợi ở tốc độ bit cao khi thực hiện đồng bộ (rất khó thực hiện đối với dãy cờ). Định dạng SDL có thể đ ưa vào trong tải SDH cho
truyền dẫn WDM hoặc thiết bị SDH. Định dạng này cũng có thể được mã hoá trực tiếp trên các sóng mang quang: SDL định rõ tính năng tối thiểu đủ để thực hiện điều này. SDL sử dụng 4 byte mào đầu gồm độ dài gói như biểu diễn trong hình 4.22. Gói có thể dài tới 65535 byte. Các mã kiểm tra lỗi phụ (CRC-16 hoặc CRC-32) có thể tuỳ lựa sử dụng cho gói và nó có thể bị thay thế sau mỗi gói. Tất cả các bit trừ mào đầu được trộn theo bộ trộn x48. Các bộ trộn của phần phát và thu được duy trì đồng bộ qua các gói đặc biệt truyền không thường xuyên. Packet Packet length CRC – 16 Packet Hình 4.22: Cấu trúc mào đầu SDL. SDL không có bất kỳ byte thêm nào dành cho các giao thức chuyển mạch bảo vệ (giống như byte K1 và K2 của SDH). Sử dụng các CRC tải tuỳ lựa còn cho phép giám sát tỷ lệ lỗi bit. 4.11. Kiến trúc IP/WDM Giai đoạn cuối cùng trong tương lai mà hệ thống truyền dẫn số liệu đang h ướng tới là khả năng truyền dẫn IP trực tiếp trên hệ thống truyền dẫn quang DWDM. Trong t ương lai, sự thống nhất của mạng IP và mạng quang nhờ sử dụng các bộ định tuyến IP hoạt động ở tốc độ Gbps hay Tbps phù hợp với giao diện quang tốc độ cao, cũng nh ư các thiết bị truyền dẫn DWDM có kích th ước và cấu hình khác nhau chắc chắn sẽ tạo ra các ưu điểm nổi bật. Dựa vào khả năng định tuyến của công nghệ có thể chia giai đoạn n ày thành hai giai đoạn con: IP over WDM và IP over Optical. 4.11.1. IP over WDM a, Nguyên lý hệ thống Đây là giai đoạn đầu khi đưa các IP datagram truyền trực tiếp trên hệ thống WDM. Trong giai đoạn này, mỗi giao thức sẽ có một bước sóng tương ứng. Việc xử lý ở đây mới dừng lại ở mức xử lý theo từng luồng quang. Các bước sóng khác nhau có thể xen/rẽ ở các node khác nhau nhờ các thiết bị định tuyến bước sóng như: kết nối chéo quang, chuyển mạch bước sóng quang, bộ định tuyến bước sóng quang, hay bộ xen/rẽ kênh quang. Khi này, để thực hiện chuyển đổi các luồng tín hiệu điện (tương ứng với các giao
thức khác nhau) thành các tín hiệu quang để truyền dẫn trên hệ thống DWDM thì không có các giao thức trung gian. Để thực hiện truyền dẫn, các IP datagram phải được tập trung lại thành một luồng trước khi biến đổi để truyền dẫn ở miền quang trên bước sóng tương ứng nó. Với các thiết bị WDM ngày nay, số bước sóng có thể ghép kênh ít nên tương ứng cho mỗi giao thức có một bước sóng nhất định. Các datagram có đích là các mạng nội hạt khác nhau khi truyền dẫn cùng trên một bước sóng thì tại mỗi node cần phải biến đổi về miền điện để thực hiện định tuyến, kết cuối các datagram xuất phát từ node n ày đến các node khác. Như vậy, truyền dẫn quang đối với các IP datagram vẫn bị hạn chế bởi “nút cổ chai” của các mạch điện tử. Hiện nay, trên thị trường đã có các thiết bị có khả năng ghép đến 200 bước sóng, và trong phòng thí nghiệm cũng nghiên cứu thiết bị cho phép ghép đến 1200 bước sóng. Với số lượng bước sóng nhiều thì mỗi giao thức có thể truyền dẫn trên nhiều bước sóng. Khi đó, với việc sử dụng phiên bản IPv6 có khả năng định tuyến ngay tại nguồn th ì có thể tập trung các datagram có cùng đích đến trên một bước sóng. Nhờ đó, các luồng quang tại các node trung gian không cần xử lý điện mà có thể sử dụng các OXC hoạt động dưới sự điều khiển của bước sóng điều khiển λs để thực hiện định tuyến các luồng. Các miền này chỉ biến đổi về miền điện khi đến được node đích. Tại đích, các IP datagram được đưa đến các router tốc độ cao thực hiện định tuyến cho nó. Khi đó, tránh được việc xử lý ở miền điện tại các node trung gian. Tuy nhiên, công nghệ chưa thực sự tối ưu vì số lượng mạng đích nhiều trong khi số lượng bước sóng vẫn còn hạn chế. Vì vậy, các datagram chỉ hạn chế được số lần xử lý trong miền điện tại các node trung gian chứ chưa phải là đã loại bỏ được một cách hoàn toàn. . b, Định tuyến tại tầng quang Thiết bị được sử dụng để định tuyến tại tầng quang là các thiết bị định tuyến bước sóng, điển hình là OXC. OXC cấu hình động có thể chuyển mạch trực tiếp đối với tín hiệu quang nhận được từ cổng đầu vào, xuyên qua kết cấu trường chuyển mạch đến cổng ra tương ứng. Nói một cách rõ hơn, một OXC không thể định tuyến hoặc chuyển mạch các gói, nó chỉ được sử dụng để xử lý tại tầng quang – nơi mà đơn vị truyền dẫn tính theo một sợi quang hay một tia sáng.
