Luận Văn Các giải pháp truyền tải IP cho mạng quang

Giao thức Internet (IP) đã trở thành giao thức chuẩn phổ biến cho các dịch vụ mạng mới, do đó
lưu lượng IP không ngừng tăng nhanh và dần thay thế các loại giao thức khác. Hằng năm, lưu
lượng số tăng hơn lưu lượng thoại gấp 2 ư 4 lần. Đến năm 2010, lưu lượng số đã đạt đến gấp
hàng chục lần lưu lượng thoại. Một số nhà cung cấp và tổ chức tiêu chuẩn đang đề xuất những giải pháp mới khai thác IP trên
kiến trúc mạng đơn giản, ở đó lớp WDM là nơi cung cấp băng tần truyền dẫn vô cùng lớn.
Những giải pháp này cố gắng giảm tối đa tính năng dư thừa, giảm mào đầu giao thức, đơn giản
hoá công việc quản lý và qua đó truyền tải IP trên lớp WDM (lớp mạng quang) càng hiệu quả
càng tốt. Hiện nay có nhiều kiến trúc mạng đã được nhận diện và triển khai trong thực tế. Tất cả
chúng đều liên quan đến việc đơn giản hoá các ngăn giao thức nhưng trong số chúng chỉ có một
số kiến trúc có nhiều đặc tính hứa hẹn như DoS (Data over SONET/SDH), Gigabit Ethernet
(GbE) và Resilient Packet Ring (RPR) ngoài kiến trúc IP trên ATM/SDH/WDM
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 hoạt 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. Các tổ chức và diễn
đàn quốc tế OIF (Optical Internetworking Forum), IETF và ITU đều đang nỗ lực gấp rút để thiệt
lập nên các phương pháp xác định việc điều khiển và kết nối giữa mạng WDM và IP
Từ yêu cầu của đề tài “Các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang” thì luận
văn đã nêu lên được các vấn đề liên quan. Đó là giới thiệu một cách khái quát về
yêu cầu của đề tài, nói lên được tổng quan về công nghê IP. Công nghệ mà đang trở
thành chuẩn phổ biến của nhiều dịch vụ mạng mới. Đã nêu lên công nghệ IP đang
sử dụng hiện nay và xu hướng phát triển công nghệ IP trong tương lai. Luận văn
cũng đã nêu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang hiện nay. Các cách thức
truyền tải dựa trên các phương pháp đã làm chủ, các giải pháp mới có tính khả thi
cho tương lai. Đưa ra vấn đề không thể thiếu và rất quang trọng là vấn đề vê cách
thức điều khiển, báo hiệu trong truyền tải IP trên mạng quang cũng đã được đề cập.
Nhu cầu truyền tải IP qua mạng ngày càng tăng. Trong khi IP được xem như là công nghệ lớp
mạng phổ biến thì công nghệ WDM cung cấp khả năng dung lượng truyền dẫn lớn. Hơn nữa, khả
năng cấu hình mềm dẻo của các bộ OXC đã cho phép xây dựng mạng linh hoạt hơn, nhờ đó các
đường quang (lightpath) có thể lập theo nhu cầu. Một trong những thách thức quan trọng đó là
vấn đề điều khiển các lightpath này, tức là phát triển các cơ chế và thuật toán cho phép thiệt lập
các lightpath nhanh và cung cấp khả năng khôi phục khi có sự cố, trong khi vẫn đảm bảo được
tính tương tác giữa các nhà cung cấp thiệt bị
Đã có nhiều phương pháp để cung cấp dịch vụ gói IP trên mạng WDM được đề nghị:
IP/ATM/SDH over WDM, IP/SDH over WDM, v.v.v. Tuy nhiên việc quản lý mạng theo các
phương pháp trên gặp không ít khó khăn. Nguyên nhân chủ yếu gây nên sự phức tạp trong quản
lý chính là sự phân lớp theo truyền thống của giao thức mạng. Các mạng truyền thống có rất
nhiều lớp độc lâp, do đó có nhiều chức năng chồng chéo nhau ở các lớp và thường xuyên có sự
mâu thuẩn lẫn nhau. Vì vậy, một trong những giải pháp để giảm chi phí xây dựng và quản lý
mạng một cách triệt để đó là số lớp giao thức.
