Đề tài Tìm các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang

i Nội dung khoá luận tốt nghiệp 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. ii MỤC LỤC Lời mở đầu.................................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IP ................................................................................................ 2 1.1 Giới thiệu chung ................................................................................................................ 2 1.2 IPv4 ................................................................................................................................... 2 1.3 Ưu điểm của IPv6 so với IPv4 ............................................................................................ 4 1.4 Sử dụng IPv4 hay IPv6. ..................................................................................................... 6 1.5 IPv6 cho IP/WDM ............................................................................................................. 7 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ IP TRÊN MẠNG QUANG .............................................................. 8 2.1 Các thế hệ mạng WDM. ..................................................................................................... 8 2.2 Nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang .................................................. 9 2.2.1 Xu hướng tích hợp WDM ........................................................................................... 9 2.2.2 Giới thiệu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang .......................................... 11 2.2.3 Thích ứng IP trên WDM .......................................................................................... 13 2.2.3.1 IP/ATM/SDH cho truyền dẫn WDM ................................................................... 13 2.2.3.2 IP/ATM trực tiếp trên WDM ............................................................................... 15 2.2.3.3 IP/PDH/SDH cho truyền dẫn WDM ................................................................... 16 2.2.3.4 Các giao thức hỗ trợ truyền dẫn SONET/SDH trên WDM .................................. 16 2.2.3.4.1Phương thức đóng khung HDLC (POS) .......................................................... 16 2.2.3.4.2 MAPOS (Multiple-access protocol overl SONET) ......................................... 19 2.2.3.4.3 Phương thức đóng khung LAP (Link Accsess Procedure-SDH) ..................... 20 2.2.3.4.4 Phương thức đóng khung GFP (Generic Framing Procedure-GFP) ............. 22 2.2.3.4.5 Kết chuỗi ảo (Virtual Concatenation-VCAT) ................................................. 23 2.2.3.4.6 LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) .................................................... 24 2.2.3.5 IP/Gigabit Ethernet cho WDM ........................................................................... 25 2.2.3.6 IP/SDL trực tiếp trên WDM ................................................................................ 27 2.2.4 Nghiên cứu các giao thức mới ................................................................................. 28 2.2.4.1 RPR/SRP (Resilient Packet Ring/Spacial Reuse Protocol) .................................. 28 2.2.4.2 DTM (Dynamic Transfer Mode) ......................................................................... 31 2.2.4.3 Sử dụng MPLS hỗ trợ chức năng định tuyến IP (IP-MPLS) ................................ 32 2.2.5 Chuyển mạch kênh quang WDM .............................................................................. 36 2.2.5.1 Kỹ thuật WDM.................................................................................................... 36 2.2.5.2 Chuyển mạch kênh quang: Định tuyến bước sóng .............................................. 36 2.2.6 Chuyển mạch gói quang. ......................................................................................... 38 2.2.6.1Các kỹ thuật chuyển mạch gói quang................................................................... 39 2.2.4.2 Định tuyến lệch .................................................................................................. 45 2.2.7 Kết luận ................................................................................................................... 45 2.3 Phương thức điều khiển trong mạng truyền tải tích hợp IP over WDM ............................ 46 2.3.1 Quá trình phát triển mặt điều khiển ......................................................................... 47 2.3.2 G-MPLS .................................................................................................................. 48 2.3.2.1 Giới thiệu ........................................................................................................... 48 2.3.2.2 Hoạt động và nền tảng của MPLS ...................................................................... 49 2.3.2.3 Quá trình phát triển MPLS đến GMPLS ............................................................. 50 iii 2.3.2.4 Bộ giao thức G-MPLS ........................................................................................ 51 2.3.2.5 Mục tiêu và các chức năng mặt điều khiển GMPLS ............................................ 53 2.3.2.6 Kiến trúc các thành phần của mặt điều khiển GMPLS ........................................ 54 2.3.2.6.1 Yêu cầu của mặt điều khiển ........................................................................... 54 2.3.2.6.2 Mạng thông tin số liệu hỗ trợ mặt điều khiển GMPLS ................................... 55 2.3.2.7 Báo hiệu trong GMPLS ...................................................................................... 57 2.3.2.7.1 Các chức năng cơ bản ................................................................................... 58 2.3.2.7.2 Hỗ trợ phục hồi ............................................................................................. 59 2.3.2.7.3 Hỗ trợ xử lý loại trừ ...................................................................................... 59 2.3.2.7.4 Phối hợp báo hiệu ......................................................................................... 60 2.3.2.8 Các lợi ích của G-MPLS..................................................................................... 61 2.3.2.9 Các vấn đề còn tồn tại của GMPLS .................................................................... 61 2.3.3 Mạng chuyển mạch quang tự động (ASON) ............................................................. 63 2.3.3.1 Khái niệm ........................................................................................................... 63 2.3.3.2 Mô hình ASON ................................................................................................... 63 2.3.3.3 Các chức năng của ASON .................................................................................. 66 2.3.3.3.1 Chức năng mạng lõi ASON ............................................................................ 66 2.3.3.3.2 Chức năng biên của ASON ............................................................................ 