Đề tài Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM

t về đường đi ngắn nhất như là các giao diện máy khách, tên/địa chỉ của các WADM, các hop hoặc các WSXC trung gian, các chi tiết về bộ định tuyến và các bước sóng). Hoạt động B: bổ sung một cạnh Tính toán và thiết lập một tuyến nối ảo trong tầng WDM. Cần chú ý rằng một tuyến nối IP ảo khi được triển khai sẽ sử dụng hai đường đi ngắn nhất đơn hướng. Chúng có thể nằm trên cùng một tuyến sợi quang nhưng chiếm hai kênh bước sóng khác nhau. Nếu vì bất cứ sự thay đổi nào mà quá trình chèn bổ sung này bị thất bại thì thuật toán sẽ bỏ qua bằng cách gọi hoạt động R. Cấu hình các giao diện bộ định tuyến IP theo các địa chỉ IP giao diện được cập nhật. Cần chú ý rằng bằng cách sử dụng giao diện IP không được đánh số hay địa chỉ IP thứ cấp gán trước và một địa chỉ IP sơ cấp cho một giao diện thì sẽ không cần cập nhật địa chỉ IP giao diện nữa. Cập nhật tập tin về sự chèn cạnh (bao gồm cả các thông tin chi tiết về đường đi ngắn nhất và bộ định tuyến). Hoạt động E: đánh giá kết nối mạng Hoàn toàn kết nối được định nghĩa là khi bắt đầu từ một node bất kì vẫn có khả năng truyền tới bất cứ một node nào khác. Có thể triển khai điều này nhờ việc sử dụng thuật toán Depth-First Search. Trả lại giá trị 0 nếu mạng không kết nối và 1 nếu mạng kết nối hoàn toàn. Hoạt động R: lưu trữ mô hình ban đầu Ví dụ như khi quá trình dịch chuyển bị thất bại: Dựa trên thông tin tập tin log, thuật toán sẽ thực hiện loại bỏ/thiết lập các đường đi ngắn nhất theo từng bước sao cho mô hình ban đầu/cũ được trả lại Gửi các bản tin lỗi hoặc các cảnh báo cho nhà quản lí hay/và các máy khách. 3.6. Tổng quan về tái cấu hình WDM chuyển mạch gói Trong các mạng IP thì nhu cầu hỗ trợ là cả chuyển mạch gói lẫn chuyển mạch kênh. Một mạng IP/OLS có thể được thiết kế theo cách nào đó sao cho bất kì bước sóng nào trong sợi quang ở tầng WDM cũng có thể thiết lập động ở chế độ kênh hay chế độ gói. Trong chế độ gói, OLS làm việc giống như chuyển mạch nhãn MPLS làm việc trong các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ở miền điện. Nhưng các hoạt động của OLS xảy ra ở miền quang. Trong chế độ chuyển mạch kênh, OLS làm việc giống như mạng đấu chéo quang. Điều này đòi hỏi pha báo hiệu riêng để thiết lập kênh liên lạc. Hình 3.2 chỉ ra một tái cấu hình mạng WDM chuyển mạch gói. Như được chỉ ra trên hình, tồn tại một mô hình sợi IP/OLS tích hợp ngay phía trên các MPLS LSP và các đường đi ngắn nhất. Tái cấu hình OLS có liên quan tới tái cấu hình kết nối và tái cấu hình MPLS LSP. Hiện nay các mạng OLS không hỗ trợ hoàn toàn chuyển tiếp dựa trên IP đích, nghĩa là trong mặt phẳng dữ liệu, OLSR không đọc cũng như không hiểu mào đầu IP datagram. Hình3.2. Tái cấu hình trong mạng WDM chuyển mạch gói Thuật toán tái cấu hình thực hiện kỹ thuật tích hợp tầng IP và tầng WDM sẽ được xem xét trong phần này. Thuật toán này là phù hợp nhất cho các mạng IP/WDM tích hợp trong đó một giao thức trung tâm IP được sử dụng để điều khiển các giao diện bộ định tuyến vật lí. Một giao thức định tuyến IP trạng thái tuyến, ví dụ như OSPF với các mở rộng hợp lí, được sử dụng để giúp các thành phần mạng phát hiện ra mô hình vật lí. Các bước sóng trong một sợi quang được điều khiển nhờ sử dụng một cơ chế dựa trên MPLS (nghĩa là chọn bước sóng cục bộ). Thông tin liên quan tới kết nối đường đi ngắn nhất và chế độ hoạt động của mỗi một bước sóng trong tất cả các sợi cũng được truyền thông qua các OSPF mở rộng. Mỗi thành phần mạng duy trì hai mô hình mạng. Một mô hình là mô hình vật lí mô tả các thành phần mạng vật lí và các kết nối sợi quang giữa chúng. Mô hình còn lại là mô hình đường đi ngắn nhất trong đó xác định các kết nối đường đi ngắn nhất. Khi một thành phần mạng quyết định thiết lập một kết nối đường đi ngắn nhất mới, đầu và cuối của đường đi ngắn nhất đó sẽ có trách nhiệm định tuyến đường đi ngắn nhất thông qua mô hình vật lí thoả mãn các điều kiện ràng buộc của mạng. Khi một node nguồn muốn gửi dữ liệu tới một node đích, có thể tồn tại hoặc không tồn tại một đường đi ngắn nhất trực tiếp giữa chúng. Hơn thế nữa, việc thiết lập một đường đi ngắn nhất mới có thể hoặc không thực hiện được tuỳ theo độ khả dụng kênh và các điều kiện ràng buộc khác. Trong MPLS điện truyền thống, các LSP là các kênh ảo do dó chúng có thể được thiết lập để hỗ trợ kết nối hình lưới hoàn toàn. Do vậy, dữ liệu chuyển mạch nhãn trong MPLS có thể được phân phát trong một hop LSP. Cho các kết nối không hoàn toàn trong OLS, cần có định tuyến dữ liệu tại mỗi thành phần mạng và không gian định tuyến tương ứng là mô hình đường đi ngắn nhất. Do đó ở đây tồn tại hai tầng định tuyến. Cấu trúc xếp tầng này là kết quả tự nhiên của việc gắn một mô hình gói (IP) trong một miền chuyển mạch kênh (WDM đấu chéo). Kết quả là kỹ thuật lưu lượng có thể được thực hiện ở mỗi tầng. Trong khi tại tầng cao hơn, nghĩa là mô hình đường đi ngắn nhất, các giải pháp kỹ thuật lưu lượng MPLS điện hiện có có thể được ứng dụng. Tầng thấp hơn cần một thuật toán lí thuyết để xác định cấu hình và tái cấu hình đường đi ngắn nhất trong mô hình vật lí của mạng WDM. Hơn thế, cũng cần các tương tác kết hợp của hoạt động kĩ thuật lưu lượng giữa tầng thấp và tầng cao. Có hai phương pháp để thiết lập một đường mới. Đường mới này có thể là đường đi ngắn nhất hoặc LSP. Với xu hướng thứ nhất, bất cứ khi nào một node cần thiết lập một LSP tới một node khác thì đầu tiên, node đầu cuối đó sẽ cố gắng thiết lập đường đi ngắn nhất trực tiếp tới node đầu cuối. Nếu như tầng vật lí không thể hỗ trợ đường đi ngắn nhất đó, node đầu cuối đó sẽ cố gắng định tuyến LSP đó thông qua mô hình đường đi ngắn nhất hiện tại, nghĩa là thiết lập một LSP điện. Nếu quá trình này cũng thất bại, tái cấu hình đường đi ngắn nhất sẽ được sử dụng. Xu hướng thứ hai có xu hướng tận dụng tối đa các tài nguyên WDM đã được cấu hình trước khi thực hiện cấu hình các tài nguyên bổ sung. Khi một node cần phải thiết lập một LSP tới một node khác, node đầu cuối luôn luôn cố gắng định tuyến LSP đó thông qua mô hình đường đi ngắn nhất hiện có, nghĩa là thiết lập một LSP điện. Nếu quá trình này thất bại, node đầu cuối đó sẽ cố gắng thiết lập một đường đi ngắn nhất trực tiếp tới node đầu cuối, nghĩa là thiết lập một LSP quang. Nếu quá trình này vẫn không thành công thì tái cấu hình đường đi ngắn nhất sẽ được kích hoạt. Các thuật toán thiết lập đường đi ngắn nhất và tái cấu hình có thể được sử dụng ở cả hai xu hướng. Ý tưởng cơ bản là định tuyến đường đi ngắn nhất qua mô hình vật lí đáp ứng các điều kiện ràng buộc như là độ khả dụng bước sóng, tính liên tục bước sóng và chất lượng tín hiệu quang. 