Công nghệ mạng truyền dẫn thế hệ mới IP/WDM

a em, không sao chép. Tác giả luận văn Tiêu Xuân Hùng - - I Mục lục Mục lục ..............................................................................................................................I Thuật ngữ viết tắt ....................................................................................................IV danh mục các hình vẽ .......................................................................................... VIII mở đầu ...............................................................................................................................1 Ch−ơng 1: giới thiệu về mạng truyền dẫn thế hệ mới hiện nay và xu h−ớng phát triển .................................................................................................2 1.1 Giới thiệu chung .......................................................................................... 2 1.2 Cấu trúc mạng thế thệ mới hiện nay ........................................................... 2 1.3. Lớp truyền dẫn và truy nhập hiện nay ....................................................... 3 1.3.1 Phần truyền dẫn:................................................................................. 3 1.3.2. Phần truy nhập: ................................................................................. 4 1.4 Các công nghệ sử dụng cho mạng thế hệ mới hiện nay. ............................. 5 1.4.1. Công nghệ IP...................................................................................... 5 1.4.2. Công nghệ ATM ................................................................................. 7 1.4.3. Công nghệ IP / ATM .......................................................................... 8 1.4.4. MPLS................................................................................................ 10 1.4.5 Ghép kênh phân chia theo b−ớc sóng WDM và DWDM................... 11 1.5 Xu h−ớng tích hợp IP/quang trong mạng NGN. ........................................ 12 Ch−ơng 2: Mạng IP/WDM............................................................................................14 2.1 Giới thiệu mạng IP/WDM.......................................................................... 14 2.1.1 Giới thiệu mạng quang WDM ........................................................... 14 2.1.2 Mạng IP/WDM.................................................................................. 16 2.2 Các kiến trúc mạng IP/WDM................................................................... 18 2.2.1 Các kiểu kiến trúc mạng.................................................................... 18 2.2.1.1 Mạng IP/ WDM Điểm-Điểm.................................................... 19 2.2.1.2 Mạng IP/WDM có khả năng cấu hình lại ................................ 19 2.2.1.3 Mạng IP/WDM có khả năng chuyển mạch ............................... 20 - - II 2.2.2 Các mô hình liên kết mạng IP/WDM ................................................ 24 2.2.2.1 IP/ WDM có thể cấu hình. ....................................................... 24 2.2.2.2 IP/WDM có khả năng chuyển mạch ......................................... 28 2-3 Kết luận..................................................................................................... 32 Ch−ơng 3: Điều khiển mạng trong mạng IP /WDM.......................................34 3.1 Địa chỉ mạng IP/WDM.............................................................................. 36 3.2 Nhận biết topo mạng. ................................................................................ 39 3.3 Định tuyến IP/WDM.................................................................................. 41 3.3.1 Xây dựng và duy trì cơ sở thông tin định tuyến OSPF ...................... 41 3.3.2 Tính toán đ−ờng đi và những ràng buộc chuyển mạch WDM. ........ 43 3.3.3 Hoạt động định tuyến........................................................................ 46 3.4 Báo hiệu trong mạng IP/WDM.................................................................. 48 3.4.1 Khái niệm RSVP ................................................................................ 48 3.4.2 RSVP trong mạng quang ................................................................... 51 3.4.3 Kiến trúc triển khai RSVP ................................................................. 52 3.4.4 Bản tin RSVP trong mạng quang....................................................... 53 3.4.5 Cơ chế phát nhãn lai cho mạng quang (Hybrid Label) .................... 57 3.5 GMPLS (Generalized-Multiprotocol Label Switching)........................... 60 3.6 Phục hồi IP/WDM..................................................................................... 62 3.6.1 Tr−ờng hợp có dự phòng: .................................................................. 67 3.6.2 Tr−ờng hợp phục hồi:........................................................................ 69 3.7 Điều khiển mạng liên miền: ...................................................................... 71 3.7.1 Độ khả dụng và khả năng đến đích của mạng IP/WDM................... 73 3.7.2 Trao đổi thông tin định tuyến liên miền: .......................................... 76 3.8. Kết luận về điều khiển trong mạng IP/WDM ........................................... 81 Ch−ơng 4:Kỹ thuật điều khiển l−u l−ợng trong mạng IP/WDM .........82 4.1 Ph−ơng pháp và mô hình........................................................................... 82 - - III 4-2 Điều khiển l−u l−ợng mạng IP/WDM theo mô hình chồng lấn................. 83 4-3 Điều khiển l−u l−ợng mạng IP/WDM tích hợp ........................................ 86 4.3.1 Kỹ thuật điều khiển l−u l−ợng- định tuyến tích hợp.......................... 87 4.3.2 Khái niệm liên kết ảo ........................................................................ 88 4.3.3 Thuật toán định tuyến tích hợp: ........................................................ 89 Ch−ơng 5: phát triển mạng truyền dẫn thế hệ mới tại Việt Nam .92 5.1. Các công nghệ đang đ−ợc sử dụng cho mạng truyền dẫn thế hệ mới tại Việt Nam.......................................................................................................... 92 5.1.1 Mạng IP/ATM/SDH/WDM:............................................................... 92 5.1.2 Mạng IP/POS (Packet over Sonet)/WDM :....................................... 93 5.1.3 Mạng IP/WDM điểm-điểm:............................................................... 94 5.1.4 Triển khai mạng NGN của VNPT..................................................... 94 5.2 Khả năng ứng dụng lý thuyết IP/WDM vào mạng viễn thông................... 95 5.3 Đề xuất ứng dụng mạng IP/WDM cho mạng thế hệ mới của VNPT trong t−ơng lai........................................................................................................... 99 5.4 Kết luận về triển khai mạng truyền dẫn thế hệ mới ............................... 100 Kết luận........................................................................................................................102 tài liệu tham khảo .................................................................................................103 Tóm tắt luận văn ....................................................................................................104 - - IV Thuật ngữ viết tắt ADM ADSL API APS ARP AS ATM BASE BE BER BGMP BGP CDMA CLI DCC DCN DEMUX Diffserv DLC DLCI DM DNS DSL DWDM EBGP EGP Add/Drop Multiplexer Asymmetrical Digital Subcriber Line Application Programme Interface Automatic Protection Switching Address Resolution Protocol Autonomous System Asynchronous Transfer Mode Baseband Best Effort Bit Error Rate Border Gateway Multicast Protocol Border Gateway Protocol Code Division Multiple Access Command Line Interface Data Communication Chanel Data Communication Network Demultiplexer Differentiated Service Digital Loop Carrier Datalink Connection Identifier Domain Manager Domain Name System Digital Sucriber Line Dense Wavelength Divison Mutiplexing Exterior Border Gateway Protocol Exterior Gateway Protocol - - V EMS FDM FEC FIFO FTP GbE GMPLS HDLC HTML HTTP IAB IBGP ICMP ID IDMR IDRP IETF IGMP IGP Intserv IPng IpSec IPv4 ISDN IS-IS ISP LAN Element Management System Frequency Divison Multiplexing Forward Error Correction Firt In Firt Out File Tranfer Protocol Gigabit Ethernet Generalised Multiprotocol Label Switching High Level Data Link Control Hypertext Marup Langugage Hypertext Tranfer Protocol Internet Architecture Board Interior Border Gateway Protocol Interior Control Message Protocol Identifier Interdomain Multicast Routing Interdomain Routing Protocol Internet Engineering Management Protocol Internet Group Management Protocol Interior Gateway Protocol Intergrated Service IP Next Generation IP Security Internet Protocol Vesion 4 Intergrated Service Digital Network Intermediate System to Intermediate System routing protocol InternetService Provider Local Area Network - - VI LBS LDP LIB LMP LSA LSP LSR LSU LTE MAC MIB MPλS MPLS NE NGN NMS NNI OADM OAM OBS OLS OLSR OPR OSPF OXC PON POS PPP Label-Based Switching Label Distribution Protocol Label Information Base Link Management Protocol Link State Advertisement Label Switched Path Label Switched Router Link State Update Link Terminating Equipment Media Access Control Management Information Base Multiprotocol Lambda Switching Multiprotocol Label Switching Network Element Next Generation Network Network Management System Network to Network Interface Optical Add/Drop Multiplexer Operations and Maintenance Optical Burst Switching Optical Label Switching Optical Label Switching Router Optical Packet Router Open Short Path First Optical Cross Connect Passive Optical Network Packet Over Sonet Point to Point Protocol - - VII QoS RIP RSpec RSVP RTP SDH SMTP SNMP SPF SRLG SS7 TE TNM TTL UDP UNI VPN WADM WAMP WAN WDM Quality of Service Routing Information Protocol Resource Specification Resource Revervation Protocol Real time Transport Protocol Synchronous Digital Hierarchy Simple Mail Tranfer Protocol Simple Network Management Protocol Short Path First Shared Risk Link Group Signaling System No 7 Traffic Engineering Telecommunication Management Network Time to Live User Datagram Protocol User Network Interface Vitural Private Network Wavelength Add/Drop Multiplexer Wavelength Amplifier Wide Area Network Wavelength Division Multiplexing - - VIII danh mục các hình vẽ Hình 1-1: Xu h−ớng tích hợp các lớp giao thức IP/quang............................... 12 Hình 2-1: Tiến trình phát triển mạng WDM ................................................... 16 Hình 2-2: Truyền dẫn gói tin trên các b−ớc sóng ........................................... 