Xem mẫu
- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ
IP/WDM
1.1 Khái niệm mạng IP/WDM
Mạng IP/WDM được thiết kế để truyền dẫn lưu lượng IP trong
một mạng quang cho phép WDM để tận dụng sự phổ biến của kết
nối IP và dung lượng băng thông cực lớn của WDM. Hình 1.1 dưới
đây chỉ ra việc truyền dẫn các gói tin IP hoặc các tín hiệu
SONET/SDH thông qua mạng WDM. Một khối điều khiển bằng
phần mềm sẽ điều khiển ma trận chuyển mạch. Ở đây, IP, với vai
trò là công nghệ ở lớp mạng, sẽ dựa trên tầng dữ liệu để cung cấp:
Đóng khung (ví dụ như SONET hay Ethernet)
Phát hiện lỗi (ví dụ như kiểm tra CRC)
Sửa lỗi (ví dụ như yêu cầu phát lại tự động ARQ)
Một vài các chức năng tầng liên kết được thể hiện trong giao
diện ví dụ như các giao diện khách xen/tách hay các giao diện
truyền dẫn nhờ vật lí.
- MUX
MUX
Hình 1.1 Truyền tải gói tin IP trên các kênh bước sóng
Một mục tiêu của mạng quang là cung cấp truyền dẫn trong
suốt quang từ đầu cuối tới đầu cuối để tối thiểu hoá trễ mạng. Điều
này đòi hỏi các giao diện toàn quang và các ma trận chuyển mạch
toàn quang cho các thành phần mạng trung gian và biên giới mạng.
Bộ phát đáp được sử dụng để khuyếch đại tín hiệu quang. Tồn tại
các bộ phát đáp toàn quang (các laser biến đổi được) và các bộ
phát đáp quang-điện-quang (O-E-O). Hình cũng chỉ ra hai loại lưu
lượng là IP (ví dụ như Gigabit Ethernet) và SONET/SDH và do đó
đòi hỏi các giao diện giữa Gigabit Ethernet và SONET/SDH.
Trong trường hợp các kết nối đa truy nhập, một tầng con của tầng
liên kết dữ liệu là giao thức truy nhập môi trường (MAC) sẽ làm
trung gian truy nhập để chia sẻ kết nối sao cho tất cả các node đều
có cơ hội truyền dữ liệu.
- Hiện đang tồn tại ba xu hướng chính để truyền dẫn IP trên nền
WDM (Hình 1.2). Xu hướng thứ nhất là truyền dẫn IP trên ATM,
sau đó qua SONET/SDH và cuối cùng là sợi quang WDM. Ở đây
WDM được dùng như là công nghệ truyền dẫn song song với tầng
vật lý. Ưu điểm chính của phương pháp này là nhờ việc sử dụng
ATM, các loại lưu lượng khác nhau với các đòi hỏi QoS khác nhau
có thể được mang trên cùng một sợi quang.
IP
ATM IP/MPLS
SONET/SDH SONET/SDH IP/MPLS
WDM WDM WDM
Hình 1.2 Ba xu hướng cho IP/WDM (tầng dữ liệu)
Một ưu điểm khác khi dùng ATM là khả năng sử dụng kĩ thuật
lưu lượng và độ mềm dẻo trong việc giám sát mạng của ATM. Nó
bổ sung cho định tuyến lưu lượng nỗ lực tối đa (best effort) của IP
truyền thống. Tuy nhiên, xu hướng này bị cho là phức tạp, tăng chi
phí mạng và có xu hướng tạo ra các nghẽn cổ chai tính toán ở các
- mạng tốc độ cao. Nó được giải quyết bởi sự xuất hiện của kĩ thuật
MPLS trong tầng IP. Các đặc tính chính của MPLS như sau:
Sử dụng một nhãn đơn giản và có độ dài cố định để xác
định dòng/tuyến.
Tách riêng dữ liệu chuyển tiếp và thông tin điều khiển.
Thông tin điều khiển được dùng để thiết lập đường đi
ban đầu nhưng các gói tin được vận chuyển tới node kế
tiếp dựa theo nhãn trong bảng chuyển tiếp.