3.7. Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lưu lượng chồng lấp Hình 3.3 miêu tả các thành phần và giao diện cho xu hướng kỹ thuật lưu lượng chồng lấp. Tầng IP thể hiện một mô hình ảo mà chính là sự trừu tượng hoá của các kết nối mạng vật lí. Tầng WDM quản lí mô hình vật lí mà các kết nối của chúng dựa trên các bước sóng và các sợi quang. Phần điều khiển kỹ thuật lưu lượng trong tầng WDM được cấy trên các chức năng quản lí hiệu năng và kết nối WDM. Kiến trúc phần mềm kỹ thuật lưu lượng chồng lấp sẽ bao gồm các thành phần mạng IP và các thành phần mạng WDM (xem Hình 3.3) Mỗi tầng IP và WDM bao gồm các chức năng điều khiển mạng và kỹ thuật lưu lượng tương ứng. Điều khiển mạng IP bao gồm các giao thức định tuyến ví dụ như OSPF, các giao thức báo hiệu ví dụ như RSVP và một bộ quản lí giao diện, trong khi đó kỹ thuật lưu lượng IP bao gồm các bộ thu thập và phân tích dữ liệu thống kê, một thuật toán tái cấu hình và một khối sắp xếp thời gian biểu dịch chuyển. Khối mạng WDM trung tâm IP bao gồm các giao thức định tuyến, ví dụ như OSPF với các mở rộng cho quang, các giao thức báo hiệu ví dụ như RSVP có các mở rộng cho quang, LMP và OSCP; kỹ thuật lưu lượng WDM bao gồm các thuật toán kỹ thuật lưu lượng WDM ví dụ như CSPF. Kỹ thuật lưu lượng đối với giao thức điều khiển mạng (TECP) sẽ chỉ rõ giao diện giữa điều khiển mạng và kỹ thuật lưu lượng. Trong kỹ thuật lưu lượng chồng lấp, TECP có hai nhóm các bản tin là IP TECP và WDM TECP. OSCP cung cấp giao diện giữa khối điều khiển mạng WDM và khối điều khiển chuyển mạch. Hình 3.3. Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lưu lượng chồng lấp trong mạng IP/WDM Bộ quản lí giao diện IP có hai nhiệm vụ. Trước tiên, nó nhận lệnh từ khối kỹ thuật lưu lượng IP để cho phép hoặc không cho phép các giao diện bộ định tuyến phù hợp khi các đường đi ngắn nhất cơ sở đang được tái cấu hình. Thứ hai, nó có trách nhiệm liên kết giữa giao diện bộ định tuyến và cổng xen/rẽ WDM và cung cấp chuyển đổi địa chỉ IP và WDM. Chuyển đổi địa chỉ IP/WDM cũng có thể được thực hiện nhờ sử dụng các máy chủ dành riêng ví dụ như ARP và RARP. Trong triển khai, bộ quản lí giao diện IP có thể đưa ra các lệnh SNMP tới các bộ định tuyến IP để truy vấn hoặc thay đổi trạng thái của các giao diện của nó. Hoặc nó cũng có thể được triển khai nhờ sử dụng ‘ipconfig’ để tái cấu hình trạng thái và cấu hình giao diện bộ định tuyến. Kỹ thuật lưu lượng IP có ba thành phần chức năng chính là thuật toán tái cấu hình, thu thập và phân tích dữ liệu thống kê và lập thời gian biểu dịch chuyển. Khối thu thập dữ liệu thống kê có trách nhiệm giám sát mạng để thu thập các dữ liệu thống kê về lưu lượng và thiết lập ngưỡng hiệu năng; khối phân tích dữ liệu thống kê có khả năng truy tìm nguồn gốc kiểu lưu lượng và dự đoán lưu lượng trong tương lai. Trong triển khai, người ta có thể sử dụng giao thức SNMP để giám sát các bộ định tuyến IP cho việc đo đạc lưu lượng, và thu thập dữ liệu từ các bộ định tuyến IP. Cũng có thể có phần mềm thứ ba cho việc thu thập dữ liệu thống kê, ví dụ như libcap. Thuật toán tái cấu hình lấy thông tin đầu vào từ khối thu thập và phân tích dữ liệu thống kê và mô hình hiện thời từ giao thức định tuyến. Nó sẽ đưa ra một mô hình mới cho khối lập thời gian biểu dịch chuyển. Thuật toán tái cấu hình được thiết kế như là một tập các kinh nghiệm trong việc hỗ trợ các mục tiêu tái cấu hình khác nhau ví dụ như là tối thiểu hoá trễ mạng. Các mục tiêu tối ưu hoá có thể được chỉ định từ GUI. Khối lập thời gian biểu dịch chuyển sẽ tính toán các thứ tự bước dịch chuyển để giảm thiểu các ảnh hưởng của hoạt động tái cấu hình lên lưu lượng người sử dụng. Tồn tại nhiều chiến lược khác nhau cho việc lập thời gian biểu dịch chuyển. Trước tiên, lập thời gian biểu có thể được thực hiện với hiểu biết tối thiểu về tầng WDM. Với chiến lược này, các điều kiện ràng buộc cho việc lập thời gian biểu được định nghĩa trước, bởi thế chuỗi dịch chuyển có vẻ như được thực hiện ở tầng WDM. Một ví dụ tiêu biểu của các điều kiện ràng buộc như vậy hoàn toàn được chứa trong các tài nguyên WDM (nghĩa là số lượng các đường đi ngắn nhất) giới hạn trong mỗi bước dịch chuyển. Kết quả của khối lập thời gian biểu dịch chuyển sẽ là một chuỗi các bước. Mỗi bước là một hoạt động thiết lập hoặc loại bỏ một đường đi ngắn nhất duy nhất. Thứ hai, lập thời gian biểu có thể thực hiện với hiểu biết đầy đủ về tầng WDM. Với chiến lược như thế, kết quả dịch chuyển được đảm bảo để thực hiện trong tầng WDM. Cái giá phải trả cho một chuỗi dịch chuyển không nghẽn là khối lập thời gian biểu dịch chuyển phải thu thập các thông tin trạng thái tầng WDM. Tương ứng, một chuỗi dịch chuyển đơn giản có thể được chỉ định từ GUI. Trong mạng quang WDM truyền thống, các chức năng liên quan tới kỹ thuật lưu lượng được cung cấp bởi các bộ quản lí kết nối và quản lí hiệu năng. Trong các mạng WDM trung tâm IP, OSPF và LMP cung cấp định tuyến mặc định, phổ biến thông tin, và phát hiện mô hình cũng như các node kế cận. Giống như trong mạng IP, định tuyến mặc định trong OSPF chỉ cung cấp đường trong sợi quang theo nỗ lực tối đa. Nó không tính đến độ sẵn sàng bước sóng cũng như các điều khiển ràng buộc tính liên tục bước sóng. Do đó, cần các thuật toán kỹ thuật lưu lượng WDM để tính toán đường đi ngắn nhất hiệu quả và không nghẽn. Một thuật toán đơn giản trong các thuật toán kỹ thuật lưu lượng WDM là CSPF. CSPF sẽ càng phức tạp khi càng nhiều điều kiện ràng buộc được xem xét đến. CSPF có thể được triển khai như một bộ quản lí định tuyến đường đi ngắn nhất tập trung. Để nâng cao độ sẵn sàng, CSPF có thể được phân bố ở mỗi node. Sự triển khai phân tán của CSPF đòi hỏi sự đồng bộ giữa các thực thể kỹ thuật lưu lượng WDM. Dựa trên các yêu cầu kỹ thuật lưu lượng, các đường đi ngắn nhất có thể được thiết lập hoặc loại bỏ nhờ sử dụng RSVP. Cuối cùng, để tiện lợi cho người sử dụng, IP/WDM GUI được thiết kế để quản lí mạng phân tầng. GUI sẽ cung cấp các giao diện cấu hình, kết nối, lỗi, và quản lí hiệu năng. Trong mạng IP/WDM chồng lấp, GUI cũng cung cấp tương quan giao thức. Ví dụ như, một đường đi ngắn nhất ảo trong mô hình IP được liên kết tới các bước sóng và sợi quang tương ứng trong mô hình WDM vật lí. 3.8. Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lưu lượng tích hợp Hình 3.4 mô tả kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lưu lượng tích hợp. Trong xu hướng này, mỗi node IP/WDM có thể có hỗ trợ hoàn toàn cho điều khiển và kỹ thuật lưu lượng mạng. Mỗi node sở hữu hiểu biết mô hình một cách đầy đủ, nghĩa là một W-MIB (bước sóng MIB). Nó bao gồm không những chỉ mô hình sợi quang mà cả các đường đi ngắn nhất nằm trên đó và tình trạng gán các bước sóng. Thành phần chính của phần mềm vẫn giống với các thành phần trong kiến trúc kỹ thuật lưu lượng chồng lấp, nhưng chúng được cấu trúc theo kiểu tích hợp. Điều khiển mạng bao gồm bốn thành phần là: định tuyến bước sóng, báo hiệu bước sóng, truy cập bước sóng và OSCP. Định tuyến bước sóng (bao gồm LMP trong trường hợp các kênh điều khiển riêng rẽ so với các kênh dữ liệu) cho phép tất cả các node mạng thiết lập một cái nhìn thống nhất về mạng, và kết hợp các quyết định định tuyến bước sóng để làm thuận tiện các kết nối đường đi ngắn nhất yêu cầu. Các chức năng cụ thể bao gồm phát hiện mô hình mạng ảo/vật lí, phổ biến và duy trì thông tin trạng thái tuyến nối (sợi, bước sóng và đường đi ngắn nhất) và định tuyến nỗ lực tối đa mặc định. Các chức năng định tuyến bước sóng có thể được hỗ trợ thông qua các giao thức trạng thái tuyến nối tăng cường, chẳng hạn như OSPF mở rộng. Thông tin trạng thái tuyến nối liên quan tới WDM có thể được triển khai theo cơ sở dữ liệu TE riêng rẽ hoặc được tích hợp vào cơ sở dữ liệu trạng thái tuyến nối bộ định tuyến tiêu chuẩn. Thông tin yêu cầu cho kỹ thuật lưu lượng có thể được thu thập thông qua tràn ngập LSA mờ OSPF. Hình 3.4. Kiến trúc phần mềm cho kỹ thuật lưu lượng tích hợp trong mạng IP/WDM Báo hiệu bước sóng có thể hoàn thành các quyết định định tuyến bước sóng bằng cách triển khai ít nhất một trong số các chức năng sau: gán bước sóng, quyết định độ ưu tiên đường đi ngắn nhất, bước sóng đã được làm rỗng từ trước, bảo vệ/tái tạo đường đi ngắn nhất, và thiết lập/loại bỏ đấu chéo. Một chức năng cơ bản được hỗ trợ bởi báo hiệu là thiết lập và loại bỏ đấu chéo. Gán bước sóng đòi hỏi giao thức báo hiệu cục bộ phải có hiểu biết nhất định về sự sử dụng bước sóng và các điều kiện ràng buộc tính liên tục. Một chức năng tiên tiến của giao thức báo hiệu là hỗ trợ khái niệm các đường đi ngắn nhất đã được gán ưu tiên. Trong trường hợp như vậy, báo hiệu bước sóng có trách nhiệm phân xử tài nguyên nếu như xảy ra trường hợp hai đường đi ngắn nhất cùng muốn một bước sóng trong cùng một sợi quang. Hơn nữa, nó cũng có thể làm rỗng từ trước một bước sóng đang được sử dụng bởi một đường đi ngắn nhất có độ ưu tiên thấp để hỗ trợ đường đi ngắn nhất mới có độ ưu tiên cao hơn. Hơn thế, báo hiệu cũng có thể được sử dụng để hỗ trợ QoS thích ứng trong quá trình thiết lập đường đi ngắn nhất. Ví dụ như khi một phần của đường định tuyến lamda không hỗ trợ tốc độ bit yêu cầu, các vấn đề về QoS có thể được đàm phán nhờ việc sử dụng một giao thức báo hiệu bước sóng. Điều khiển truy nhập bước sóng được sử dụng để ánh xạ các gói tin IP lên bước sóng và quản lí bộ định tuyến IP lên tuyến nối WDM NE. Một mối quan tâm quan trọng là làm cách nào để thiết kế hàm ánh xạ gói tin lên bước sóng. Nói chung, nhiều đường đi ngắn nhất có thể tồn tại hoặc được xây dựng cho một node cho trước. Do vậy, cần phải có một quyết định xem mỗi gói tin IP sẽ sử dụng đường đi ngắn nhất nào. Hàm ánh xạ sẽ ánh xạ (sắp xếp) các gói tin riêng rẽ được phân biệt bởi các đặc tính IP (thông tin trong các mào đầu IP như là địa chỉ đích, địa chỉ nguồn, và loại dịch vụ…) lên các kênh bước sóng hoặc các đường đi ngắn nhất được đặc trưng bởi các đặc tính tầng vật lí WDM (ví dụ như tốc độ dữ liệu kết nối, OSNR của kênh quang, các hop sợi quang và tải kênh). Điều khiển truy nhập bước sóng cũng có trách nhiệm quản lí liên kết giữa các chức năng IP và WDM, ví dụ như trong quá trình tái cấu hình để tránh ảnh hưởng lên lưu lượng người sử dụng. Khi kỹ thuật lưu lượng được xem xét, mỗi node cần được trang bị các thành phần chức năng NE: bộ thu thập và phân tích dữ liệu thống kê, thuật toán tái cấu hình, lập thời gian biểu dịch chuyển và thuật toán CSPF quang. Chức năng của các thành phần này thì tương tự như các thành phần trong xu hướng chồng lấp. Tuy nhiên, chúng có thể được cấu hình theo một cách thức có tính phân tán cao hơn. Ví dụ như, một node có thể tập trung vào trạng thái của các đường đi ngắn nhất (xuất phát từ chính nó) trong quá trình lập thời gian biểu dịch chuyển. 3.9. Giao thức điều khiển mạng Hình 3.5. Sơ đồ khối kỹ thuật lưu lượng cho tầng IP Hình 3.5 miêu tả các khối và các giao diện kỹ thuật lưu lượng cho tầng IP. Các khối kỹ thuật lưu lượng thông tin với các bộ định tuyến IP tham gia vào mạng ảo IP được xử lí kỹ thuật lưu lượng để nhận các thông tin tóm tắt định tuyến và các số liệu thống kê từ mỗi bộ định tuyến. Thông tin tóm tắt định tuyến bao gồm các mô tả chi tiết về mỗi bộ định tuyến biên IP và tất cả các giao diện IP của nó mà có thể kết nối tới một thiết bị cạnh mạng WDM. Khi một bộ định tuyến IP đã được kết nối với một bộ định tuyến IP khác thông qua mạng WDM mà mạng WDM này tham gia vào một mạng ảo IP được xử lí kỹ thuật lưu lượng thì khối kỹ thuật lưu lượng cần biết thông tin về các kết nối đang tồn tại. Tuy nhiên trong một vòng điều khiển đóng, cố định, hiểu biết đầy đủ về mô hình ảo IP hiện tại không dựa vào bất cứ một thực thể nào nằm ngoài khối kỹ thuật lưu lượng. Các liên lạc giữa khối kỹ thuật lưu lượng và các bộ định tuyến IP có thể tuân theo SNMP. Kỹ thuật lưu lượng IP cũng cần giao tiếp với các node cạnh WDM hoặc thực thể kỹ thuật lưu lượng WDM. Khối kỹ thuật lưu lượng IP sẽ gửi các bản tin UNI thay mặt cho các bộ định tuyến IP tới các node cạnh WDM khác nhau theo một trật tự được xác định bởi khối lập thời gian biểu dịch chuyển. Các bản tin UNI này hoặc là sẽ dùng để xoá một đường đi ngắn nhất hoặc là sẽ tạo một đường đi ngắn nhất IP TECP được sử dụng bởi kỹ thuật lưu lượng IP để thu thập thông tin từ mỗi bộ định tuyến IP cùng liên kết tới bộ chuyển