17 Hình 2-3: Chuyển mạch chùm quang.............................................................. 21 Hình 2-4: Chuyển mạch gói quang ................................................................. 22 Hình 2-5: IP qua mạng chuyển mạch WDM................................................... 23 Hình 2-6: Mô hình điều khiển NMS chồng lấn ............................................... 25 Hình 2-7: Mô hình điều khiển gia tăng ........................................................... 26 Hình 2-8: Mô hình điều khiển ngang hàng ..................................................... 27 Hình 2-9: Mạng IP over OLSR........................................................................ 29 Hình 2-10: Mạng IP over OPR ....................................................................... 32 Hình 3-1:Điều khiển l−u l−ợng và điển khiển mạng IP/WDM........................ 34 Hình 3-2: Cơ chế flooding OSPF.................................................................... 42 Hình 3-3: Vòng lặp định tuyến........................................................................ 46 Hình 3-4: RSVP cho mạng quang WDM......................................................... 51 Hình 3-5: Kiến trúc phần mềm RSVP ............................................................. 52 Hình 3-6: Định dạng bản tin PATH đối t−ợng yêu cầu nhãn ......................... 54 Hình 3-7: Định dạng bản tin PATH đối t−ợng yêu cầu nhãn cho thiết lập đ−ờng đi và cấp phát b−ớc sóng nội bộ........................................................... 54 Hình 3-8: Định dạng bản tin RESV đối t−ợng nhãn........................................ 57 Hình 3-9: Phục hồi mạng IP/ WDM ............................................................... 63 Hình 3-10: Dự phòng lightpath và dự phòng liên kết ..................................... 68 Hình 3-11: Phục hồi mạng và phục hồi phân đoạn con ................................. 70 Hình 3-12: Điều khiển liên miền IP/WDM ..................................................... 71 Hình 4-1 Mô hình mạng chồng lấn ................................................................. 84 - - IX Hình 4-2: Ví dụ về định tuyến IP không lựa chọn link cung cấp bởi mạng WDM ............................................................................................................... 85 Hình 4-3:Mô hình ngang hàng- Điều khiển l−u l−ợng tích hợp...................... 86 Hình 4-4: Cấu trúc node định tuyến tích hợp ................................................ 87 Hình 4-5: Ví dụ mạng với các liên kết ảo........................................................ 89 Hình 5-1: Mạng IP/POS (Packet over Sonet)/WDM....................................... 93 Hình 5.2 - Mô hình mạng NGN của VNPT .................................................... 95 Hình 5-3: Đề xuất ứng dụng mạng IP/WDM cho mạng thế hệ mới của VNPT ......................................................................................................................... 99 Hình 5-4: Tiến trình phát triển mạng IP/WDM ............................................ 101 Hình 5-5: Tiến trình phát triển mạng IP/WDM của Siemens ....................... 101 - - 1 mở đầu Hiện nay mạng viễn thông đang từng b−ớc thực hiện chuyển dịch từ mạng viễn thông hiện có sang mạng thế hệ mới. Các công nghệ truyền dẫn thế hệ mới đ−ợc đ−a vào sử dụng nh− : Mạng SDH thế hệ sau sử dụng WDM cho phép phân phát dữ liệu ở tốc độ cao và băng thông rộng đối với mạng Ethernet, cho phép truyền l−u l−ợng IP trực tiếp trên mạng SDH. Công nghệ IP làm nền cho thế hệ sau trong đó công nghệ ghép kênh b−ớc sóng quang WDM chiếm lĩnh ở lớp vật lý; IP/MPLS làm nền cho lớp 3, truyền dẫn trên mạng lõi dựa vào kỹ thuật gói cho tất cả các dịch vụ với chất l−ợng dịch vụ QoS tùy yêu cầu cho từng loại dịch vụ. ATM hay IP/MPLS hiện tại đ−ợc sử dụng làm nền cho truyền dẫn trên mạng lõi để đảm bảo QoS. Trong t−ơng lai do sự bùng nổ l−u l−ợng IP dẫn đến cơ sở hạ tầng mạng nên đ−ợc tối −u cho IP. Bên d−ới lớp IP, sợi quang sử dụng kỹ thuật WDM là kỹ thuật truyễn dẫn hữu tuyến có nhiều hứa hẹn nhất, cung cấp một dung l−ợng mạng khổng lồ đòi hỏi để tồn tại trong sự phát triển liên tục mạng viễn thông. Chính vì lý do trên hiện nay công nghệ IP/WDM là xu h−ớng cho mạng truyền dẫn thế hệ mới, trong thời gian không xa sẽ đ−ợc chuẩn hoá và đ−a vào sử dụng. Dựa trên những hiểu biết về công nghệ mạng IP và công nghệ truyền dẫn quang và các nghiên cứu về công nghệ mạng IP/WDM trong phạm vi luận văn em đ−a ra những nghiên cứu lý thuyết, khả năng ứng dụng của “Công nghệ mạng truyền dẫn thế hệ mới IP/WDM” bao gồm: Cấu trúc mạng, mô hình liên kết, điều khiển mạng và điều khiển l−u l−ợng trong mạng IP/WDM. Do hiểu biết, thời gian nghiên cứu hạn chế rất mong các thầy, cô và các đồng nghiệp giúp đỡ, đóng góp ý kiến để luận văn của em đ−ợc hoàn thiện hơn. Luận văn cao học - 2 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Ch−ơng 1: giới thiệu về mạng truyền dẫn thế hệ mới hiện nay và xu h−ớng phát triển 1.1 Giới thiệu chung Chúng ta nhận thấy mạng viễn thông hiện tại gồm nhiều mạng riêng lẻ kết hợp lại với nhau thành một mạng hỗn tạp, chỉ đ−ợc xây dựng ở cấp quốc gia, nhằm đáp ứng đ−ợc nhiều loại dịch vụ khác nhau. Xét đến mạng Internet, đó là một mạng đơn lớn, có tính chất toàn cầu, th−ờng đ−ợc đề cập theo một loạt các giao thức truyền dẫn hơn là theo một kiến trúc đặc tr−ng. Internet hiện tại không hỗ trợ QoS cũng nh− các dịch vụ có tính thời gian thực (nh− thoại truyền thống). Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ mới (NGN) cần tuân theo các chỉ tiêu: NGN phải có khả năng hỗ trợ cả cho các dịch vụ của mạng Internet và của mạng hiện hành. Một kiến trúc NGN khả thi phải hỗ trợ dịch vụ qua nhiều nhà cung cấp khác nhau. Mỗi nhà cung cấp mạng hay dịch vụ là một thực thể riêng lẻ với mục tiêu kinh doanh và cung cấp dịch vụ khác nhau, và có thể sử dụng những kỹ thuật và giao thức khác nhau. Một vài dịch vụ có thể chỉ do một nhà cung cấp dịch vụ đ−a ra, nh−ng tất cả các dịch vụ đều phải đ−ợc truyền qua mạng một cách thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối. Mạng thế hệ mới phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối (hay còn gọi là cuộc gọi), thiết lập đ−ờng truyền trong suốt thời gian chuyển giao, cả cho hữu tuyến cũng nh− vô tuyến. Vì vậy, mạng NGN sẽ tiến hóa lên từ mạng truyền dẫn hiện tại (phát triển thêm chuyển mạch gói) và từ mạng Internet công cộng (hỗ trợ thêm chất l−ợng dịch vụ QoS). 1.2 Cấu trúc mạng thế thệ mới hiện nay Luận văn cao học - 3 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Để thực hiện việc chuyển dịch một cách thuận lợi từ mạng viễn thông hiện có sang mạng thế hệ mới, việc chuyển dịch phải phân ra làm ba mức ở hai lớp: kết nối và chuyển mạch. Tr−ớc hết là chuyển dịch ở lớp truy nhập và truyền dẫn. Hai lớp này bao gồm lớp vật lý, lớp 2 và lớp 3, chọn công nghệ IP làm nền cho mạng thế hệ mới. Trong đó: Công nghệ ghép kênh b−ớc sóng quang DWDM sẽ chiếm lĩnh ở lớp vật lý IP/MPLS làm nền cho lớp 3 Cấu trúc mạng NGN bao gồm các lớp chức năng sau: • Lớp nết nối (Access + Transport/ Core) • Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media) • Lớp điều khiển (Control) • Lớp quản lý (Management) Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay đang rất phức tạp với nhiều loại giao thức, khả năng t−ơng thích giữa các thiết bị của hãng là vấn đề đang đ−ợc các nhà khai thác quan tâm. Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu. Nó phân chia các khối vững chắc của tổng đài hiện nay thành các lớp mạng riêng lẻ, các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn. Trong phạm vi luận văn này chúng ta đi sâu nghiên cứu lớp truyền dẫn và truy nhập trong mạng thế hệ mới. 1.3. Lớp truyền dẫn và truy nhập hiện nay 1.3.1 Phần truyền dẫn: Trong lớp vật lý truyền dẫn quang với kỹ thuật ghép kênh b−ớc sóng quang DWDM đ−ợc sử dụng. Trong lớp 2 và lớp 3 truyền dẫn trên mạng lõi (Core Network) dựa vào kỹ thuật gói cho tất cả các dịch vụ với chất l−ợng dịch vụ QoS tùy yêu cầu cho từng loại dịch vụ. ATM hay IP/MPLS hiện tại đ−ợc sử dụng làm nền cho Luận văn cao học - 4 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ truyền dẫn trên mạng lõi để đảm bảo QoS. Mạng lõi có thể thuộc mạng MAN hay mạng đ−ờng trục. Thành phần của mạng bao gồm các nút chuyển mạch/ Router (IP/ATM hay IP/MPLS), các chuyển mạch kênh của mạng PSTN, các khối chuyển mạch ở mạng đ−ờng trục, kỹ thuật truyền tải chính là IP hay IP/ATM. Chức năng của lớp truyền tải trong cấu trúc mạng NGN bao gồm cả chức năng truyền dẫn và chức năng chuyển mạch. Lớp truyền dẫn có khả năng hỗ trợ các mức QoS khác nhau cho cùng một dịch vụ và cho các dịch vụ khác nhau. Nó có khả năng l−u trữ lại các sự kiện xảy ra trên mạng (kích th−ớc gói, tốc độ gói, độ trì hoãn, tỷ lệ mất gói và Jitter cho phép,… đối với mạng chuyển mạch gói; băng thông, độ trì hoãn đối với mạng chuyển mạch kênh TDM). Lớp ứng dụng sẽ đ−a ra các yêu cầu về năng lực truyền tải và nó sẽ thực hiện các yêu cầu đó. 1.3.2. Phần truy nhập: Trong lớp vật lý gồm các loại cáp hữu tuyến nh− cáp đồng sử dụng xDSL hiện đang sử dụng. Tuy nhiên trong t−ơng lai truyền dẫn quang DWDM, PON (Passive Optical Network) sẽ dần dần chiếm −u thế và thị tr−ờng xDSL, modem cáp dần dần thu hẹp lại. Truy nhập vô tuyến bao gồm thông tin di động - công nghệ GSM hoặc CDMA, truy nhập vô tuyến cố định, vệ tinh. Trong lớp 2 và lớp 3: Công nghệ IP sẽ làm nền cho mạng truy nhập. Thành phần của mạng truy nhập gồm các thiết bị truy nhập đóng vai trò giao diện để kết nối các thiết bị đầu cuối vào mạng qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, cáp quang hoặc vô tuyến. Các thiết bị truy nhập tích hợp IAD.Thuê bao có thể sử dụng mọi kỹ thuật truy nhập (t−ơng tự, số, TDM, ATM, IP,…) để truy nhập vào mạng dịch vụ NGN. Chức năng lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đ−ờng trục ( thuộc lớp truyền dẫn) qua cổng giao tiếp MGW thích Luận văn cao học - 5 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ hợp. Mạng NGN kết nối với hầu hết các thiết bị đầu cuối chuẩn và không chuẩn nh− các thiết bị truy xuất đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính PC, tổng đài nội bộ PBX, điện thoại POTS, điện thoại số ISDN, di động vô tuyến, di động vệ tinh, vô tuyến cố định, VoDSL, VoIP… 1.4 Các công nghệ sử dụng cho mạng thế hệ mới hiện nay. Ngày nay, yêu cầu ngày càng tăng về số l−ợng và chất l−ợng dịch vụ đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của thị tr−ờng công nghệ điện tử - tin học - viễn thông. Sự phát triển công nghệ đã và đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn nhau nhằm cho phép mạng l−ới thỏa mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trong