Một OXC gồm N cổng vào và M cổng ra, mỗi đầu vào chuyển mạch sợi hay tia sáng với một tốc độ bit riêng b. Vì thế, toàn bộ dung lượng định hướng của thiết bị là NxMxb. Trong OXC là một kết cấu chuyển mạch quang hay chuyển mạch điện. Kết cấu chuyển mạch điện sẽ có một bảng định tuyến tr ong các router và các chuyển mạch. Nó cho phép phát hiện và cô lập lỗi bằng các thông tin quản lý nằm trong tiêu đề của mỗi khung truyền tải. Hơn nữa, sự chuyển đổi quang/điện và ngược lại được thực hiện bởi các OXC cho phép giảm sự suy yếu của tín hiệu quang do suy hao và tán sắc (cả hai tác động này đều nhận được khi truyền ánh sáng qua một khoảng cách xa). Ngược lại, biến đổi O-E-O làm tăng chi phí và năng lượng của các thiết bị. Thêm vào đó, việc nâng cao tốc độ hoặc thay đổi khuôn dạng báo hiệu sẽ đ òi hỏi phải nâng cấp phần cứng. Kết cấu chuyển mạch quang đơn thuần không thực hiện chuyển đổi O-E-O khi tín hiệu đi qua nó từ đầu vào đến đầu ra. Điều đó có nghĩa là chi phí sẽ thấp hơn và giảm năng lượng tiêu thụ của thiết bị. Nó c òn đảm bảo tính trong suốt của tốc độ bit, nghĩa l à kết cấu đó sẽ chuyển mạch dữ liệu độc lập với khuôn dạng khung tín hiệu hay tốc độ bit. Theo lý thuyết, một kết cấu chuyển mạch nh ư vậy đầu tiên có thể đáp ứng được nhu cầu lưu lượng cho OC-48, sau đó là OC-192 và cuối cùng là OC-768. Nhược điểm của chuyển mạch quang đơn thuần là không có sự nhận biết về mặt điện, do đó việc cô lập lỗi rất khó khăn. Kết cấu chuyển mạch quang đơn thuần và các sáng kiến để khắc phục các nhược điểm của nó như biến đổi bước sóng và cô lập lỗi ở tầng quang vẫn trong giai đoạn phát triển. Trong trường hợp này, thông tin điều khiển vẫn được mang trên kênh bước sóng điều khiển λs của mạng WDM thông thường. Các giao thức định tuyến động được sử dụng trong mỗi OXC và trên mạng có phạm vi, cấu trúc thay đổi (như mạng IP) để phát hiện các mạng xung quanh nó, nhận biết kiến trúc mạng, tính toán đường đi, cài đặt trạng thái định hướng. Khi đó, các IP router định hướng các gói tin trên cơ sở hop-by-hop. Một OXC có thể là nơi xuất phát, trung gian hay kết thúc một kết nối quang. Mạng quang l à mạng có kết nối định hướng, và giao thức báo hiệu được sử dụng để thiết lập, quản lý trạng thái định h ướng kết nối tại mỗi OXC dọc theo đường kết nối quang. Yêu cầu đối với các thiết bị này khi sử dụng để truyền dẫn cho giao thức IP là khả năng truyền dẫn đa hướng. Vì vậy, cần chú ý xây dựng các cấu trúc chuyển mạch có khả năng này.