mạch cạnh WDM. Ba loại thông tin được thu thập là: thông tin tóm tắt định tuyến, thông tin số liệu thống kê lưu lượng và thông tin kết nối ảo hiện tại. 3.10. Giao diện người sử dụng - mạng IP/WDM (UNI) IP/WDM UNI là giao diện giữa khối kỹ thuật lưu lượng IP và khối kỹ thuật lưu lượng WDM. Trong tầng WDM, kỹ thuật lưu lượng có thể là một thực thể tập trung hoặc một nhóm các khối phân tán tại các node biên mạng WDM. Khuôn dạng bản tin UNI được thiết kế để hỗ trợ tập tối thiểu các chức năng báo hiệu UNI. Khuôn dạng này có thể mở rộng dễ dàng để bổ sung thêm các trường và các chức năng khác chẳng hạn như các thông số cho hợp đồng mức độ dịch vụ, các nhận dạng cho các nhóm khách khác nhau, và các thuộc tính an ninh và thanh toán (mà người khai thác mạng thực tế cần). Tất cả các bản tin UNI đều chứa một số phiên bản chỉ ra phiên bản của giao thức UNI đó, được theo sau bởi một dữ liệu chỉ ra kiểu bản tin. Chiều dài của bản tin UNI là cố định. Các loại bản tin UNI cơ bản : Yêu cầu tạo đường đi ngắn nhất Bản tin yêu cầu tạo đường đi ngắn nhất được gửi từ một thực thể IP tới một thực thể WDM thông qua kênh điều khiển (có thể là trong băng hoặc ngoài băng). Một thực thể IP trong ngữ cảnh này có thể là một bộ định tuyến IP có ít nhất một giao diện được kết nối trực tiếp tới một thiết bị biên WDM, hoặc một bên thứ ba được trao quyền trong tầng IP giống như khối kỹ thuật lưu lượng. Tương tự như vậy, một thực thể WDM có thể là một thiết bị biên WDM như là WADM hoặc một thiết bị điều khiển trong tầng WDM giống như bộ tính toán tuyến đường đi ngắn nhất. Trả lời tạo đường đi ngắn nhất Một thiết bị biên WDM tạo ra một bản tin trả lời tạo đường đi ngắn nhất tương ứng với sau khi xử lí tất cả các bản tin yêu cầu tạo đường đi ngắn nhất. Bản tin trả lời tạo đường đi ngắn nhất đó được gửi tới bộ tính toán tuyến đường đi ngắn nhất và bộ khởi tạo bản tin yêu cầu tạo đường đi ngắn nhất. Yêu cầu xoá đường đi ngắn nhất Bản tin yêu cầu xoá đường đi ngắn nhất được gửi từ một thực thể IP tới một thực thể WDM thông qua kênh điều khiển (trong băng hoặc ngoài băng). Một thực thể IP trong ngữ cảnh này có thể là một bộ định tuyến IP có ít nhất một giao diện được kết nối trực tiếp tới một thiết bị biên WDM, hoặc một bên thứ ba được trao quyền trong tầng IP giống như khối kỹ thuật lưu lượng. Tương tự như vậy, một thực thể WDM có thể là một thiết bị Biên WDM như là WADM hoặc một thiết bị điều khiển trong tầng WDM giống như bộ tính toán tuyến đường đi ngắn nhất. Trả lời xoá đường đi ngắn nhất Một thiết bị biên WDM tạo ra một bản tin trả lời xoá đường đi ngắn nhất tương ứng với kết quả xử lí cho mỗi bản tin yêu cầu xoá đường đi ngắn nhất. Bản tin trả lời xoá đường đi ngắn nhất được gửi tới bộ tính toán tuyến đường đi ngắn nhất và bộ khởi tạo bản tin yêu cầu đường đi ngắn nhất. Bản tin bẫy Một bản tin bẫy cho phép một thiết bị biên WDM báo cho tất cả các thực thể thích hợp các sự kiện đáng chú ý xảy ra đối với một đường đi ngắn nhất. Một bản tin bẫy luôn được gửi tới một thực thể IP điểm đầu A, và khối kĩ thuật lưu lượng IP và/hoặc bộ định tuyến đường đi ngắn nhất, bất cứ khi nào thích hợp.Mỗi thực thể mạng (khởi tạo một bản tin bẫy) duy trì một bộ đếm riêng rẽ để đánh dấu trường số thự tự yêu cầu của mỗi bản tin bẫy. Phía nhận có thể phân xử các bản tin bẫy xung đột từ cùng bộ khởi tạo dựa trên giá trị trường này. Phân giải địa chỉ IP/WDM Các bộ định tuyến IP truy nhập mạng WDM thông qua các thiết bị biên WDM (WADM). Kết nối vật lí giữa một giao diện định tuyến IP và một cặp cổng vào/ra WDM sẽ không thay đổi trong suốt quá trình tái cấu hình mức WDM. Lân cận IP được xác định bởi phương pháp các đường đi ngắn nhất được thiết lập giữa các điểm truy nhập. Hai bộ định tuyến IP là lân cận nhau nếu và chỉ nếu một đường đi ngắn nhất được thiết lập giữa bộ định tuyến và điểm truy nhập WDM (các cổng vào/ra) của hai bộ định tuyến đó. Một đường đi ngắn nhất định tuyến hiện được xác định bởi khối tính toán tuyến đường đi ngắn nhất trong thiết bị biên WDM tương ứng với hai đầu yêu cầu của tầng khách từ cổng sợi quang truyền dẫn lối ra của WADM lối vào tới cổng truyền dẫn sợi lối vào của WADM lối ra. Mỗi node điều khiển cạnh WDM chịu trách nhiệm thiết lập một bảng ánh xạ trung gian. Bảng này liên kết mỗi cổng vào/ra với các địa chỉ IP của giao diện bộ định tuyến được gắn vào để đấu chéo điểm cuối đường đi ngắn nhất với cổng vào/ra chính xác. CHƯƠNG 4. CÁC YÊU CẦU VÀ ỨNG DỤNG TRÊN IP/WDM 4.1. Các yêu cầu đối với mạng IP/WDM IP/WDM chỉ thực hiện được khi tất cả các dịch vụ đầu cuối đến đầu cuối là hoàn toàn quang. Vì thế, mạng quang để thực hiện được cần có các chức năng như: phát hiện và sửa lỗi, khả năng chịu lỗi, quản lý, định tuyến, chuyển mạch…tại tầng quang. Sau đây sẽ trình bày cụ thể từng chức năng: Phát hiện và sửa lỗi Khác với khung SDH có phần mào đầu chứa chức năng giám sát lỗi, mạng truyền dẫn IP/WDM khá phức tạp trong việc phát hiện lỗi do các giao thức là trong suốt qua mạng WDM. Vì chức năng phát hiện lỗi bị hạn chế nên khoảng cách truyền dẫn lớn nhất mà vẫn đảm bảo xác suất lỗi bit cũng giảm. FEC được thực hiện trong tất cả các mạng toàn quang WDM. Nó có thể chia ra làm hai cách: Cách thứ nhất là đưa FEC vào phần không sử dụng của tiêu đề SDH. Cách này bị giới hạn bởi các khung SDH có phần không gian này rất ít trong một khung. Nó còn được gọi là FEC trong băng; Cách thứ hai là các dữ liệu FEC được mã hoá và truyền dẫn trên các kênh riêng. Phương pháp này còn gọi là FEC ngoài băng. Nó tăng tốc độ đường truyền và cải thiện hệ thống một cách đáng kể. Khả năng chịu lỗi Ngoài giám sát bước sóng và định tuyến mềm dẻo, một mạng đường trục còn phải là một hệ thống quang có khả năng tồn tại cao bao gồm cả chuyển mạch bảo vệ và khôi phục mạng. Việc lắp đặt một mạng toàn quang sẽ đem đến khả năng để bảo vệ mạng tại tầng quang. Bảo vệ đoạn ghép quang 1+1 (MSP) như trong hệ thống SDH. Các OADM có thể đảm nhiệm các chức năng chuyển mạch bảo vệ tại tầng quang mới. Có thể sử dụng OXC trong một phần tích hợp của kiến trúc này. Nó có thể cung cấp kiểu bảo vệ 1+1 thông qua các cầu (bridge) phía đầu, trong khi OXC ở phía cuối có thể được giám sát để chuyển mạch một cách linh hoạt giữa hai cổng quang đầu vào. Hình thức chuyển mạch bảo vệ tại tầng quang này sẽ chống lại hiện tượng đứt cáp ở mức