Tiểu luận Mạng thông tin quang: Xu hướng tích hợp mạng IP/Quang thế hệ sau

Chia sẻ: Bfgh Bfgh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

158
lượt xem 29
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiểu luận Mạng thông tin quang: Xu hướng tích hợp mạng IP/Quang thế hệ sau nhằm trình bày về giao thức thống nhất của mạng truyền tải, IP giao thức thống nhất của mạng truyền tải, mô hình phân loại các gói IP thành các lớp dịch vụ, mô hình giải pháp mạng IP /WDM ngang, giới thiệu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tiểu luận Mạng thông tin quang: Xu hướng tích hợp mạng IP/Quang thế hệ sau

BÀI TIỂU LUẬN MẠNG THÔNG TIN QUANG Đề Tài: Xu hướng tích hợp mạng IP/Quang thế hệ sau Học viên: Cao Hữu Vinh Ngô Thanh Tuấn 1
Mục lục I Giao thức thống nhất của mạng truyền tải………………………………………………………………… 1.1 IP giao thức thống nhất của mạng truyền tải……………………………………………………………. 1.2 Giao thức IP …………………………………………………………………………………………….. 1.3 Sử dụng IP v4 hay IP v6………………………………………………………………………………….. 1.4 IP v6 cho IP/WDM………………………………………………………………………………………. 1.5 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong IP ……………………………………………………………………… 1.6 Mô hình phân loại các gói IP thành các lớp dịch vụ…………………………………………………….. II Công nghệ ghép kênh theo bước song……………………………………………………………………. 2.1 Công nghệ ghép kênh theo bước song…………………………………………………………………... 2.2 Các thế hệ mạng WDM………………………………………………………………………………….. 2.3 Xu hướng tích hợp IP over WMD……………………………………………………………………….. III Kiến trúc IP /DWM………………………………………………………………………………………. 3.1 Nguyên lý hệ thống……………………………………………………………………………………… 3.2 Các mô hình giải pháp mạng IP /WDM…………………………………………………………………. 3.2.1 Mô hình giải pháp mạng IP /WDM ngang hàng………………………………………………. 3.2.2 Mô hình giải pháp mạng IP /WDM xép chồng………………………………………………... 3.2.3 Mô hình giải pháp mạng IP /WDM lai………………………………………………………... 3.3 So sánh các mô hình giải pháp mạng IP /WDM………………………………………………………… IV. Giới t hiệu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang……………………………………………….. 4.1 Các phương pháp đinh tuyến trong mạng IP /WDM……………………………………………………. 4.1.1 Phương pháp định tuyến địa chỉ vùng……………………………………………………….. 4.1.2 Phương pháp định tuyến xếp chồng…………………………………………………………. 4.1.3 Phương pháp định tuyến tích hợp……………………………………………………………. 4.2 Các mô hình dịch vụ trong mạng IP /WDM…………………………………………………………….. 4.2.1 Mô hình dịch vụ miền………………………………………………………………………… 4.2.2 Mô hình dịch vụ hợp nhất……………………………………………………………………. 4.3 Kỹ thuật lưu lượng trong mạng IP /WDM……………………………………………………………….. 4.3.1 Mô hình kỹ thuật lưu lượng xếp chồng………………………………………………………. 4.3.2 Mô hình kỹ thuật lưu lượng tích hợp…………………………………………………………. 4.4 Các giao t hức định tuyến IP ……………………………………………………………………………... 4.4.1 Định tuyến tĩnh và định tuyến động………………………………………………………….. 4.4.2 Định tuyến véc tơ khoảng cách và định tuyến trạng thái liên kết…………………………… V. Kết luận ………………………………………………………………………………………………….. 2
I Gi ao th ức thống nhất của mạng truyền tải 1.1 IP giao thức th ống nhất của mạng tru yền tải Cùng với sự ra đời và phát triển của nền kinh tế tri thức, sự phát triển bùng nổ của lưu lượng Internet/Intranet cũng như công nghiệp truyền dẫn IP băng rộng/tốc độ cao có khả năng truyền t ải được tất cả các dịch vụ viễn thông hay dữ liệu làm cho truyền t ải IP đang t rở thành phương thức t ruyền t ải chính trên cơ sở hạ tầng truyền tải thông tin hiện nay cũng như trong tương lai. Sự tăng trưởng theo cấp số nhân của luồn lưu lượng IP được kết hợp với sự tăng trưởng lớn mạnh liên tục của việc sử dụng mạng internet và intranet diện rộng, sự hội t ụ nhanh chóng của các dịch vụ IP t iên tiến, Khả năng kết nối đơn giản, dễ dàng và linh hoạt đã t ạo ra một sự dịch chuyển mang t ính đột biến trong quá trình phát triển của mạng viễn t hông. Sự dịch chuyển này không chỉ xảy ra t rên lĩnh vực nội dung mà còn ở cách thức của truyền t ải lưu lượng. Nó đã làm thay đổi hoàn toàn quan điểm t hiết kế của các mạng viễn thông. Mặc khác công nghệ thông tin ngày càng phát t riển mạnh mẽ. Đặc biệt, khi công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh phân chia t heo bước sóng – WDM, mà giai đoạn t iếp t heo của nó là ghép kênh phân chia theo bước sóng có mật độ cao – DWDM, ra đời với những ưu điểm vượt trội về băng thông rộng/tốc độ lớn ( t ới hàng ngàn T erabit ) và chất lượng t ruyền dẫn cao cũng t ạo nên sự phát t riển đột biến t rong công nghệ truyền dẫn. T ừ sự bùng nổ lưu lượng IP cùng sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ IP và công nghệ thông t in quang đã tạo nên một cuộc cách mạng trong t ruyền t ải của các mạng viễn thông. Kết hợp hai công nghệ mạng này trên cùng một cơ sở hạ tầng mạng tạo thành một giải pháp tích hợp để truyền tải đang là vấn đề mang t ính t hời sự. Trong hầu hết các kiến trúc mạng viễn thông đề xuất cho t ương lai đều t hừa nhận sự thống trị của công nghệ truyền dẫn IP trên mạng quang. Đặc biệt truyền tải IP trên mạng quang được xem là nhân tố then chốt trong việc xây dựng mạng truyền tải NGN. Cho đến nay người t a đã t ạo ra được nhiều giải pháp liên quang đến vấn đề làm thế nào truyền tải các gói IP qua môi trường sợi quang. Và nội dung của chúng đều t ập trung vào việc giảm kích thước mào đầu trong khi vẫn đảm bảo cung cấp dịch vụ chất lượng khác biệt, độ khả dụng và bảo mật cao. Có hai hướng giải quyết chính cho vấn đề trên đó là: giữ lại công nghệ cũ, phát t riển các t ính năng phù hợp cho lớp mạng t rung gian như AT M và SDH để truyền tải IP trên mạng WDM, hoặc t ạo ra công nghệ và giao t hức mới như MP LS, GMP LS. Đối với kiến trúc mạng IP được xây dựng theo ngăn mạng sử dụng những công nghệ như ATM, SDH và WDM, do có nhiều lớp liên quan nên đặc trưng của kiến trúc này là dư thừa các tính năng và chi phí cho khai thác và bảo dưỡng cao. Hơn nữa kiến trúc này trước đây sử dụng cung cấp chỉ tiêu đảm bảo cho dịch vụ thoai và thuê kênh. Vì vậy, nó không còn phù hợp cho các dịch vụ chuyển mạch gói mà được thiết kế tối ưu cho số liệu truyền tải lưu lượng IP bùng nổ. Một số nhà cung cấp và tổ chức tiêu chuẩn đã đề xuất những giải pháp mới cho khai thác IP trên một kiến trúc mạng đơn giản, ở đó lớp WDM là nơi cung cấp băng t ầng t ruyền dẫn. Những giải pháp này cố gắng giảm mức t ính năng dư thừa, giảm mào đầu giao thức, đơn giản hóa công việc quản lý và qua đó truyền tải IP trên lớp WDM (lớp mạng quang) càng hiệu quả càng tốt. Tất cả chúng đều liên quan đến 3