c, Vì sao chọn OXC làm nhân tố cơ bản? Ở trên đã trình bày các mô hình khác nhau để truyền dẫn IP trên quang như IP/ATM/SDH, IP/SDH nhưng tuỳ từng mô hình mà hiệu quả truyền dẫn chỉ đạt được một mức độ nào đó. Trong khi đó, đối với OXC thì ngoài những thành công và sự ứng dụng rộng rãi nhờ vào tính sẵn có của thiết bị, chi phí vận hành, bảo dưỡng và khả năng hoạt động trên nền tảng của các IP router thế hệ tương lai với tốc độ Tbps, nó còn hấp dẫn bởi khả năng cung cấp các chức năng hữu dụng khác như: ● Định hướng hiệu quả hơn đối với toàn bộ lưu lượng: Các IP router giáp ranh sẽ tập trung toàn bộ và ghép kênh luồng lưu lượng IP vào một bước sóng đơn. Từ đó, cho phép chuyển mạch trong lõi mạng hiệu quả hơn thực hiện ở tầng IP điện. Nhờ đó tăng khả năng mở rộng scalability và giảm chi phí. ● Cấu hình “lưới mạng quang”: Trên cơ sở các OXC, mạng quang có thể xây dựng được cấu hình lưới. Mạng này có ưu điểm là cần ít tài nguyên để bảo vệ và khôi phục tín hiệu hơn so với mạng cấu hình vòng SDH. Sở dĩ có điều này vì tài nguyên mạng (ví dụ: các node, các liên kết) có thể được sử dụng nhiều lần cho các kết nối end-to-end. Cấu hình lưới còn cho phép xây dựng các đường truyền cố định giữa hai điểm bất kỳ trong mạng. ● Đường vòng quang: Lưu lượng chuyển tiếp đến các điểm node của nhà cung cấp POP có thể được chuyển mạch quang chứ không thực hiện phân kênh thành các gói và xử lý ở tầng IP. Các thiết bị định tuyến IP là thiết bị điện thường có giá thành đắt, nên nó thường được lắp đặt để phục vụ cho lưu lượng khách hàng xuất phát hay kết cuối tại POP chứ không phải là lưu lượng chỉ chuyển tiếp qua. ● Khả năng cấu hình lại của tầng quang: Bằng việc biết đ ược sự phân bố của cấu hình mạng và các tín hiệu báo hiệu trong OXC, có thể định hình một cách hợp lý, hiệu quả cho tài nguyên mạng truyền tải quang (OTN) nhằm giám sát các dịch vụ và phản ứng lại với các lỗi xảy ra. Vì OTN có thể truyền nhiều gói tin IP hơn nên các giao thức và thiết bị TE thực tế có thể điều khiển định hình và giám sát các kết nối quang giữa các router. Các bộ định tuyến IP kết nối song hướng với nhau bằng các kết nối quang đ ược xem là có thể thực hiện các chức năng như trên mặc dù thêm quá trình xử lý điện. Tuy nhiên, để truyền tải lưu lượng IP lớn dưới dạng quang qua mạng backbone của nhà cung
cấp thì cần phải quan tâm đến việc điều khiển phần lớn lõi chuyển mạch nằm ở tầng quang. IP router giáp ranh có thể phải điều khiển một tập hợp phức tạp và đa chức năng. d, Mô hình kiến trúc mạng IP over WDM Lớp WDM được thiết kế tương thích với các chuẩn công nghiệp. Đây là chìa khoá để đảm bảo sự trong suốt về giao thức và khuôn dạng trong các mạng. Những yêu cầu này dẫn đến hai cách tiếp cận ● Mô hình overlay Mô hình overlay có các giao thức định tuyến riêng biệt, hệ thống địa chỉ và các kiến trúc mạng riêng giữa các mạng client (ví dụ là IP hay SDH) và mạng truyền tải quang OTN. Mô hình overlay có đặc điểm: - Thiết bị router IP và OTN OXC thuộc hai miền quản trị riêng biệt. - Router IP được nối với OXC gần nhất thông qua giao diện UNI. Một UNI t ương ứng với một bên của kết nối là một client (router IP) và bên còn lại là mạng OXC. - Router IP không nhận biết được cấu hình của mạng truyền tải. Chúng nằm liền kề với nhau trong mạng truyền tải, cung cấp các kết nối quang và trao đổi thông tin với nhau về cấu hình mạng của mạng IP. - Mạng IP và mạng truyền tải