cao nhất có thể. Trong những năm tới, các hình thức khôi phục và duy trì mạng sẽ được cải tiến đáng kể. MPLS là một trong những hình thức này. Nó cho phép mạng quang thực hiện khôi phục và chuyển mạch bảo vệ đường tại tầng IP chứ không phải là tầng quang. Định tuyến theo bước sóng Một khả năng độc đáo nhất của mạng hoàn toàn quang là cho phép định tuyến theo bước sóng. Các bước sóng của tín hiệu, trạng thái của các kết nối chuyển mạch và sự thay đổi của các bước sóng sẽ quyết định đường truyền tín hiệu thông qua mạng. OADM có thể kết nối với các router IP và có thể thiết lập một đường quang giữa chúng (đường quang là đường mà các tín hiệu quang truyền qua để đến đích). Trong quá trình truyền dẫn, tín hiệu có thể qua vài bộ biến đổi bước sóng. Nhưng một đường bước sóng là một đường quang mà không đi qua các bộ biến đổi bước sóng. Các router cần phải biết về cấu hình mạng. Điều này có thể thực hiện nhờ các giao thức định tuyến động. Như vậy, khi cấu hình mạng thay đổi thì định tuyến lưu lượng cũng thay đổi theo. Có hai giải pháp cho vấn đề định tuyến: - Giải pháp định tuyến riêng cho mạng IP/WDM: gồm hai bước là ấn định định tuyến và ấn dịnh bước sóng. Việc định tuyến trong mạng WDM có liên quan đến việc ấn định bước sóng và định tuyến (RWA). Việc này được chia thành hai quá trình khác nhau và được xử lý riêng theo các kỹ thuật đã biết. Độ phức tạp của ấn định bước sóng và định tuyến phụ thuộc vào việc các node có sử dụng bộ biến đổi bước sóng không và kết nối mạng là một sợi hay đa sợi. - Giải pháp định tuyến chung: có sử dụng các giải pháp chung cho việc quyết định cấu hình ảo, ấn định bước sóng và ấn định định tuyến. Cách này được chia làm 4 khía cạnh và liên kết chung với giải pháp riêng của chúng. Hai trong số 4 khía cạnh trên nảy sinh từ các mạng quang thực tế và hai khía cạnh còn lại giống như định tuyến quang trong mạng dữ liệu. Việc định tuyến bước sóng sẽ có nhiều thay đổi và MPLS là thích hợp nhất. Sử dụng MPLS sẽ không phải truyền thông tin định tuyến cập nhật qua mạng khi một node/segment của mạng bị hỏng. Bằng cách này đã đưa định tuyến xuống lớp IP và đơn giản hoá mạng. Quản lý và điều khiển mạng Quá trình phát triển của mạng hướng tới một mạng toàn quang sẽ đem đến những khó khăn trong việc thống nhất cơ sở quản lý mạng với các kiến trúc hiện có. Hệ thống IP/WDM cần đáp ứng được các yêu cầu sau: giám sát lỗi, cấu hình mạng, quản lý hiệu năng, tốc độ và độ trễ. Trong các mạng hiện nay, việc quản lý được thực hiện bằng cách cho phép các router đường trục IP giao diện với các thiết bị SDH hay WDM. Một số chú ý khi sử dụng các router đường trục IP: - Về mặt kỹ thuật cũng như kích thước của mạng và các phần tử mạng. - Tính toán mức độ ảnh hưởng của băng thông người sử dụng lên kiến trúc mạng. - Sử dụng các nguyên tắc vận hành và thiết kế mạng. - Xem xét vai trò của các đường truyền đầu cuối đến dầu cuối hoàn toàn quang. - Xem xét vai trò của việc ấn định bước sóng và định tuyến. - Thiết kế việc chia sẻ bước sóng và tái sử dụng bước sóng. - Đưa ra việc quản lý mạng thống nhất cho truy cập mạng đường trục. Điều này được dùng để quản lý mạng IP/WDM. Nhiều thiết bị được quản lý nhờ sử dụng hệ thống quản lý mạng riêng cho phép thực hiện điều khiển mạng cho mạng toàn quang. Trong suốt dịch vụ Trong suốt dịch vụ có thể được định nghĩa là một thuộc tính mà tại những điểm node trên mạng truyền tải thì tín hiệu không cần bất cứ thông tin thêm nào về chúng. Các node truyền tải trong tương lai sẽ yêu cầu tính trong suốt rất cao. Điều này được dùng để có thể cung cấp dịch vụ cho các thuê bao theo cùng một phương thức. Nhờ đó, các node nguồn và node đích có thể điều khiển các truyền tải truyền và nhận của mình. Sự độc lập của tốc độ bit là điều kiện cần thiết để có được tính trong suốt của dịch vụ. Nhưng các xử lý quang-điện trên mạng sẽ gây ra hiện tượng jitter mức thấp nhất. Để khắc phục hiện tượng jitter và để đảm bảo chất lượng tín hiệu cần phải sử dụng định thời. Điều này sẽ hạn chế sự độc lập của tốc độ bit. Để giải quyết hạn chế này có thể sử dụng bộ tái tạo quang điện tốc độ bit độc lập có chức năng tái định thời. Sự trong suốt giao thức và tốc độ bit độc lập sẽ tạo ra tính năng trong suốt về dịch vụ. Điều này rất cần thiết để phát triển một mạng toàn quang và tầng truyền tải toàn quang. Khả năng kết hợp hoạt động giữa các nhà sản xuất Việc ứng dụng bất kỳ một công nghệ mới nào cũng cần có các tiêu chuẩn để nhà sản xuất có thể nghiên cứu và sản xuất thiết bị. Phương pháp chính là định nghĩa hoàn chỉnh các thông tin về node của mạng quang (ví dụ: dạng kênh giám sát mang dữ liệu ghép kênh xen/rẽ giữa hai phần tử mạng). Các thuộc tính vật lý của tín hiệu quang cũng cần được định nghĩa rõ ràng. Kết nối đa mạng chỉ có thể thực hiện khi mà các thiết bị kỹ thuật của tầng quang và kênh giám sát quang tồn tại. Chất lượng dịch vụ Để cung cấp QoS thì các giao thức định tuyến động không chỉ mang thông tin về cấu hình mà phải mang thông tin về tải như băng thông lớn nhất khả dụng trên các liên kết. Vì thế, các tuyến phải được tính toán trên các tham số của băng thông và cấu hình mạng. Các phân tích việc cung cấp dịch vụ QoS sẽ đem lại ưu điểm gì khi thực hiện quản lý lưu lượng tại tầng quang thay cho tầng IP. Hơn nữa, cũng cần phải xem xét các chức năng nào có thể hoạt động hiệu quả tại tầng quang. Trong hầu hết các trường hợp, tầng IP có thể được thay đổi để thực hiện định tuyến trên cơ sở các điều kiện về tải và đường quang. Điều này sẽ tránh được việc lặp các chức năng và nhờ đó cải thiện được hiệu năng của hệ thống. Vì thế, cần phải nghiên cứu kỹ để đưa ra quyết định lựa chọn QoS trên cơ sở cấu trúc định tuyến phân bố tại tầng IP hay thuật toán định tuyến quang được dùng để định tuyến trong IP/WDM. 4.2. Các chỉ tiêu phân tích và đánh giá Một loạt các tham số đánh giá cần được xem xét và tuân thủ cho các ngăn giao thức mạng khác nhau. Bảng 4.1 liệt kê các tham số đánh giá. Tính năng - Bảo vệ/Khôi phục. - Chuyển mạch/Định tuyến. - Dự phòng. - Độ ổn định/sức mạnh tổng thể. - Mở rộng số lượng nút và số lượng client. - Năng lực billing. Quản lý - Chuẩn (TMN, SNMP). - Sự phức tạp, thiết bị và quản lý. - Sự phức tạp, mức năng lực của nhà khai thác yêu cầu. - Cấu hình thống kê/động. Chỉ tiêu - Toàn bộ mào đầu gói. - Tính hạt của băng tần. - Băng