việc đơn giản hóa các ngăn giao thức, nhưng trong số chúng chỉ có một số kiến trúc có nhiều hứa hẹn như các giải pháp gói trên SONET /SDH, Gigabit Ethernet (GbE) và t ruyền tải gói động ( Dynamic P acket T ransport – DPT). Tuy nhiên các giải pháp GbE và DPT thường được sử dụng cho lớp truy nhập. T ùy từng giải pháp tích hợp truyền tải IP trên quang các t ín hiệu dịch vụ được đóng gói qua các t ầng khác nhau. Đóng gói có thể hiểu một cách đơn giản chính là quá t rình các dịch vụ lớp trên đưa xuống lớp dưới và khi chúng đã được thêm các t iêu đề và đuôi theo không dạng t ín hiệu đã được định nghĩa ở lớp dưới. Các phương thức tích hợp trên quang bao gồm :  Kiến trúc IP /PDH/WDM  Kiến trúc IP /AT M/SDH/WDM  Kiến trúc IP /AT M/WDM  Kiến trúc IP /SDH/WDM  Kiến trúc IP /NGSDH/WDM  Kiến trúc IP /MPLS/WDM Phương thức truyền tải IP trên quang là một trong những yếu tố quan trọng để người t a lựa chọn giao thức IP làm giao thức thống nhât cho mạng truyền tải trong tương lai. 1.2 Gi ao thức IP Cho đến nay đã có hai phiên bản của giao thức IP đó là : IP version 4 (IPv4) và IP version 6 (IPv6). T uy vậy, chúng vẫn thực hiện những chức năng chính sau: + IP định nghĩa đơn vị số liệu mà có thể gửi qua internet, nghĩa là IP quy định định dạng của đơn vị số liệu (datagram) được gửi đi: + Phần mềm IP thực hiện chức năng định tuyến dựa trên địa chỉ IP ; + IP gồm một tập hợp các nguyên tắc cho việc xử lý đơn vị số liệu tại các bộ định tuyến và Host như thế nào, khi nào và bao giờ bản tin lỗi cần được t ạo ra, và khi nào số liệu cần hủy bỏ. Sự phát t riển mạnh mẽ của IPv6 chủ yếu bắt nguồn t ừ việc thiếu không gian địa chỉ của phiên bản tiền nhiệm trước nó (IPv4). Yêu cầu phát triển đòi hỏi phải định nghĩa lại phần mào đầu nhằm cải t hiện hiệu quả định tuyến, đó cũng là một động lực quan trọng khác của IP v6. Địa chỉ IPv4 gồm có 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 phần định danh mạng và trạm. Địa chỉ IP được biểu diễn dưới dạng . Có thể biểu diễn địa chỉ IP dưới dạng nhị phân và thập phân. Giả sử n và h lần lượt là bit chỉ mạng và trạm. Địa chỉ IP được phân lớp, với bit lớp của lớp A, B, C, D, E lần lượt là 0, 10, 110, 1110, 11110. Với IPv4 chúng ta có 232 (4,3 tỷ) địa chỉ. Với sự phát t riển của công nghệ hiện nay, hầu như t ất cả các thiết bị điện tử trong tương lai sẽ tích hợp dịch vụ IP, vì thế không gian địa chỉ của IPv4 trở nên chật hẹp. IPv6 là sự mở rộng của IPv4, t rong đó nó dùng 64 bit cho phần phần định danh mạng và 64 bit cho phần định danh trạm. Như vậy với IPv6 chúng t a sẽ có 2128 địa chỉ. Điều này có nghĩa là trung bình một cá nhân trên thế giới sẽ có vào khoảng 5×1028 địa chỉ IP (xem như trên thế có vào khoảng 6,5 tỷ người). 4
Như vậy với IPv6 chúng t a có thể đảm bảo đủ không gian địa chỉ cho t ất cả các t hiết bị điện tử tích hợp dịch vụ IP trong tương lai. Điều này làm t iền đề cho sự phát triển lưu lượng số ngày càng mạnh mẽ và bền vững. 1.3 Sử dụng IPv4 hay IPv6. Đến bây giờ chúng t a 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 t hiết bị mới và bảo vệ vốn đầu t ư quá khứ. T uy nhiên, có một điều chưa chắc chắn đó là liệu t ất 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 t rên mạng thích ứng cho IPv4, đây không chỉ là một yếu tố làm hạn chế sự thay đổi. Một đặc t ính khác lôi cuốn các nhà khai t hác có cơ sở hạ tầng phát triển nhanh đó là đặc t ính cắm và chạy (Plug and Play), nó làm cho mạng IPv6 dễ dàng trong việc cấu h.nh 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 nhà sản xuất Internet Browser cần phân phối cho các Client khả năng thông tin với cả IPv4 và IPv6). Một điều quan t rọng 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 IP v6. Như vậy, chúng ta có thể thấy rằng t rước 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 đếnnay các ứng dụng IP đang cố thu nạp những điểm mạnh của IP v6 chẳng hạn như QoS. 1.4 IPv6 ch o IP/WDM Vấn đề chính của chúng ta là phải xác định xem những gì cần cho mạng và những g. nên loại bỏ để làm cho t ruyền tải IP trên mạng WDM hiệu quả hơn. T rong bối cảnh hiện nay, IPv6 là phiên bản hợp lý nhất để hiện t hực 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 t uyến IPv4 được thích ứng ở biên của mạng WDM, điều này đồng nghĩa với việc t ạo ra một quá t r.nh chuyển đổi dần dần t ại biên giới giữa các thành phần mạng. Sử dụng IP v6 trong phần l.i của mạng WDM sẽ đem lại hiệu quả, khả năng mở rộng lớn hơn so với IP v4. 1.5 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong IP Trước đây, Internet chỉ hỗ trợ dịch vụ với nỗ lực tối đa như bản chất thuật ngữ “ best effort”, ở đó tất cả các gói có cùng năng lực t ruy nhập tài nguyên mạng. Lớp mạng lien quan đến việc t ruyền tải các gói từ nguồn đến đích bằng cách sử dụng địa chỉ đích trong mào đầu gói dựa t rên một thực thể trong bảng định tuyến. Sự phân tách trong quá t rình định tuyến từ quá trình gửi gói t in thực tế là một khái niệm thiết kế rất quan trọng trong internet. Gần đây IETF đã giới thiệu một vài giải pháp thúc đẩy QoS trong internet. T rong số những giải pháp này, IntServ/RSVP và DiffServ/ QoS – agent s là những giải pháp hứa hẹn nhất. 1.6 Mô h ình phân loại các gói IP th ành các lớp dịch vụ  Kiểu dịch vụ tích hợp ( Int Serv) Giao t hức đặt trước tài nguyên và kiến trúc để thực hiện QoS từ đầu đến cuối là kết quả của nhóm IntServ. RSVP là một giao thức báo hiệu thiết lập vào duy trì sự dành trước tài nguyên mạng. Do đó RSVP sẽ có giai đoạn thiết lập, ở đó các vùng t ài nguyên được dành t rước t rong các bộ định t uyến trung gian. Trong RSVP việc dành trước tài nguyên chỉ hợp lệ trong một khoản thời gian nhất định, Vấn đề căn bản cảu RSVP đó là sự mở rộng việc quản lý t ình t rạng t ài nguyên trong một lượng lớn các kết nối. các giải pháp cho vấn đề mở rộng này là tập hợp luồn RSVP t hành một luồng hoặc RSVP theo kiến trúc.  Mô hình dịch vụ phân biệt ( DiffServ) 5