67 2.3.3.4 Các mô hình dịch vụ cho kiến trúc ASON ........................................................... 72 2.3.3.4.1 Mô hình dịch vụ xếp chồng ............................................................................ 72 2.3.3.4.2 Mô hình dịch vụ đồng cấp ............................................................................. 73 Kết luận .................................................................................................................................... 745 iv Chữ viết tắt AAL ATM Adaptation Layer Lớp thích ứng ATM ADM Add-Drop Multiplexer Bộ xen rẽ APS Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân chia địa chỉ ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tin không đồng bộ BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên CAC Call Admission Control Điều khiển nhận cuộc gọi CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit không đổi CIDR Classless Inter-Domain Routing Định tuyến liên vùng không phân lớp CLP Cell Loss Priority Độ ưu tiên mất tế bào CoS Class of Services Lớp dịch vụ CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra độ dư thừa theo chu kỳ DPT Dynamic Packet Transport Truyền tải gói động DTM Dynamic Transfer Mode Chế độ truyền tải động DVMRP Distance Vector Multicast Routing Protocol Giao thức định tuyến vecto khoảng cách DWDM Density Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng mật độ cao DXC Digital Cross-Connect Kết nối chéo kênh EGP Exterior Gateway Protocol Giao thức cổng ngoài FCS Frame Check Sequence Chuỗi kiểm tra khung FDDI Fiber Distributed Data Interface Giao diện số phân bố theo cáp quang FDL Fibre Delay Line Trễ đường cáp quang FEC Forward Equivalence Class (in MPLS)Lớp phát chuyển tương ứng FEC Forward Error Correction (in error correction) Sửa lỗi trước GbE Gigabit Ethernet Ethernet tốc độ Gigabit HDLC High-level Data Link Control Điều khiển tuyến dữ liệu số mức cao v ID Identity Mã nhận dạng IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers Viện đào tạo các kỹ sư điện và điện tử IGP Interior Gateway Protocol Giao thức cổng trong IP Internet Protocol Giao thức Internet IPng IP next generation IP kế tiếp IPS Intelligent Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ thông minh IPv4 IP version 4 Giao thức Internet phiên bản 4 IPv6 IP version 6 (=IPng) Giao thức Internet phiên bản 6 ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số đa truy nhập ISO International Standards Organisation Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ITU International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế L2 Layer 2 Lớp 2 L3 Layer 3 Lớp 3 LAN Local Area Network Mạng cục bộ LAPS LAN Adapter Protocol Support Program Hỗ trợ giao thức đáp ứng LAN LCP Link Control Protocol Giao thức điều khiển đường LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn LF Link Failure Sự cố tuyến LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn LLC Logical Link Control Điều khiển đường logic LOF Loss of Frame Mất khung LOP Loss Of Packet Mất gói LOS Loss Of Signal Mất tín hiệu LSP Lable Switched Path Đường chuyển mạch nhãn LSR Lable Switch Router Định tuyến chuyển mạch nhãn MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập vi MAPOS Multiple Access Protocol Over SONET Giao thức đa truy nhập qua SONET MBGP Multicast Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên quảng bá MPS Multi Protocol Lambda Switching Chyển mạch Lamda đa giao thức MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPOA Multi Protocol Over ATM Đa giao thức theo ATM NGN Next Generation Network Mạng thế hệ mới OADM Optical Add Drop Multiplexer Bộ ghép xen rẽ quang OAM Operation, Administration and Maintenance Khai thác, Quản trị và Bảo dưỡng OBS Optical burst switching Chuyển mạch cụm quang OC Optical Carrier Sóng mang quang OCH Optical Channel Kênh quang OCHP Optical Channel Protection Bảo vệ kênh quang OE Opto-electronic conversion Chuyển đổi quang-điện ODL Optical Delay Line Trễ đường quang OEO Optical- Electronical- Optical Quang-Điện-Quang OEXC Opto-Electric Cross-Connect Kết nối chéo quang-điện OL Optical Label Nhãn quang OLA Optical Line Amplifier Bộ khuếch đại đường quang OLC Optical Label Channel Kênh nhãn quang OLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quang OMS Optical Multiplex Section Ghép vùng quang OMSP Optical Multiplex Section Protection Bảo vệ ghép vùng quang ON Optical Network Mạng quang OEO Optical-Electrical-Optical Quang-Điện-Quang OOO Optical-Optical-Optical Quang-Quang-Quang OP Optical Packet Gói quang OPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quang vii OS Operating System Hệ thống khai thác OSC Optical Supervisory Channel Kênh giám sát quang OSI Open System Interconnection Liên kết nối hệ thống mở OSPF Open Shortest Path First Thuật toán tìm đường ngắn nhất OTDM Optical Time Division Multiplexing Ghép quang theo thời gian OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang PDH Plesiochronous Digital Hierachy Phân cấp số cận đồng bộ POL Packet Over Lightwave Chuyển mạch gói qua bước sóng POS Packet Over SONET/SDH Gói qua SONET/SDH PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm điểm QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QoSig quality of signal Chất lượng tín hiệu RSVP Resource ReSerVation Protocol Giao thức dự trữ tài nguyên SDH Synchronous Digital Hierarchy Truyền dẫn đồng bộ SDL Simple Data Link Đường dữ liệu đơn giản SDLC Synchronous Data Link Control Điều khiển tuyến dữ liệu đồng bộ SLA Service Level Agreement Sự thỏa thuận mức dịch vụ SNAP Sub Network Access Point Điểm truy nhập mạng con SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ STM Synchronous Transport Module Chế độ truyền tải đồng bộ SVC Switched Virtual Channels Kênh chuyển mạch ảo TCA Traffic Conditioning Agreement Sự thỏa thuận điều kiện lưu lượng TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thờigian TOS Type Of Service Kiểu dịch vụ VC Virtual Connection (in ATM) Kết nối ảo (trong ATM) VC Virtual Container (in SDH) Gói ảo (trong SDH) VCI Virtual Channel Identifier Bộ nhận dạng kênh ảo viii VP Virtual Path Đường ảo WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WC Wavelength conversion Chuyển đổi bước sóng WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng 1 Lời mở đầu 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 ÷ 4 lần. Đến năm 2010, lưu lượng số đã đạt đến gấp hàng chục lần lưu lượng thoại. Kiến trúc mạng IP ngày nay được xây dựng theo ngăn mạng xếp chồng những công nghệ như ATM, SDH và WDM. Do có nhiều lớp liên quan nên đặc trưng của kiến trúc này là dư thừa tính năng; và chi phí liên quan đến vận hành khai thác cao. Hơn nữa, kiến trúc này trước đây sử dụng để cung cấp chỉ tiêu đảm bảo cho dịch vụ thoại và thuê kênh, không được thiết kế phù hợp cho mạng số liệu. Do đó nó không thật sự thích hợp đối với các ứng dụng hoạt động dựa trên công nghệ chuyển mạch gói và đặc biệt là những ứng dụng có nguồn gốc IP. 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. Trong quá trình thực hiện đề tài, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô tại Khoa Điện Tử Viễn Thông- Trường Đại Học Công Nghệ, nhất là thầy giáo PGS.TS Nguyễn Kim Giao- người đã trực tiếp hướng dẫn em. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IP 1.1 Giới thiệu chung Như chúng ta đã biết Internet là một mạng máy tính toàn cầu, do hàng nghìn mạng máy tính từ khắp mọi nơi nối lại tạo nên. Khác với cách tổ chức theo các cấp: nội hạt, liên tỉnh, quốc tế của một mạng viễn thông như mạng thoại chẳng hạn, mạng Internet tổ chức chỉ có một cấp, các mạng máy tính dù nhỏ, dù to khi nối vào Internet đều bình đẳng với nhau. Do cách tổ chức như vậy nên trên Internet có cấu trúc địa chỉ, cách đánh địa chỉ đặc biệt, trong khi cách đánh địa chỉ đối với mạng viễn thông lại đơn giản hơn nhiều. Đối với mạng viễn thông như mạng thoại chẳng hạn, khách hàng ở các vùng khác nhau hoàn toàn có thể có cùng số điện thoại, phân biệt với nhau bằng mã vùng, mã tỉnh hay mã quốc tế. Đối với mạng Internet , do cách tổ chức chỉ có một cấp nên mỗi một khách hàng hay một máy chủ đều có một địa chỉ internet duy nhất mà không được phép trùng với bất kỳ ai. Do vậy mà địa chỉ trên Internet thực sự là một tài nguyên. Hàng chục triệu máy chủ trên hàng trăm nghìn mạng. Để địa chỉ không được trùng nhau cần phải có cấu trúc địa chỉ đặc biệt quản lý thống nhất và một Tổ chức của Internet gọi là Trung tâm thông tin mạng Internet - Network Information Center (NIC) chủ trì phân phối, NIC chỉ phân địa chỉ mạng (Net ID) còn địa chỉ máy chủ trên mạng đó do các Tổ chức quản lý Internet của từng quốc gia một tự phân phối. (Trong thực tế để có thể định tuyến (routing ) trên mạng Internet ngoài địa chỉ IP còn cần đến tên riêng của các máy chủ (Host) - Domain Name). 1.2 IPv4 Địa chỉ IPv4 gồm 32 bit, chia thành bốn octet, mỗi octet là một byte. Địa chỉ IP được chia thành năm lớp A, B, C, D và E. Giả sử Net_ID và Host_ID lần lượt là định danh mạng và trạm. Địa chỉ IP được biễu diễn dưới dạng . Với IPv4 chúng ta có 232 (4,3 tỷ) địa chỉ. Kề từ khi chính thức đựơc đưa vào sử dụng và được định nghĩa trong kiến nghị RFC791 năm 1981 đến nay, Ipv4 đã chứng minh được khả năng dễ triển 3 khai, dễ phối hợp và hoạt động và tạo ra sự phát triển bùng nổ của các mạng máy tính. Tuy nhiên đến thời điểm hiện tại với sự phát triển công nghệ hiện nay, hầu như tất cả tất cả các thiệt bị điện tử trong tương lai sẽ tích hợp dịch vụ IP, hơn nữa sự tăng vọt ồ ạt các ứng dụng và công nghệ cũng như các thiết bị di động khác đã làm cho không gian địa chỉ Ipv4 ngày càng chật hẹp và bộc lộ nhiều điểm yếu của Ipv4: - Thiếu địa chỉ IP do sự tăng quá nhanh của các host trên mạng Internet đã dẫn đến tình trạng thiếu địa chỉ IP trầm trọng để gán cho các node. Trong những năm 1990, CIDR đựơc xây dựng dựa trên khái niệm mặt nạ địa chỉ (address mask). CIDR đã tạm khắc phục được những vấn đề nêu trên. Khía cạnh tổ chức mang tính thứ bậc của CIDR đã cải tiến khả năng mở rộng của Ipv4. Mặc dù có thêm nhiều công cụ khác ra đời như kĩ thuật subnetting (1985), kĩ thuật VLSM (1987) và CIDR (1993), các kĩ thuật trên đã không cứu với IPv4 ra khỏi một vấn đề đơn giản: không có đủ địa chỉ cho các nhu cầu tương lai. Do đó, một vài giải pháp tạm thời, chẳng hạn dùng RFC1918 trong đó dùng một phần không gian địa chỉ làm các địa chỉ dành riêng và NAT là một công cụ cho phép hàng ngàn host truy cập vào Internet chỉ một vài IP hợp lệ để tận dụng tốt hơn không gian địa chỉ của IPv4. - Quá nhiều các routing entry (bản ghi định tuyến) trên các backbone router : Với tình hình hiện tại, do không có sự phân cấp địa chỉ IPv4 nên số lượng các routing entry trở nên rất lớn, lên tới 110.000 bản ghi. Việc này làm chậm quá trình xử lý của router, làm giảm tốc độ mạng. - An ninh của mạng : với IPv4, đã có nhiều giải pháp khắc phục nhược điểm như IPSec, DES, 3DES… nhưng các giải pháp này đều phải cài đặt thêm và có nhiều phương thức khác nhau với mỗi loại sản phẩm chứ không đựơc hỗ trợ ở mức bản thân của giao thức. - Nhu cầu về các ứng dụng thời gian thực hay vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS : Các thách thức mới từ việc nảy sinh các dịch vụ viễn thông, các yêu cầu truyền thời gian thực cho các dịch vụ multimedia, video, âm 4 thanh qua mạng, sự phát triển của thương mại điện tử đã đặt ra việc đảm bảo QoS cho các ứng dụng QoS trong IPv4 cũng được xác định trong trường TOS và phần nhận dạng tải trọng của gói tin IP. Tuy nhiên trường TOS này có tính ít tính năng. 1.3 Ưu điểm của IPv6 so với IPv4 Do các vấn đề đặt ra ở trên nên một phiên bản của giao thức mới đã được giới thiệu. Xuất phát điểm của IPv6 có tên gọi là Ipng (Internet Protocol Next Generation). Sau đó, IPng được gán với phiên bản 6 và lấy tên chính thức là IPv6. Quan điểm chính khi thiết kế từng bước thay thế IPv4, không tạo ra sự biến đổi quá lớn với các tầng trên và dưới. - Mở rộng của không gian địa chỉ : Địa chỉ của IPv6 bao gồm 128bit so với 32bit của địa chỉ IPv4. Với phạm vi của địa chỉ IPv6, việc cung cấp địa chỉ trở nên thoải mái hơn rất nhiều. Về mặt lý thuyết, 128bit địa chỉ có khả năng cung cấp 2128 địa chỉ, nhiều hơn địa chỉ IPv4 khoảng 8 tỷ tỷ tỷ lần. Số địa chỉ này sẽ đáp ứng được sự bùng nổ của các thiết bị IP trong tương lai. Ngoải ra IPv6 còn cung cấp phương thức mới tự động cấu hình địa chỉ và xây dựng một phép kiểm tra tính duy nhất của địa chỉ IP. - Kết cấu địa chỉ định tuyến được phân cấp hiệu quả: Địa chỉ IPv6 được thiết kết để tạo ra cơ sở định tuyến phân cấp, hiệu quả và có khả năng tập hợp lại dựa trên sự phân cấp thành nhiều mức của các nhà cung cấp dịch vụ (ISP). Như vậy các bảng định tuyến trên các router backbone sẽ gọn nhẹ hơn nhiều. - Dạng header mới: Phần Header của IPv6 được giảm xuống tới mức tối thiểu bằng việc chuyển tất cả các trường phụ thuộc hoặc không cần thiết xuống phần header còn lại nằm ngay sau phần header của IPv6. Việc tổ chức hợp lý phần header này làm tăng hiệu quả xử lý tại các router trung gian. IPv6 header và IPv4 header là không tương thích với nhau, do đó các node phải được cài đặt 2 phiên bản IP mới có thể xử lý được các header khác nhau này. 5 - Tự động cấu hình địa chỉ: Tương tự như IPv4, IPv6 cũng cung cấp khả năng cấu hình địa chỉ tự động DHCP, ngoài ra còn đưa thêm khả năng tự động cấu hình địa chỉ khi không có DHCP Server. Trong một mạng, các host có thể tự động cấu hình địa chỉ của nó bằng cách sử dụng IPv6 Prefix nhận đựơc từ router (gọi là địa chỉ link-local). Hơn nữa trong một mạng mà không có router thì host cung có thể cấu hình địa chỉ link-local để liên lạc với các host khác. - Bảo mật: Hỗ trợ IPSec đã được hỗ trợ ngay bản thân của IPv6. Yêu cầu bắt buộc này như là một tiêu chuẩn cho an ninh mạng, đồng thời mở rộng khả năng làm việc được với nhau của các loại sản phẩm. - Chất lượng dịch vụ tốt hơn (QoS): Phần header của IPv6 được đưa thêm vào một số trường mới. trường nhãn luồng (flow label) ở IPv6 header được dùng để đánh nhãn cho các luồng dữ liệu. Từ đó các Router có thể có những xữ lý khác nhau với các gói tin thựôc các luồng dữ liêuk khác nhau. Do trưòng Flow label nằm trong IPv6 header nên QoS vẫn được đảm bảo khi phần tải trọng được mã hoá bởi IPSec. - Khả năng mở rộng tốt: IPv6 có khả năng mở rông tốt bằng việc sử dụng header mở rộng ngay sau phần IPv6 header. Điều này cho phép thêm vào các chức năng mạng mới. Không giống như IPv4, phần lựa chọn địa chỉ có 40 byte thì với IPv6, phần mở rộng chỉ bị hạn chế bởi kích thước của gói tin IPv6. Có 3 loại địa chỉ IPv6. Đó là Unicast, Anycast và Multicast  Địa chỉ Unicast xác định một giao diện đơn.  