Hơn nữa, khi dung lượng và khả năng kết nối mạng trong cả công nghê IP và WDM tăng lên thì
càng cần thiết tối ưu mạng IP và bỏ qua tất cả các công nghệ lớp trung gian để tạo nên mạng
Internet quang thật sự hiệu quả và mềm dẻo. Tuy nhiên, các lớp trung gian cung cung cấp một số
chức năng có giá trị như lưu lượng (Traffic Engineering) và khôi phục. Những chức năng này
cần được giữ lại trong mạng IP/WDM bằng cách đưa chúng lên lớp IP hoặc xuống lớp quang 10
Từ đó người ta mới nghĩ đến công nghệ IP over WDM. Đây là một công nghệ mới tuy rằng còn
nhiều vấn đề chưa giải quyết nhưng với lợi ích của nó, thị trường rộng lớn và tương lai sáng sủa,
các tổ chức viễn thông quốc tế đang triển khai công tác nghiên cứu công nghệ này. IP over WDM
cung cấp khả năng truyền dẫn trực tiếp gói số liệu IP trên kênh quang, giảm sự lặp chức năng
giữa các lớp mạng, giảm bộ phận trung tâm dư thừa tại các lớp SDH/SONET, ATM, giảm thao
tác thiệt bị, dẫn đến giảm chi phí bảo dưỡng và quản lý. Do không phải qua lớp SDH và ATM
nên gói số liệu có hiệu suất truyền dẫn cao nhất, đồng nghĩa với chi phí thấp nhất. Ngoài ra còn
có thể phối hợn với đặc tính lưu lượng không đối xứng của IP, tận dụng băng tần nhằm giảm giá
thành khai thác. Từ đó gián tiếp giảm chi phí cho thuê bao. Rõ ràng đây là một kết cấu mạng trực
tiếp nhất, đơn giản nhất, kinh tế nhất, rất thích hợp sử dụng cho các mạng đường trục
Hiện nay đã có nhiều giải pháp đang được nghiên cứu, phát triển, hoặc là đã được triển khai trên
các mạng của các nhà khai thác trong nhưng năm qua. Xu hướng nghiên cứu tích hợp IP quang
đang diễn ra mạnh mẽ không chỉ ở trong dự án nghiên cứu phát triển của những trung tâm
nghiên cứu khoa học lớn mà nó còn lan rộng trong các phòng thí nghiệm Lab của các trường Đại
học. Theo thống kê của EURESCOM (European Institute for Research and Strategic Studies in
Telecommunication) trong dự án hiện nay trên thế giới có khoảng hơn 13 giải pháp liên quan đến
vấn đề truyền tải IP trên mạng quang
Khi đi vào tìm hiểu và nghiên cứu cho thấy 2 xu hướng khả thi, một là khai thác ưu điểm của
công nghệ hiện có trên mạng, thêm tính năng để thích ứng với việc mạng lưu lượng IP với kích
thước gói thay đổi. Xu hướng kia là nghiên cứu ra các giao thức mới phù hợp với đặc tín lưu
lượng IP. Điều này được thể hiện rõ khi ta gắn các giải pháp trên vào mô hình phân lớp mạng. 11
Hình 3: Các mô hình phân lớp mạng
Trong đó lớp thích ứng ATM (ALL 5) sẽ đóng vai trò cung cấp dịch vụ và chức năng định tuyến
lớp 3
MỤC LỤC
NỘI DUNG
MỤC LỤC
CHỮ VIẾT TẮT
Lời mở đầu
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IP
1.1 Giới thiệu chung
1.2 IPv4
1.3 Ưu điểm của IPv6 so với IPv4
1.4 Sử dụng IPv4 hay IPv6
1.5 IPv6 cho IP/WDM
CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ IP TRÊN MẠNG QUANG
2.1 Các thế hệ mạng WDM
2.2 Nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang
2.2.1 Xu hướng tích hợp WDM
2.2.2 Giới thiệu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang
2.2.3 Thích ứng IP trên WDM
2.2.3.1 IP/ATM/SDH cho truyền dẫn WDM
2.2.3.2 IP/ATM trực tiếp trên WDM
2.2.3.3 IP/PDH/SDH cho truyền dẫn WDM
2.2.3.4 Các giao thức hỗ trợ truyền dẫn SONET/SDH trên WDM
2.2.3.4.1Phương thức đóng khung HDLC (POS)
2.2.3.4.2 MAPOS (Multiple-access protocol overl SONET)
2.2.3.4.3 Phương thức đóng khung LAP (Link Accsess Procedure-SDH)
2.2.3.4.4 Phương thức đóng khung GFP (Generic Framing Procedure-GFP)
2.2.3.4.5 Kết chuỗi ảo (Virtual Concatenation-VCAT)
2.2.3.4.6 LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme)
2.2.3.5 IP/Gigabit Ethernet cho WDM
2.2.3.6 IP/SDL trực tiếp trên WDM
2.2.4 Nghiên cứu các giao thức mới
2.2.4.1 RPR/SRP (Resilient Packet Ring/Spacial Reuse Protocol)[1]
2.2.4.2 DTM (Dynamic Transfer Mode)
2.2.4.3 Sử dụng MPLS hỗ trợ chức năng định tuyến IP (IP-MPLS)[6]
2.2.5 Chuyển mạch kênh quang WDM
2.2.5.1 Kỹ thuật WDM
2.2.5.2 Chuyển mạch kênh quang: Định tuyến bước sóng
2.2.6 Chuyển mạch gói quang.[2]
2.2.6.1Các kỹ thuật chuyển mạch gói quang
Vấn đề cần giải quyết trong kỹ thuật đệm quang
Chuyển mạch chùm quang
Chuyển mạch nhãn quang
2.2.4.2.2 Định tuyến lệch
2.2.7 Kết luận
2.3 Phương thức điều khiển trong mạng truyền tải tích hợp IP over WDM
2.3.1 Quá trình phát triển mặt điều khiển
2.3.2 G-MPLS[11]
2.3.2.1 Giới thiệu
2.3.2.2 Hoạt động và nền tảng của MPLS
2.3.2.3 Quá trình phát triển MPLS đến GMPLS
Khác biệt giữa MPLS và GMPLS
2.3.2.4 Bộ giao thức G-MPLS
2.3.2.5 Mục tiêu và các chức năng mặt điều khiển GMPLS
2.3.2.6 Kiến trúc các thành phần của mặt điều khiển GMPLS
2.3.2.6.1 Yêu cầu của mặt điều khiển
2.3.2.6.2 Mạng thông tin số liệu hỗ trợ mặt điều khiển GMPLS
Các yêu cầu mặt điều khiển GMPLS đối với DCN
Tách riêng mặt điều khiển và mặt truyền tải
2.3.2.7 Báo hiệu trong GMPLS
2.3.2.7.1 Các chức năng cơ bản
Tạo LSP
Xoá LSP
Thay đổi LSP
2.3.2.7.2 Hỗ trợ phục hồi
2.3.2.7.3 Hỗ trợ xử lý loại trừ
2.3.2.7.4 Phối hợp báo hiệu
2.3.2.8 Các lợi ích của G-MPLS
2.3.3 Mạng chuyển mạch quang tự động (ASON)[9]
2.3.3.1 Khái niệm
2.3.3.2 Mô hình ASON
Các yêu cầu chung của ASON
2.3.3.3 Các chức năng của ASON
2.3.3.3.1 Chức năng mạng lõi ASON
2.3.3.3.2 Chức năng biên của ASON
Mô hình đường biên mạng
Chức năng liên quan đến dịch vụ lớp khách
Chức năng liên quan đến truyền tải quang ở lõi
Chức năng liên quan đến giao diện vật lý:
2.3.3.4 Các mô hình dịch vụ cho kiến trúc ASON
2.3.3.4.1 Mô hình dịch vụ xếp chồng
2.3.3.4.2 Mô hình dịch vụ đồng cấp
Kết luận