Cơ chế dịch vụ phân biệt (DiffServ) cho phép nhà cung cấp các mức dịch vụ khác nhau cho những người sử dụng int ernet khác nhau. Mỗi mạng riêng hoặc mạng của ISP có một miền DiffServ. Trong miền này, lưu lượng các gói được xử lý theo cùng một kiểu. Điểm mã DiffServ của IETF (DSCP) trong phần mào đầu gói định nghĩa đáp ứng cho mỗi nút. Lưu lượng đi vào mạng được phân loại và gán vào các khối đáp ứng khác nhau. Mỗi khối đáp ứng được định nghĩa bởi DSCP đơn giản nằm trong phần mào đầu gói. DiffServ cung cấp QoS cho toàn bộ lưu lượng bằng cách sử dụng các t hành phần chức năng t ại nút mạng. Những thành phần này bao gồm:  T ập hợp đáp ứng chuyển phát mà định nghĩa lớp QoS cug cấp. Việc phân loại gói t ới được thực hiện nhờ trường DS trong phần mào đầu gói cùng với tổng hợp đáp ứng tại mỗi nút.  Điều hòa lưu lượng gồm việc đo đạc, loại bỏ và kiểm soát. Phân loại gói và điều hòa lưu lượng chỉ được thực hiện tại các bộ định t uyến biên. T rong mạng lõi DiffServ chỉ thực hiện phân loại qua trường DS có độ dài cố định. Điều này mang lại cho DiffServ khả năng mở rộng rất lớn. II C ôn g nghệ ghép kênh th eo bước sóng 2.1 Công nghệ ghép kênh theo bước sóng Do hệ thống t ruyền dẫn t hông t in quang có nhiều ưu điểm trội hơn hẳn các hình t hức thông t in khác như : băng thông rộng, t ốc độ cao, không chịu ảnh hưởng của sóng điện t ừ,… nên thông t in quang đang giữ vai t rò chính trong việc t ruyền tín hiệu ở các tuyến đường t rục và các t uyến xuyên lục địa, vượt đại dương…Công nghệ hiện nay đã t ạo đà cho t hông t in quang phát triển theo xu hướng hiện đại và kinh t ế nhất trong mạng viễn thông. Vì vậy các hệ thống truyền dẫn thông tin quang sẽ dần thay thế các hệ thống thông tin theo phương pháp truyền thống. Với sự xuất hiện của công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng (WDM) thì dung lượng, tốc độ, băng rộng… của hệ thống t hông t in ngày càng nâng cao. Công nghệ WDM tận dụng băng tầng của sợi quang bằng cách t ruyền nhiều kênh bước sóng quang độc lập và riêng rẽ trên cùng một sợi quang. Mỗi bước sóng biểu thị cho một kênh quag trong sợi. DWDM là bước phát triển tiếp theo của WDM. Nguyên lý nó tương t ự WDM chỉ khác là khoản cách giữa các kênh sóng gần hơn, t ức là số kênh ghép nhiều hơn. Thông thường khoảng cách kênh ghép là 0.4nm (50 GHz). Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật WDM là các tín hiệu quang có bước sóng khác nhau ở đầu phát được ghép kênh và t ruyền trên cùng một sợ quang. Ở đầu thu t ín hiệu gồm nhiều bước sóng đến t ừ sợi quang đó được t ách kênh để thực hiện xử lý theo yêu cầu của t ừng bước sóng. Như vậy, WDM có nghĩa là độ rộng băng quang của các kênh được ghép kênh ở các vùng phổ cố định, không chồng lấn trong băng thông t ruyền dẫn của sợi quang. Mỗi vùng t ương ứng với một kênh có bước sóng là i. Các kênh khác nhau thì độc lập với nhau và truyền với các tốc độ xác định. Điều này cho phép WDM được xem như hệ thống t ruyền dẫn mà t ín hiệu được t ruyền trong suốt đối với dạng mã và tốc độ. Công nghệ WDM có các đặc điểm sau: - T ận dụng t ài nguyên dải t ầng rất rộng của sợi quang - Có khả năng đồng thời truyền dẫn nhiều tín hiệu - Có nhiều ứng dụng - Giảm yêu cầu xử lý tốc độ cao cho một số linh kiện quang điện - Kênh truyền dẫn IP - Có khả năng truyền dẫn hai chiều trên cùng một sợi quang - Cấu hình mạng có tính linh hoạt , tính kinh tế và độ tin cậy cao 2.2 Các th ế hệ mạng WDM Thế hệ WDM đầu t iên được sử dụng trong mạng WAN. Cấu hình mạng WAN WDM được cài đặt nhân công hoặc cố định. Đường t ruyền WDM cung cấp các kết nối điểm nối điểm với t ốc độ thấp. Kỹ thuật chính trong WDM thế hệ đầu tiên là t hiết kế và phát t riển Laser WDM, các kỹ thuật khuếch đại quang, các giao thức t ruy nhập và định t uyến t ĩnh. Các thiết bị xen, rẻ bước sóng quang WADM cũng được sử dụng t rong mạng MAN. Các thiết bị đấu nối chéo quang DXC được sử dụng để kết nối các vòng 6
Ring WADM. Các kết nối này có thể là băng thông rộng hoặc băng t hông 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 t rên lớp quang bằng cách sử dụng WSXC. Các đường quang này có cấu t rúc (topology) ảo trên topology vật lý của cáp sợi quang. Cấu hình các bước sóng ảo này được cài đặt mềm dẻo hơn t heo yêu cầu sử dụng. Kỹ thuật chính WDM thế hệ thứ hai là xen, rẽ bước sóng quang, các t hiết bị đấu nối chéo, bộ biến đổi bước sóng quang t ại các bộ đấu nối chéo, định t uyến 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 nh.n hoặc mào đầu quang được gắn kèm với số liệu, được t ruyền cùng với t ải 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 t hế hệ ba là: Bộ định t uyến (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 t âm trong mạng WDM thế hệ ba. Kết hợp định t uyến và phân bổ bước sóng t rên cơ sở chuyển mạch nh.n đa giao thức (MPLS) được coi là chuyển mạch nh.n đa giao t hức 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 t hực hiện. Hình 1. Mạng WDM qua các thế hệ 2.3 Xu h ướng tích hợp IP over WMD 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 t ăng nhanh và dần thay t hế các loại giao thức khác. Trong khi IP được xem như công nghệ lớp mạng phổ biến t hì 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 quang linh hoạt hơn, nhờ đó các đường quang (light path) có thể được thiết lập theo nhu cầu. Một trong những thách thức quan trọng đó là vấn đề điều khiển các lightpath này, t ức là phát triển các cơ chế và thuật t oán cho phép thiết lập các lightpath nhanh và cung cấp khả năng khôi phục khi có sự cố, trong khi vẫn đảm bảo được t ính tương tác giữa các nhà cung cấp thiết 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. T uy nhiên việc quản lý mạng t heo các phương pháp trên gặp không ít khó khăn. Nguyên nhân chủ yếu gây nên sự phức t ạp trong quản lý chính là sự phân lớp t heo truyền t hống của các giao thức mạng. Các mạng truyền thống có rất nhiều lớp độc lập, do 7
đó có nhiều chức năng chồng chéo nhau ở các lớp và thường xuyên có sự mâu thuẫn 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 giảm số lớp giao t hức. Hơn nữa, khi dung lượng và khả năng kết nối mạng trong cả công nghệ IP và WDM t ăng lên thì càng cần thiết tối ưu mạng IP và bỏ qua t ất cả các công nghệ lớp trung gian để tạo nên mạng Internet quang t hật sự hiệu quả và mềm dẻo. T uy nhiên, các lớp trung gian cũng cung cấp một số chức năng có giá trị như kỹ thuật lưu lượng (Traffic Engineering) và khôi phục. Những chức năng này cần phải được giữ lại t rong mạng IP /WDM bằng cách đưa chúng lên lớp IP hoặc xuống lớp quang. T ừ đó người t a mới nghĩ đến công nghệ IP over WDM. Đây là một công nghệ mới t uy rằng còn nhiều vấn đề chưa giải quyết nhưng với lợi ích của nó, t hị trường rộng lớn và t ương lai sáng sủa, các tổ chức viễn thông quốc t ế 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 trùng lặp chức năng giữa các lớp mạng, giảm bộ phận trung tâm dư thừa tại các lớp SDH/SONET , ATM, giảm thao tác thiết 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 hợp với đặc tính lưu lượng không đối xứng của IP, tận dụng băng tần nhằm giảm giá t hành 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 t rục. Hình 2. Xu hướng tích hợp mạng Internet và quang Một trong những t hách 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 động và hoạt động liên mạng của lớp quang mà có lẽ đây cũng là vấn đề cần chuẩn hóa cấp bách nhất hiện nay. Các tổ chức và diễn đàn quốc tế OIF (Optical Internetworking Forum), IET F và ITU đều đang nỗ lực gấp rút để thiết lập nên các phương pháp xác định việc điều khiển và kết nối giữa mạng WDM và IP . III Kiế n trú c IP/DWM Hệ thống truyền dẫn dữ liệu đang hướng t ới là khả năng t ruyền dẫn IP trực t iếp trên hệ thống truyền dẫn DWDM. Trong t ương lai, sự thống nhất giữa mạng IP và mạng quang nhờ sử dụng các bộ định tuyến IP hoạt động ở tốc độ Gbit/s hay T bit/s phù hợp với giao diện quang t ốc độ cao, cũng như các thiết bị truyền dẫn DWDM có kích thước và cấu hình khác nhau chắc chắn sẽ tạo ra các ưu điểm nỗi bật. Giải pháp này đạt được sự tối ưu về lớp, nâng cao tối đa hiệu suất truyền dẫn mạng. T rong tương lai, sự thống nhất giữa IP và mạng quang nhờ sử dụng các bộ định tuyến và hoạt động ở tốc độ Gbit/s hay T bit/s phù hợp với giao diện quang tốc độ cao, cũng như các thiết bị truyền dẫn DWDM có kích thước và cấu hình khác nhau sẽ tạo ra ưu điểm nỗi bật. 3.1 Nguyên lý hệ th ống Giải pháp này cho phép truyền t rực t iếp gói dữ liệu IP trên hệ thống WDM, mỗi giao thức sẽ có một bước sóng t ương 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 hoặc chuyển đổi bước sóng ở các nút khác nhau nhờ thiết bị như : OXC, OADM, bộ định t uyến bước sóng quang. Khi đó để thực hiện chuyển đổi các luồng t ín hiệu điện thành các tín hiệu quang để truyền dẫn trên hệ thống DWDM không có giao thức trung gian. 8
Để thực hiện truyền dẫn các gói dữ liệu IP phải được tập trung thành một luồng trước khi biến đổi để truyền dẫn ở miền quang trên bước sóng tương ứng. 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 gói dữ liệu có đích là mạng nội hạt … khác nhau khi t ruyền dẫn t rên cùng một bước sóng t hì t ại mỗi nút cần phải biến đổi về miền điện để thực hiện định t uyến, kết cuối các gói dữ liệu xuất phát t ừ nút này đến nút khác . Như vậy truyền dẫn quang đối với các gói dữ liệu IP vẫn hạn chế bởi “ nút cổ chai” của mạch điện tử. T ại đích, các gói dữ liệu IP được đưa đến các bộ định tuyến tốc độ cao thực hiện định t uyến cho nó. Khi đó, t ránh được việc xử lý ở miền điện t ại nút trung gian. T uy nhiên, công nghệ chưa t hực sự tối ưu vì số lượng mạng đích nhiều trong khi số lượng bước sóng vẫn còn hạn chế. Vì vậy, các gói dữ liệu chỉ hạn chế được số lần xử lý t rong miền điện tại các nút t rung gian chứ chưa phải là dã loại bỏ được một cách hoàn toàn. Hiện nay, trên thị trường đã có các thiết bị có khả năng ghép đến 200 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 thì có thể tập trung các gói dữ liệu có cùng đích đến trên một bước sóng. Nhờ đó, các luồng quang t ại các nút t rung gian không cần xử lý điện mà có thể sử dụng các OXC hoạt động dưới sự điều khiển cảu bước sóng điều khiển s để thực hiện các định tuyến luồng. Các miền này chỉ biến đổi về miền điện khi đến được nút đích. Kiến trúc tổng quát của các mạng quang IP over WDM (Internet quang) được mô tả như hình 3. Hình 3 thể hiện nhiều mạng quang t ồn tại trong miền quang, trong đó giao diện ENNI (External Network- to-Network Interface) được sử dụng để báo hiệu giữa các mạng quang với nhau. Một mạng quang riêng lẻ bao gồm các mạng quang nhỏ hơn và báo hiệu giữa chúng sử dụng giao diện INNI (Internal Net work-to- Net work Interface). Và một mạng quang nhỏ hơn đó gồm nhiều nút mạng quang (các bộ OXC) được nối với nhau bởi sợi quang. Các mạng khách hàng như IP, ATM, SONET giao t iếp với mạng quang thông qua giao diện UNI (User-to-Network Interface). Các kỹ thuật chuyển mạch quang quyết định loại dịch vụ mà mạng quang có thể cung cấp cho các mạng khách hàng Hình 3. Cấu trúc mạng IP over WDM 3.2 Các mô hình giải pháp mạng IP/W DM Công nghệ IP /DWDM được nghiên cứu t heo hai chủ đề chính: Khả năng cho phép thiết lập cấu hình mạng linh hoạt và kỹ thuật chuyển mạch trong mạng . Khả năng cấu hình mạng động là một công nghệ rất thuận lợi cho mạng viễn thông đường t rục. Còn kỹ thuật chuyển mạch WDM liên quang đến các ứng dụng dịch vụ trong mạng Metro và mạng t ruy nhập, thích ứng với chuyển mạch của các luồng nhỏ - 9
trung bình, bao gồm có các kỹ thuật chuyển mạch Burst quang, chuyển mạch nhãn và chuyển mạch gói quang. Hiện nay có hai xu hướng xây dựng mô hình tích hợp liên mạng IP/WDM. Đó là mô hình xếp chồng (Overlay) hay còn gọi là mô hình khách-chủ (Client-Sever), tức là đặt toàn bộ sự điều khiển cho lớp quang ở chính lớp quang. Xu hướng t hứ hai là mô hình ngang hàng (Peer), t ức là dịch chuyển một phần điều khiển lên bộ định tuyến IP Mô hình ngang hàng dựa t rên giả thiết là việc điều khiển ở lớp quang được chuyển sang t hực hiện ở lớp IP. Mô hình này xem xét kiến trúc mạng dưới quan điểm “ định tuyến gói”. Trong khi đó mô hình xếp chồng dựa trên giả thiết điều khiển lớp quang là độc lập và lớp quang tạo nên một nền mở cho nối kết động của nhiều loại t ín hiệu khác nhau bao gồm cả IP. Mô hình này xem xét kiến t rúc mạng t rên quan điểm “ chuyển mạch kênh”. Cả hai mô hình đều giả định phát t riển mạng quang thế hệ sau có tôpô dạng mắc lưới với nền điều khiển IP dựa t rên chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. Ứng dụng cụ thể của MPLS cho mô hình xếp chồng còn gọi là chuyển mạch đa giao thức t ổng quát GMPLS. Kiến t rúc điều khiển GMP LS cung cấp một t ập các giao thức đơn giản, hoàn thiện t ương t hích với mạng IP đáp ứng cho mạng t hế hệ sau. Quá trình điều khiển t hống nhất xuyên suốt các lớp số liệu và quang sẽ đơn giản quá t rình quản lý mạng có nhiều lớp và cải thiện hiệu quả sử dụng t ài nguyên thông qua kỹ thuật lưu lượng giữa các lớp. Trong bối cảnh này, các giao thức định t uyến IP làm đòn bẩy cho việc nhận biết tôpô mạng và các giao t hức báo hiệu MPLS được sử dụng cho thiết lập t ự động. Ngoài ra sử dụng các giao thức này cho điều khiển lớp quang sẽ giúp các nhà sản xuất thiết bị đảm bảo tính t ương thích nhờ có các t iêu chuẩn rất phổ biến. Do vậy xu hướng chung là sử dụng IP cho cả ba mặt phẳng chức năng của mạng: dữ liệu, điều khiển, và quản lý. 10
Mô hình xếp chồng Mô hình ngang hàng Hì nh 4. Hai cầu trúc t ích hợp mạng quang 3.2.1 Mô hình giải pháp mạng IP/WDM ngang hàng Trong mô hình giải pháp này, bộ chuyển mạch IP và bộ đấu chéo quang OXC hoạt động ngang hàng nhau, sử dụng mặt phẳng điều khiển cùng cách thức và khuông dạng để thiết lập đường dẫn chuyển mạch nhãn qua các thiết bị. Các thiết bị như bộ xen/rẽ kênh quang không theo như đúng dạng của nó, thay vì đó chúng liên kết các tuyến vật lý là sợ quang giữa các bộ định t uyến IP. Trong mô hình này, SONET cũng có thể được sử dụng để truyền khung dữ liệu trên các kênh WDM và gói IP đều được sắp xếp vào trong các khung của SONET theo cách IP/SONET . Theo mô hình này , không xác định được số lượng các UNI, NNI, mặt phẳng điều khiển bộ định tuyến – bộ định t uyến MPLS, các thiết bị đang kết nối ngang hàng nhau và tài nguyên mạng. 11