Địa chỉ Anycast xác định một tập các giao diện sao cho một Packet gửi đến một địa chỉ Anycast sẽ được phát tới một thành viên của nó.  Địa chỉ Multicast xác định một nhóm các giao diện, sao cho một Packet gửi đến một địa chỉ Multicast sẽ được phát tới tất cả mọi giao diện của nhóm. Không có địa chỉ Broadcast trong IPv6, nó đã được thay thế bằng địa chỉ Multicast. 6 Một đặc tính mới của IPv6 so với IPv4 đó là khả năng hỗ trợ QoS tại lớp mạng. Tuy nhiên, điều này được thực hiện gián tiếp qua nhãn luồng và chỉ thị ưu tiên, và không có sự đảm bảo nào về QoS từ đầu đến cuối cũng như không thực hiện chức năng dành trước tài nguyên mạng. Dù sao khi các tính năng của IPv6 được sử dụng với các giao thức dành trước tài nguyên mạng như RSVP chất lượng dịch vụ từ đầu đến cuối được đảm bảo. Đặc tính bảo mật của IPv6 hỗ trợ cho tính hợp pháp và bí mật cá nhân. Chúng cũng cung cấp chức năng cơ bản cho việc tính cước dịch vụ và lưu lượng tương lai theo cước phí. Nhằm cải thiện vấn đề định tuyến, định dạng mào đầu (cơ sở) của IPv6 sẽ được cố định; điều này cho phép giảm thời gian xử lý ở phần mềm do phần cứng thực hiện nhanh hơn nên định tuyến cũng sẽ nhanh hơn. Nhiều thay đổi chủ yếu tập trung ở phần phân tách số liệu. Trong IPv6, phân tách số liệu được thực hiện tại phía nguồn và khác với IPv4, bộ định tuyến có dung lượng kích thước gói giới hạn. Kết hợp với những thay đổi này bộ định tuyến IPv6 phải hỗ trợ tối thiểu 576 byte so với 68 byte của bộ định tuyến IPv4. Tất cả thông tin về phân tách được chuyển từ mào đầu IP tới phần mào đầu mở rộng nhằm đơn giản hóa giao thức và nâng tốc độ xử lý số liệu IP trong bộ định tuyến. Kiểm tra lỗi ở mức IP không được thực hiện trong IPv6 để giảm khối lượng xử lý và cải thiện định tuyến. Kiểm tra lỗi tiêu tốn nhiều thời gian, mất nhiều bit mào đầu và dư thừa khi cả lớp định tuyến và lớp truyền tải đều có chức năng kiểm tra tin cậy. 1.4 Sử dụng IPv4 hay IPv6. Đến bây giờ chúng ta có thể khẳng định rằng IPv6 chưa thể thay thế IPv4 ngay được. Hai phiên bản IP này sẽ cùng tồn tại trong nhiều năm nữa. Về nguyên lý, có thể thực thi IPv6 bằng cách nâng cấp phần mềm thiết bị IPv4 hiện thời và đưa ra một giai đoạn chuyển đổi để giảm thiểu chi phí mua sắm thiết bị mới và bảo vệ vốn đầu tư quá khứ. Tuy nhiên, có một điều chưa chắc chắn đó là liệu tất cả các nhà khai thác Internet sẽ chuyển sang công nghệ IPv6 hay không? Điều này phụ thuộc rất lớn vào lợi ích mà nhà khai thác thu được khi chuyển sang nó. Hiện tại, vây quanh các nhà khai thác vẫn là các bộ định tuyến IPv4 và phần lớn lưu lượng trên mạng thích ứng cho IPv4, đây không chỉ là một yếu tố làm hạn chế sự thay 7 đổi. Một đặc tính khác lôi cuốn các nhà khai thác có cơ sở hạ tầng phát triển nhanh đó là đặc tính cắm và chạy (Plug and Play), nó làm cho mạng IPv6 dễ dàng trong việc cấu hình và bảo dưỡng hơn so với mạng IPv4. Để dễ dàng khi chuyển sang IPv6 thì các ứng dụng của IPv4 và IPv6 phải có khả năng liên kết và phối hợp hoạt động với nhau (ví dụ các nhà sản xuất Internet Browser cần phân phối cho các Client khả năng thông tin với cả IPv4 và IPv6). Một điều quan trọng và tiên quyết cho việc phối hợp họat động đó là IPv6 cần hoạt động theo kiểu Host ngăn kép: một cho ngăn giao thức IPv4 và một cho ngăn giao thức IPv6. Như vậy, chúng ta có thể thấy rằng trước mắt sự xuất hiện IPv6 chỉ làm cho sự lựa chọn thêm khó khăn (cũng giống như lợi ích của việc định tuyến hiệu quả còn tùy thuộc vào liệu các nhà khai khác có sử dụng IPv6 không). Về lâu dài, sự nghi ngại về độ phức tạp và hiệu quả của IPv6 so với IPv4 sẽ được loại bỏ vì đến nay các ứng dụng IP đang cố thu nạp những điểm mạnh của IPv6 chẳng hạn như QoS. 1.5 IPv6 cho IP/WDM Vấn đề chính của chúng ta là phải xác định xem những gì cần cho mạng và những gì nên loại bỏ để làm cho truyền tải IP trên mạng WDM hiệu quả hơn. Trong bối cảnh hiện nay, IPv6 là phiên bản hợp lý nhất để hiện thực hóa điều này, để mạng tối ưu hơn. Mào đầu nhỏ và hiệu quả cao, không có chức năng kiểm tra lỗi trong giao thức đó là ưu điểm của việc sử dụng IPv6. Điều này có nghĩa là yêu cầu cơ bản đối với hạ tầng WDM là phân phối dung lượng truyền tải tin cậy, đó là một trong những điểm giá trị nhất của nó. Trong bất kỳ trường hợp nào, sự thích ứng mới giữa IP và WDM cần được phát triển. Lớp thích ứng này phải có khả năng dành trước tài nguyên. Kịch bản này xem các bộ định tuyến IPv4 được thích ứng ở biên của mạng WDM, điều này đồng nghĩa với việc tạo ra một quá trình chuyển đổi dần dần tại biên giới giữa các thành phần mạng. Sử dụng IPv6 trong phần lõi của mạng WDM sẽ đem lại hiệu quả, khả năng mở rộng lớn hơn so với IPv4. 8 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ IP TRÊN MẠNG QUANG 2.1 Các thế hệ mạng WDM. Thế hệ WDM đầu tiên được sử dụng trong mạng WAN. Cấu hình mạng WAN WDM được cài đặt nhân công hoặc cố định. Đường truyền WDM cung cấp các kết nối điểm nối điểm với tốc độ thấp. Kỹ thuật chính trong WDM thế hệ đầu tiên là thiết kế và phát triển Laser WDM, các kỹ thuật khuếch đại quang, các giao thức truy nhập và định tuyến tĩnh. Các thiết bị xen, ré bước sóng quang WADM cũng được sử dụng trong mạng MAN. Các thiết bị đấu nối chéo quang DXC được sử dụng để kết nối các vòng Ring WADM. Các kết nối này có thể là băng thông rộng hoặc băng thông hẹp. Ứng dụng của các hệ thống WDM thế hệ đầu tiên là các trung kế chuyển mạch cho tín hiệu thoại, các đường truyền E1, T1. Thế hệ WDM thứ hai có khả năng thiết lập các kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối trên lớp quang bằng cách sử dụng WSXC. Các đường quang này có cấu trúc (topology) ảo trên topology vật lý của cáp sợi quang. Cấu hình các bước sóng ảo này được cài đặt mềm dẻo hơn theo yêu cầu sử dụng. Kỹ thuật chính WDM thế hệ thứ hai là xen, rẽ bước sóng quang, các thiết bị đấu nối chéo, bộ biến đổi bước sóng quang tại các bộ đấu nối chéo, định tuyến động và phân bổ bước sóng quang, các giao diện để kết nối với các mạng khác. Thế hệ WDM thứ ba phát triển theo hướng mạng chuyển mạch gói quang không có kết nối. Trong mạng này, các nhãn hoặc mào đầu quang được gắn kèm với số liệu, được truyền cùng với tải và được xử lý tại các bộ chuyển mạch WDM quang. Căn cứ vào tỷ số của thời gian xử lý gói tin mào đầu và thời gian xử lý toàn bộ gói tin, các bộ chuyển mạch quang WDM có thể chia thành hai loại: Chuyển mạch nhãn (OLS) hoặc chuyển mạch nhóm (OBS). Một số ví dụ thiết bị WDM thế hệ ba là: Bộ định tuyến (Router) quang chuyển mạch nhãn, Router quang Gigabit, Chuyển mạch quang nhanh. Khả năng kết hợp với nhau trong vận hành giữa mạng WDM và mạng IP là vấn đề trọng tâm trong mạng WDM thế hệ ba. Kết hợp định tuyến và phân bổ bước sóng trên cơ sở chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) được coi là chuyển 9 mạch nhãn đa giao thức tổng quát (Generalized MPLS) thể hiện nhiều ưu điểm vượt trội. Nhiều kỹ thuật phần mềm quan trọng như quản lý băng thông, đặt lại cấu hình, khôi phục, hỗ trợ chất lượng dịch vụ cũng đã được thực hiện. Hình 1 : Mạng WDM qua các thế hệ 2.2 Nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang 2.2.1 Xu hướng tích hợp WDM 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 10 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. 