Với một mô hình chuyển tiếp đồng nhất và được đơn
giản hoá, các mào đầu IP chỉ được xử lý và kiểm tra tại
các biên giới của các mạng MPLS và sau đó các gói tin
MPLS được chuyển tiếp dựa theo các “nhãn” (thay vì
phải phân tích các mào đầu gói tin IP đã được đóng gói).
MPLS cung cấp đa dịch vụ. Ví dụ một mạng riêng ảo
VPN thiết lập bởi MPLS có một mức độ ưu tiên cụ thể
được xác định bởi trường tương đương chuyển tiếp FEC
(Forwarding Equivalence Class).
Cho phép phân loại các gói tin dựa theo chính sách. Các
gói tin được kết hợp trong FEC nhờ việc sử dụng một
nhãn. Việc sắp xếp gói tin vào FEC được thực hiện tại
biên giới mạng dựa theo trường dịch vụ hoặc địa chỉ đích
trong phần mào đầu của gói tin.
Cung cấp các cơ chế cho phép kĩ thuật lưu lượng. Các cơ
chế này được triển khai để cân bằng tải tuyến nhờ giám
sát lưu lượng và thực hiện chỉnh các dòng một cách tích
cực hoặc dự đoán trước. Trong mạng IP hiện tại, kĩ thuật
lưu lượng là rất khó nếu không nói là không thể vì
- chuyển đổi hướng lưu lượng dùng các chỉnh sửa định
tuyến không trực tiếp là không hiệu quả và nó có thể gây
ra tắc nghẽn nghiêm trọng hơn ở đâu đó trong mạng.
MPLS cho phép định tuyến hiện bởi nó cung cấp và tập
trung chủ yếu vào chuyển tiếp dựa trên trường. Ngoài ra
MPLS cũng cung cấp các công cụ cho điều khiển lưu
lượng như kĩ thuật đường ngầm, kĩ thuật tránh và phòng
vòng lặp, kĩ thuật ghép dòng.
Xu hướng thứ hai là IP/MPLS trên nền SONET/SDH và
WDM. SONET/SDH cung cấp một số đặc tính hấp dẫn sau cho xu
hướng này:
SONET cung cấp một phân cấp ghép kênh tín hiệu
quang tiêu chuẩn qua đó các tín hiệu tốc độ thấp được
ghép thành các tín hiệu tốc độ cao.
SONET cung cấp một tiêu chuẩn khung truyền dẫn.
Mạng SONET có khả năng bảo vệ/hồi phục hoàn toàn
trong suốt đối với các tầng cao hơn, ở đây là tầng IP.
Các mạng SONET thường sử dụng mô hình ring. Sơ đồ bảo vệ
SONET có thể là:
1+1, nghĩa là dữ liệu được truyền dẫn trên hai hướng
ngược nhau và ở đích thì tín hiệu có chất lượng tốt hơn
sẽ được lựa chọn.
1:1, chỉ ra rằng có một đường bảo vệ dành riêng cho
đường chính
n:1, thể hiện một số đường chính (n) chia sẻ chung một
đường bảo vệ.
- Thiết kế của SONET cũng tăng cường OAM&P để truyền các
thông tin cảnh báo, điều khiển và hiệu năng giữa các hệ thống và
giữa các mức mạng. Tuy nhiên, SONET mang quá nhiều thông tin
mào đầu và chúng lại được mã hoá ở nhiều mức khác nhau. Mào
đầu đường (POH) được mang từ đầu cuối tới đầu cuối. Mào đầu
tuyến (LOH) được sử dụng cho tín hiệu giữa thiết bị kết cuối tuyến
ví dụ như các bộ ghép kênh OC-n. Mào đầu đoạn (SOH) được sử
dụng để thông tin giữa các thành phần mạng liền kề ví dụ như các
bộ tái tạo. Với một OC-1 với tốc độ là 51,84 Mbps, phần tải của nó
chỉ có khả năng truyền dẫn một DS-3 với tốc độ bit là 44,736
Mbps.