t−ơng lai. Theo ITU, có hai xu h−ớng tổ chức mạng chính: - Hoạt động kết nối định h−ớng (CO - Connection Oriented Operation). - Hoạt động không kết nối (CL - Connectionless Operation). Trong hoạt động kết nối định h−ớng, các cuộc gọi đ−ợc thực hiện với trình tự: gọi số - xác lập kết nối - gửi và nhận thông tin - kết thúc. Trong kiểu kết nối này, công nghệ ATM phát triển cho phép đẩy mạnh các dịch vụ băng rộng và nâng cao chất l−ợng dịch vụ. Hoạt động không kết nối dựa trên giao thức IP nh− việc truy cập Internet không yêu cầu việc xác lập tr−ớc các kết nối, vì vậy chất l−ợng dịch vụ có thể không hoàn toàn đảm bảo nh− tr−ờng hợp trên. Tuy nhiên do tính đơn giản, tiện lợi với chi phí thấp, các dịch vụ thông tin theo ph−ơng thức CL phát triển rất mạnh mẽ theo xu h−ớng nâng cao chất l−ợng dịch vụ và tiến tới cạnh tranh với các dịch vụ thông tin theo ph−ơng thức CO. Tuy vậy, hai ph−ơng thức phát triển này dần tiệm cận và hội tụ dẫn đến sự ra đời công nghệ ATM/IP. Sự phát triển mạnh mẽ của các dịch vụ và các công nghệ mới tác động trực tiếp đến sự phát triển cấu trúc mạng. 1.4.1. Công nghệ IP Sự phát triển đột biến của IP, sự tăng tr−ởng theo cấp số nhân của thuê bao Internet đã là một thực tế không còn ai có thể phủ nhận. Hiện nay l−ợng dịch vụ lớn nhất trên các mạng đ−ờng trục trên thực tế đều là từ IP. Trong Luận văn cao học - 6 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ công tác tiêu chuẩn hóa các loại kỹ thuật, việc bảo đảm tốt hơn cho IP đã trở thành trọng điểm của công tác nghiên cứu. IP là giao thức chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp gói tin thực hiện theo cơ chế phi kết nối. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tới đích. Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đ−ờng đi tới các nút trong mạng. Do vậy, cơ cấu định tuyến phải đ−ợc cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin về nguyên tắc chuyển tin (nh− trong BGP) và nó phải có khả năng hoạt động trong môi tr−ờng mạng gồm nhiều nút. Kết quản tính toán của cơ cấu định tuyến đ−ợc l−u trong các bảng chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới h−ớng đích. Dựa trên các bản chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói IP h−ớng tới đích. Ph−ơng thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một. ở cách này, mỗi nút mạng tính toán mạng chuyển tin một cách độc lập. Ph−ơng thức này, do vậy, yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán với nhau. Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn đến việc chuyển gói tin sai h−ớng, điều này đồng nghĩa với việc mất gói tin. Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng. Ví dụ, với ph−ơng thức này, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ đi qua cùng một nút thì chúng sẽ đ−ợc truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích. Điều này khiến cho mạng không thể thực hiện một số chức năng khác nh− định tuyến theo đích, theo dịch vụ. Tuy nhiên, bên cạnh đó, ph−ơng thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao độ tin cậy cũng nh− khả năng mở rộng của mạng. Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết đ−ợc sự thay đổi về topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về Luận văn cao học - 7 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ trạng thái kết nối. Với các ph−ơng thức nh− CDIR (Classless Inter Domain Routing), kích th−ớc của bản tin đ−ợc duy trì ở mức chấp nhận đ−ợc, và do việc tính toán định tuyến đều do các nút tự thực hiện, mạng có thể mở rộng mà không cần bất cứ thay đổi nào. Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao. Tuy nhiên, việc điều khiển l−u l−ợng rất khó thực hiện do ph−ơng thức định tuyến theo từng chặng. Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ chất l−ợng dịch vụ. 1.4.2. Công nghệ ATM Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của ph−ơng pháp chuyển mạch gói, thông tin đ−ợc nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, ngắn; trong đó vị trí của gói không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho tr−ớc. Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau. ATM có hai đặc điểm quan trọng: Thứ nhất ATM sử dụng các gói có kích th−ớc nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM, các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao đ−ợc dễ dàng hơn. Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đ−ờng ảo nhằm giúp cho việc định tuyến đ−ợc dễ dàng. ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm. Nó là công nghệ chuyển mạch h−ớng kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải đ−ợc thiết lập tr−ớc khi thông tin đ−ợc gửi đi. ATM yêu cầu kết nối phải đ−ợc thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu. Mặt khác, ATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian. Tuyến kết nối xuyên suốt đ−ợc xác định tr−ớc khi trao đổi dữ liệu và đ−ợc giữ cố định trong suốt thời gian kết nối. Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng đài ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn. Việc này thực hiện hai điều: dành cho kết Luận văn cao học - 8 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổng đài. Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài. Điều này khác với thông tin về toàn mạng chứa trong bảng chuyển tin của router dùng IP. Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng t−ơng tự nh− việc chuyển gói tin qua Router. Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên cell có kích th−ớc cố định (nhỏ hơn của IP), kích th−ớc bảng chuyển tin nhỏ hơn nhiều so với của IP router, và việc này đ−ợc thực hện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng. Do vậy, thông l−ợng của tổng đài ATM th−ờng lớn hơn thông l−ợng của IP Router truyền thống. 1.4.3. Công nghệ IP / ATM Hiện nay, trong xây dựng mạng IP có các kỹ thuật nh− IP / SDH/ SONET, IP/WDM và IP / Fiber. Còn kỹ thuật ATM do có các tính năng nh− tốc độ cao, chất l−ợng dịch vụ (QoS), điều khiển l−u l−ợng… mà các mạng l−ới dùng bộ định tuyến truyền thống ch−a có, nên đã đ−ợc sử dụng rộng rãi trên mạng đ−ờng trục IP. MPLS chính là sự cải tiến của IP / ATM kinh điển, cho nên ở đây chúng ta cần nhìn lại một chút về hiện trạng của kỹ thuật IP / ATM. IP / ATM truyền thống là một loại kỹ thuật kiểu xếp chồng, nó xếp IP (kỹ thuật lớp 3) lên ATM (kỹ thuật lớp 2); giao thức của hai tầng hoàn toàn độc lập với nhau; giữa chúng phải nhờ một loạt giao thức (nh− NHRP, ARP,…) nữa mới đảm bảo nối thông. Điều đó hiện nay trên thực tế đã đ−ợc ứng dụng rộng rãi. Nh−ng trong tình trạng mạng l−ới đ−ợc mở rộng nhanh chóng, cách xếp chồng đó cũng gây ra nhiều vần đề cần xem xét lại. Tr−ớc hết, vấn đề nổi bật nhất là trong ph−ơng thức chồng xếp, phải thiết lập các liên kết PVC tại N điểm nút, tức là cần thiết lập mạng liên kết. Nh− thế có thể sẽ gây nên vấn đề bình ph−ơng N, rất phiền phức, tức là khi thiết lập, bảo d−ỡng, gỡ bỏ sự liên kết giữa các điểm nút, số việc phải làm Luận văn cao học - 9 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ (nh− số VC, l−ợng tin điều khiển) đều có cấp số nhân bình ph−ơng của N điểm nút. Khi mà mạng l−ới ngày càng rộng lớn, chi phối kiểu đó sẽ làm cho mạng l−ới quá tải. Thứ hai là, ph−ơng thức xếp chồng sẽ phân cắt cả mạng l−ới IP / ATM ra làm n._.hiều mạng logic nhỏ (LIS), các LIS trên thực tế đều là ở trong một mạng vật lý. Giữa các LIS dùng bộ định tuyến trung gian để liên kết, điều này sẽ có ảnh h−ởng đến việc truyền nhóm gói tin giữa các LIS khác nhau. Mặt khác, khi l−u l−ợng rất lớn, những bộ định tuyến này sẽ gây hiện t−ợng nghẽn cổ chai đối với băng rộng. Hai điểm nêu trên đều làm cho IP / ATM chỉ có thể dùng thích hợp cho mạng t−ơng đối nhỏ, nh− mạng xí nghiệp,…, nh−ng không thể đáp ứng đ−ợc nhu cầu của mạng đ−ờng trục Internet trong t−ơng lai.Trên thực tế, hai kỹ thuật này đang tồn tại vấn đề yếu kém về khả năng mở rộng thêm. Thứ ba là, trong ph−ơng thức chồng xếp, IP / ATM vẫn không có cách nào đảm bảo QoS thực sự. Thứ t−, vốn khi thiết kế hai loại kỹ thuật IP và ATM đều làm riêng lẻ, không xét gì đến kỹ thuật kia, điều này làm cho sự nối thông giữa hai bên phải dựa vào một loạt giao thức phức tạp, cùng với các bộ phục vụ xử lý các giao thức này. Cách làm nh− thế có thể gây ảnh h−ờng không tốt đối với độ tin cậy của mạng đ−ờng trục. Các kỹ thuật MPOA (Multiprotocol over ATM - đa giao thức trên ATM), LANE (LAN Emulation - Mô phỏng LAN)… cũng chính là kết quả nghiên cứu để giải quyết các vấn đề đó, nh−ng các giải thuật này đều chỉ giải quyết đ−ợc một phần các tồn tại, nh− vấn đề QoS chẳng hạn. Ph−ơng thức mà các kỹ thuật này dùng vẫn là ph−ơng thức chồng xếp, khả năng mở rộng vẫn không đủ. Hiện nay đã xuất hiện một loại kỹ thuật IP / ATM không dùng ph−ơng thức xếp chồng, mà dùng ph−ơng thức chuyển mạch nhãn, áp dụng ph−ơng thức tích hợp. Kỹ thuật này chính là cơ sở của MPLS. Luận văn cao học - 10 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ 1.4.4. MPLS Kỹ thuật ATM từng đ−ợc coi là nền tảng của mạng số đa dịch vụ băng rộng (B-ISDN) hay là IP đạt thanh công lớn trên thị tr−ờng hiện nay, đều tồn tại nh−ợc điểm khó khắc phục đ−ợc. Sự xuất hiện của MPLS - kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức đã giúp chúng ta có đ−ợc sự chọn lựa cho cấu trúc mạng thông tin. Ph−ơng pháp này đã dung hợp một cách hữu hiệu năng lực điều khiển l−u l−ợng của thiết bị chuyển mạch với tính linh hoạt của bộ định tuyến. MPLS sẽ là ph−ơng án cho mạng đ−ờng trục trong mạng thế hệ mới. MPLS tách chức năng của IP Router làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các Router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn t−ơng tự nh− ATM. Trong MPLS, nhãn là một số có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng. Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn mới của nó. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin theo kiểu thông th−ờng, và do vậy, cải thiện đ−ợc khả năng của thiết bị. Các Router sử dụng kỹ thuật này đ−ợc gọi là LSR (Label Switch Router). Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch. MPLS có thể hoạt động đ−ợc với các giao thức định tuyến Internet khác nh− OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Bateway Protocol). Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển l−u l−ợng và cho phép thiết lập tuyến cố định, việc đảm bảo chất l−ợng dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi. Đây là một điểm v−ợt trội của MPLS so với các định tuyến cổ điển. Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến (Fast Rerouting). Do MPLS là công nghệ chuyển mạch h−ớng kết nối, khả năng bị ảnh h−ởng bởi lỗi đ−ờng truyền th−ờng cao hơn các công nghệ khác. Trong khi đó, các dịch Luận văn cao học - 11 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ vụ tích hợp mà MPLS phải hỗ trợ lại yêu cầu dung l−ợng cao. Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên d−ới. Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến cho việc quản lý mạng đ−ợc dễ dàng hơn. Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các gói tin thuộc một FEC có thể đ−ợc xác định bởi một giá trị của nhãn. Do vậy, trong miền MPLS, các thiết bị đo l−u l−ợng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các gói tin. L−u l−ợng đi qua các tuyến chuyển mạch nhãn (LSP) đ−ợc giám sát một cách dễ dàng dùng RTFM (Real-Time Flow Measurement). Bằng cách giám sát l−u l−ợng tại các LSR, nghẽn l−u l−ợng sẽ đ−ợc phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn l−u l−ợng có thể đ−ợc xác định nhanh chóng. Tuy nhiên, giám sát l−u l−ợng theo ph−ơng pháp này không đ−a ra đ−ợc toàn bộ thông tin về chất l−ợng dịch vụ (ví dụ nh− trễ từ điểm đầu đến điểm cuối của miền MPLS). Tóm lại, MPLS là một công nghệ chuyển mạch IP có khả năng nâng cao chất l−ợng dịch vụ của mạng IP truyền thống. Bên cạnh đó, thông l−ợng của mạng sẽ đ−ợc cải thiện một cách rõ rệt. Tuy nhiên, độ tin cậy là một vấn đề thực tiễn có thể khiến việc triển khai MPLS trên mạng Internet bị chậm lại. 1.4.5 Ghép kênh phân chia theo b−ớc sóng WDM và DWDM WDM (Ghép kênh phân chia theo b−ớc sóng )và DWDM (Ghép kênh theo b−ớc sóng mật độ cao): Từng b−ớc sóng đ−ợc đ−a vào sợi quang và tín hiệu đ−ợc tách ra ở đầu nhận. Dung l−ợng tổng là tổng của các tín hiệu đầu vào, mỗi tín hiệu đầu và độc lập với tín hiệu khác. Mỗi kênh sẽ có một dải tần đ−ợc dành riêng cho kênh đó, tất cả các tín hiệu đến cùng một thời điểm. Về cơ bản DWDM chỉ khác WDM về mật độ ghép, DWDM có dung l−ợng lớn hơn. DWDM còn có một số tính năng đáng chú ý khác, bao gồm khả năng khuyếch đại đồng thời tất cả các b−ớc sóng mà không cần biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện tr−ớc khi khuyếch đại và khả năng mang các loại tín Luận văn cao học - 12 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ hiệu khác nhau ở các tốc độ khác nhau một cách đồng thời và trong suốt trên sợi quang. DWDM cung cấp băng thông lớn, trở thành nền tảng của mạng toàn quang cùng với khả năng cung cấp b−ớc sóng và bảo vệ dựa trên sơ đồ hình l−ới. Chuyển mạch tại lớp vật lý sẽ cho phép thực hiện, các giao thức định tuyến sẽ cho phép các tuyến ánh sáng đi qua mạng giống nh− hoạt động của kênh ảo hiện nay. Trong các công nghệ trên hiện nay xu h−ớng tích hợp IP và mạng quang đang dần đ−ợc triển khai. 1.5 Xu h−ớng tích hợp IP/quang trong mạng NGN. Giao thức Internet (IP) đã trở thành giao thức chuẩn phổ biến cho các dịch vụ mạng mới, do đó l−u l−ợng IP sẽ tăng nhanh và thay thế các loại giao thức khác. Trong khi IP đ−ợc xem nh− công nghệ lớp mạng phổ biến thì công nghệ quang tiên tiến cho phép khả năng dung l−ợng truyền dẫn lớn. Với dung l−ợng truyền dẫn lớn nhờ DWDM và khả năng cấu hình mềm dẻo của chuyển mạch quang OXC (optical crossconect) đã cho phép xây dựng mạng quang động hơn, nhờ đó các nối kết băng tần lớn (luồng quang) có thể đ−ợc thiết lập theo nhu cầu. Một trong những thách thức quan trọng đó là vấn đề điều khiển các luồng quang này - tức là phát triển các cơ chế và thuật toán cho phép thiết lập các luồng quang nhanh và cung cấp khả năng khôi phục khi có sự cố, trong khi vẫn đảm bảo đ−ợc tính t−ơng tác giữa các nhà cung cấp thiết bị. Hình 1-1: Xu h−ớng tích hợp các lớp giao thức IP/quang Luận văn cao học - 13 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Nguyên nhân chủ yếu gây nên sự phức tạp trong quản lý chính là sự phân lớp theo truyền thống của các giao thức mạng. Các mạng truyền thống có rất nhiều lớp độc lập do đó có nhiều chức năng chồng chéo nhau ở các lớp và th−ờng xuyên có sự mâu thuẫn lẫn nhau cũng nh− có các chính sách khác nhau. Vì vậy một trong những giải pháp để giảm chi phí xây dựng và quản lý mạng một cách triệt để đó là giảm số lớp giao thức. Khi dung l−ợng và khả năng kết nối mạng trong cả công nghệ IP và quang tăng lên, thì càng cần thiết tối −u mạng IP và bỏ qua tất cả các công nghệ lớp trung gian để tạo nên mạng Internet quang hiệu quả và mềm dẻo. Tuy nhiên, các lớp trung gian cũng cung cấp một số chức năng có giá trị, nh− kỹ thuật l−u l−ợng (Traffic Enginnering - TE) và khôi phục. Những chức năng này cần phải đ−ợc giữ lại trong mạng IP/WDM bằng cách đ−a chúng lên lớp IP hoặc xuống lớp quang hoặc tốt nhất trên một lớp con riêng. Hình 1-1 minh hoạ xu h−ớng tích hợp các lớp giao thức IP/quang chính đang nổi lên hiện nay. Luận văn cao học - 14 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Ch−ơng 2: Mạng IP/WDM 2.1 Giới thiệu mạng IP/WDM 2.1.1 Giới thiệu mạng quang WDM Thế hệ WDM đầu tiên chỉ cung cấp các liên kết vật lý point to point mà chỉ hạn chế trong các đ−ờng trục mạng WAN. Các cấu hình mạng WAN WDM là cấu hình tĩnh hoặc cấu hình nhân công. Bản thân liên kết WDM chỉ cung cấp các kết nối end-to-end tốc độ t−ơng đối thấp.Những vấn đề kỹ thuật của WDM thế hệ đầu bao gồm thiết kế và phát triển các laser và các bộ khuếch đại WDM, và các giao thức truy nhập môi tr−ờng truyền dẫn và định tuyến b−ớc sóng tĩnh. WADM cũng có thể đ−ợc sử dụng trong các mạng MAN, ví dụ nh− sử dụng topology ring. Để liên kết các ring WADM, bộ đấu chéo DXC (Digital Cross Connect) đ−ợc đ−a ra để cung cấp các kết nối băng hẹp và băng rộng. Thông th−ờng các hệ thống này đ−ợc dùng để quản lý các đ−ờng trung kế chuyển mạch thoại và các liên kết T1. WDM thế hệ thứ 2 có khả năng thiết lập liên kết lightpath end-to-end định h−ớng trong lớp quang nhờ việc đ−a ra bộ WSXC. Các lightpath tạo nên một topology ảo bên trên topology sợi vật lý. Topo ảo có thể đ−ợc cấu hình lại một cách động để đáp ứng lại những thay đổi l−u l−ợng và/hoặc lập kế hoạch mạng. Các vấn đề kỹ thuật của WDM thế hệ thứ 2 bao gồm việc đ−a ra các thiết bị tách/ghép và đấu chéo b−ớc sóng, khả năng chuyển đổi b−ớc sóng tại các bộ đấu chéo, định tuyến động và phân bổ b−ớc sóng. Cũng trong thế hệ thứ 2 này, kiến trúc mạng cũng nhận đ−ợc quan tâm, đặc biệt là về giao diện để liên kết với các mạng khác. Cả hai thế hệ đầu và thế hệ 2 của mạng WDM đã đ−ợc sử dụng trong các mạng truyền dẫn đang hoạt động. Chi phí hiệu quả của chúng trong các mạng đ−ờng dài đã đ−ợc chấp nhận. Thế hệ thứ 3 của mạng WDM đ−a ra một mạng chuyển mạch gói quang, trong đó các tiêu đề hoặc các nhãn quang đ−ợc gắn kèm với dữ liệu, Luận văn cao học - 15 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ đ−ợc truyền đi cùng với tr−ờng tin, và đ−ợc xử lý tại mỗi chuyển mạch quang WDM. Dựa trên tỷ lệ của thời gian xử lý tiêu đề gói tin và chi phí truyền dẫn gói tin, mạng WDM chuyển mạch gói có thể đ−ợc thực thi hiệu qủa sử dụng chuyển mạch nhãn hoặc chuyển mạch chùm quang. Chuyển mạch gói quang thuần tuý trong các mạng toàn quang hiện vẫn đang đ−ợc nghiên cứu. Bộ định tuyến gói tin toàn quang, không sử dụng bộ đệm mang đến một loạt những vấn đề kỹ thuật mới cho việc lập kế hoạch mạng: Giải quyết tranh chấp,điều khiển l−u l−ợng, dự phòng, t−ơng thích với các bộ định tuyến IP truyền thống. Các ví dụ của các thiết bị WDM thế hệ thứ 3 là: Các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn quang; Các bộ định tuyến quang Gigabit;Các bộ chuyển mạch quang tốc độ cao. Khả năng t−ơng thích giữa các mạng WDM và các mạng IP trở thành vấn đề chính cần quan tâm trong các mạng WDM thế hệ thứ 3. Định tuyến tích hợp và phân bổ b−ớc sóng dựa trên giao thức MPLS/GMPLS đã bắt đầu xuất hiện. Những vấn đề kỹ thuật phần mềm mấu chốt khác bao gồm quản lý băng thông, tái cấu hình và phục hồi đ−ờng đi, và hỗ trợ chất l−ợng dịch vụ. Hình 2-1 chỉ ra tiến trình phát triển của mạng WDM. L−u l−ợng lõi thể hiện cả thể tích của l−u l−ợng và kích th−ớc của mỗi l−u l−ợng. L−u l−ợng trong mạng truy nhập đ−ợc ghép kênh tr−ớc khi đ−ợc truyền đi trên mạng đ−ờng trục. Luận văn cao học - 16 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Hình 2-1: Tiến trình phát triển mạng WDM 2.1.2 Mạng IP/WDM Mạng IP cung cấp chỉ một lớp hội tụ trong mạng internet toàn cầu. IP là một bộ giao thức lớp 3 đ−ợc thiết kế để giải quyết vấn đề t−ơng thích mức mạng và định tuyến qua nhiều mạng con khác nhau với các kỹ thuật mạng lớp 2 khác nhau. Do sự bùng nổ l−u l−ợng IP đã cho thấy rằng cơ sở hạ tầng mạng nên đ−ợc tối −u cho IP. Bên d−ới lớp IP, sợi quang sử dụng kỹ thuật WDM là kỹ thuật truyễn dẫn hữu tuyến có nhiều hứa hẹn nhất, cung cấp một dung l−ợng mạng khổng lồ đòi hỏi để tồn tại trong sự phát triển liên tục của Internet. Kỹ thuật WDM sẽ trở nên hấp dẫn hơn khi chi phí của các hệ thống WDM giảm xuống. Với việc ứng dụng liên tục rộng khắp trong thông tin cáp sợi quang và độ hoàn thiện của WDM. Động cơ thúc đẩy phải sử dụng IP/WDM bao gồm: • Các mạng quang WDM có thể đáp ứng đ−ợc việc tăng liên tục của l−u l−ợng mạng bằng cách sử dụng cơ sở hạ tầng mạng hiện Luận văn cao học - 17 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ có. Việc sử dụng kỹ thuật WDM làm tăng đáng kể băng thông mạng quang. • Phần lớn l−u l−ợng dữ liệu mạng là IP. Gần nh− toàn bộ dữ liệu ứng dụng ng−ời dùng cuối là sử dụng IP. L−u l−ợng thoại truyền thống cũng đ−ợc gói hoá. • IP/WDMthừa h−ởng tính linh hoạt và khả năng thích nghi trong các giao thức điều khiển IP • IP/WDMcó thể đạt đ−ợc phân bổ băng thông theo yêu cầu có dự phòng, thời gian thực . • IP/WDMsẽ giải quyết đ−ợc vấn đề t−ơng thích WDM với dịch vụ qua sự giúp đỡ của các giao thức IP • Trên quan điểm dịch vụ mạng IP/WDM có thể tận dụng −u điểm của các cơ chế, mô hình, chính sách chất l−ợng dịch vụ. Mạng IP/WDM đ−ợc thiết kế để truyền l−u l−ợng IP trong mạng quang WDM. Hình 2-2. chỉ ra việc truyền dẫn gói tin IP hoặc các tín hiệu SONET/SDH trên các mạng WDM. Hình 2-2: Truyền dẫn gói tin trên các b−ớc sóng Luận văn cao học - 18 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Những vấn đề của mạng IP/WDM IP/WDM trở thành thực tế cho tất cả các dịch vụ end-to-end đ−ợc cung cấp hoàn toàn bằng quang. Do đó mạng quang cần hoàn thiện những yêu cầu về tính năng nh− phát hiện và chống lỗi, quản lý điều khiển mạng, định tuyến b−ớc sóng, chuyển mạch quang…trong bản thân lớp WDM (th−ờng đ−ợc xem nh− là lớp 1). 