Đồng thời, mặt phẳng điều khiển có thể có nhiều thành phần mạng và nhiều công nghệ được cung cấp là cầu nối. Điều này cho phép mạng hoạt động theo cách t ạo ra một vùng mạng riêng biệt gồm nhiều thành phần mạng khác nhau, điều này rất linh động cho việc cấu hình lại mạng khi cần thiết. Với mô hình giải pháp này, cho phép dễ dàng kết hợp với kỹ thuật GMPLS để thực hiện lớp mạng phức t ạp, theo hướng phân cấp, từ sợi quang đến bộ định t uyến. đường chuyển mạch nhãn có thể thiết lập trong phạm vi mỗi lớp và lồng vào bên t rong lớp khác. T ừ nguồn đến đích có thể đi qua nhiều đường chuyển mạch nhãn tùy thuộc vào sơ đồ mạng cụ thể. Hoạt động của mô hình ngang hàng có một nhược điểm: lượng t hông t in t rao đổi giữa các thành phần mạng trong phạm vi nôi vùng. Điều này dẫn đến số lượng thông t in cập nhật tình trạng mạng lớn, dễ gây các thành phần mạng trở nên quá tải. Do vậy, sự hợp nhất IP/MPLS trên phương diện điều khiển trong mô hình mạng ngang hàng sẽ phải thực hiện một số lượng lớn công việc phải làm nhiều hơn để đảm bảo chắc chắn các kết nối phải phù hợp với phương diện điều khiển mạng. Mô hình ngang hàng có ưu điểm bảo vệ tốt việc kết nối mạng t heo kiểu điểm-điểm và phục hồi lỗi, tăng khả năng điều khiển lưu lượng nhờ vào ứng dụng MP LS hoặc GMP LS và tăng hiệu quả sử dụng nguồn t ài nguyên lẫn thiết bị mạng. Điều này mang lại lợi ích kinh tế cao cho nhà sản xuất thiết bị mạng quang. 3.2.2 Mô hình giải pháp mạng IP/WDM xé p chồng. Theo cách này, các giao diện của bộ định t uyến IP được kết nối với các giao diện client cảu mạng WDM . T rong giải pháp này, các bộ kết nối chéo WDM và các giao diện xen/rẽ tự tương t ác với nhau trong mạng WDM thông qua các t uyến sợi quang đa bước sóng. Chính vì thế, mạng WDM có hình dạng theo kiểu tô – pô cả về phương diện vất lý và phương diện ánh sang quang. Vì vậy có khả năng thao đổi cấu hình dễ dàng thông qua thiết lập lại cấu hình. Điều này rất quan trọng để chỉ ra rằng chuyển mạch lưu lượng IP và chuyển mạch theo bước sóng không bao giờ hoạt động trong cùng một lớp trong mạng IP /WDM theo cách cấu hình mạng động, mà chỉ thực hiện thông qua việc xếp chồng lớp. Mô hình xếp chồng có các giao thức định tuyến riêng biệt, hệ thống địa chỉ và các giải pháp mạng riêng giữa các mạng client và mạng truyền tải quang OT N Những đặc t rưng của mô hình xếp chồng : - Khả năng giao t iếp mở với khả năng kết nối được với AT M, SONET ,… - Cho phép mỗi mạng con giải quyết độc lập - Dễ dàng thay đổi độc lập trong từng mạng con - Bảo mật thông tin cấu hình và tài nguyên Trong mô hình xếp chồng , có hai loại giao tiếp: UNI và NNI. Giao t iếp mạng với người dùng UNI cung cấp cơ chế báo hiệu vùng người dùng và vùng cung cấp dịch vụ . Giao t iếp mạng với NNI cung cấp những phương pháp truyền thông giữa các mạng với nhau. Cả hai UNI và NNI đều phù hợp với môi trường bao gồm nhiều vùng quản trị, mà hiện đang được t riển khai trên thực tế. Vấn đề là có nên sử dụng hai mặt phẳng điều khiển cho t ừng lớp truyền tải WDM và lớp gói IP hay hợp nhất trong mặt phẳng điều khiển duy nhất. Điều này chỉ có thể trả lời được t rong cấu hình mạng cụ thể. Vì mỗi một cách có những ưu và nhược điểm khi xét t rong một hoàng cảnh cụ thể. Để phát huy được cả hai thế mạnh của mô hình xếp chồng và mô hình ngang hàng, người ta xây dựng mô hình lai 3.2.3 Mô hình giải pháp mạng IP/WDM lai. Mô hình lai là sự kết hợp giữa hai mô hình xếp chồng và mô hình ngang hàng. Đây là mô hình sẽ được thiết kế bao gồm cả hai kiểu xếp chồng và ngang hàng theo điều kiện cụ thể để phát huy được ưu điểm của cả hai mô hình trên. T ừ mô hình xếp chồng, mô hình lai cũng được xây dựng theo hướng nhiều vùng quản trị. Từ mô hình ngang hàng, mô hình lai cung cấp một t ập hợp các công nghệ trong một vùng đơn.Với cách này nhằm tránh được hạn chế của mô hình xếp chồng và mô hình ngang hàng và sử dụng các điểm của chúng để đưa ra mức độ linh động cấu hình trên một diện rộng riêng biệt trong việc bảo mật dữ liệu nhờ sử dụng giao diện UNI để tách biệt từng vùng , trong khi ở một số vùng khác việc trộn chuyển mạch quang WDM và bộ định tuyến IP có ưu điểm khi hoạt động ngang hàng. Chỉ có mô hình này mà mạng IP và mạng 12
WDM có thể giữ lại ranh giới phân biệt chính nó và một số vùng có thể tiếp t ục kết hợp các công nghệ khác nhau. 3.3 So sánh các mô hình giải pháp mạng IP/W DM Mặc dù các mô hình tích hợp đều sử dụng kiến t rúc điều khiển theo IP, nhưng chúng quản lý các ứng dụng khác nhau. Chẳng hạn mặt phẳng điều khiển quang sẽ điề u khiển quá t rình thiết lập bước sóng quang động nhờ các Router ở biên được nối với mạng quang. Khi tại Router xảy ra tắc nghẽn thì hệ thống quản lý mạng hay chính Router sẽ yêu cầu thiết lập luồng quang động. Sa u đó các chuyển mạch quang sẽ tạo kênh quang mới để đáp ứng nhu cầu của Router. Vì vậy, thiết lập bước sóng động có thể thích nghi được với nhu cầu lưu lượng. Với mô hình xếp chồng thì cho phép mỗi router giao tiếp trực tiếp với mạng quang thông qua giao diện UNI. Giao diện giữa các mạng con được t hực hiện thông qua giao diện NNI. Mô hình giao diện UNI tương tự như mô hình t rong mạng chuyển mạch kênh truyền thống như mạng ISDN. T rong mô hình này, mỗi mạng con sẽ tiến triển độc lập, nhờ đó cho phép các nhà khai thác mạng đưa các công nghệ mới mà không bị gánh nặng của các công nghệ cũ. Các nhà khai thác còn có t hể đáp ứng được các cơ sở hạ tầng kế thừa hiện có. Quan t rọng hơn là các nhà khai t hác có t hể tìm t hấy được trong môi trường mạng quang nhiều nhà cung cấp, nó cho phép thực hiện được t ính tương thích t rong tương lai gần nhờ các giao diện UNI và NNI. Với mô hình ngang hàng cũng hỗ trợ cho thiết lập luồng động bằng cách sử dụng các luồng đầu cuối ở biên mạng quang và cho phép quản lý chúng t ừ xa. Mô hình ngang hàng giả định rằng các Router điều khiển lớp mạng quang. Mối quan hệ giữa IP Router và OXC là bình đẳng về mặt điều khiển. Vì vậy về mặt báo hiệu và định tuyến sẽ không có sự phân biệt nào giữa UNI, NNI và giao diện giữa các Router. Trong mô hình này cần một khối lượng lớn thông t in trạng thái và điều khiển chuyển qua lại giữa lớp IP và quang. Do đó sẽ khó hơn cho việc kết nối trong môi trường nhiều nhà khai thác khi so với mô hình xếp chồng. Mỗi mô hình có ưu điểm riêng, đặc biệt mô hình xếp chồng có ưu điểm nổi trội là khả năng tương thích dễ dàng. Về kiến trúc thì mô hình xếp chồng t rực t iếp và đơn giản hơn. Với kiến trúc ngang hàng cần có thêm các t hông t in giữa lớp IP và quang để quản lý các luồng đầu cuối chuyển lên luồng quang. Khối lượng lớn thông tin trạng thái và điều khiển này bao gồm sự