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. Hình 2: Xu hướng tích hợp IP/WDM 11 2.2.2 Giới thiệu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang 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. Líp dÞch vô/®Þnh tuyÕn Líp truyÒn t¶i IP POS SDH WDM IP Ethernet GbE SDH WDM IP MAPOS WDM SDL RPR Ethernet SDH SDH (VCnc)/LAPS IP ATM ATM Cell Based SDH WDM ATM IP ATM DTM SDH frame DTM frame based WDM DTM Líp m¹ng quang ATM RSP Ethernet SDH 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. Chức năng Lớp 2 được xây dựng dựa trên các công nghệ hiện đã trưởng thành như SDH, ATM, Ethernet, DTM và WDM. Một số giao thức như MPOA/LAPS, RSP, POS, SDL được phát triển trong lớp mạng này thực hiện bao 12 gói IP (Encapsulation) trong các định dạng khung cho truyền dẫn trên các bước sóng quang. Một điều dễ nhận thấy là các giao thức này đều được xây dựng quanh các công nghệ đã trưởng thành kể trên. Chúng ta hoàn toàn có thể lý giải được điều này: các dự án nghiên cứu phần lớn chịu ảnh hưởng bởi nguồn tài chính từ các nhà khai thác mạng, sản xuất thiết bị, như thế nó sẽ chỉ giải quyết những vấn đề đang tồn tại của họ. Chính vì vậy các nghiên cứu về giao thức truyền tải cũng chỉ tập trung vào những công nghệ này mà thôi. Lớp 1- giao diện vật lý, sẽ là các tế bào ATM (theo giao diện STM-1 hoặc STM-4), khung truyền dẫn SDH, Ethernet, DTM và Digital Wrapper (G.907). Các bước sóng quang đóng vai trò tuyến kết nối điểm - điểm giữa các nút trong mạng. Đôi khi người ta xem các bước sóng này tạo thành lớp quang đóng vai trò. Lớp 0, nghĩa là nó thuần tuý chỉ là tuyến vật lý cung cấp kết nối giữa các thành phần trong mạng truyền tải. Cấn nhớ thêm rằng là khi xuất hiện chuyển mạch gói quang (OPS), công nghệ này có khả năng hoạt động từ Lớp 1 đến lớp 3 trong mô hình OSI, thì gói IP sẽ được sắp xếp trực tiếp trong gói quang mà không cần qua lớp trung gian. Tuy nhiên phải cần rất nhiều thời gian nữa thì công nghệ chuyển mạch gói quang mới có thể thương mại rộng rãi trên thị trường. Có thể nêu các phương pháp trên bằng các tên gọi sau:  IP/ATM/SDH/WDM  IP/ATM/SDH(frame)/WDM  IP/ATM/WDM  IP/SDH/WDM  IP/SDH(khung)/WDM  IP/Ethernet/SDH/WDM  IP/Ethernet/SDH(khung)/WDM  IP/GbE/WDM  IP/RPR/SDH(khung)/WDM  IP/MAPOS /SDH(khung)/WDM 13  IP/GFP/SDH/WDM  IP/DTM/WDM  IP/DTM/SDH(khung)/WDM  IP/LAPS/SDH(khung)/WDM  IP-MPLS/SDH(khung)/WDM  IP-MPLS/quang (Digital Wrapper -G.907)  IP-GMPLS/quang Cần biết rằng nguyên lý hoạt động của khung SDH (kỹ thuật ghép kênh SDH) có thể ứng dụng trong các thiết bị độc lập hoặc được tích hợp trong thiết bị khác mà có chung phần điều khiển với công nghệ khác. Đó là lý do người ta phân thành hai giải pháp sử dụng khung SDH trong thiết bị độc lập và thiết bị tích hợp (SDH (khung)), phù hợp theo hai mô hình xếp chồng và đồng cấp đang được ứng dụng trong mạng ngày nay. 2.2.3 Thích ứng IP trên WDM 2.2.3.1 IP/ATM/SDH cho truyền dẫn WDM Bảng 1: Ngăn giao thức sử dụng tích hợp cho IP/ATM/SDH IP Được đóng thành các gói kích thước 250 đến 65535 byte. LLC/SNAP Điều khiển tuyến logic thêm 8 byte mào đầu vào gói IP để tạo thành khối dữ liệu giao thức (PDU) ATM. AAL5 Lớp thích ứng ATM5 thêm 8 byte mào đầu (trường độ dài và 4 byte CRC) cộng với trường nhồi (0 đến 47 byte) để tạo thành một PDU AAL5 có kích thước bằng một số nguyên lần tải trọng ATM 48 byte ATM Chia PDU AAL5 thành các tải trọng 48 byte và thêm 5 byte mào đầu để tạo thành các tế bào ATM 53 byte. SDH Đặt các tế bào ATM vào tải trọng VC-4 hoặc VC-4 kết chuỗi SDH. Thêm mào đầu đoạn SDH (81 byte gồm cả con trỏ AU) và 9 byte mào đầu tuyến VC4 vào vùng tải trọng VC4 2340 byte. Trường hợp kết chuỗi các VC4 một VC4-Xc 14 Truyền tải IP qua ATM được thực hiện dưới nhiều giao thức IP/ATM cổ điển, LAN mô phỏng, đa giao thức qua ATM,... Ở đây ta tập trung chủ yếu vào giao thức cổ điển đã được chuẩn hoá và hoàn thiện. Để truyền tải trong các tuyến WDM, phần lớn các định dạng truyền dẫn chuẩn sử dụng khung SDH. Ngăn giao thức cho giải pháp này được trình bày tóm lược trong bảng trên. - Kích thước gói sau lớp ATM AAL5_PDU = IPSIZE + SNAP_HD + AAL5_OH = IPSIZE + 16. Cells/Packet = AAL5_PDU / 48. ATM_PSIZE = (Cells/Packet)*53 = 53*roundup [(IPSIZE + 16)/48] OADM OADM OADM OADM ATM switch IP router IP router e.g. 32 WDM STM16c/ATM interface IP router STM16c/ATM interface STM16c interfaces STM1/ATM interface Hình 4: Biểu diễn kiến trúc mạng khả thi sử dụng IP/ATM/SDH over WDM. Theo cách này, các gói IP được phân tách trong các tế bào ATM và được gán vào các Kết nối ảo (VC) qua Card đường truyền SDH/ATM trong bộ định tuyến IP. Tiếp đến các tế bào ATM được đóng trong khung SDH và được gửi tới chuyển mạch ATM hoặc trực tiếp tới bộ Transponder WDM để truyền tải qua lớp mạng quang (biểu diễn đơn giản như trong Hình 4 cho ring OADM). Hiện tại, một cách thực hiện đảm bảo QoS cho dịch vụ IP là cung cấp một băng tần cố định giữa các cặp thiết bị định tuyến IP cho từng khách hàng (quản lý QoS Lớp 2). ATM cung cấp tính năng thực hiện điều này với tính hạt băng tần 15 thay đổi nhờ các Kênh ảo cố định (PVC) qua hệ thống quản lý ATM hoặc thiết lập Kênh chuyển mạch ảo (SVC) linh hoạt, tất cả nằm trong Luồng ảo (VP). Hoặc cũng có thể sử dụng phương pháp ghép kênh thống kê cho phép người sử dụng có thể truy nhập băng tần phụ trong một khoảng thời gian ngắn. Điều này đảm bảo băng tần tuỳ ý và cố định từ 1 Mbit/s đến vài trăm Mbit/s cho các khách hàng khác nhau. Ngoài ra, với tính hạt mịn của băng tần có thể cho phép các bộ định tuyến IP kết nối logic dạng mạng nhện (Mesh) một cách dễ dàng, do trễ được giảm thiểu giữa các bộ định tuyến trung gian. Một lợi điểm khác của việc sử dụng giao thức ATM là khả năng thực hiện các hợp đồng lưu lượng khác nhau với nhiều mức chất lượng dịch vụ tuỳ theo ứng dụng yêu cầu. Đối với lưu lượng IP (thực chất là phi kết nối), mạng ATM sẽ chủ yếu sử dụng hợp đồng lưu lượng UBR (tốc độ bit không xác định). Tuy nhiên, nếu các ứng dụng IP nào đó yêu cầu mức QoS riêng, đặc biệt với các ứng dụng thời gian thực cần sử dụng Năng lực chuyển giao (ATC) khác như Tốc độ bit không đổi (CBR) hoặc VBR-rt. Tuy nhiên khi sắp xếp các gói IP có độ dài biến thiên vào các tế bào ATM có độ dài cố định chúng ta phải cần đến phần mào đầu phụ (do gói một gói IP có thể cần đến nhiều tế bào ATM), và đây được gọi là thuế tế bào. Sự khác biệt về kích thước cũng tạo ra yêu cầu lắp đầy khoảng trống trong các tế bào mà có phần mào đầu phụ. Một giải pháp để ngăn chặn yêu cầu trên là sắp xếp các gói trực tiếp liền kề nhau, nhưng điều này cũng đồng nghĩa với việc tăng rủi ro mất hai gói liền nhau khi tế bào bị mất. IP/ATM cũng có thể được sử dụng trong MPLS. Trong trường hợp này, PVC không được thiết lập từ hệ thống quản lý ATM mà linh hoạt từ giao thức MPLS. Đối với MPLS dựa trên ATM, nhãn có thể được lưu trong VCI ATM. 2.2.3.2 IP/ATM trực tiếp trên WDM Một giải pháp khác là truyền tải trực tiếp bào ATM bao gói IP trên kênh WDM. Kịch bản này giống như kịch bản trên theo quan điểm kiến trúc. Sự khác biệt ở đây là các tế bào ATM không được đóng trong các khung SDH mà chúng được gửi trực tiếp qua môi trường vật lý bằng sử dụng tế bào ATM tạo trên lớp vật lý. Tế bào tạo trên lớp vật lý là một kỹ thuật tương đối mới đối với truyền tải ATM. Tế bào dựa trên cơ chế vật lý đã được phát triển riêng cho giao thức ATM; kỹ thuật này không hỗ trợ cho bất kỳ giao thức nào ngoài những giao thức thiết kế cho ATM. 16 Một số ưu điểm của việc sử dụng tế bào dựa trên giao diện SDH như trình bày ở trên:  Kỹ thuật truyền dẫn đơn giản đối với tế bào ATM cũng như các tế bào được gửi trực tiếp trên môi trường vật lý sau khi trộn.  