2.2 Các kiến trúc mạng IP/WDM 2.2.1 Các kiểu kiến trúc mạng Kỹ thuật mạng IP/WDM có thể đ−ợc chia thành 2 loại: WDM có thể cấu hình lại và WDM chuyển mạch. Loại đầu đ−ợc sử dụng trong chuyển mạch kênh trong đó đ−ờng quang đ−ợc tạo bởi các kênh đã đ−ợc thiết lập có khả năng cấu hình lại để phản ứng lại những thay đổi của l−u l−ợng, quy hoạch mạng. Loại thứ hai đ−ợc sử dụng trong mạng WDM chuyển mạch gói, trong đó các tiêu đề quang hoặc nhãn quang đ−ợc đ−ợc đính kèm với dữ liệu, đ−ợc truyền đi cùng tr−ờng tin và đ−ợc xử lý tại mỗi chuyển mạch. Kỹ thuật WDM có thể cấu hình lại đ−ợc sử dụng trong các mạng truyền dẫn đ−ờng trục. Nó chủ yếu giải quyết đến vấn đề liên quan tới l−u l−ợng lớn, tuy nhiên l−u l−ợng này ít bùng nổ hơn so với mạng truy nhập. WDM chuyển mạch sẽ phát triển đặc biệt trong các mạng truy nhập và mạng metro. WDM chuyển mạch nhắm đến mục đích chuyển mạch l−u l−ợng trung bình, chúng đòi hỏi kiếm trúc mạng linh hoạt và cần những tính năng điều khiển mạng toàn diện và có thể thay đổi về quy mô. Vì IP đã trở thành lớp hội tụ duy nhất trong mạng máy tính và mạng viễn thông nên vấn đề hiệu suất và hiệu quả truyền dẫn l−u l−ợng IP trong một mạng WDM là việc rất quan trọng. Ta xét ba kiểu kiến trúc mạng IP/WDM Luận văn cao học - 19 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ 2.2.1.1 Mạng IP/ WDM Điểm-Điểm Trong kiểu kiến trúc này các liên kết quang điểm- điểm WDM đ−ợc sử dụng để cung cấp các dịch vụ truyền dẫn l−u l−ợng IP. Các thiết bị WDM nh− OAWDM không thể tự chúng tạo nên một mạng. Thay vào đó chúng cung cấp một liên kết lớp vật lý giữa các bộ định tuyến IP. SONET có thể đ−ợc sử dụng cho truyền dẫn các khung trên các kênh WDM. Các gói tin IP có thể đ−ợc đóng thành các khung SONET sử dụng cơ chế Packet-over-SONET. Rất nhiều bộ định tuyến IP và nhà cung cấp thiết bị WDM hiện có những sản phẩm có thể hỗ trợ IP over point-to-point WDM. Các hệ thống Ip/wdmđiểm- điểm đã đ−ợc triển khai rộng rãi trong các mạng đ−ờng dài. Một kiến trúc IP/WDM điểm-điểm đòi hỏi bộ định tuyến IP đ−ợc kết nối trực tiếp với nhau thông qua các liên kết sợi quang đa b−ớc sóng . Trong đó bộ định tuyến Topo mạng trong kiểu kiến trúc này là cố định và tất cả những cấu hình mạng là tĩnh. Các hệ thống quản lý cho những mạng nh− thế này là th−ờng tập trung, với t−ơng tác tối thiểu giữa các lớp IP và lớp WDM. 2.2.1.2 Mạng IP/WDM có khả năng cấu hình lại Trong kiến trúc này các giao diện của các bộ định tuyến IP đ−ợc kết nối với các giao diện client của mạng WDM. Trong kiến trúc này các kết nối chéo WDM và các giao diện tách/ ghép kênh tự bản thân chúng đ−ợc kết nối với các sợi quang kết nối đa b−ớc sóng. Do bản thân mạng WDM có một topo vật lý và một topo đ−ờng quang. Topo vật lý bao gồm các phần tử mạng liên kết với nhau bởi các sợi quang, topo đ−ờng quang tạo nên bởi các kết nối kênh b−ớc sóng. WDM có thể thiết lập tái cấu hình là một kỹ thuật chuyển mạch kênh do đó việc thiết lập và giải phóng kênh b−ớc sóng đ−ợc tiến hành trong các pha riêng biệt. Có một chú ý quan trọng là việc chuyển mạch l−u l−ợng IP và chuyển mạch b−ớc sóng không bao giờ hoạt động trên cùng một lớp trong mô hình qua mạng có khả năng tái cấu hình. Các đ−ờng quang trong mạng WDM Luận văn cao học - 20 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ đ−ợc thiết kế để thích hợp với topo IP , bằng cách cấu hình thích hợp các đấu chéo WDM, một giao diện bộ định tuyến cho tr−ớc có thể đ−ợc kết nối tới bất cứ giao diện định tuyến nào của mọi bộ định tuyến khác. Kết quả là bộ định tuyến gần kề của giao diện cho tr−ớc có thể cấu hình lại đ−ợc trong kiểu kiến trúc này. Mạng vật lý có thể hỗ trợ một số l−ợng topo ảo tuân theo những ràng buộc tài nguyên mạng giống nhau. 2.2.1.3 Mạng IP/WDM có khả năng chuyển mạch Trong kiến trúc IP/WDM có khả năng chuyển mạch, cơ sở hạ tầng WDM hỗ trợ trực tiếp khả năng chuyển mạch gói. Có nhiều ph−ơng pháp đ−ợc đề xuất bao gồm: Chuyển mạch chùm quang (OBS-Optical Burst Switch) Chuyển mạch nhãn quang (OLS-Optical label Switching) Chuyển mạch gói quang (OPR- Optical Packet Routing) OBS và OLS sử dụng mô hình chuyển mạch fat-packet/flow khác so với định tuyến gói tin IP truyền thống. Bản thân định tuyến IP sử dụng địa chỉ đích, OLS t−ơng tự nh− MPLS nó không hỗ trợ việc chuyển tiếp gói tin IP dựa trên địa chỉ đích. OBS và OLS không hiểu đ−ợc các tiêu đề gói tin IP và do đó không thể chuyển tiếp gói tin IP. OBS và OLS thích hợp với l−u l−ợng lõi trung bình thay vì l−u l−ợng lõi nhỏ hiện có trong các mạng IP truyền thống. OPR thể hiện thực sự quang học của bộ định tuyến IP truyền thống do vậy hỗ trợ đầy đủ những tính năng IP. Vì các kỹ thuật xử lý logic quang học và l−u đệm dữ liệu quang hiện ch−a đ−ợc hoàn thiện, các hệ thống WDM chuyển mạch th−ờng không sử dụng bộ đệm, những đ−ờng dây trễ quang đ−ợc sử dụng. Các hệ thống này dựa trên xử lý tiêu đề của gói tin để điều khiển hoạt động của chuyển mạch. Ta xét cấu trúc hai chuyển mạch quang cụ thể: Chuyển mạch chùm quang và chuyển mạch gói quang. Luận văn cao học - 21 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Chuyển mạch chùm quang (OBS) Trong OBS, tiêu đề gói điều khiển đ−ợc gửi đi theo đ−ờng điều khiển tr−ớc khi gói dữ liệu quang thực sự đ−ợc gửi đi. ý t−ởng ở đây là tiều đề điều khiển sẽ đến các node chuyển mạch trung gian tr−ớc, cho phép mỗi chuyển mạch thực hiện các tính toán quyết định chuyển mạch và cài đặt thiết lập đấu chéo chỉ ngay tr−ớc khi gói tin dữ liệu thực sự đến. Theo cách này, gói tin dữ liệu quang lách qua từ cổng h−ớng vào đến cổng h−ớng ra. Độ trễ giữa các tiêu đề điều khiển và gói tin dữ liệu tăng khi số chặng và trễ xử lý tại các chuyển mạch gia tăng. Hình 2-3 thể hiện hoạt động của một node WDM chuyển mạch chùm quang nh− vậy. Hình 2-3: Chuyển mạch chùm quang Chuyển mạch chùm quang sử dụng một đ−ờng dành tr−ớc một chiều theo đó một nguồn gửi yêu cầu thiết lập và sau đó gửi thông tin chùm mà không phải đợi xác nhận thiết lập. Điều này là do thực tế là thời gian truyền dẫn có thể rất ngắn. Luận văn cao học - 22 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Chuyển mạch gói quang (OPR) Trong chuyển mạch gói quang tiêu đề điều khiển gói tin cũng có thể đ−ợc coi nh− là nhãn, th−ờng đ−ợc gửi đi cùng với gói dữ liệu theo cùng một đ−ờng. Để cho phép thời gian cần thiết cho tính toán quyết định chuyển mạch và cài đặt thiết lập đấu nối chéo, gói tin dữ liệu luôn đ−ợc dẫn qua một đ−ờng trễ quang trong lúc ở một chuyển mạch trung gian. Giá trị độ trễ đ−ợc lựa chọn do đó gói tin dữ liệu xuất hiện từ đ−ờng dây trễ quang, thiết lập đấu chéo quang mong muốn đã đ−ợc cài đặt. Giá trị trễ này cục bộ và không đổi tại mỗi node chuyển mạch trung gian, không phục thuộc đ−ờng đi cụ thể của những gói tin. Hình 2-4 thể hiện hoạt động của một hệ thống WDM chuyển mạch gói quang nh− vậy. Hình 2-4: Chuyển mạch gói quang Các gói tin trong mạng quang có thể có độ dài cố định (ví dụ nh− tế bào ATM) hoặc thay đổi (ví dụ nh− gói tin IP). Một gói tin có độ dài thay đổi đ−a vào mạng trong mạng ít thông tin điều khiển hơn do vậy có hiệu xuất cao hơn. Tuy nhiên kích th−ớc gói tin không thể quá lớn ít nhất là phải nhỏ hơn dung Luận văn cao học - 23 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ l−ợng của đ−ờng dây trễ quang. Việc lựa chọn độ dài gói tin đ−ợc dựa trên những đặc tính ứng dụng và l−u l−ợng. Có hai cơ chế chuyển tiếp trong mạng chuyển mạch gói quang : Datagram và kênh ảo. Trong cơ chế chuyển tiếp datagram tiêu đề gói tin có thể đ−ợc vận chuyển trong băng hay ngoài băng, đ−ợc xem xét ở mỗi node trung gian và không có khoảng thời gian trống nào vì phần tr−ờng tin và phần tiêu đề đ−ợc truyền cùng nhau. Cơ chế này đ−ợc dùng trong truyền gói IP. Trong cơ chế chuyển tiếp kênh ảo, các kênh ảo đ−ợc thiết lập tr−ớc khi gói tin đ−ợc chuyển đi qua chúng. Kênh ở đây là ảo vì nó không dành tr−ớc bất kỳ một băng thông nào. Kênh ảo có một bảng chuyển mạch, kết hợp một số định dạng kênh ảo đầu vào với một cổng đầu ra. Theo cách nh− vậy nó tách biệt phần định tuyến khỏi phần chuyển tiếp. Các kênh ảo thiết lập tr−ớc đ−ợc sử dụng trong suốt thời gian chuyển tiếp. Hình 2-5 thể hiện các mạng IP qua mạng WDM chuyển mạch. OBS và OLS đ−ợc biểu diễn là OLSR. Hình 2-5: IP qua mạng chuyển mạch WDM Luận văn cao học - 24 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Sự khác nhau chính giữa OBS và OLS OBS sử dụng chuyển mạch Fat- packet nh−ng OLS sử dụng chuyển mạch tiêu đề luồng. OLSR th−ờng đ−ợc triển khai thành một nhóm, trong nhóm này chỉ OLSR biên đòi hỏi việc thực thi của toàn bộ chồng giao thức IP. OLSR biên cũng cung cấp l−u đệm nhờ vậy các gói tin IP đến có thể chờ trong hàng đợi tại phía biên trong tr−ờng hợp thiết lập LSP động. Các OLSR đ−ợc liên kết với nhau bằng các sợi quang hỗ trợ các kênh đa b−ớc sóng. OPR có thể đ−ợc sử dụng chỉ làm các bộ định tuyến IP. Ba kiểu kiến trúc đ−ợc trình bày ở trên đ−ợc liên kết với những phần cứng và phần mềm điều khiển giám sát khác nhau. Trong thực tế kiểu kiến trúc mạng Ip/wdmđiểm- điểm sẽ dần đ−ợc thay thế bởi hai kiểu kiến trúc còn lại do chúng cung cấp nhiều tính năng, khả năng cung cấp hiệu dụng tài nguyên mạng cao hơn, chi phí vận hành thấp hơn. Do vậy ta sẽ tập trung nghiên cứu kiến trúc mạng IP/WDM có thể cấu hình và chuyển mạch. 2.2.2 Các mô hình liên kết mạng IP/WDM Phần tr−ớc chúng ta nghiên cứu các kiến trúc cho việc xây dựng mạng IP/WDM thông qua việc kết nối các bộ định tuyến IP thông th−ờng với các thiết bị WDM. Trong phần này sẽ miêu tả cách thức mạng IP và mạng WDM kết nối với nhau theo những kiến trúc này. 2.2.2.1 IP/ WDM có thể cấu hình. Trong mặt phẳng dữ liệu kiến trúc IP qua mạng quang có khả năng tái cấu hình sẽ luôn tạo nên một mạng chồng lấn (overlay) trong đó các IP đ−ợc truyền qua các đ−ờng quang WDM. Những kênh này không phải là những đ−ờng đi ảo nh− trong MPLS. Khi các gói tin đến một giao diện OADM client, đ−ờng quang t−ơng ứng đã đ−ợc thiết lập sẵn. Việc đi qua của đ−ờng quang này đảm bảo rằng gói tin IP chuyển qua mạng WDM mà không có bất cứ sự kiểm tra nào trong mặt phẳng dữ liệu. Thực tế gói tin IP thậm chí không nhận biết đ−ợc việc sử dụng kỹ thuật truyền dẫn nào cụ thể. Nó chỉ biết có Luận văn cao học - 25 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ một liên kết IP giữa các bộ định tuyến. Trong tr−ờng hợp này. IP/WDM t−ơng tự nh− IP qua một kỹ thuật lớp 2 bất kỳ nào ví dụ nh− ATM hay frame relay. Trong mặt phẳng điều khiển ta xem xét 3 mô hình liên kết: Chồng lấn (overlay), gia tăng augmented), và ngang hàng (peer to peer). Mô hình điều khiển chồng lấn Theo các mô hình mạng chồng lấn, các mạng IP tạo nên lớp client ở đó các mạng WDM đóng vai trò nh− là nhà cung cấp dịch vụ mạng truyền dẫn vật lý. Một mạng WDM có riêng hệ thống quản lý điều khiển của nó. Nó có thể điều khiển tập trung hoặc phân tán, có kế hoạch đánh địa chỉ IP riêng. Để sử dụng giao thức điều khiển IP cho các mạng WDM, một phần tử mạng WDM phải có một địa chỉ IP, nh−ng địa chỉ IP chỉ có thể thấy ở bên trong mạng WDM. Các giao thức định tuyến, phân bố và phục hồi topo mạng, báo hiệu trong mạng IP sẽ độc lập so với mạng WDM. Mô hình quản lý mạng chồng lấn đ−ợc chỉ ra trên hình 2-6. Hình 2-6: Mô hình điều khiển NMS chồng lấn Trong mô hình này có một kênh dữ liệu DCN cho mạng WDM. DCN cung cấp các chức