Xu hướng thứ ba ứng dụng IP/MPLS trực tiếp trên WDM và
là giải pháp hiệu quả nhất. Tuy nhiên, nó lại yêu cầu tầng IP có
trách nhiệm bảo vệ và phục hồi tuyến. Nó cũng yêu cầu một khuôn
dạng khung được đơn giản hoá để điều khiển lỗi truyền dẫn. Có
một vài lựa chọn khuôn dạng khung cho IP trên nền WDM. Một
vài công ty đã phát triển một chuẩn mới là Slim SONET/SDH. Nó
cung cấp các chức năng tương tự như SONET/SDH nhưng với các
kĩ thuật hiện đại để thay thế mào đầu và ghép kích thước khung
vào kích thước gói tin.
Một ví dụ khác là ứng dụng khuôn dạng khung Gigabit
Ethernet. Chuẩn 10-Gigabit Ethernet mới được thiết kế là để dành
riêng cho các hệ thống WDM ghép chặt. Sử dụng khuôn dạng
Ethernet, các máy chủ ở bất kì hướng nào của kết nối cũng không
cần sắp xếp lên một khuôn dạng giao thức khác (ví dụ như ATM)
để truyền dẫn.
- Các mạng IP truyền thống sử dụng báo hiệu trong băng nên
lưu lượng báo hiệu và điều khiển được truyền dẫn trên cùng một
đường và tuyến. Một mạng quang WDM có một mạng truyền
thông riêng rẽ dành cho các bản tin điều khiển. Như vậy nó sử
dụng báo hiệu ngoài băng như trong hình 1.3
Lưu lượng dữ liệu
Báo hiệu ngoài băng
(a) Mạng WDM
Lưu lượng dữ liệu
và điều khiển
Báo hiệu trong băng
(b) Mạng IP truyền thống
Hình 1.3 Lưu lượng dữ liệu và điều khiển trong mạng IP và WDM
Trong mặt phẳng điều khiển, IP trên nền WDM có thể hỗ trợ
nhiều kiến trúc mạng khác nhau và sự lựa chọn kiến trúc chỉ phụ
thuộc vào môi trường mạng hiện có, nhà quản trị và chủ sở hữu
mạng.
1.2 Lí do chọn IP/WDM
IP là giao thức được thiết kế để xác định địa chỉ mạng lớp ba
và từ đó định tuyến qua các mạng con với các công nghệ lớp hai
khác nhau. Phía trên tầng IP tồn tại rất nhiều các dịch vụ và ứng
dụng dựa trên nền tảng IP khác nhau. Trong khi đó phía dưới lớp
IP thì sợi quang sử dụng công nghệ WDM là công nghệ truyền dẫn
- hứa hẹn nhất, cho phép dung lượng mạng vô cùng lớn để đáp ứng
được sự phát triển của Internet. Công nghệ này sẽ trở nên hấp dẫn
hơn nhiều khi giá thành của các hệ thống WDM giảm đi.
Mặt phẳng điều khiển có nhiệm vụ truyền dẫn các bản tin điều
khiển để chuyển đổi các thông tin sẵn có và có thể tiếp cận được,
tính toán cũng như thiết lập đường truyền dẫn dữ liệu. Mặt phẳng
dữ liệu có nhiệm vụ truyền dẫn lưu lượng ứng dụng và lưu lượng
người sử dụng. Một chức năng điển hình của mặt phẳng dữ liệu là
đệm và chuyển tiếp gói tin. IP không phân tách mặt phẳng dữ liệu
và mặt phẳng điều khiển và do đó nó đòi hỏi các cơ chế QoS tại
các bộ định tuyến để phân biệt các bản tin điều khiển và các gói tin
dữ liệu.