không trao đổi thông tin về cấu hình mạng, bảo dưỡng cấu hình riêng cho từng mạng, có giao thức định tuyến (mặt điều khiển) và thiết lập báo hiệu độc lập nhau. - IP router có thể yêu cầu (gửi tín hiệu) cho mạng truyền tải để thiết lập một kết nối quang với một router. Những nhà cung cấp muốn giữ mạng quang và mạng IP (hay bất kỳ một mạng IP nào khác) riêng rẽ nên thường sử dụng mô hình overlay. Đó là vì sử dụng mô hình này sẽ đơn giản trong việc quản trị mạng, và OTN yêu cầu và tính cước dịch vụ trên cơ sở mạng kết nối với nhiều điều khiển client khác nhau (các IP router, các chuyển mạch ATM, và các ADM SDH). ● Mô hình peer
Mô hình peer có giao thức định tuyến đơn, hệ thống địa chỉ và kiến trúc mạng chung cho các thiết bị IP và thiết bị quang. Mô hình peer có các đặc điểm sau: - Thiết bị router IP và OTN OXC nằm trong cùng một miền quản trị. - Router IP và các OXC mà nối trực tiếp đến sẽ được đặt gần nhau để trao đổi thông tin cấu hình mạng. - Router IP có thể nhận biết đầy đủ cấu hình mạng truyền tải và ngược lại. Sở dĩ có được điều này là tất cả các router IP và OXC cùng chia sẻ không gian bên trong cấu hình mạng. - Router IP sử dụng một tập các giao thức báo hiệu và định tyến chung cùng với một hệ thống địa chỉ đơn. - Router IP có thể yêu cầu (báo hiệu) một kết nối quang tới router. Mô hình overlay.
Mô hình peer. Hình 4.23: Mô hình overlay và peer. Ở các mô hình kết nối tại tầng quang. Trên tầng truyền tải có thể sử dụng cấu hình “lưới” đảm bảo khả năng xử lý bước sóng và khôi phục. Khi có lỗi vật lý xảy ra, tín hiệu được định tuyến lại để đi theo một đường truyền vật lý khác. Cấu trúc này là cách tốt nhất để phục hồi mạng. e, Các yêu cầu đối với mạng IP/WDM IP/WDM chỉ thực hiện được khi tất cả các dịch vụ đầu cuối đến đầu cuối là hoàn toàn quang. Vì thế, mạng quang để thực hiện được cần có các chức năng như: phát hiện và sửa lỗi, khả năng chịu lỗi, quản lý, định tuyến, chuyển mạch…tại tầng quang. Sau đây sẽ trình bày cụ thể từng chức năng: Phát hiện và sửa lỗi Khác với khung SDH có phần mào đầu chứa chức năng giám sát lỗi, mạng truyền dẫn IP/WDM khá phức tạp trong việc phát hiện lỗi do các giao thức là trong suốt qua mạng WDM. Vì chức năng phát hiện lỗi bị hạn chế nên khoảng cách truyền dẫn lớn nhất mà vẫn đảm bảo xác suất lỗi bit cũng giảm. FEC được thực hiện trong tất cả các mạng toàn quang WDM. Nó có thể chia ra làm hai cách: Cách thứ nhất là đưa FEC vào phần không sử dụng của tiêu đề SDH. Cách này
bị giới hạn bởi các khung SDH có phần không gian này rất ít trong một khung. Nó còn được gọi là FEC trong băng; Cách thứ hai là các dữ liệu FEC được mã hoá và truyền dẫn trên các kênh riêng. Phương pháp này còn gọi là FEC ngoài băng. Nó tăng tốc độ đường truyền và cải thiện hệ thống một cách đáng kể. Khả năng chịu lỗi Ngoài giám sát bước sóng và định tuyến mềm dẻo, một mạng đ ường trục còn phải là một hệ thống quang có khả năng tồn tại cao bao gồm cả chuyển mạch bảo vệ và khôi phục mạng. Việc lắp đặt một mạng toàn quang sẽ đem đến khả năng để bảo vệ mạng tại tầng quang. Bảo vệ đoạn ghép quang 1+1 (MSP) như trong hệ thống SDH. Các OADM có thể đảm nhiệm các chức năng chuyển mạch bảo vệ tại tầng quang mới. Có thể sử dụng OXC trong một phần tích hợp của kiến trúc này. Nó có thể cung cấp kiểu bảo vệ 1+1 thông qua các cầu (bridge) phía đầu, trong khi OXC ở phía cuối có thể được giám sát để chuyển mạch một cách linh hoạt