Mào đầu lớp vật lý ít hơn (khoảng 16 lần so với SDH)  ATM là không đồng bộ nên không đòi hỏi cơ chế định thời nghiêm ngặt với mạng. Tuy nhiên, nhược điểm của giải pháp này là phần mào đầu (thuế tế bào) cũng lớn tương tự như đối với truyền tải SDH; công nghệ này không được các nhà công nghiệp phát triển rộng rãi, và kỹ thuật truyền dẫn này chỉ có thể mang riêng các tế bào ATM. Tế bào ATM dựa trên các lớp vật lý được định nghĩa trong một số tổ chức tiêu chuẩn, 155 Mbit/s và 622 Mbit/s của ITU, và hiện tại thì Diễn đàn ATM đã hoàn thành chỉ tiêu cho tốc độ 622 Mbit/s và 2488 Mbit/s. 2.2.3.3 IP/PDH/SDH cho truyền dẫn WDM Truyền tải IP qua môi trường PDH có thể thực hiện dựa trên giao thức PPP và khung HDLC ở lớp 2. Hiện nay, ITU cũng đã chuẩn hoá giải pháp đóng gói IP trong khung PDH qua giao thức LAPS (X.85/Y.1321). Lớp vật lý bao gồm các bước sóng WDM và sợi quang. Để tăng cải thiện chức năng mạng (bảo vệ và khôi phục mạng) cho PDH thì các khung của nó sau đó sẽ được đóng trong các khung SDH trước khi truyền trên bước sóng quang. Ngày nay, do sự bùng nổ lưu lượng số liệu nên giới hạn tốc độ và phương pháp ghép kênh của PDH đã làm cho nó không thể tồn tại trong mạng truyền tải mới. Và sử dụng PDH sẽ làm giảm hiệu quả khai thác của mạng truyền tải quang. Giải pháp kết nối này chỉ còn hiện diện trong những mạng số liệu mà dung lượng kết nối rất thấp. 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) Mạng truyền tải gói IP được đóng trong khung SDH truyền trên môi trường WDM được biểu diễn trong Hình 5. 17 Các khung SDH được dùng để tạo nên khung bao gói IP đơn giản cho truyền dẫn WDM bằng bộ Transponder (thích ứng bước sóng) hoặc truyền tải lưu lượng IP trong khung SDH qua mạng truyền tải SDH cùng với lưu lượng khác sau đó mới sử dụng các tuyến WDM. Giải pháp này tận dụng ưu điểm của SDH để bảo vệ lưu lượng IP chống lại sự cố đứt cáp nhờ chức năng chuyển mạch tự động (APS). Điều này cũng có thể thực hiện trong lớp mạng quang dựa trên WDM. OLA ghép kênh IP router IP router SDH ADM transponder STM- 16 Hình 5. Ví dụ về mạng IP/SDH/WDM Card đường truyền trong bộ định tuyến IP thực hiện tạo khung PPP/HDLC. Tín hiệu quang phải phù hợp với truyền dẫn qua môi trường sợi quang trong phần tử mạng SDH hoặc bộ Transponder WDM. Có một số kiểu giao diện IP/SDH khác:  VC4 hoặc “ống” kết chuỗi VC4 cung cấp băng tần tổng hợp, không có bất cứ sự phân chia nào giữa các dịch vụ IP hiện diện trong luồng gói.  Giao diện kênh hoá, ở đây đầu ra quang STM-16 có thể chứa 16 VC4 riêng rẽ với dịch vụ phân biệt cho từng VC4. VC4 khác nhau cũng có thể được định tuyến qua mạng SDH tới các bộ định tuyến đích khác nhau. 18 Bảng 2. Các giao thức sử dụng cho IP/SDH IP Gói số liệu có độ dài cực đại 65535 byte PPP Đóng khung gói theo PPP (RFC 1661). Thêm “trường giao thức” 1 hoặc 2 byte và thực hiện nhồi theo tuỳ lựa. PPP cũng cung cấp giao thức thiết lập tuyến nhưng không phải là quyết định trong IP/SDH. HDLC Tạo khung (RFC 1662). Thêm 1 byte cờ để chỉ thị điểm bắt đầu của khung, hơn 2 byte cho mào đầu và 2 byte kiểm tra khung (FCS) tạo ra khung có độ dài tới 1500 byte. Cùng với PPP, HDLC tạo thành 7 hoặc 8 byte mào đầu thêm vào gói IP. SDH Đặt các khung HDLC trong tải VC4 hoặc VC4 kết chuỗi (RFC 1619). Thêm mào đầu đoạn SDH (81 byte gồm cả con trỏ AU) và 9 VC4 byte Mào đầu luồng vào 2340 byte tải VC4 SDH. Đối với VC4 kết chuỗi, tải V4-Xc có độ dài X*2340. Các khung được phép vắt ngang qua ranh giới của các VC4. Giống như ATM, đa thức 1+x43 được sử dụng cho trộn tín hiệu để giảm thiểu rủi ro người sử dụng truy nhập với mục đích xấu mà có thể gây mất đồng bộ mạng. Phiên bản IP/WDM được xem xét ở đây sử dụng giao thức PPP và khung HDLC. Phiên bản này cũng được biết dưới tên gọi khác POS hoặc Gói trên SONET. PPP là một phương pháp chuẩn để đóng gói các gói IP và các kiểu gói khác cho truyền dẫn qua nhiều môi trường từ đường điện thoại tương tự tới SDH, và cũng bao gồm chức năng thiết lập và giải phóng các tuyến (LCP). HDLC là phiên bản chuẩn hoá của SDLC theo ISO, giao thức này được IBM phát triển trong những năm 1970. Khung HDLC chứa dãy cờ phân định ranh giới ở điểm đầu và điểm cuối của khung cùng một trường kiểm tra CRC để kiểm soát lỗi.  Định dạng khung HDLC (POS) POS_PSIZE = IPSIZE + POS_OH = IPSIZE + 7 (CRC 16). POS_PSIZE = IPSIZE + POS_OH = IPSIZE + 9 (CRC 32). 19 Hình 6: Định dạng khung HDLC (POS) 2.2.3.4.2 MAPOS (Multiple-access protocol overl SONET) Giao thức MAPOS là giao thức lớp tuyến số liệu hỗ trợ IP trên SDH. Giao thức MAPOS cũng được gọi với một tên khác là Packet Over Lightwave (POL). Đây là một giao thức chuyển mạch gói phi kết nối dựa trên việc mở rộng khung POS (PPP-HDLC) được NTT phát triển. Trước đây MAPOS được phát triển với mục đích mở rộng dung lượng tốc độ cao SONET cho LAN nhưng hiện nay sự hiện diện của Gigabit Ethernet dường đã làm người ta lãng quên nó. Hiện tại cũng có một số chuyển mạch MAPOS được thử nghiệm ở Nhật bản (Tokyo). Trong hình Hình biểu diễn khung MAPOS thế hệ 1 và 2. Giao thức MAPOS /POL được xem như sự mở rộng thành phần khung HDLC. Các trường được truyền trong MAPOS là:  Dãy cờ, sử dụng cho đồng bộ khung.  Địa chỉ, chứa địa chỉ đích HDLC (8 bit trong phiên bản 1 và 16 trong phiên bản 2)  Điều khiển, là trường điều khiển có giá trị 0x03, thuật ngữ chuyên môn trong HDLC nghĩa là khung Thông tin không đánh số với bit Poll/Final được thiết lập bằng 0.  Giao thức, xác định giao thức cho việc bao gói số liệu trong trường thông tin của nó.  Thông tin, chữa gói số liệu tối đa 64 Kbyte.  Dãy kiểm tra khung, được tính trên khắp các bit mào đầu, giao thức, và trường tin 20 Cờ Địa chỉ đích Điều khiển Giao thức Trường thông tin FCS 0x7E 8 bit 0x03 (16bit) (0-65280 bytes) (16/32bit) Cờ Địa chỉ đích Giao thức Trường thông tin FCS 0x7E 16 bit (16bit) (0-65280 bytes) (16/32bit) Hình 7: khung MAPOS Phiên bản 1 và Phiên bản 2 Việc thực hiện giao thức MAPOS trong bộ định tuyến IP chuẩn với các giao diện POS đã được thực hiện trong khoảng thời gian ngắn. Chỉ có hai chức năng mới (Giao thức chuyển mạch nút - NSP và Giao thức phân chia địa chỉ- ARP) được thêm vào giao thức MAPOS . 