Một hệ thống điều khiển mạng WDM truyền thống sử dụng
một kênh điều khiển riêng biệt, còn được gọi là mạng truyền thông
dữ liệu, để truyền dẫn các bản tin điều khiển. Một hệ thống quản lý
và điều khiển mạng WDM, theo TMN, được triển khai theo cấu
trúc tập trung. Để cho phép mở rộng địa chỉ, các hệ thống này
dùng một phân cấp quản lý. Kết hợp IP và WDM có nghĩa là, ở
trong mặt phẳng dữ liệu ta có thể yêu cầu các tài nguyên mạng
WDM chuyển tiếp lưu lượng IP một cách hiệu quả còn trong mặt
phẳng điều khiển ta có thể xây dựng một mặt phẳng điều khiển
đồng bộ. IP/WDM cũng đánh địa chỉ tất cả các mức trung gian của
các mạng quang intra- và inter-WDM và các mạng IP.
Các động cơ thúc đẩy IP/WDM bao gồm:
Các mạng quang WDM có thể đánh địa chỉ lưu lượng
Internet đang phát triển bằng cách khai thác cơ sở hạ
- tầng sợi quang sẵn có. Sử dụng công nghệ WDM có thể
tăng một cách đáng kể việc tận dụng băng thông sợi
quang.
Hầu hết lưu lượng dữ liệu qua các mạng là IP. Gần như
tất cả các ứng dụng dữ liệu đầu cuối người sử dụng đều
sử dụng IP. Lưu lượng thoại truyền thống cũng có thể
đóng gói nhờ các kĩ thuật VoIP.
IP/WDM thừa hưởng sự mềm dẻo và khả năng thích ứng
mà các giao thức điều khiển IP cho phép.
IP/WDM có thể đạt được hoặc nhắm vào sự phân bố
băng thông động theo nhu cầu (hay giám sát thời gian
thực) trong các mạng quang. Bằng cách phát triển từ các
mạng quang điều khiển tập trung truyền thống sang
mạng tự điều khiển phân bố, mạng IP/WDM tích hợp
không những giảm thiểu chi phí quản lý mạng mà còn
cung cấp phân bố tài nguyên động và giám sát dịch vụ
theo nhu cầu.
Với sự giúp đỡ của các giao thức IP, IP/WDM có thể hy
vọng đánh địa chỉ được WDM hay các nhà khai thác
hoạt động trung gian NE.
Các mạng quang WDM đòi hỏi mặt phẳng điều khiển
thống nhất và có khả năng phân cấp giữa các mạng
con được cung cấp bởi các nhà khai thác WDM khác
nhau. Các giao thức điều khiển IP đã được triển khai
rất rộng rãi và được chứng minh là có khả năng phân
cấp. Sự xuất hiện của MPLS không chỉ bổ sung cho
IP truyền thống kĩ thuật lưu lượng và khả năng QoS
- biến đổi mà còn đưa ra một mặt phẳng điều khiển
trung tâm IP thống nhất giữa các mạng.
Sự khác biệt giữa các thiết bị mạng WDM đòi hỏi sự
liên kết giữa các nhà khai thác trung gian. Ví dụ như
các WADM không trong suốt đòi hỏi các khuôn dạng
tín hiệu nhất định ví dụ như tín hiệu SONET/SDH ở
các giao diện khách xen/tách của chúng. Sự liên kết
hoạt động giữa WDM đòi hỏi sự xuất hiện của tầng
mạng mà ở đây là IP.
IP/WDM có thể đạt được sự phục hồi động bằng cách
phân mức các cơ chế điều khiển phân tán được dùng
trong mạng.
Từ quan điểm dịch vụ, các mạng IP/WDM có thể lợi
dụng các cơ chế, chính sách, mô hình, cơ cấu QoS được
đề nghị và phát triển trong mạng IP.
Rút kinh nghiệm từ tích hợp IP và ATM, IP và WDM
cần một sự tích hợp mạnh hơn nữa để tăng tính hiệu quả
và khả năng mềm dẻo. Ví dụ như, IP trên nền ATM cổ
điển là tĩnh và phức tạp và chuyển đổi địa chỉ IP sang
ATM là bắt buộc phải chuyển đổi giữa các địa chỉ IP và
các địa chỉ ATM.
Tích hợp IP/WDM sẽ cho phép truyền dẫn mạng quang một
cách hiệu quả, làm giảm chi phí cho lưu lượng IP và tăng cường sự
tận dụng mạng quang.
nguon tai.lieu . vn