tần cực đại. - Hỗ trợ QoS. - Quản lý lưu lượng tối ưu cho IP. Tính tương hợp - Tương hợp với các giao thức khác như SDH, ATM, MPLS. - Hỗ trợ các công nghệ truy nhập. - Chuyển hướng của cơ sở hạ tầng hiện tại (ví dụ OTN). - Chuẩn hoá. Dịch vụ - Hỗ trợ dịch vụ thời gian thực. - Hỗ trợ VPN. - Hỗ trợ quảng bá. Thông tin khác - Nhà cung cấp. - Chi phí. - Tính hoàn thiện. Bảng 4.1. Các tham số đánh giá ngăn giao thức mạng Những tham số này được nhóm theo từng nội dung khác nhau: tập hợp chức năng được kiến trúc mạng cung cấp/hỗ trợ; năng lực và thuộc tính quản lý; chỉ tiêu và đặc tính QoS; mức độ phối hợp hoạt động với mạng hiện tại/khác; hoặc hỗ trợ các dịch vụ khác nhau và những thông tin khác. Tiêu chuẩn đánh giá được sắp xếp theo 6 nội dung chính: Chi phí, Tính năng, Quản lý, Chỉ tiêu, Tính tương hợp và Dịch vụ. MPLS không được xem như mô hình riêng do nó có thể sử dụng tập hợp các mô hình khác như ATM và SDH tạo nên đặc tính phụ. Mô hình dựa trên ATM hiện vẫn có một vai trò quan trọng nhất định bởi vì nhiều hoạt động đang diễn ra có quan hệ với công nghệ này. Tuy nhiên, do ATM là mô hình đã được chuẩn hoá cho đến nay nên nó vẫn có mối quan hệ với các kiến trúc khác. Truyền tải IP qua mạng quang (WDM) càng đơn giản thì tiềm năng phát triển của nó càng lớn do giảm được chi phí mạng. Việc giảm chi phí này có thể thực hiện bằng cách loại bỏ chức năng thừa và phần mào đầu. Việc đánh giá kiến trúc đã chọn với những kiến trúc khác (theo chỉ tiêu, chi phí...) là điều cần thiết và các tiêu chí đánh giá này cần được xác định rõ về số lượng cũng như chất lượng theo những nội dung đã đề cập trên. 4.3. Ứng dụng kỹ thuật IP/WDM 4.3.1. Internet Trong những năm gần đây công nghệ IP đã trở thành hiện tượng trong công nghệ mạng; đặc biệt khía cạnh khai thác các ứng dụng IP cho truyền tải được xem là yếu tố then chốt trong mạng tương lai. Tốc độ phát triển phi mã của lưu lượng Internet và sự gia tăng không ngừng số người sử dụng Internet là tác nhân chính làm thay đổi mạng viễn thông truyền thống mà được xây dựng tối ưu cho dịch vụ thoại và thuê kênh. Trong hầu hết các kiến trúc mạng đề xuất cho tương lai đều thừa nhận sự thống trị của công nghệ này ở lớp mạng trên. Bên cạnh đó, những thành tựu trong lĩnh vực truyền dẫn quang đã giải quyết phần nào vấn đề băng tần truyền dẫn, một tài nguyên quý giá trong mạng tương lai. Công nghệ ghép kênh theo bước sóng (WDM) là một bước đột phá cho cơ sở hạ tầng truyền dẫn với dung lượng hạn chế trước đây. Dung lượng truyền dẫn ngày nay có thể đạt tới cỡ Tbit nhờ các thiết bị WDM. Sự thích ứng của các kênh bước sóng (các lambda) đối với mọi kiểu tín hiệu ở lớp trên không làm mất đi tính trong suốt của tín hiệu đã tạo ra sự hấp dẫn riêng của công nghệ này. Khi số lượng bước sóng và các tuyến truyền dẫn WDM tăng lên đáng kể thì việc liên kết chúng sẽ hình thành một lớp mạng mới, đó là lớp mạng quang hay gọi ngắn gọn là lớp WDM. Đây là lớp mạng có thể thích ứng được nhiều kiểu công nghệ khác nhau. Vì vậy, WDM được đánh giá là một trong những công nghệ mạng trụ cột cho mạng truyền tải. 4.3.2. Chuyển mạch burst quang Mạng chuyển mạch burst quang được cấu trúc như hình vẽ dưới đây. Hình 4.1. Cấu trúc mạng chuyển mạch burst quang Ở mạng chuyển mạch burst quang hay còn được gọi là mạng toàn quang có đơn vị truyền dẫn là các burst, có kích thước bằng một số gói IP hay một chuỗi các tế bào ATM ... Nhưng nhỏ hơn đơn vị truyền dẫn của chuyển mạch kênh là bản tin. Ở đây burst được truyền đi sau gói điều khiển một khoảng thời gian trễ để đảm bảo vẫn đủ thời gian xử lý chuyển mạch mà các burst không cần phải trễ (đệm) tại bất cứ node trung gian nào trên đường đi từ nguồn tới đích. Tại mỗi node trung gian chỉ có gói điều khiển được phân tích, xử lý còn burst được truyền thẳng (truyền trong suốt). Mạng chuyển mạch burst quang được cấu trúc bao gồm hai loại node mạng (node lõi, node biên) và các tuyến truyền dẫn quang. - Các node biên: có giao tiếp với các mạng truy nhập khác như mạng chuyển mạch gói, IP hay mạng LAN, WAN khác thu thập thông tin sau đó cấu tạo burst, đồng thời có chức năng thu thập các burst từ mạng chuyển mạch burst tiến hành phân giải chúng thành các gói tin ban đầu và định tuyến chúng vào đúng người sử dụng trong các mạng truy nhập nhờ bộ định tuyến biên. Vì vậy chức năng chính của các node biên là cấu tạo và phân giải các burst hay còn gọi đây là nơi mở đầu và kết cuối các burst. Node biên được trang bị bộ định tuyến biên để có khả năng định tuyến các gói tin được tách ra từ các burst vào đúng mạng yêu cầu đồng thời thực hiện phân tích node đích của các gói tin đến để tiến hành cấu trúc burst đưa lên mạng chuyển mạch burst đúng hướng. Đặc biệt tại node biên thông tin đến được đệm trong miền điện tại các bộ đệm điện tử đơn giản. - Các node lõi: có chức năng chính là chuyển tiếp các burst đi từ nguồn tới đích yêu cầu. Node lõi thực hiện phân tích các bản tin điều khiển để tiến hành cấp phát tài nguyên mạng phục vụ thiết lập kết nối truyền burst tương ứng. Trong một số trường hợp các node lõi có nhiệm vụ làm trễ các burst để có đủ thời gian xử lý bản tin điều khiển chuyển mạch nếu thấy cần thiết. Khi một burst tới node lõi thì gói điều khiển sẽ được kết nối tới khối điều khiển và kết cuối tại khối điều khiển, còn thông tin dữ liệu được kết cuối tại khối chuyển mạch đợi để được đưa tới đầu ra thích hợp. Gói điều khiển sau khi được phân tích song chúng được cấu trúc lại có bổ sung các thông tin có sự thay đổi như thời gian trễ, bước sóng truyền burst,…để đi tới node tiếp theo. Trong mỗi node lõi của mạng chuyển mạch burst quang, tuỳ vào kiến trúc và phương pháp điều khiển chuyển mạch mà nó được cấu trúc sao cho phù hợp và đạt hiệu quả kinh tế cao. Nó có thể có bộ đệm hay không có bộ đệm, và gói điều khiển của burst dữ liệu có thể được truyền trong băng (tức là trên cùng một bước sóng với dữ liệu) hay ngoài băng (tức là trên một bước sóng riêng biệt) thông thường gói điều khiển sẽ được truyền đi trên một bước sóng riêng biệt so với bước sóng burst, ngay sau burst hay sau một khoảng thời gian trễ. - Các tuyến truyền dẫn: Trên các đường truyền dẫn quang có thể thực hiện truyền một bước sóng hay nhiều bước sóng nhờ công nghệ WDM và DWDM, các kênh bước sóng sẽ được giải phóng ngay sau khi truyền song burst để phục vụ cho các