truyền thông trực tiếp giữa các Router biên của mạng quang và sự truyền thông tin trong bản thân mạng quang. Mô hình xếp chồng cho phép đổi mới tại lớp quang độc lập với lớp IP trong khi vẫn cung cấp khả năng kết nối t ương t hích cần thiết cho các dịch vụ nhanh mà vẫn duy t rì t ính toàn vẹn t hông t in của nhà khai thác mạng quang. T uy nhiên, mô hình ngang hàng cho phép t ích hợp hoàn t oàn IP/quang tạo nên mạng Internet quang thống nhất. Do đó việc sử dụng và quản lý mạng trở nên hiệu quả hơn, phù hợp với các ISP hơn. Ngoài ra mô hình ngang hàng gần hơn với xu hướng chuyển mạch gói quang t rong tương lai. Mô hình lai là mô hình có ưu điểm hơn nhất. Song để đánh giá khách quan cho 3 mô hình t rên , cần căn cứ vào một số chức năng định t uyến, báo hiệu,chuyển mạch, cung cấp chất lượng dịch vụ, độ rộng băng tầng linh hoạt theo yêu cầu. bảo vệ mạng và khả năng tái phục hồi. So sánh 3 mô hình giải pháp mạng IP /WDM STT Chỉ tiêu so sánh Mạng Mạng xế p chồng Mạng lai ngan g hàng 1 Độ phức tạp T hấp Cao T rung bình 2 T hay đổi cấu hình nhanh Không Có Có 3 Hỗ trợ định tuyến Có Có Có 4 Hỗ trợ báo hiệu Có Có Có 5 Hỗ trợ chuyển mạch Có Có Có 6 Hỗ trợ bảo vệ - T ái phục hồi Có Có Có 7 Khả năng thay đổi băng t hông Có Có Có 8 Điều khiển và quản lý mào đầu T hấp Cao T rung bình 13
IV. Gi ới th iệu các giải pháp tru yền tải IP trê n mạng quang Hiện nay đã có nhiều giải pháp đang được nghiên cứu, phát triển, hoặc là đã được t riển 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 T elecommunication) t rong dự án hiện nay t rên thế giới có khoảng hơn 13 giải pháp liên quan đến vấn đề truyền tải IP trên mạng quang. Khi đi vào t ìm 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 t ính năng để thích ứng với việc mạng lưu lượng IP với kích thước gói t hay đổi. Xu hướng kia là nghiên cứu ra các giao t hức mới phù hợp với đặc t ín lưu lượng IP. Điều này được thể hiện rõ khi ta gắn các giải pháp trên vào mô hình phân lớp mạng. Hình 5. Các mô hình phân lớp mạng Trong đó lớp thích ứng AT M (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, AT M, 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 t rên các bước sóng quang. Một điều dễ nhận t hấy là các giao thức này đều được xây dựng quanh các công nghệ đã trưởng t hành kể trên. Chúng ta hoàn t oàn có thể lý giải được điều này: các dự án nghiên cứu phần lớn chịu ảnh hưởng bởi nguồn tài chính t ừ các nhà khai t hác mạng, sản xuất thiết bị, như t hế 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 AT M (theo giao diện ST M-1 hoặc ST M-4), khung t ruyền dẫn SDH, Ethernet, DT M và Digital Wrapper (G.907). Các bước sóng quang đóng vai t rò t uyến 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. Cần nhớ thêm rằng là khi xuất hiện chuyển mạch gói quang (OPS), công nghệ này có khả năng hoạt động t ừ 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. 14
4.1 Các phương pháp đinh tuyến trong mạng IP/WDM Định tuyến là một kỹ thuật thuộc về lĩnh vực lưu lượng, kết đấu trong mạng , để có thể đưa thông tin từ nguồn tới đích được nhanh nhất. Nếu giao thức được sử dụng để hợp nhất mặt phẳng điều khiển về mặt dữ liệu. Hiện có 3 phương thức định tuyến: - Phương pháp định tuyến địa chỉ vùng - Phương pháp định tuyến xếp chồng - Phương pháp định tuyến tích hợp 4.1.1 Ph ương pháp định tuyến địa chỉ vùng. Phương pháp định tuyến này sử dụng cho mô hình lai. Bởi phương pháp này, định tuyến tách biệt với phạm vi miền quang và vùng IP, có một giao thức định t uyến được chuẩn hóa giữa các vùng. Giao thức định t uyến liên vùng IP chính là giao thức cổng biên BGP, có t hể thích nghi thông qua trao đổi thông t in định t uyến giữa miền quang và miền IP. Điều này cho phép các bộ định t uyến t ruyền phần địa chỉ IP t rong phạm vi từ mạng này đến mạng quang và nhận lại phần đầu địa chỉ IP mở rộng từ mạng quang. Các mạng được phân bố theo không gian địa chỉ IP theo cách đánh t iếp đầu mạng qua các ký t ự x,y,a*, b* và c*. Giao t hức cổng biên mở rộng EBGP giả thuyết được sử dụng giữa các bộ định t uyến và OXC quang giao diện UNI và các OXC cạnh nhau thông qua NNI. T rong phạm vi mạng WDM, giả thiết rằng giao thức nội cổng biên IBGP được sử dụng giữa các bộ OXC được hoạt động như các mạng con. Phần đầu địa chỉ IP trong phạm vi mạng con không được quảng bá đến bộ định t uyến sử dụng BGP. OXC biên nhận phần đầu IP mở rộng t ừ bộ định tuyến bao gồm địa chỉ IP và cổng đặt chỗ trước khi truyền các tiêu đề này đến các OXC biên khác hay các bộ định t uyến biên. Bộ định tuyến biên nhận các thông tin mà không cần quảng bá đặc t rưng địa chỉ lối ra. Khi địa chỉ IP mở rộng chỉ định được t ìm t hấy, t hì bộ định tuyến biên lối ra có thể quyết định kênh quang sẵn sang được t hiết lập với các OXC lối ra hoặc thiết lập một đường liên kết mới. 4.1.2 Ph ương pháp định tu yến xế p chồng Phương pháp định tuyến xếp chồng này sử dụng cho mô hình giải pháp mạng IP/WDM xếp chồng theo phương thức định tuyến xếp chồng, cơ chế xếp chồng cho phép bộ định t uyến biên đăng ký và thực hiên truy vấn phần địa chỉ mở rộng. việc này t ương t ự cơ chế giải quyết địa chỉ OP qua lớp ATM. Như vậy, mạng quang có thể thực hiện việc đăng ký hoặc cho phép bộ định tuyến biên đăng ký địa chỉ IP và gắn với một mạng riêng ảo VPN. Bộ định t uyến biên có thể cho phép truy vấn địa chỉ thuộc về VPN. Một truy vấn thành công sẽ trả về một địa chỉ của cổng quang ra. Do khả năng giao t iếp kết nối IP là có giới hạn, nên việc t ính toán bao nhiêu kênh quang có thể thiết lập t ùy thuộc vào kỹ thuật lưu lượng cho phép. Với phương thức này, bộ định tuyến biên trước t iên quyết định bộ định tuyến biên nào là thích hợp thông qua truy vấn đăng ký. Sau khi nhận được địa chỉ phù hợp, cấu hình kênh quang xếp chồng có thể được định dạng . Các tuyến liền kề có t hể được thiết lập sau khi kênh quang đi qua và thông tin định tuyến trong thời gian kế tiếp có thể được thay đổi để thiết lập định tuyến diện rộng cảu VPN. 4.1.3 Ph ương pháp định tu yến tí ch hợp. Phương pháp định t uyến t ích hợp sử dụng cho mô hình ngang cấp. Giả sử IP và mạng WDM sử dụng các giao thức định tuyến tìm đường quang ngắn nhất (OSPF) hay giao thức hệ thống trung gian – hệ thống t rung gian ( IS-IS) phù hợp với việc mở rộng mạng quang. Việc mở rộng mạng quang này đòi hỏi những tham số liên kết quang và những điều kiện ràng buộc đặc biệt đối với mạng quang. Các bộ định tuyến được lập trình để đáp ứng truyền thông tin xuyên qua mạng quang. 4.2 Các mô hình dịch vụ trong mạng IP/WDM T rong mạng IP /WDM có thể hỗ trợ hai mô hình dịch vụ: dịch vụ miền và dịch vụ hợp nhất. 4.2.1 Mô hình dịch vụ miền Trong mô hình dịch vụ miền, mạng WDM có dạng một miền quang , mà hình dạng theo kiểu tô- pô và thông t in t rạng t hái là t rong suốt t ừ các mạng IP bên ngoài. Miền quang có mối quan hệ giữa máy khách – máy chủ với mạng t ruy nhập IP, t rong đó mạng quang cung cấp các dịch vị truyền t ải cho các 15