giữa hai cổng quang đầu vào. Hình thức chuyển mạch bảo vệ tại tầng quang này sẽ chống lại hiện tượng đứt cáp ở mức cao nhất có thể. Trong những năm tới, các hình thức khôi phục và duy trì mạng sẽ được cải tiến đáng kể. MPLS là một trong những hình thức này. Nó cho phép mạng quang thực hiện khôi phục và chuyển mạch bảo vệ đường tại tầng IP chứ không phải là tầng quang. Định tuyến theo bước sóng Một khả năng độc đáo nhất của mạng hoàn toàn quang là cho phép định tuyến theo bước sóng. Các bước sóng của tín hiệu, trạng thái của các kết nối chuyển mạch và sự thay đổi của các bước sóng sẽ quyết định đường truyền tín hiệu thông qua mạng. OADM có thể kết nối với các router IP và có thể thiết lập một đường quang giữa chúng (đường quang là đường mà các tín hiệu quang truyền qua để đến đích). Trong quá trình truyền dẫn, tín hiệu có thể qua vài bộ biến đổi bước sóng. Nhưng một đường bước sóng là một đường quang mà không đi qua các bộ biến đổi bước sóng. Các router cần phải biết về cấu hình mạng. Điều này có thể thực hiện nhờ các giao thức định tuyến động. Như vậy, khi cấu hình mạng thay đổi thì định tuyến lưu lượng cũng thay đổi theo. Có hai giải pháp cho vấn đề định tuyến:
- Giải pháp định tuyến riêng cho mạng IP/WDM: gồm hai bước là ấn định định tuyến và ấn dịnh bước sóng. Việc định tuyến trong mạng WDM có liên quan đến việc ấn định bước sóng và định tuyến (RWA). Việc n ày được chia thành hai quá trình khác nhau và được xử lý riêng theo các kỹ thuật đã biết. Độ phức tạp của ấn định bước sóng và định tuyến phụ thuộc vào việc các node có sử dụng bộ biến đổi b ước sóng không và kết nối mạng là một sợi hay đa sợi. - Giải pháp định tuyến chung: có sử dụng các giải pháp chung cho việc quyết định cấu hình ảo, ấn định bước sóng và ấn định định tuyến. Cách này được chia làm 4 khía cạnh và liên kết chung với giải pháp riêng của chúng. Hai trong số 4 khía cạnh trên nảy sinh từ các mạng quang thực tế và hai khía cạnh còn lại giống như dịnh tuyến quang trong mạng dữ liệu. Việc định tuyến bước sóng sẽ có nhiều thay đổi và MPLS là thích hợp nhất. Sử dụng MPLS sẽ không phải truyền thông tin định tuyến cập nhật qua mạng khi một node/segment của mạng bị hỏng. Bằng cách n ày đã đưa định tuyến xuống lớp IP và đơn giản hoá mạng. Quản lý và điều khiển mạng Quá trình phát triển của mạng hướng tới một mạng toàn quang sẽ đem đến những khó khăn trong việc thống nhất cơ sở quản lý mạng với các kiến trúc hiện có. Hệ thống IP/WDM cần đáp ứng được các yêu cầu sau: giám sát lỗi, cấu hình mạng, quản lý hiệu năng, tốc độ và độ trễ. Trong các mạng hiện nay, việc quản lý được thực hiện bằng cách cho phép các router đường trục IP giao diện với các thiết bị SDH hay WDM. Một số chú ý khi sử dụng các router đường trục IP: - Về mặt kỹ thuật cũng như kích thước của mạng và các phần tử mạng. - Tính toán mức độ ảnh hưởng của băng thông người sử dụng lên kiến trúc mạng. - Sử dụng các nguyên tắc vận hành và thiết kế mạng. - Xem xét vai trò của các đường truyền đầu cuối đến dầu cuối hoàn toàn quang. - Xem xét vai trò của việc ấn định bước sóng và định tuyến. - Thiết kế việc chia sẻ bước sóng và tái sử dụng bước sóng. - Đưa ra việc quản lý mạng thống nhất cho truy cập mạng đường trục. Điều này được dùng để quản lý mạng IP/WDM. Nhiều thiết bị được quản lý nhờ sử dụng hệ thống quản lý mạng riêng cho phép thực hiện điều khiển mạng cho mạng toàn quang. Trong suốt dịch vụ