kết nối khác. Trong mạng chuyển mạch burst quang thì trước khi burst được truyền đi nó phải đăng ký bước sóng sử dụng và bước sóng đó được giải phóng ngay sau khi burst truyền qua nên các burst từ các nguồn và đích khác nhau có thể sử dụng cùng một bước sóng theo kiểu ghép kênh thống kê theo thời gian. Khả năng ứng dụng của OBS trong mạng truyền tải thế hệ sau OBS được sử dụng cùng với WDM làm cơ sở cho mạng IP thế hệ sau, chủ yếu cho các mạng đường trục quang. Kỹ thuật MPLS được dùng để chuyển tiếp các burst dữ liệu cho cấu trúc này. Chiến lược thiết lập offset có tác động đáng kể lên chất lượng hoạt động của mạng IP vận hành trên nền OBS WDM. Phương pháp phân loại lưu lượng để thiết lập offset (một tham số hệ thống quan trọng của OBS) giữa các burst dữ liệu liên tiếp của một dòng dữ liệu đã cho (đường chuyển mạch nhãn LSP) và các gói điều khiển của chúng, làm cho mạng được vận hành ổn định và thực hiện kỹ thuật lưu lượng được dễ dàng. Từ đó có thể thực thi các cơ chế QoS cho IP như DiffServ trong mạng đường trục quang sử dụng OBS. Do đạt được sự cân bằng giữa định tuyến bước sóng và chuyển mạch gói quang, OBS thúc đẩy việc hợp nhất IP với WDM, hỗ trợ việc cung cấp nhanh chóng, truyền dẫn đồng bộ các gói kích thước khác nhau cũng như có hiệu quả sử dụng tài nguyên cao mà không cần đệm ở lớp WDM. OBS là một công nghệ tiếp theo khắc phục được sự hạn chế của việc xử lý điện tử đồng thời có những cải tiến mới so với các công nghệ cùng loại như (chuyển mạch kênh và gói quang) không yêu cầu bộ đệm tại các node trung gian và phân bổ tài nguyên mạng một cách hiệu quả. Đáp ứng được sự bùng nổ lưu lượng Internet trong thời điểm hiện nay, đồng thời thoả mãn được các nhu sử dụng dịch vụ viễn thông cầu một cách hoàn hảo. Mang lại cho nhà sản xuất cũng như nhà khai thác và các khách hàng sử dụng sự vừa lòng đối với những công sức phải bỏ ra. Nhìn chung trong tương lai không xa, chuyển mạch burst quang có khả năng thương mại hơn chuyển mạch gói quang nếu được thiết kế với yêu cầu không có bộ đệm quang. Nhiều hãng và trung tâm nghiên cứu trên thế giới đang gia tăng mối quan tâm đến thiết bị quang, việc triển khai trong một tương lai không xa các sản phẩm mạng dựa trên chuyển mạch quang là một điều tất yếu. 4.3.3. Công nghệ mạng NGN Công nghệ NGN (Next Generation Network - NGN) với khả năng tích hợp nhiều dịch vụ giá trị gia tăng đang là một xu hướng phát triển mới của ngành viễn thông thế giới. Khi môi trường kinh doanh đang ngày càng phức tạp và mang tính cạnh tranh cao, chất lượng dịch vụ trở thành chìa khóa cho sự thành công thì nhu cầu sở hữu các dịch vụ truyền thông mới với nhiều tiện ích cũng không ngừng tăng lên... Hình 4.2. Mạng NGN Công nghệ NGN ra đời hội tụ cả 3 mạng: mạng thoại, mạng không dây và mạng số liệu vào một kết cấu thống nhất để hình thành một mạng chung, thông minh, hiệu quả cho phép truy xuất toàn cầu, tích hợp nhiều công nghệ mới, ứng dụng mới và mở đường cho các cơ hội kinh doanh phát triển, đang ngày càng thỏa mãn được nhu cầu của người sử dụng. Những ứng dụng cần nhiều băng thông như giáo dục truyền hình, ứng dụng truyền hình trực tuyến trong y học, thuyết trình trực tuyến yêu cầu mạng có khả năng đáp ứng mạnh để có thể truy cập dễ dàng và mọi lúc mọi nơi. Những mạng viễn thông như vậy, dựa trên nguyên lý chạy đa dịch vụ thông qua một cơ sở hạ tầng chung thống nhất, được biết là Mạng Thế hệ mới (NGN). Nó là một mạng duy nhất, kế thừa cho hầu hết các mạng truyền thoại và dữ liệu tách biệt ngày nay 4.4. Tình hình triển khai IP/WDM của VNPT 4.4.1. Giai đoạn trước năm 2004 Hình dưới đây mô tả phương thức triển khai IP trên quang của VNPT trong giai đoạn này: Hình 4.3. Giai đoạn trước năm 2004 Trong giai đoạn này, để thực hiện truyền dẫn IP trên quang phải qua các tầng ATM và SDH. Các gói IP được cắt thành các tế bào ATM và được gán cho các kết nối ảo khác nhau nhờ các card đường dây SDH/ATM, sau đó được sắp xếp vào các khung SDH. Các khung này được gửi đến các thiết bị WDM để thực hiện truyền dẫn tại các lớp quang. Ưu điểm của phương thức truyền dẫn này: + ATM tạo các kênh ảo cố định (PVC) được quản lý bởi hệ thống quản lý ATM hoặc sử dụng kênh ảo có khả năng chuyển mạch (SVC) được thiết lập linh hoạt, tất cả đều trong các đường ảo (VP) nhằm đảm bảo QoS cho dịch vụ IP. + Sử dụng ghép kênh thống kê: cho phép bất kỳ người sử dụng nào cũng có thể yêu cầu một băng thông rộng trong một thời gian ngắn. Điều này giúp đảm bảo được băng thông cố định hay thay đổi tuỳ theo yêu cầu. + Sử dụng giao thức ATM: có thể phục vụ cho nhiều kiểu lưu lượng với các yêu cầu QoS khác nhau tuỳ theo ứng dụng. Bên cạnh những ưu điểm trên, phương thức này còn tồn tại một số nhược điểm sau: + Việc chia các datagram có độ dài thay đổi thành các tế bào ATM có độ dài cố định thì phải thêm các tiêu đề và khi có sự chênh lệch về kích thước thì phải có các byte đệm đó là sắp xếp liên tục các datagram nhưng điều này sẽ làm tăng xác suất mất hai gói liên tiếp nhau trong trường hợp mất tế bào. + Chi phí cho vận hành, bảo dưỡng thiết bị ATM, SDH là tốn kém. + Tốc độ đường truyền còn hạn chế. 4.4.2. Giai đoạn từ năm 2004 đến 2006 Phương thức triển khai trong giai đoạn này được mô tả như sau: Hình 4.4. Giai đoạn từ năm 2004 đến 2005 Để khắc phục hạn chế về tốc độ truyền của công nghệ SDH, công nghệ Ethernet được đưa vào sử dụng. So với công nghệ SDH, công nghệ Ethernet có những ưu điểm sau: + Tốc độ cao: với mục tiêu ban đầu là xây dựng mạng hoạt động với tốc độ 10 Mbps. Tiếp đến sẽ nâng lên tốc độ 100Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps mà không cần phải thay đổi giao thức Ethernet. + Tính tương thích: GbE hoàn toàn tương hợp với Ethernet truyền thống, không cần bất cứ kỹ năng quản lý thêm nào vì GbE thuần tuý là sự mở rộng chuẩn Ethernet. GbE được xem có tính năng phối hợp hoạt động và quản lý rất tốt. Các tài nguyên truyền dẫn có thể phát triển tự do giữa các node có nhu cầu lưu lượng lớn hơn và giảm đi giữa các node có sự trao đổi lưu lượng thấp. + Chi phí thấp: Card đường truyền Gigabit trong các bộ định tuyến IP có giá rẻ hơn gấp 5 lần so với card đường truyền cùng dung lượng sử dụng công nghệ SDH. Hình 4.5. Giai đoạn 2005-2006 4.4.3. Giai đoạn 2006-2010 Đối với Việt Nam, việc triển khai MPLS đã được xây dựng trong mạng truyền tải của Tổng