mạng khách IP. Do đó, các mạng IP và miền quang là hoạt động độc lập với nhau và chúng không cần bất kỳ thoog t in định t uyến nào. T ừ mạng IP, các đường quang có t hể chuyển mạch quang đa đường như thường thấy trong cấu trúc tuyến điểm – điểm. Với các máy khách T DM, tuyến quang này có giải pháp lớn, luôn có dải thông cố định. Đồng thời, trong mô hình dịch vụ này các miền quang được thiết lập băng thông động thep yêu cầu của miền. 4.2.2 Mô hình dịch vụ hợp nhất Mô hình dịch vụ hợp nhất có một số mặt phẳng điều khiển đơn thông qua mạng khách và mạng quang. T ừ bộ định tuyến và các điểm báo hiệu, không có sự phân biệt giữa các giao diện UNI, NNI và bất cứ giao diện giữa các bộ định t uyến với nhau. Trong mô hình này, các dịch vụ không được xác định rõ ràng tại giao diện IP-quang, nhưng được sắp xếp vào các dịch vụ MP LS đầu cuối – đầu cuối. 4.3 Kỹ th uật lưu lượng trong mạng IP/WDM Kỹ thuật điều khiển lưu lượng t rong mạng IP/WDM nhằm mục đích hữu hiệu nguồn t ài nguyên mạng IP/WDM . Kỹ thuật lưu lượng khảo sát trong mạng này bao gồm kỹ thuật lưu lượng IP/MPLS và kỹ thuật lưu lượng WDM. Trên cơ sở hai giải pháp mạng IP /WDM: theo cơ chế xếp chồng và cơ chế ngang hàng, tương ứng sẽ xây dựng hai mô hình kỹ thuật lưu lượng, đó là mô hình lưu lượng xếp chồng và mô hình lưu lượng tích hợp. 4.3.1 mô hình kỹ thuật lưu lượng xế p chồng Nguyên tắc của kỹ thuật lưu lượng xếp chồng là việc tối ưu hóa mạng vẫn được duy t rì cho từng lớp t ại cùng một t hời điểm. Điều này có nghĩa rằng một giải pháp tối ưu trong không đa chiều đã được tìm kiếm lần lượt từng chiều khác nhau. Hầu hết, các giải pháp tối ưu được nghiên cứu độc lập và không mang t ính tối ưu toàn bộ. một cải t iến t rong kỹ thuật lưu lượng xếp chồng cho cơ chế có t hể được gắn đuôi để đáp ứng t ốt nhất các điều cần thiết của một lớp cụ thể cho việc chọn các đối tượng. Kỹ thuật lưu lượng xếp chồng được xây bởi các bộ định tuyến IP xếp chồng trên các bộ OXC cảu mạng WDM thông qua bộ OADM. Mạng IP /WDM được cấu trúc theo cách này là nhiều lớp nên rất thuận tiện cho lớp mạng vật lý bao gồm các t hiết bị mạng và sợi quang. Mỗi sợi quang truyền t ải nhiều bước sóng, mà các bước sóng này được được định tuyến rất linh hoạt khi cấu hình lại mạng. Trong đó, các giao diện của các bộ định tuyến IP kết nối tới bộ OADM là các giao diện có thể tái cấu hình lại được . T rong IP/WDM , công việc điều khiển chống lại sự nghẽn có thể được nhận t hấy không chỉ tại các mức luồng sử dụng cùng một dạng kết nối mà còn có thể thấy t ại mức dạng kết nối sử dụng khả năng t ái cấu hình các đường tia sáng. Chính vì thế ,việc điều chỉnh lưu lượng của dòng không chỉ của các gói tin trươc khi gửi chúng tới mạng, mà mạng có thể còn thích ứng với chính lưu lượng t rong thời gian hoạt động của mạng. 4.3.2 Mô hình kỹ th uật lưu lượng tích hợp Nguyên tắc của kỹ thuật lưu lượng t ích hợp cũng vẫn duy t rì tối ưu đồng t hời t ại cả hai mạng IP và WDM. Điều này có nghĩa là giải pháp tối ưu hóa t oàn cục được nghiên cứu trong một không gian đa chiều. Kỹ thuật lưu lượng tích hợp có thể được ứng dụng cho các mạng mà trong đó chức năng của cả hai IP và WDM đều được t ích hợp t rong t ừng t hiết bị mạng. khi hai chức năng này t ích hợp vào nhau, một mạng phẳng điều khiển t ích hợp cho cả hai mạng sẽ khả thi. Việc quản lý lưu lượng IP và quản lý điều khiển nguồn WDM sẽ được đề cập cùng nhau. Tóm lại, để truyền t ải IP trên mạng quang cần phải thực hiện các chức năng mỗi lớp ứng với mô hình OSI 7 lớp. Các gói IP (lớp 3) sẽ được bao t rong các khung lớp 2. Các khung lớp 2 sau đó sẽ được truyền dẫn không lỗi qua các tuyến truyền dẫn cáp quang lớp 1. Mặc dù có rất nhiều giải pháp để thực hiện việc truyền gói Ip trên mạng quang nhưng hầu như đều xoay quang việc thích ứng những công nghệ đã được làm chủ như AT M, SDH, MPLS và Et hernet đảm nhiệm chức năng lớp 2 và lơp 1. MP LS là một trong những công nghệ được chú ý nhiều nhất hiện này. Bản t hân MPLS không phải là giao thức tạo khung lớp 2, nó hỗ trợ năng lực đinh tuyến cho các bộ định tuyến IP thông qua việc gán nhãn. Nhờ đó công nghệ này đêm lại khả năng t hiết kế lưu lượng mềm dẻo và hỗ trợ QoS/CoS cho lưu lượng IP. Hỗ trợ MPLS được xem như một t rong những t iêu chí để đánh giá giải pháp mạng t ruyền tải IP hiện nay. 16
Việc loại bỏ các lớp mạng trung gian trong giải pháp mạng truyền tải IP gắn liền với sự phát triển của công nghệ chuyển mạch quang. Sự mở rộng chức năng chuyển mạch quang t ới lớp cao hơn sẽ tạo ra giải pháp mạng vô cùng đơn giản, và đó cũng là mục t iêu hướng đến trong tương lai; giải pháp mạng chỉ gồm hai lớp IP/quang. Hiện nay các sản phẩm chuyển mạch bước sóng quang đã được thương mại hóa (OXC) . Chuyển mạch chùm quang (OBS), chuyển mạch gói quang (OPS) và chuyển mạch nhãn quang (OLS) đang trong giai đoạn nghiên cứu phát triển. Vấn đề về công nghệ đang là rảo cản chính trong lĩnh vực này. 4.4 Các gi ao th ức định tu yến IP Định tuyến IP là quá t rình chuyển lưu lượng người dùng t ừ nguồn đến đích. Rất nhiều loại thông tin có thể được định tuyến như thư điện tử, cuộc gọi thoại…T rong mạng, bộ định tuyến (router) là thiết bị được dùng để định tuyến cho lưu lượng. Router cần dựa vào bảng định tuyến để tìm ra tuyến đường chuyển gói tin đi. Bảng định tuyến thường gồm ba thành phần chính là kiểu giao thức mạng, địa chỉ mạng đích và giao diện gói ra. Định t uyến có ba chức năng chính. Chức năng đầu t iên là đóng gói và phân tán các thông tin trạng thái lưu lượng người dùng và mạng. T hông tin trạng thái này bao gồm vị trí hiện tại và các yêu cầu dịch vụ người dùng; các dịch vụ được cung cấp và các tài nguyên sẵn có t rong mạng; các quyền về việc sử dụng các dịch vụ và t ài nguyên này. Các t hông tin trạng thái có thể bao gồm giá t rị độ đo từ mạng hay t ừ các nguồn bên ngoài. Các t hông t in này sẽ được dùng để tạo ra các quyết định chọn đường. Chức năng thứ hai là t ạo ra và lựa chọn các đường t hích hợp (và có thể là t ối ưu) dựa trên các thông tin trạng thái của người dùng và mạng. Con đường thích hợp là con đường thoả được tất cả các yêu cầu ràng buộc giữa người dùng và mạng. Đường tối ưu là con đường t hích hợp “t ốt nhất” ứng với t ừng giao thức định tuyến cụ thể. Chức năng cuối cùng là chuyển tiếp lưu lượng người dùng trên các con đường đã chọn. Lưu lượng có thể được chuyển t iếp theo hướng kết nối hay