năng điều khiển kênh quản lý WDM, có có thể đ−ợc truy nhập bởi các bộ định tuyến IP. Access link WADM WADM OCX WADM WADM WADM OCX WADM WDM NMS Lớp WDM Luận văn cao học - 26 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Mô hình điều khiển gia tăng: Trong mô hình này thông tin về khả năng điều khiển có thể đến đ−ợc một node đ−ợc chia sẻ giữa mạng IP và mạng WDM. Các phần tử mạng WDM đ−ợc đánh địa chỉ IP và địa chỉ IP này là xác định duy nhất trong toàn mạng. Cả mạng IP và WDM có thể sử dụng cùng IGP ví dụ nh− OSPF, nh−ng những tr−ờng hợp định tuyến này là phân biệt trong miền IP và miền quang. Do đó mô hình gia tăng thực sự là một mô hình IP liên miền (inter-domain). Sự t−ơng tác giữa IP và WDM có thể tuân theo một giao thức EGP ví dụ nh− giao thức BGP. Giao thức OSPF cho các mạng WDM và giao thức BGP quang đòi hỏi việc mở rộng quang đối với những bản sao của chúng trong định tuyến IP truyền thống. Báo hiệu giữa mạng IP và WDM cũng tuân theo một mô hình liên miền. Dựa trên chính sách đã đ−ợc định nghĩa tạo biên WDM, vẫn giao thức báo hiệu đấy có thể đ−ợc thực thi bởi IP và WDM do đó một tr−ờng hợp báo hiệu có thể di chuyển qua mạng IP và WDM. Hình 2-7: Mô hình điều khiển gia tăng Optical EGP EGP WADM WADM OCX WADM WADM WADM OCX WADM Optical IGP Mạng IP a Mạng IP b IGP b IGP a Mạng WDM c Optical EGP Optical EGP Optical EGP Luận văn cao học - 27 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Hình 2-7 thể hiện mô hình IP/WDM gia tăng. Trong hình vẽ này bao gồm 3 mạng, mạng IP a và b và mạng WDM c. Hai mạng IP đ−ợc điều khiển bởi những IGP tr−ờng hợp riêng biệt, và mạng WDM đ−ợc điều khiển bởi một phiên bản của IGP cho mạng quang. Hai mạng IP đ−ợc kết nối trực tiếp với nhau sử dụng EGP. Mạng IP và mạng WDM đ−ợc kết nối với nhau sử dụng EGP quang. Mô hình điều khiển ngang hàng: Theo mô hình điều khiển ngang hàng, thông tin về khả năng có thể đến đích đ−ợc chia sẻ giữa mạng IP và mạng WDM và chỉ một tr−ờng hợp định tuyến chạy trên cả hai mạng IP và WDM. Trong mặt phẳng điều khiển, các bộ chuyển mạch WDM đ−ợc xem nh− là các bộ định tuyến IP với một quan hệ ngang hàng (peer-to-peer). Vậy mạng IP và WDM đ−ợc tích hợp thành một mạng trên ph−ơng diện điều khiển quản lý và điều khiển l−u l−ợng. Mô hình ngang hàng đ−ợc chỉ ra trên hình 2-8. Hình 2-8: Mô hình điều khiển ngang hàng IGP WADM WADM OCX WADM WADM WADM OCX WADM Mạng IP/WDM Luận văn cao học - 28 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Ba mô hình liên kết mạng đ−ợc trình bày ở trên khác nhau về mức độ tích hợp của IP/WDM. Một mặt, mô hình chồng lấn sử dụng NMS để cung cấp một giao diện trực tiếp giữa mạng IP và WDM; mặt khác, mô hình ngang hàng hứa hẹn một liên kết liền mạch giữa các bộ định tuyến IP và WDM trong mặt phẳng điều khiển. Mô hình chồng lấn có vẻ nh− thích hợp cho kế hoạch triển khai ngắn hạn một cách nhanh chóng của các mạng t−ơng đối tĩnh IP/WDM. Bởi vì các cấu trúc điều khiển và quản lý của chúng nhìn chung là đơn giản, các mô hình ngang hàng và thích hợp có vẻ nh− thích hợp cho kế hoạch triển khai dài hạn của IP/WDM có độ động cao. Việc lựa chọn mô hình kiến trúc liên kết mạng cũng đ−ợc dựa trên môi tr−ờng mạng hiện tại, quyền sở hữu mạng, và quyển quản lý mạng. Có nhiều khả năng là cả ba mô hình này sẽ cùng tồn tại trong t−ơng lai. Ta có thể cảm thấy rằng cách tiếp cận ngang hàng là có hiệu quả nhất. Nh−ng việc tối −u hoá thật sự là đòn bẩy của mạng vật lý không đồng nhất. Nh− vậy, vì các lý do độ trễ thấp và hiệu suất cao, một mạng tối −u có thể đ−ợc cố tình đặt ở vị trí là một mạng chuyển mạch tốc độ cao. M._.ơng pháp chồng lấn hoặc theo mô hình tích hợp. Ph−ơng pháp chồng lấn giống nh− chồng lấn IP trong các mạng WDM có khả năng tái cấu hình, trong đó các MPLS LSP đ−ợc phân bố cho các kênh WDM đã đ−ợc thiết lập. Mô hình tích hợp xây dựng nên các lightpath, phân bổ các luồng trên các lightpath và chuyển tiếp dữ liệu theo mô hình tích hợp. 4-2 Điều khiển l−u l−ợng mạng IP/WDM theo mô hình chồng lấn. Có một khối điều khiển l−u l−ợng cho mỗi lớp IP và WDM. Các hoạt động trong một mạng có thể độc lập so mới các hoạt động của mạng kia. Các giải pháp điều khiển l−u l−ợng phát triển hoặc là cho mạng IP hoặc là cho mạng WDM có thể áp dụng trực tiếp cho từng lớp. Mạng chồng lấn client- server phù hợp với khái niệm về điều khiển l−u l−ợng chồng lấn. Điều khiển l−u l−ợng chồng lấn có thể đ−ợc xây dựng bằng cách kết nối các bộ định tuyến IP với mạng WDM thông qua một OADM. Các mạng IP/WDM đ−ợc xây dựng theo cách này đóng vai một mạng WDM dựa trên OXC, lớp server đ−ợc tạo bởi mạng vật lý bao gồm các phần tử mạng quang và các sợi quang. Mỗi sợi vận chuyển nhiều b−ớc sóng mà đ−ờng đi của chúng có thể cấu hình lại một cách linh hoạt. Lớp client đ−ợc tạo nên bởi các bộ định tuyến IP đ−ợc kết nối bởi các lightpath gắn vào mạng vật lý. Topo của mạng ảo có thể đ−ợc cấp hình lại do khả năng tái cấu hình của các lightpath trong lớp server. Các giao diện của bộ định tuyến IP đ−ợc nối với OADM là các giao diện có khả năng tái cấu hình. Trong các mạng IP/WDM, điều khiển tắc nghẽn có thể đ−ợc thực hiện không chỉ ở mức luồng sử dụng cùng topo mà còn ở mức topo sử dụng tái cấu hình ligthpath. Do đó, không chỉ nguồn l−u l−ợng điều chỉnh dòng gói tin tr−ớc khi chúng đ−ợc gửi qua mạng, mà mạng còn có thể tự thay đổi thích nghi theo mẫu hình l−u l−ợng theo các giai đoạn có thể lựa chọn. Trong lớp IP điều khiển phân bổ đ−ợc dùng để quản lý tài nguyên mạng và cấp phát chúng cho các liên kết IP ảo. Luận văn cao học - 84 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Điều khiển phân bổ lớp WDM có thể là tĩnh (tức là cố định ở thời điểm bắt đầu yêu cầu kết nối) hoặc động (bị thay đổi trong thời gian tồn tại của kết nối). Nó cũng có tính linh hoạt là cho phép lớp WDM cung cấp các kết nối cho các lớp cao hơn với chất l−ợng dịch vụ khác nhau. Hình 4-1 Mô hình mạng chồng lấn Hình 4-1 là một ví dụ về mạng chồng lấn. Trong mô hình chồng lấn không có thông tin mạng nào đ−ợc chia xẻ giữa lớp IP và lớp WDM. Mạng WDM và mạng IP có mặt phẳng điều khiển riêng. Giao thức định tuyến, thông tin về tôpô mạng và giao thức báo hiệu trong mạng IP độc lập với mạng WDM. Lớp IP và lớp WDM làm việc nh− mô hình Client-server. Mạng IP gửi yêu cầu khởi tạo một lightpath theo h−ớng từ UNI tới server, điều này có nghĩa là lớp WDM phải cấu hình một lightpath theo yêu cầu. Luận văn cao học - 85 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Trong mô hình này topo logic đầu tiên đ−ợc xây dựng bởi lightpath giữa các node trong mạng WDM và sau đó qui −ớc giao thức định tuyến IP nh− OSPF và IS-IS làm việc trên mạng logic đó. Trong tr−ờng hợp này giao thức định tuyến đ−ợc thực hiện không mở rộng cho mạng WDM. Tuy nhiên kỹ thuật định tuyến IP và kỹ thuật định tuyến WDM đ−ợc thiết kế độc lập do đó Mạng IP không lựa chọn kết nối tối −u đã đ−ợc cung cấp bởi mạng WDM. Hình 4-2: Ví dụ về định tuyến IP không lựa chọn link cung cấp bởi mạng WDM Ví dụ trên hình 4.3. Trong ví dụ này mỗi một sợi quang có 2 b−ớc sóng và và trễ đ−ờng truyền trên mỗi sợi quang là một đơn vị thời gian; Trễ định tuyến IP bao gồm trễ xử lý và trễ hàng đợi cũng là một đơn vị thời gian; Trễ cho OXC không đáng kể. Trong hình vẽ ta thấy có sáu lightpath đ−ợc cấu hình trong mạng WDM mạng logic có 6 kết nối logic. Chặng lightpath l5 đ−ợc cấu hình giữa node N2và N4 sử dụng b−ớc sóng λ2 bởi vì λ2 trong sợi quang giữa node N2 và N3 đ−ợc sử dụng cho l2 . Có hai định tuyến có thể từ node N2 đến node N4 là R1 và R2. R1 có một chặng sử dụng l5 và R2 có hai chặng N2 đến N3 Luận văn cao học - 86 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ và N3 đến N4 sử dụng l2 và l3. Trễ của R1 là 4 và của R2 là 3. Do đó nếu sử dụng định tuyến với metric là delay thi R1 sẽ không đ−ợc sử dụng để định tuyến từ N2 đến N4. Vì vậy không hiệu quả về tận dụng tài nguyên các b−ớc sóng quang. Từ ví dụ minh hoạ trên dẫn đến cần thiết phải kết hợp kỹ thuật định tuyến h−ớng tới tận dụng tài nguyên đó là sử dụng thông tin của cả hai mạng IP và WDM nh− thông tin về băng thông hiệu dụng của mạng IP và b−ớc sóng hiệu dụng của mạng WDM. Phần định tuyến trong mô hình ngang hàng sẽ đề cập vấn đề này. 4-3 Điều khiển l−u l−ợng mạng IP/WDM tích hợp Đ−ợc sử dụng cho mô hình ngang hàng: Trong mô hình ngang hàng, topo và các thông tin khác của mạng nh− thông tin định tuyến và trạng thái đ−ờng truyền đ−ợc chia sẻ trên cả hai lớp và điều khiển định tuyến đ−ợc thống nhất trên toàn mạng. Hình 4.2 chỉ ra mô hình này. Hình 4-3:Mô hình ngang hàng- Điều khiển l−u l−ợng tích hợp Luận văn cao học - 87 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Nguyên tắc của điều khiển l−u l−ợng tích hợp là việc tối −u hoá các phần tử đ−ợc thực hiện đồng thời ở cả mạng IP và WDM. Điều này có nghĩa là giải pháp tối −u toàn cục đ−ợc tìm kiếm trong một không gian nhiều chiều. Điều khiển l−u l−ợng tích hợp có thể đ−ợc áp dụng vào các mạng mà trong đó tính năng IP và WDM đ−ợc tích hợp tại mỗi phần tử mạng.Việc xuất hiện của phần cứng tích hợp tính năng của cả IP và WDM vào mỗi phần tử mạng dẫn đến việc điều khiển l−u l−ợng tích hợp có thể đ−ợc thực hiện hiệu quả hơn. Khi đó một mặt phẳng điều khiển tích hợp cho mạng trở nên khả thi. 4.3.1 Kỹ thuật điều khiển l−u l−ợng- định tuyến tích hợp Chúng ta mong muốn mạng bao gồm các kết nối sợi quang W và các node bao gồm cả các bộ định tuyến IP với giao diện WDM và OXC. Hình 4-4: Cấu trúc node định tuyến tích hợp Luận văn cao học - 88 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Trong Hình 4-4 đ−a ra ví dụ cấu trúc này. Phần trên là các Router và phần d−ới là các OXC. Bộ định tuyến IP đ−ợc kết nối với các OXC theo h−ớng giao diện WDM với cổng giao tiếp quang. Mặt phẳng điều khiển trong lớp quản lý WDM là các topo cơ sở dữ liệu với các thông tin b−ớc sóng. Bộ định tuyến IP có router quản lý gồm 3 khối chính: điều khiển định tuyến, cở sở dữ liệu về tôpô mạng và OSPF-TE. Trong router quản lý bộ điều khiển định tuyến sẽ tính toán các định tuyến cơ bản trong thuật toán định tuyến tích hợp và các topo logic trong cơ sở dữ liệu tôpô mạng. Trong cơ sở dữ liệu tôpô mạng chỉ có thông tin của lớp IP cũng nh− các kết nối IP, trạng thái định tuyến IP và mạng IP kết nối , các thông báo OSPF_TE và lựa chọn thông tin trạng thái kết nối. Router quản lý trong lớp sẽ gửi khởi tạo lightpath yêu cầu đến mặt phẳng điều khiển trong lớp IP theo kết quả tính toán định tuyến. Khi mặt phẳng điều khiển trong lớp WDM nhận đ−ợc yêu cầu nó sẽ tạo một ligthpath mới trả lại kết quả mà Router quản lý IP yêu cầu. Trong cấu trúc mạng này một lightpath với một b−ớc sóng không thay đổi giữa tất cả các node kế cận từ điểm đầu đến cuối. Ligthpath gồm các ligthpath liên tục. Các b−ớc sóng khác