công ty. VNPT đã thiết lập mạng trục MPLS với 3 LSR lõi và các LSR biên. Các thiết bị MPLS biên đóng vai trò như những LSR lối vào, lối ra. Các mạng Internet quốc gia, mạng truyền số liệu, mạng DCN (quản lý) đều được kết nối với các LSR biên. Việc chuyển tiếp các thông tin này được thực hiện qua mạng MPLS và đến các LSR biên lối ra. Với cấu hình này giúp khả năng điều khiển định tuyến, chuyển mạch đơn giản dựa trên các nhãn của MPLS. Nhưng bên cạnh đó, MPLS còn tồn tại một số nhược điểm: + Khó hỗ trợ QoS xuyên suốt. + Việc hỗ trợ đồng thời nhiều giao thức sẽ gặp phải những vấn đề phức tạp trong kết nối. + Hợp nhất VC cần phải được nghiên cứu sâu hơn để giải quyết vấn đề chèn gói tin khi trùng nhãn (interleave). Với đặc điểm của mạng thế hệ sau là tách riêng lớp ứng dụng và dịch vụ với lớp mạng. Mặt khác, MPLS chủ yếu dành cho mảng số liệu. Mục tiêu hướng tới là mảng điều khiển quang cho mạng quang nhằm đơn giản hoá, tăng tính đáp ứng và mềm dẻo trong việc cung cấp các phương tiện trong mạng quang. IETF và OIF đã phát triển tiêu chuẩn GMPLS. GMPLS với các đặc điểm: + GMPLS đảm bảo sự phối hợp giữa các lớp mạng khác nhau. + GMPLS tập hợp các tiêu chuẩn với một giao thức báo hiệu chung cho phép phối hợp hoạt động, trao đổi thông tin giữa lớp truyền tải và lớp số liệu. + GMPLS được phát triển trong nỗ lực nhằm làm đơn giản hoá và bỏ bớt mô hình mạng 4 lớp hiện tại. GMPLS loại bỏ các chức năng chồng chéo giữa các lớp bằng cách thu hẹp các lớp mạng. Nhiều công ty hiện đang triển khai GMPLS để đơn giản việc quản lý mạng và tạo ra một mặt điều khiển tập trung. Điều này cho phép tạo ra nhiều dịch vụ hơn cho khách hàng trong khi đó giá thành hoạt động lại thấp. GMPLS cũng hứa hẹn mang lại chất lượng dịch vụ tốt hơn và thiết kế lưu lượng trên Internet, một xu hướng và mục tiêu chính của bất cứ nhà cung cấp dịch vụ nào. 4.4.4. Giai đoạn sau năm 2010 Hệ thống truyền dẫn số liệu đang hướng tới trong tương lai là khả năng truyền dẫn IP trực tiếp trên hệ thống truyền dẫn quang DWDM. Sự thống nhất của mạng IP và mạng quang nhờ sử dụng các router IP hoạt động ở tốc độ Gbps hay Tbps phù hợp với giao diện quang tốc độ cao, cũng như các thiết bị truyền dẫn DWDM có kích thước và cấu hình khác nhau chắc chắn sẽ tạo ra các ưu điểm nổi bật. Hình 4.6. Giai đoạn sau năm 2010 Với tình hình thực tế và các mục tiêu hướng tới, các nội dung sau cần được triển khai: - Xây dựng mạng DWDM cho các vùng và các công ty Viễn thông trên cơ sở mạng trục quốc gia DWDM. - Tổ chức IP trên quang cho các công ty Viễn thông. KẾT LUẬN Sau một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu em đã hoàn thành đồ án “Khảo sát kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM”. Đồ án đã trình bày được các nội dung sau: Chương 1. chương này đã trình bày khái niệm mạng IP/WDM, đưa ra ba xu hướng chồng giao thức cho mạng này, các ưu nhược điểm của từng xu hướng và lí do vì sao IP/WDM lại được chọn là giải pháp cho tương lai. Chương 2. Bắt đầu bằng việc trình bày một số phương pháp mô hình hoá lưu lượng viễn thông trong các mạng thoại cũng như mạng dữ liệu, các mô hình bảo vệ và tái cấu hình trong mạng IP/WDM. Tiếp theo là khái niệm kỹ thuật lưu lượng IP/WDM – kỹ thuật để tối ưu hoá sự tận dụng tài nguyên mạng. Tiếp theo, hai mô hình cho kỹ thuật lưu lượng IP/WDM là mô hình chồng lấp và mô hình tích hợp cũng như ưu, nhược điểm của từng mô hình đã được giới thiệu. Kỹ thuật lưu lượng IP/WDM gồm có kỹ thuật lưu lượng IP/MPLS và kỹ thuật lưu lượng WDM. Kỹ thuật lưu lượng IP/MPLS được ứng dụng để cân bằng tải giữa các thành phần mạng và giám sát mạng còn kỹ thuật lưu lượng WDM sẽ được trình bày trong chương 3. Chương 3. Kỹ thuật lưu lượng WDM lợi dụng đặc điểm một mạng WDM vật lý có thể hỗ trợ nhiều mô hình ảo đường đi ngắn nhất khác nhau. Do đó, nó sẽ được dùng để tái cấu hình các đường đi ngắn nhất sao cho có khả năng thích nghi với các kiểu lưu lượng và tuỳ theo các điều kiện ràng buộc mạng WDM vật lý. Mỗi mô hình ảo IP trên nền các mạng WDM là một mô hình IP. Để thiết kế mô hình ảo, một số thuật toán dựa trên kinh nghiệm cũng đã được trình bày. Phương pháp dịch chuyển mô hình ảo sao cho giảm thiểu ảnh hưởng lên lưu lượng người sử dụng cũng đã được nêu ra. Chương này cũng giới thiệu về tái cấu hình cho các mạng WDM chuyển mạch gói. Trong khi tái cấu hình trong IP trên nền WDM có khả năng tái cấu hình chủ yếu dựa trên giám sát mức mạng (đối với một mô hình đường đi ngắn nhất ảo nhất định), và do đó, dễ dàng triển khai và tin cậy hơn thì tái cấu hình cho WDM chuyển mạch gói đòi hỏi quyết định song song động (nghĩa là sẽ đòi hỏi tính đồng bộ giữa các bộ quyết định) nên nó phức tạp và ít tối ưu hơn. Tuy nhiên, nó lại có tính mềm dẻo và ở mức độ nào đó lại có tính động hơn vì mạng này thường xảy ra tái cấu hình đường đi ngắn nhất hơn. Chương 4. Đã đưa ra được các yêu cầu, các tiêu chí phân tích và đánh giá đối với mạng IP/WDM, bên cạnh đó cũng tìm hiểu được tình hình triển khai mạng IP/WDM của VNPT trong các giai đoạn để thấy được sự phát triển không ngừng của mạng IP/WDM. IP/WDM nói chung kỹ thuật lưu lượng IP trên mạng quang WDM nói riêng là một vấn đề còn khá mới ở Việt Nam, tài liệu tham khảo còn hạn chế, vì vậy bên cạnh những kết quả mà đồ án đã đạt được thì không thể tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Kính mong sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn KS. Nguyễn Anh Quỳnh và các thầy cô giáo trong khoa công nghệ đã hướng dẫn và có những ý kiến quý báu giúp em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. Sinh viên thực hiện Nguyễn Đăng Tuấn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kevin H. Liu, IP over WDM, John Wiley & Sons, Ltd, England, 2002. [2] Kỹ thuật thông tin quang 2, Học viện công nghệ bưu chính viễn thông, năm 2007 [3] Hà Trần Đức, Phạm Minh Toàn, Nguyễn Hoàng Hải, Công nghệ IP trên nền DWDM, Tạp chí Bưu chính Viễn thông, kì 1, 5-2004. [4] TS. Cao Phán & KS. Cao Hồng Sơn. “Cơ sở kỹ thuật thông tin quang”, HVCN – BCVT, 6/2000.. [5] TS. Cao Phán & TS. Cao Hồng Sơn. “Thông tin quang PDH và SDH”, HVCN – BCVT, 6/2003. [6] TS. Phùng Văn Vận, TS. Trần Hồng Quân & TS. Nguyễn Quí Minh Hiền. “Mạng viễn thông và xu hướng phát triển”, NXB Bưu Điện, 12/2002. [7] Các trang Web: http:// www.ipv6forum.org. http:// www.vnpt.com.vn.