không kết nối. Chuyển t iếp hướng kết nối yêu cầu hướng chuyển tiếp phải được thiết lập trước và sau đó dữ liệu sẽ được được t ruyền đi trên các hướng đã thiết lập này. Chuyển tiếp không kết nối để cho lưu lượng người dùng được chuyển đi dựa vào các thông tin chuyển tiếp của chính nó, các gói dữ liệu có t hể đi theo các hướng khác nhau để đến đích. 4.4.1 Định tuyến tĩnh và định tuyến động Dựa vào cách thức cũng như tốc độ phản hồi lại các t hay đổi về trạng thái của mạng hay trạng thái của lưu lượng người dùng, định tuyến được chia ra làm hai loại là định tuyến t ĩnh và định tuyến động. Định tuyến tĩnh. Hệ thống định t uyến t ĩnh là hệ thống mà sự định t uyến luôn giữ cố định, độc lập với trạng thái hiện thời của mạng cũng như các lưu lượng người dùng. Định t uyến tĩnh được dựa t rên sự dự đoán hơn là dựa vào các hoạt động thực tế của người dùng và mạng. T rong hầu hết các hệ thống định tuyến tĩnh, định t uyến là một phần không thể thiếu t rong quá trình thiết kế mạng. T uy nhiên, quá t rình định tuyến lại xảy ra không thường xuyên. Định t uyến động. Định tuyến động t ự động cập nhật định t uyến bằng cách áp dụng ngay nhận thức về sự thay đổi trạng thái của người dùng và của mạng. Sự thay đổi không chỉ là trạng thái của các liên kết mà còn là sự dao động giữa lưu lượng người dùng và mạng. T uy nhiên định tuyến động lại đòi hỏi bộ nhớ và tài nguyên tính toán trong mạng cho việc thu thập các thông tin thời gian thực và đưa ra các quyết định điều khiển. 4.4.2 Định tuyến véc tơ khoảng cách và định tuyến trạng thái liên kết Giao t hức định tuyến cung cấp cấu hình định tuyến động. Hầu hết các giao thức định tuyến có thể được phân thành một trong hai loại cơ bản: định tuyến véc tơ khoảng cách (distancevector) và định tuyến trạng thái liên kết (link-state). Giao thức định t uyến véc tơ khoảng cách xác định một đường đi tốt nhất tới một đích dựa trên hướng (vector) và khoảng cách (distance) tới đích đó. Giao t hức định t uyến trạng thái liên kết tính lại cấu hình chính xác của liên mạng hiện tại hay ít nhất là vị trí của các router . Định tuyến véc tơ khoảng cách hoạt động bằng cách mỗi router duy trì một bảng cho biết khoảng cách tốt nhất được biết t ới mỗi đích đến và liên kết nào được dùng để đi đến đó. Những bảng này được cập nhật bằng cách trao đổi thông t in với router láng giềng. Bảng định tuyến của một router cơ bản bao gồm các bản ghi định tuyến. Mỗi bản ghi t hường gồm các thông tin có trong ba t rường (đích đến, khoảng cách, hop kế tiếp). 17
Trong khi thuật toán véc tơ khoảng cách không có thông t in đặc biệt gì về những mạng ở xa và các router ở xa thì thuật toán trạng thái liên kết duy trì đầy đủ thông tin về những router ở xa và cách chúng liên kết với nhau. Định tuyến trạng thái liên kết dùng thông điệp quảng cáo trạng thái liên kết LSA (Link State Advertisements), một cơ sở dữ liệu cấu hình mạng, thuật toán SPF và một bảng định t uyến gồm các con đường cùng ngõ ra t ương ứng đến các mạng. Giao t hức định tuyến trạng t hái liên kết trao đổi thông t in định tuyến như sau: V. Kế t Luận: Công nghệ quang sẽ thống t rị trong các lĩnh vực mạng t ừ mạng lõi đến mạng t ruy nhập. “ mọi thứ” sẽ hội tụ trên lớp quang này. Vai trò của mạng quang sẽ tăng theo sự phát triển của công nghệ chuyển mạch quang. Chúng ta hy vọng trong khoảng vài năm nữa , các vấn đề tồn tại hiện nay của chuyển mạch quang sẽ được giải quyết thấu đáo. Và như vậy, Khái niệm mạng toàn quang sẽ trở thành hiện thực. IP vẫn là công nghệ chủ đạo trong lớp mạng định t uyến. Sự bùng nổ của internet t rên toàn thế giới t rong những năm qua là lời khẳng định vững chắc cho luận điểm này. Các ứng dụng t rên internet sẽ tiếp tục phát triển hướng đến các hoạt động thường ngày của con người . Và chúng t a sẽ thấy một thế giới IP ngự trị khắp nơi. Kiến trúc hội tụ sẽ gồm hai lớp : IP và Quang. Các công nghệ trung gian sẽ dần được loại bỏ khỏi mạng để đem lại sự đơn giản nhưng hiệu quả này. Điều này sẽ dẫn t ới sự “ Sụp đổ” của ngăn giao thức mạng. Các giao thức cũ sẽ được cải t iến để thích ứng với yêu cầu mới, trong khi các giao thức mới được thiết kế hướng đến việc quản lý/điều khiển và truyền tải hiệu quả lưu lượng IP. Các ứng dụng mạng t ruyền tải quang thế hệ mới tập trung vào các ứng dụng của mạng hội tụ của công nghệ IP và công nghệ quang trên một kiến trúc mạng quang thiết kế kểu đầu cuối - tới - đầu cuối Trường hợp ứng dụng cho mạng lưu t rữ thế hệ sau, cho thấy khuynh hướng trong mạng lưu t rữ cùng với sự đòi hỏi lớn của mạng Metro DWDM và sự hợp nhất của mạng lưu trữ truyền thống và mạng dữ liệu IP. Mạng truyền tải thế hệ sau thực hiện đơn giản hóa những phức tạp của các kết nối mạng bao gồm IP ... và kiến trúc mạng DWDM để chuyển giao một tập hợp rộng những dịch vụ với giá nhỏ nhất. Nhận xét đề xuất: Học Viên : Cao Hữu Vinh. Trước đây công nghệ mạng lõi được phát triển chủ yếu để truyền thoại, còn internet cũng như dữ liệu được t ruyền dẫn trên kênh thoại (data over voice). Ngày nay, các công nghệ mạng lõi được phát triển chủ yếu để truyền dữ liệu với giao thức chủ yếu là IP, còn thoại được truyền dẫn trên kênh dữ liệu. Đây là một bước tiến trong công nghệ truyền dẫn cũng như trong mạng viễn thông. IP và công nghệ quang (DWDM, chuyển mạch quang) là những công nghệ trụ cột trong mạng thông t in quang thế hệ sau, đặc biệt là mạng lõi. Giải quyết vấn đề truyền tải lưu lượng IP trên mạng quang là tiêu chí hàng đầu khi chuyển hướng đến mạng thông tin quang thế hệ sau. Vấn đề truyền tải IP trên mạng quang không đơn thuần chỉ liên quang đến hai công nghệ IP và Quang (DWDM) mà còn liên quang đến công nghệ trung gian khác, những công nghệ hiện đang khai thác và những công nghệ mới. 18
T ích hợp công nghệ IP và mạng quang WDM là xu hướng triển khai mạng thông tin quang thế hệ sau t rên thế giới. Truyền tải IP trên mạng quang được xem là nhân tố then chốt trong việc xây dựng mạng thông tin quang thế hệ sau. Học Viên: Ngô T hanh T uấn Mặc dù ra đời sau song mạng t hông tin quang đã phát t riển rất mạnh. Hiện nay có hơn 60% lưu lượng t hông tin trên thế giới được truyền đi dưới dạng t ín hiệu quang. Hệ thống thông tin quang với những ưu điểm nổi bật giờ đây trở nên rất mạnh với công nghệ ghép kênh t heo bước song WDM. Phương pháp ghép kênh này cho phép ghép nhiều kênh bước song quang cho phép tận dụng băng tần rất lớn của sợi quang. Sự phát triển của công nghệ WDM gắn liền với sự phát triển công nghệ thiết bị, công nghệ mạng và kiến trúc mạng. Các linh kiện ngày càng trở nên có t ốc độ cao hơn, kích thướt nhỏ hơn, giá thành thấp… Mạng truy có băng thông rộng hơn và tiến đên truy nhập quang. 19