đ−ợc sử dụng nh− là một lightpaths không liên tục theo sự thay đổi của l−u l−ợng. 4.3.2 Khái niệm liên kết ảo Liên kết ảo là liên kết ch−a đ−ợc cấu hình nh− là một lightpath, nh−ng chúng có thể kích hoạt bởi b−ớc sóng tài nguyên dành tr−ớc nếu cần thiết. Kết nối ảo đ−ợc đặt vào trong tôpô logic của mạng IP khi Router quản lý IP tính toán định tuyến. Luận văn cao học - 89 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Hình 4-5: Ví dụ mạng với các liên kết ảo Hình 4-5 chỉ ra các lightpath đ−ợc cấu hình giữa các node gần kề và một lightpath không liên tục đ−ợc cấu hình từ Router R1 đến Router R6. Ba liên kết ảo bao gồm từ R1 đến R2, R4 và R5 (đ−ờng nét đứt). Mỗi kết nối và kết nối ảo có giá trị chi phí đ−ợc sử dụng bởi kỹ thuật định tuyến IP. Ph−ơng pháp định tuyến IP tính toán định tuyến từ tôpô logic bao gồm các kết nối ảo và các lightpath không liên tục. Chú ý rằng ph−ơng pháp này giá trị chi phí của kết nối ảo tác động lớn đến hiệu năng của mạng 4.3.3 Thuật toán định tuyến tích hợp: Cơ sở dữ liệu topo mạng OSPF-TE trong bộ định tuyến IP thông báo các thông tin trạng thái đ−ờng truyền, mỗi một bộ định tuyến IP lựa chọn tất cả các thông tin trạng thái liên kết, sau đó bộ định tuyến IP đ−ợc cấu hình theo topo logic của mạng bao gồm các liên kết ảo và cost của chúng. B−ớc 1: Khởi tạo một liên kết ảo từ node nguồn đến tất cả các node đích nếu không có lightpath nào. Luận văn cao học - 90 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ B−ớc 2: Gán giá trị chi phí cho mỗi kết nối ảo B−ớc 3: Cập nhật giá trị chi phí của lightpath không liên tục hình thành bởi các liên kết ảo. B−ớc 4: Gán kết nối có giá trị chi phí của lightpath liên tục bằng 1 Lựa chọn định tuyến Từ thuật toán trên có cơ sở dữ liệu topo mạng. Thuật toán định tuyến tính toán định tuyến gói IP và kết nối ảo đ−ợc lựa chọn nh− là một phần của định tuyến IP, cho phép lightpath đ−ợc cấu hình động trong mạng WDM. B−ớc1: Tính toán tuyến có chi phí nhỏ nhất trong topo logic bao gồm liên kết ảo và các ligthpath theo thuật toán định tuyến IP. B−ớc 2: Nếu kết quả định tuyến bao gồm một hoặc nhiều hơn một kết nối ảo sẽ gửi ligthpath yêu cầu khởi tạo tới mạng WDM. B−ớc 3: Gửi bản tin kết nối lightpath nếu hiện tại ligthpath không sử dụng cho bộ định tuyến IP nào. Định tuyến trong lớp IP và lớp WDM đ−ợc tích hợp sao cho tối thiểu hóa chi phí định tuyến từ topo logic bao gồm các kết nối ảo. Trong tr−ờng hợp này l−u l−ợng đ−ợc chắc chắn gửi đi trên một kết nối ảo ( có nghĩa là một light path) từ lightpath đ−ợc lựa chọn bởi giao thức định tuyến IP. Chi phí gán trên kết nối ảo: Chúng ta quan tâm chính đến tối thiểu hoá trễ đ−ờng truyền, giảm tải của các bộ định tuyến IP. Tuy nhiên việc tăng ligthpath có thể là không cần thiết và cũng là nguyên nhân tăng tải cho node. Hình 4-6 chỉ ra đ−ờng đi hai dòng l−u l−ợng f1 và f2 tr−ớc và sau khi có một ligthpath mới. Kết quả tải của node N3 tăng lên do đó sử dụng kết nối ảo để ngăn cản sự tập chung tải lên node đích. Luận văn cao học - 91 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Hình 4-6: Kết quả tải qua node sẽ tăng khi tăng thêm kết nối Ta có thể tính chi phí cho kết nối ảo từ giữa hai node tỷ lệ với bình ph−ơng của tải node đích và có hiệu chỉnh. Việc giảm trễ đ−ờng truyền cũng cần đ−ợc cân nhắc khi cân bằng tải của node sử dụng chức năng tính chi phí kết nối ảo. Luận văn cao học - 92 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Ch−ơng 5: phát triển mạng truyền dẫn thế hệ mới tại Việt Nam 5.1. Các công nghệ đang đ−ợc sử dụng cho mạng truyền dẫn thế hệ mới tại Việt Nam. Sự phát triển mạng thế hệ mới tại Việt Nam là một xu thế tất yếu, phù hợp với quá trình phát triển NGN trên thế giới. Không nằm ngoài xu h−ớng chung đó, Việt Nam cũng đang có những b−ớc phát triển mạng NGN của riêng mình. Hiện nay có 6 doanh nghiệp đ−ợc phép của Bộ B−u chính Viễn Thông cho phép cung cấp các dịch vụ viễn thông là Tổng công ty b−u chính viễn thông Việt Nam (VNPT), Công ty điện tử viễn thông quân đội (Viettel), Công ty viễn thông điện lực (VP Telecom), Công ty cổ phần dịch vụ B−u chính Viễn thông Sài Gòn (SPT), Hà Nội Telecom, Công ty viễn thông Hàng hải. Mạng thế hệ mới phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối (hay còn gọi là cuộc gọi), thiết lập đ−ờng truyền trong suốt thời gian chuyển giao, cả cho hữu tuyến cũng nh− vô tuyến. Vì vậy, mạng NGN sẽ tiến hóa lên từ mạng truyền dẫn hiện tại (phát triển thêm chuyển mạch gói) và từ mạng Internet công cộng (hỗ trợ thêm chất l−ợng dịch vụ QoS). Hiện tại các công nghệ đang đ−ợc sử dụng cho mạng thế hệ mới tại Việt Nam nh− sau: 5.1.1 Mạng IP/ATM/SDH/WDM: IP /ATM truyền thống là một loại kỹ thuật kiểu xếp chồng, nó xếp IP (kỹ thuật lớp 3) lên ATM (kỹ thuật lớp 2); giao thức của hai tầng hoàn toàn độc lập với nhau. Công nghệ này hiện nay chỉ có thể dùng thích hợp cho mạng t−ơng đối nhỏ, nh− mạng xí nghiệp,…, nh−ng không thể đáp ứng đ−ợc nhu cầu của Luận văn cao học - 93 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ mạng đ−ờng trục Internet trong t−ơng lai.Trên thực tế, hai kỹ thuật này đang tồn tại vấn đề yếu kém về khả năng mở rộng thêm. 5.1.2 Mạng IP/POS (Packet over Sonet)/WDM : Sử dụng công nghệ của mạng truyền dẫn SDH thế hệ sau. Đ−ợc phát triển trên nền mạng SDH hiện tại đồng thời cho phép phân phát dữ liệu ở tốc độ cao, băng thông rộng đối với Ethernet. Mạng cung cấp một liên kết lớp vật lý giữa các bộ định tuyến IP và POS (SDH NGN) có thể đ−ợc sử dụng cho truyền dẫn các khung trên các kênh WDM. Các gói tin IP có thể đ−ợc đóng thành các khung SONET sử dụng cơ chế Packet-over-SONET. Mạng này có −u điểm độ tin cậy cao, khả năng phục hồi, băng thông mềm dẻo và khá đơn giản trong quản lý.Việc áp dụng các chuyển mạch gói trong mạng thế hệ sau đã thúc đẩy việc cải tiến SDH tối −u hoá trong việc truyền dữ liệu trong khi vẫn giữ nguyên đ−ợc những −u điểm của việc truyền l−u l−ợng thoại truyền thống qua mạng. Việc đ−a SDH thế hệ sau vào mạng SDH truyền thống bằng cách chỉ thay thế các phần tử mạng biên. Hình 5-1: Mạng IP/POS (Packet over Sonet)/WDM Hình 5-1 chỉ ra nguyên tắc truyền tải l−u l−ợng IP qua mạng SDH thế hệ mới Luận văn cao học - 94 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Hiện nay mạng SDH truyền thống đang đ−ợc các doanh nghiệp viễn thông thay thế bằng mạng SDH thế hệ sau. VNPT đã triển khai tại B−u điện Hà Nội 13 node thiết bị Surpass HiT7070 của Siemens cung cấp các giao diện GbE trên đ−ờng quang 10Gb/s. Surpass HiT cho phép xây dựng mới và mở rộng các mạng thành phố và khu vực, trang bị cho các doanh nghiệp khách hàng có đầy đủ chức năng dịch vụ tổng hợp nh− Ethernet, SDH và SAN... Tuy nhiên khả năng ứng dụng của hệ thống này còn hạn chế, ch−a đ−ợc sử dụng làm mạng backbone cho mạng thế hệ mới do băng thông các giao diện GbE còn thấp, ch−a sử dụng tính năng định tuyến WDM. 5.1.3 Mạng IP/WDM điểm-điểm: Bao gồm các bộ định tuyến IP hỗ trợ IP over point-to-point WDM. Các hệ thống IP/WDM điểm- điểm đ−ợc triển khai trong các mạng đ−ờng dài. IP/WDM điểm-điểm có các bộ định tuyến IP đ−ợc kết nối trực tiếp với nhau thông qua các liên kết sợi quang đa b−ớc sóng. Tuy nhiên mạng IP/WDM điểm-điểm còn một số hạn chế: tất cả những cấu hình mạng là tĩnh. WDM không có có thể thiết lập tái cấu hình do đó việc thiết lập và giải phóng kênh b−ớc sóng không đ−ợc tiến hành không tận dụng đ−ợc dung l−ợng của các kênh quang. 5.1.4 Triển khai mạng NGN của VNPT Sử dụng giải pháp SURPASS của Siemens, là mạng có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói đ−ợc VNPT lựa chọn để thay thế cho mạng chuyển mạch kênh truyền thống. Lớp chuyển tải của mạng NGN của VNPT : Mạng đ−ờng trục quốc gia IP của VNPT sử dụng thiết bị của JUNIPER là 2 loại Router tốc độ cao là M160, ERX1400. Mỗi M160 Router cho một trung tâm VTN (1,2 và 3) kết nối nxSTM 1 với mạng WDM 8xSTM16, Mỗi ERX1400 cho một BD tỉnh thành. Các Router đều sẵn sàng cung cấp dịch vụ VPN/BGP/MPLS . Luận văn cao học - 95 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Hình vẽ 5-2: Gồm 3 nút trục quốc gia đặt tại Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh và Đà Nẵng và 11 nút vùng đặt tại các tỉnh/thành phố trọng điểm khác với băng thông các tuyến trục và vùng là (STM-1) 155Mb/s dựa trên truyền dẫn SDH. Hiện tại băng thông tuyến trục đã nâng cấp lên STM-16 (2.5 Gb/s) dựa trên Ring 20Gb/s / WDM mới triển khai. Ba Router lõi M160 Juniper đặt tại Hà Nội, HCM, Đà Nẵng có khả năng chuyển mạch là 160Gb/s. - Các thiết bị MSS (Multi Service Switch) tạo thành mạng chuyển tải dung l−ợng lớn cho l−u l−ợng thoại, VoIP, data đáp ứng đầy đủ nhu cầu. Hệ thống chuyển tải là hệ thống các thiết bị chuyển mạch gói dựa trên công nghệ MPLS, để đảm bảo QoS cho các loại hình dịch vụ khác nhau, bảo mật thông tin trên mạng. Error! Hình 5.2 - Mô hình mạng NGN của VNPT 5.2 Khả năng ứng dụng lý thuyết IP/WDM vào mạng viễn thông Để triển khai mạng IP/WDM vào hệ thống một trong những thách thức lớn nhất ngày nay đối mặt với các nhà sản xuất chuyển mạch quang đó là phát triển các giao thức báo hiệu cho điều khiển động và hoạt động liên mạng của lớp quang mà có lẽ đây cũng là vấn đề cần chuẩn hoá cấp bách nhất hiện nay.. Luận văn cao học - 96 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Hiện nay có hai xu h−ớng xây dựng mô hình tích hợp cả hai mô hình đều giả định phát triển mạng quang thế hệ sau có topo mắt l−ới với nền điều khiển IP dựa trên chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. Trong bối cảnh này, các giao thức định tuyến IP làm đòn bẩy cho việc nhận biết Topo mạng và các giao thức báo hiệu MPLS đ−ợc sử dụng cho thiết lập tự động. Ngoài ra sử dụng các giao thức này cho điều khiển lớp quang sẽ giúp cho các nhà sản xuất thiết bị đảm bảo tính t−ơng tích nhờ có các tiêu chuẩn rất phổ biến. Do vậy xu h−ớng chung sử dụng IP cho cả 3 mặt phẳng chức năng của mạng là: dữ liệu, điều khiển và quản lý cho mạng thế hệ sau. Mặc dù các mô hình tích hợp đều sử dụng kiến trúc điều khiển theo IP, nh−ng chúng quản lý các ứng dụng khác nhau. Chẳng hạn, mặt phẳng điều khiển quang sẽ điều khiển quá trình thiết lập b−ớc sóng quang động nhờ các Router ở biên đ−ợc nối với mạng quang. Khi Router có tắc nghẽn, thì hệ thống quản lý mạng NMS hay chính Router sẽ yêu cầu thiết lập luồng quang động. Sau đó các chuyển mạch quang sẽ tạo mới hay cải thiện kênh quang (STM-16 hay STM-64) trên lớp quang để đáp ứng nhu cầu của Router. Vì vậy, thiết lập b−ớc sóng động có thể thích nghi đ−ợc với nhu cầu l−u l−ợng. Với mô hình xếp chồng thì cho phép mỗi router giao tiếp trực tiếp với mạng quang thông qua giao diện mạng - ng−ời sử dụng UNI. Giao diện giữa các mạng con đ−ợc thực hiện thông qua giao diện nút mạng NNI. Mô hình giao diện UNI t−ơng tự nh− mô hình trong mạng chuyển mạch kênh truyền thống nh− mạng ISDN. Trong mô hình này mỗi mạng con sẽ tiến triển độc lập, nhờ đó cho phép các nhà khai thác mạng đ−a các công nghệ mới mà không bị gánh nặng của các công nghệ cũ. Các nhà khai thác còn có thể đáp ứng đ−ợc các cơ sở hạ tầng kế thừa hiện có. Quan trọng hơn là các nhà khai thác có thể tìm thấy đ−ợc môi tr−ờng mạng quang nhiều nhà cung cấp, nó cho phép thực hiện đ−ợc tính t−ơng thích trong t−ơng lai gần nhờ các giao diện UNI và NNI. Luận văn cao học - 97 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Mỗi mô hình có −u điểm riêng, đặc biệt mô hình xếp chồng có −u điểm nổi trội là khả năng t−ơng thích dễ dàng. Trong quá trình chuẩn hóa thì mô hình xếp chồng trực tiếp và đơn giản hơn, nó cho phép cả điều khiển trong băng và ngoài băng các luồng quang, t−ơng tự nh− kiểu đã đ−ợc dùng trong mạng thông minh và công nghệ SS7. Với kiến trúc ngang hàng cần có thêm các thông tin giữa lớp IP và quang để quản lý các luồng đầu cuối chuyển trên luồng quang. Khối l−ợng 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. Nói chung những nhà khai thác mạng cũng không mong muốn tạo ra cơ sở hạ tầng mạng IP trên nền quang mà lại bị ràng buộc bởi công nghệ ở lớp IP. 