2.2.3.4.3 Phương thức đóng khung LAP (Link Accsess Procedure-SDH) Giao thức truy nhập tuyến-SDH (LAPS) là một giao thức tuyến số liệu được thiết kế cho mục đích IP/SDH và Ethernet/SDH được ITU-T chuẩn hoá lần lượt trong khuyến nghị X.85, X.86. LAPS hoạt động như khung HDLC bao gồm dịch vụ liên kết số liệu và chỉ tiêu giao thức để thực hiện việc sắp xếp gói IP vào tải SDH. IP/SDH sử dụng LAPS như một sự kết hợp kiến trúc thông tin số liệu giao thức IP (hoặc các giao thức khác) với mạng SDH. Lớp vật lý, lớp tuyến số liệu và lớp mạng hoặc các giao thức khác được hiện diện tuần tự gồm SDH, LAPS và IP hoặc PPP. Mối liên hệ này được biểu diễn như ngăn giao thức/lớp cho IP trên STM-n. Hình dưới mô tả IP/SDH như ngăn giao thức/lớp. 21 LAPS VC bËc thÊp TCP/UDP IP VC bËc cao § o¹ n ghÐp kª nh §o¹ n lÆp § o¹ n ®iÖn/quang G.703/G.957 G.707/Y.1322 Giao thøc Internet Hình 8: Ngăn giao thức/lớp cho IP trên STM-n sử dụng LAPS X.85 (Ngăn TCP/UDP/IP được thay bằng Ethernet đối với X.86) Định dạng khung của LAPS bao gồm:  Trường cờ: chỉ điểm bắt đầu và kết thúc khung (từ mã cố định 01111110)  Trường địa chỉ: liền ngay sau trường cờ được gán giá trị cố định để biểu thị trường cờ liền trước là cờ mở (nếu trường cờ mà không có trường địa chỉ liền sau thì được xem là cờ đóng và cũng được làm vai trò cờ mở của khung kế tiếp).  Trường điều khiển và SAPI: Trường điều khiển có giá trị hexa 0x03 và lệnh thông tin không đánh số với giá trị Poll/Final là 0. SAPI chỉ ra điểm tại đó dịch vụ tuyến số liệu cung cấp cho giao thức lớp 3.  Trường thông tin: chứa thông tin số liệu có độ dài tối đa 1600 byte.  Dãy kiểm tra khung (FCS-32): đảm bảo tính nguyên dạng của thông tin truyền tải  LAPS_PSIZE = IPSIZE + LAPS_OH = IPSIZE + 9 Cờ Địa chỉ Điều khiển Giao thức Thông tin Nhồi Cờ 0x7e 0x04 0x03 SAPI Thông tin LAPS, gói IP 32bit 0x7e Hình 9: Định dạng khung LAPS theo X.85 22 2.2.3.4.4 Phương thức đóng khung GFP (Generic Framing Procedure-GFP) Thủ tục lập khung tổng quát (GFP) được ANSI thảo luận đầu tiên trong T1X1.5; và hiện nay đã được ITU-T chuẩn hoá trong khuyến nghị G.704.1. GFP là một thủ tục lập khung để tạo nên tải có độ dài thay đổi theo byte từ các tín hiệu client mức cao hơn cho việc sắp xếp tín hiệu trong luồng đồng bộ. GFP là một thuật ngữ chung cho hai hướng xếp chồng: ở lớp phía dưới liên quan đến dịch vụ truyền tải sử dụng GFP; và ở lớp phía trên liên quan đến sắp xếp các dịch vụ cung cấp bởi GFP. Ở lớp phía dưới, GFP cho phép sử dụng bất cứ kiểu công nghệ truyền tải nào, mặc dù hiện chỉ chuẩn hoá cho SONET/SDH và OTN (Digital Wrapper, G.709). Tại lớp phía trên, GFP hỗ trợ nhiều kiểu gói khác nhau như IP, khung Ethernet, và khung HDLC như PPP. Ethernet IP/PPP C¸ c d¹ ng tÝn hiÖu kh¸ c GFP-KiÓu lí p client x¸ c ®Þnh (T¶i phô thuéc) GFP-KiÓu chung (T¶i ®éc lËp) Luång SDH VC-n Luång ®ång bé bytekh¸ c Luång ODUk OTN Hình 10: Mối quan hệ GFP với tín hiệu client và luồng truyền tải GFP có hai phương pháp sắp xếp để thích ứng các tín hiệu client vào trong tải SONET/SDH: GFP sắp xếp theo khung (GFP-F) và GFP trong suốt (GFP-T).  GFP-F: sử dụng cơ chế tìm hiệu chỉnh lỗi mào đầu để phân tách khung GFP nối tiếp (giống như cơ chế sử dụng trong ATM) trong dòng tín hiệu ghép kênh cho truyền dẫn. Do độ dài tải GFP thay đổi nên cơ chế này đòi hỏi khung tín hiệu client được đệm toàn bộ lại để xác định độ dài trước khi sắp xếp vào khung GFP.  GFP-T: một số lượng đặc tính tín hiệu client cố định được sắp xếp trực tiếp vào khung GFP có độ dài xác định trước (sắp xếp theo mã khối cho truyền tải trong khung GFP, hiện chỉ mới định nghĩa cho mã 8B/10B trong chuẩn G.704.1 ITU-T).  Cấu trúc khung GFP (hình 11), nó bao gồm các thành phần cơ bản sau: 23  Mào đầu lõi  Phần tải tin  Trường kiểm tra khung (CFS)  Hình 11: Cấu trúc khung GFP 2.2.3.4.5 Kết chuỗi ảo (Virtual Concatenation-VCAT) Kết chuỗi ảo là một cơ chế cung cấp khả năng khai thác tải SONET/SDH hiệu quả và mềm dẻo. Cơ chế này phá vỡ giới hạn do sự phân cấp tín hiệu truyền dẫn đồng bộ SONET/SDH được thiết kế cho tải PDH (tốc độ kênh được phân thành từng cấp thô STM-1, STM-4,...). Từ “ảo” ngụ ý nối xâu chuỗi các tải trong SONET/SDH để cung cấp băng tần mềm dẻo phù hợp với kích thước số liệu. Ý tưởng này đã được thực hiện trong giải pháp PoS , tuy nhiên mới nó mới chỉ dừng lại ở mức kết chuỗi tải ở mức luồng bậc cao tạo thành tuyến có dung lượng phù hợp với giao diện của các bộ định tuyến. Đầu đề chính Đầu đề tải trọng Đầu đề mở rộng (tùy chọn) TẢI TRỌNG Tổng kiểm tra (tùy chọn) PLI cHEC (CRC-16) PTI PFI kiểu EXI UPI tHEC (CRC-16) EXI eHEC (CRC-16) TẢI TRỌNG pFCS (CRC-32) 4 byte 4 byte 0-60 byte n byte 0-4 byte Thứ tự truyền bit Th ứ tự tr uy ền b yt e PLI: chỉ thị kích cỡ PDU cHEC: kiểm tra lỗi đầu đề chính PTI: chỉ thị kiểu tải trọng 000: số liệu khách hàng 100: quản lý khách hàng PFI: chỉ thị FCS tải trọng 1: có FCS 0: không FCS kiểu EXI: chỉ thị đầu đề mở rộng 0000: Null 0001: Chuỗi 0010: V UPI: chỉ thị tải trọng người sử dụng tHEC: HEC trường kiểu EXI: chỉ thị đầu đề mở rộng eHEC: HEC mở rộng Tải trọng: chứa khung PDU pFCS: FCS tải trọng 24 DÞch vô TDM (600M) DÞch vô sè liÖu (IP) (1,8G) STM-16 (2,5G) VC-3 (50M) VC-3 (50M) VC-4-12v (1,8G) VC-2 (2M) VC-2 (2M) VC-2 (2M) VC-2 (2M) Hình 12. Ví dụ kết chuỗi ảo trong hệ thống SDH Các tải kết chuỗi trong mạng được xử lý như những tải riêng biệt và độc lập. Do đó nhà khai thác mạng truyền tải có thể tự do thực hiện chức năng kết chuỗi mà không sợ ảnh hưởng đến hệ thống đang sử dụng hiện tại. Hơn nữa, hệ thống quản lý phần tử mạng (EMS)/Hệ thống quản lý mạng (NMS) ngày nay có thể cung cấp dễ dàng chức năng này. 2.2.3.4.6 LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) Như trình bày trên, kết chuỗi tải được thực hiện để tạo nên những tải có dung lượng khác nhau. Mặc dù một số lượng tải kết chuỗi có thể đã được xác định trước cho phần lớn ứng dụng nhưng thực tế chúng ta cũng cần phân phát động một số tải cho một vài ứng dụng cụ thể. LACS được thiết kế để thực hiện chức năng trên. LCAS là một giao thức báo hiệu thực hiện trao đổi bản tin giữa hai điểm kết cuối VC để xác định số lượng tải kết chuỗi. Ứng với yêu cầu của người sử dụng, số lượng tải kết chuỗi có thể tăng/giảm phù hợp với kích thước lưu lượng trao đổi. Đặc tính này rất hữu dụng với nhà khai thác để thích ứng băng tần giữa các bộ định tuyến thay đổi theo thời gian, theo mùa... Cơ chế hoạt động của LCAS dựa trên việc trao đổi gói điều khiển giữa bộ phát và bộ thu. Mỗi gói điều khiển sẽ mô tả trạng thái của tuyến trong gói điều khiển kế tiếp. Những thay đổi này được truyền đi tới phía thu để bộ thu có thể chuyển tới cấu hình mới ngay khi nhận được nó. Gói điều khiển gồm một loạt các 25 trường dành cho những chức năng định trước và chứa thông tin truyền từ bộ phát đến bộ thu cũng như thông tin từ bộ thu đến bộ phát. Hướng đi:  Trường chỉ thị đa khung (MFI)  Trường chỉ thị dãy (SQ)  Trường điều khiển (CTRL)  Bit nhận dạng nhóm (GID) Hướng về  Trường trạng thái thành viên (MST)  Bit chấp thuận tái dãy số (RS-Ack) 2.2.3.5 IP/Gigabit Ethernet cho WDM Hiện nay, Ethernet chiếm tới 85% trong trong số những ứng dụng mạng LAN. Chuẩn Gigabit Ethernet có thể sử dụng để mở rộng dung lượng LAN tiến tới MAN và thậm chí cả đến cả WAN nhờ các Card đường truyền Gigabit trong các bộ định tuyến IP; những Card này có giá thành rẻ hơn 5 lần so với Card đường truyền cùng dung lượng sử dụng công nghệ SDH. Nhờ đó, Gigabit Ethernet trở nên hấp dẫn trong môi trường Metro để truyền tải lưu lượng IP qua các mạch vòng WDM hoặc thậm chí cho cả các tuyến WDM cự ly dài. Hơn thế nữa, các cổng Ethernet 10 Gbit/s sẽ được chuẩn hoá trong tương lai gần. Hình 13 biểu diễn ví dụ mạng IP dựa trên giao diện Gigabit Ethernet. Các Card đường truyền Gigabit Ethernet hoặc chuyển