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−ơng thích cần thiết cho các dịch vụ nhanh mà vẫn duy trì tính toàn vẹn thông tin của nhà khai thác mạng quang. Tuy nhiên mô hình ngang hàng cho phép tích hợp hoàn toàn IP/quang tạo nên mạng Internet quang thống nhất do đó việc sử dụng quản lý mạng hiệu quả hơn, do đó phù hợp với các ISP hơn. Ngoài ra, mô hình ngang hàng gần hơn với mạng chuyển mạch gói quang trong t−ơng lai. Xu h−ớng chuẩn hoá Không liên quan đến mô hình nào đ−ợc các tổ chức tiêu chuẩn đi theo, có một số vấn đề thiết yếu cần giải quyết để quá trình chuẩn hoá thành công. Tr−ớc tiên, IP truyền tải trên mạng quang phải đ−ợc chuẩn hoá tức là cần xác định các yêu cầu cho giao diện IP quang, trao đổi thông tin trên giao diện này và kỹ thuật l−u l−ợng. Một khu vực cần chuẩn hoá đó là phần điều khiển dựa trên MPLS cho mạng quang gồm nhiều mạng con nối kết, vấn đề này bao gồm thiết lập động và khôi phục nhanh xuyên suốt các mạng quang con cũng nh− giao thức định tuyến và báo hiệu. Một số vấn đề đang đ−ợc thực hiện đó là cơ chế đánh địa Luận văn cao học - 98 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ chỉ toàn cầu cho các điểm luồng quang, sự lan truyền thông tin xuyên qua các mạng con, thiết lập luồng đầu cuối sử dụng các báo hiệu chuẩn, các hỗ trợ chính sách (tính c−ớc, bảo mật...) và hỗ trợ cho thiết lập mạng con riêng biệt và các thuật toán khôi phục trong một mạng con. Vấn đề nổi cộm hiện nay là thiết lập luồng quang tự động sử dụng báo hiệu, khôi phục topo tự động, các thuật toán tối −u dung l−ợng bảo vệ các luồng để thiết lập dọc theo mỗi đoạn và khôi phục luồng đầu cuối sử dụng bảo vệ dùng chung. Về vấn đề nhận biết topo cục bộ đã có một danh sách các yêu cầu về điều khiển. Những vấn đề này ít đ−ợc giải quyết và bao gồm xác định thông tin nào phải đ−ợc trao đổi, thông tin nào là cần thiết, các tham số tuyến, cổng nào cần đ−ợc định nghĩa và giao thức nào cho nhận biết tự động topo cục bộ. Trong các tổ chức chuẩn hoá, thì OIF (Optical Interneting Forum) là nơi gặp mặt của các nhà chế tựo thiết bị và các nhà cung cấp dịch vụ cùng nhau giải quyết các vấn đề và phát triển các chỉ tiêu thiết bị đảm bảo tính t−ơng thích của các mạng quang. IETF cũng có nhóm đặc biệt về IP Over Optic đang phát triển chuẩn về kiến trúc mạng. Cả hai nhóm này cũng tích cực hợp tác để đ−a ra chi tiết về báo hiệu IP/Optic. Gần đây cũng có hoạt động chuẩn hoá trong uỷ ban T1x1 về mạng truyền tải chuyển mạch tự động (ASTN - Automatic Switched Transport Network) theo mô hình xếp chồng. ITU cũng đang theo đuổi chuẩn này. Một vài xu h−ớng nổi lên trong quá trình chuẩn hoá. Thiết lập luồng quang sẽ tái sử dụng cấu trúc công nghệ l−u l−ợng MPLS và sẽ sử dụng giao thức CR-LDP/RSVP cho báo hiệu thiết lập và huỷ bỏ luồng quang. Nhận biết topo tự động đang chuyển h−ớng sang giao thức quản lý tuyến LMP về thông tin trạng thái và thuộc tính của tuyến/cổng. Luận văn cao học - 99 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ 5.3 Đề xuất ứng dụng mạng IP/WDM cho mạng thế hệ mới của VNPT trong t−ơng lai. Hình 5-3: Đề xuất ứng dụng mạng IP/WDM cho mạng thế hệ mới của VNPT Mạng đ−ờng trục quốc gia IP của VNPT các nút trục và các nút tỉnh thành đ−ợc thay thế bằng mạng IP/WDM. Tuỳ vào khả năng cung cấp thiết bị của các nhà sản xuất cũng nh− tình hình thực thế có thể sử dụng mô hình xếp chồng hay ngang hàng. −u điểm của mạng trên so với mạng hiện tại: - Mạng hiện tại chỉ cung cấp một liên kết lớp vật lý giữa các bộ định tuyến IP. SONET đ−ợc sử dụng cho truyền dẫn các khung trên các kênh WDM (hoặc các gói tin IP có thể đ−ợc đóng thành các khung SONET sử dụng HANOI Multilayer Switch OXC OXC Fibre Multi wavelength fiber OXC GbE TP.HCM Multilayer Switch OXC OXC OXC Multilayer Switch E1 OXC GbE IP NetWork MG H.Phong MG Hue MG Can Tho MG Vung Tau MG Khanh Hoa IP NetWork IP/WDM Luận văn cao học - 100 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ cơ chế Packet-over-SONET). Mạng này là cố định và tất cả những cấu hình mạng là tĩnh, t−ơng tác tối thiểu giữa các lớp IP và lớp WDM. - Mạng IP/WDM t−ơng lai : Dựa vào thông tin của lớp IP cũng nh− các kết nối IP mạng, tải các node mạng sẽ lựa chọn thông tin trạng thái kết nối xây dựng nên các lightpath, phân bổ các luồng trên các lightpath và l−u l−ợng IP sẽ đ−ợc tải qua các lightpath trong lớp WDM do đó mạng đáp ứng đ−ợc việc tăng liên tục của l−u l−ợng mạng bằng cách dựa trên cơ sở hạ tầng mạng hiện có. Mạng có tính mềm dẻo cao, có thể đạt đ−ợc phân bổ băng thông theo yêu cầu có dự phòng, thời gian thực. 5.4 Kết luận về triển khai mạng truyền dẫn thế hệ mới Mạng thế hệ mới xét trên ph−ơng diện về lớp truyền tải, hiện nay tại Việt Nam đã và đang triển khai theo các hệ thống chuyển mạch gói dựa trên công nghệ MPLS để đảm bảo QoS cho các loại hình dịch vụ khác nhau và công nghệ mạng WDM đ−ợc sử dụng trong mạng đ−ờng dài backbone và các mối tr−ờng mạng MAN. Trên thế giới các mạng IP/WDM vẫn đang nghiên cứu những mô hình thí nghiệm. Để ứng dụng lý thuyết mạng IP/WDM vào thực tế còn một số vấn đề về kỹ thuật cần giải quyết nh− các vấn đề về đ−a ra các chuẩn hóa; vấn đề về công nghệ sản xuất các bộ định tuyến tốc độ cao, các bộ chuyển mạch quang nh− chuyển mạch nhãn quang, chùm quang và gói quang và khả năng liên kết giữa các bộ định tuyến IP với hệ thống mạng WDM Luận văn cao học - 101 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Hình 5-4: Tiến trình phát triển mạng IP/WDM Hình 5-5: Tiến trình phát triển mạng IP/WDM của Siemens Xu h−ớng phát triển công nghệ và tiến trình triển khai ứng dụng trên thế giới nh− trên hình 5-4 và hình 5-5. Luận văn cao học - 102 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Kết luận Luận văn trình bày xu h−ớng phát triển mạng truyền dẫn thế hệ mới và vấn đề tích hợp mạng IP và mạng quang. Khả năng t−ơng thích giữa các mạng WDM và các mạng IP trong các mạng WDM thế hệ sau. Định tuyến tích hợp và phân bổ b−ớc sóng dựa trên giao thức MPLS/GMPLS. Những vấn đề kỹ thuật về quản lý băng thông, tái cấu hình và phục hồi đ−ờng đi hỗ trợ chất l−ợng dịch vụ. Hiện nay một số hãng (Cisco, NEC, Siemens, Alcatel...) đã đ−a ra các giải pháp tích hợp IP và mạng WDM thống nhất, cho phép phát triển mạng một cách liên tục. Tuy nhiên để đảm bảo có đ−ợc môi tr−ờng mạng cạnh tranh, thì cũng cần có các tiêu chuẩn phù hợp và thống nhất. Tính t−ơng thích và điều khiển kiểu IP đang trở thành hiện thực, hiện nay các tổ chức công nghiệp đang thử nghiệm và hy vọng tới đây sẽ có chuẩn thống nhất. Do khả năng tiếp cận các kỹ thuật chuyên sâu về công nghệ mới trên thế giới còn hạn hẹp, do vậy trong luận văn em chỉ đ−a ra các nghiên cứu lý thuyết về mạng truyền dẫn thế hệ mới IP/WDM dựa trên các hiểu biết về công nghệ mạng IP và truyền dẫn quang. Trong thời gian tới em sẽ nghiên cứu thêm về những tính toán hiệu năng trong kỹ thuật điều khiển l−u l−ợng, các kỹ thuật chuyên sâu về định tuyến và điểu khiển mạng IP/WDM và giải pháp của các hãng từ đó đ−a ra các giải pháp triển khai mạng truyền dẫn thế hệ mới tích hợp IP và mạng WDM tại Việt Nam thực tế hơn. Luận văn cao học - 103 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ tài liệu tham khảo [1]. Đinh Hoàng Điệp (2006), “Xu h−ớng phát triển mạng NGN tại Việt Nam”, Tạp chí B−u chính Viễn Thông & Công nghệ Thông tin,Số 6/2006. [2]. Nguyễn La Giang (2005), “Chuyển mạch chùm quang: Một giải pháp cho mạng đ−ờng trục Internet thế hệ sau”, Tạp chí B−u chính Viễn Thông & Công nghệ Thông tin, số 249, 2/2005, tr. 8-12. [3]. Trung tâm ứng dụng công nghệ mới Viện Khoa học kỹ thuật B−u Điện (2004), “ IP & NGN QoS ”, tr. 5-30 [4].Vũ Tuấn Lâm, Vũ Hoàng Sơn (2003), “Xu h−ớng tích hợp mạng IP/Quang trong mạng thế hệ sau”, Tạp chí B−u chính Viễn Thông & Công nghệ Thông tin, số 5/2003 và số 9/2006. [5]. Vũ Tuấn Lâm, Võ Đức Hùng (2004), “GMPLS- Công nghệ điều khiển mạng truyền tải thế hệ sau”, Tạp chí B−u chính Viễn Thông & Công nghệ Thông tin, số 233, 6/2004, tr 18-21 [6]. Bala Rajagopalan “IP over Optical networks: A Framwork”, IETF Internet Draft, 2002. [7]. Kevin H. Liu , “IP over WDM” John Wiley & Sons Ltd, 2002. [8]. Sudhir Dixit,” IP over WDM -Building the Next-Generation Optical Internet”, John Wiley & Sons, 2003. [9]. Yuki Koizumi “Cross-Layer Traffic Engineering in IP over WDM Networks”, Master’s Thesis, 2006 , p 13-24 [10].www.cisco.com [11].www.optical-networks.com [12]. Tóm tắt luận văn (Từ khoá: Mạng IP trên WDM) Mạng IP trên WDM là xu h−ớng tích hợp mạng truyền dẫn thế hệ mới, cung cấp chỉ một lớp hội tụ trong mạng viễn thông toàn cầu. Luận văn “Công nghệ mạng truyền dẫn thế hệ mới IP/WDM “ trình bày cách thức l−u l−ợng IP truyền tải qua mạng quang WDM, các vấn đề về khả năng t−ơng thích giữa các mạng WDM và các mạng IP trong các mạng thế hệ sau, điều khiển mạng và điều khiển l−u l−ợng mạng IP/WDM. Luận văn bao gồm các phần sau: • Giới thiệu về mạng truyền dẫn thế hệ mới hiện nay và xu h−ớng phát triển tích hợp IP/quang (IP/WDM) trong mạng thế hệ mới. • Mô hình liên kết và kiến trúc mạng IP/WDM. • Kỹ thuật điểu khiển mạng trong mạng IP/WDM: định tuyến, báo hiệu, tái cấu hình và phục hồi đ−ờng đi hỗ trợ chất l−ợng dịch vụ. • Kỹ thuật về điểu khiển l−u l−ợng trong mạng IP/WDM. • ứng dụng các nghiên cứu lý thuyết để phát triển mạng truyền dẫn thế hệ mới IP/WDM trên thế giới và Việt Nam : các công nghệ hiện tại đang sử dụng tại Việt Nam, khả năng ứng dụng lý thuyết IP/WDM vào mạng viễn thông và đề xuất mô hình ứng dụng vào mạng thế hệ mới của VNPT. ._.