mạch Ethernet Lớp 2 nhanh được sử dụng cho các bộ định tuyến IP trong mạng. Mạng Ethernet tốc độ bit thấp (ví dụ 10Base-T hoặc 100Base-T) sử dụng kiểu truyền hoàn toàn song công, ở đây băng tần truyền dẫn hiệu dụng được chia sẻ giữa tất cả người sử dụng và giữa hai hướng truyền dẫn. Để kiểm soát sự truy nhập vào băng tần chia sẻ có thể sử dụng công nghệ CSMA-CD. Điều này sẽ làm giới hạn kích thước vật lý của mạng vì thời gian chuyển tiếp không được vượt quá “khe thời gian” có độ dài khung nhỏ nhất (chẳng hạn 512 bit đối với 10Base-T và 100Base-T). Nếu tốc độ bit là 1Gb/s mà sử dụng độ dài khung nhỏ nhất 512 bit thì mạng Ethernet chỉ đạt chừng 10m vì thế độ dài khung tối thiểu trong trường hợp 26 này được định nghĩa bằng 4096 bit cho Gigabit Ethernet. Điều này hiện làm giới hạn kích thước mạng trong phạm vi 100m. Tuy nhiên, kiểu hoàn toàn song công vẫn hấp dẫn trong môi trường Gigabit Ethernet. Khi Gigabit Ethernet (1000Base-X) sử dụng kiểu song công nó trở thành một phương pháp tạo khung và bao gói đơn giản và tính năng CSMA-CD không còn được sử dụng. Chuyển mạch Ethernet cũng được sử dụng để mở rộng topo mạng thay thế cho các tuyến điểm - điểm. Hình 13: Truyền tải IP trên vòng ring WDM bằng khung Gigabit Ethernet Cấu trúc khung Gigabit Ethernet biểu diễn trong Hình . Độ dài tải cực đại của Gigabit Ethernet là 1500 byte nhưng có thể mở rộng tới 9000 byte (Khung Jumbo) trong tương lai. Tuy nhiên, kích thước tải lớn hơn sẽ khó tương hợp với các chuẩn Ethernet trước đây và hiện tại cũng chưa có chuẩn nào cho vấn đề này. Giao diện Gigabit Ethernet Giao diện Gigabit Ethernet Giao diện Gigabit Ethernet Chuyển mạch Gigabit Ethernet Giao diện Gigabit Ethernet Định tuyến IP Định tuyến IP OADM OADM OADM OADM GbE GbE Ví dụ: WDM 32 27 Phần trống 12 Phần mào đầu 7 Phân định ranh giới bắt đầu 1 Địa chỉ đích 6 Địa chỉ nguồn 6 Độ dài khung 2 Trường điều khiển tuyến logic + tải tin (độ dài tối đa 1500 byte) . . Dãy kiểm tra khung 4 Tổng số mào đầu 38 Hình 14. Khung Gigabit Ethernet Khung Ethernet được mã hoá trong sóng mang quang sử dụng mã 8B/10B. Trong 8B/10B mỗi byte mã hoá sử dụng 10 bit nhằm để đảm bảo mật độ chuyển tiếp phù hợp trong tính hiệu khôi phục đồng hồ. Do đó thông lượng đầu ra 1Gb/s thì tốc độ đường truyền là 1,25Gb/s. Việc mã hoá cũng phải đảm bảo chu kỳ trống được lấp đầy ký hiệu có mật độ chuyển tiếp phù hợp giữa trạng thái 0 và 1 khi các gói không được phát đi nhằm đảm bảo khả năng khôi phục đồng hồ. Gigabit Ethernet cung cấp một số CoS như định nghĩa trong tiêu chuẩn IEEE 802.1Q và 802.1p. Những tiêu chuẩn này dễ dàng cung cấp CoS qua Ethernet bằng cách gắn thêm Thẻ cho các gói cùng chỉ thị ưu tiên hoặc cấp độ dịch vụ mong muốn cho gói. Những Thẻ này cho phép tạo những ứng dụng liên quan đến khả năng ưu tiên của gói cho các phần tử trong mạng. RSVP hoặc DiffServ cũng được hỗ trợ bằng cách sắp xếp trong 802.1p lớp dịch vụ. 2.2.3.6 IP/SDL trực tiếp trên WDM Tuyến số liệu đơn giản (SDL) là một phương pháp lập khung được Lucent đề xuất. So với HDLC, khung SDL không có cờ phân ranh giới thay vì đó nó sử dụng trường độ dài gói tại điểm bắt đầu khung. Điều này rất thuận lợi ở tốc độ bit cao khi thực hiện đồng bộ (rất khó thực hiện đối với dãy cờ). Định dạng SDL có thể đưa vào trong tải SDH cho truyền dẫn WDM hoặc thiết bị SDH. Định dạng này cũng có thể được mã hoá trực tiếp trên các sóng mang quang: SDL định rõ tính năng tối thiểu đủ để thực hiện điều này. SDL sử dụng 4 byte mào đầu gồm độ dài gói như biểu diễn trong Hình 15. Gói có thể dài tới 65535 byte. Các mã kiểm tra lỗi phụ (CRC-16 hoặc CRC-32) có thể tuỳ lựa sử dụng cho gói và nó có thể bị thay thế sau mỗi gói. Tất cả các bit trừ 28 mào đầu được trộn theo bộ trộn x48. Các bộ trộn của phần phát và thu được duy trì đồng bộ qua các gói đặc biệt truyền không thường xuyên. Hình 15. Cấu trúc mào đầu SDL SDL không có bất kỳ byte thêm nào dành cho các giao thức chuyển mạch bảo vệ (giống như byte K1 và K2 của SDH). Sử dụng các CRC tải tuỳ lựa còn cho phép giảm sát tỷ lệ lỗi bit. 2.2.4 Nghiên cứu các giao thức mới 2.2.4.1 RPR/SRP (Resilient Packet Ring/Spacial Reuse Protocol)[1] Giao thức mạng vòng gói tự phục hồi RPR đã được IEEE tiêu chuẩn hoá vào tháng 7 năm 2004. RPR là một giao thức truyền số liệu mới trên mạng vòng gói diện đô thị (MAN) và mạng vòng diện rộng (WAN). Nhóm công tác 802.17 đã được đề xuất RPR tiêu chuẩn có các đặc điểm chủ yếu: - Cung cấp 255 trạm trên một mạng vòng. - Mạng vòng tối ưu có chu vi cực đại là 2000km. - Cung cấp truyền đơn hướng, đa hướng và quảng bá. - Đa dạng dịch vụ. - Tăng độ rộng băng tần hữu dụng vượt xa các công nghê hiện tại. - Topo tự động và trạm có khả năng cắm phích là chạy. - Truyền khung chất lượng cao:  Phục hồi dịch vụ nhỏ hơn 50 ms  Không cho phép mất gói trong MAC.  Có thể bảo vệ khi có sự cố tại nhiều hơn một điểm.  Có các chức năng điều hành, quản lý và bảo dưỡng (OAM). Công nghệ này sử dụng các bộ định tuyến IP trong cấu hình Ring kép (hình 16): 29 Hình 16: Mô hình của RPR/SRP Mô hình lớp RPR và mối liên quan tới mô hình tham khảo kết nối hệ thống mở (OSI) được minh hoạ tại hình 17. Hình 17: Mối liên quan giữa mô hình RPR và mô hình tham khảo OSI Phân lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC), phân lớp tuyến số liệu MAC và các phân lớp trung gian được quy định trong mô hình này như là giao diện dịch vụ MAC và giao diện dịch vụ vật lý PHY do các phân lớp cung cấp. Trong RPR sử dụng một giao thức mới, đó là: SRP (Giao thức sử dụng lại không gian). Mục đích chính của nó là tối ưu việc sử dụng băng tần. Chuyển tải gói linh hoạt (DPT) là công nghệ truyền dẫn được phát triển nhờ các hệ thống Cisco đã đưa vào sử dụng giao thức điều khiển truy nhấp môi trường 30 (MAC) lớp 2 mới, được gọi là giao thức tái sử dụng không gian (SRP). SRP có khả năng phát triển mạng vòng gói IP quang. Hình 18 là cấu trúc mạng vòng kép truyền gói trên sợi quang có khả năng tái sử dụng không gian Hình 18: Cấu trúc mạng vòng kép truyền gói trên sợi quang có khả năng tái sử dụng không gian SRP đđ đđđc IETF đđ xuđt. SRP thđc chđt là giao thđc MAC lđp 2 dành cho LAN, MAN và WAN. Các giao diđn chuyđn tđi gói linh hođt đđđc sđ dđng đđ kđt nđi giao diđn khách hàng MAC vđi thiđt bđ SDH hođc vđi các hđ thđng DWDM hođc các sđi dđ trđ, bđi vì SRP cung cđp giao diđn SDH tiêu chuđn. Các mđng vòng DPT sđi quang kép có hđđng truyđn ngđđc nhau. Cđ sđi bên trong và sđi bên ngoài đđu đđđc sđ dđng đđ truyđn các gói sđ liđu và các gói điđu khiđn. Có mđt vài lođi gói điđu khiđn, thí dđ nhđ gói phát hiđn topo, gói chuyđn mđch bđo vđ và gói điđu khiđn sđ dđng đđ rđng bđng tđn. Các gói điđu khiđn cđa mđng vòng này đđđc truyđn trên mđng vòng kia. SRP sđ dđng cđ chđ tđđc bđ đích. Trong SRP, các gói sđ liđu chđ đđđc truyđn giđa nguđn và đích, tđo ra khđ nđng trao đđi lđu lđđng đđng thđi trên các phđn khác cđa mđng vòng. Vì vđy đđđc gđi là khđ nđng 31 tái sđ dđng khđng gian nhđm sđ dđng có hiđu quđ đđ rđng bđng tđn. Trđm S3 trao đđi sđ liđu 1,5 Gbit/s vđi trđm S4. Tđi thđi điđm đó, các trđm S2 và S5 có thđ trao đđi sđ liđu vđi nhau lên tđi 1 Gbit/s. Mđt khác, các trđm S0 và S1 có thđ sđ dđng hđt 2,5 Gbit/s trên phđn bên trái cđa mđng vòng. Nhđ vđy sđ lđđng tđng cđa sđ liđu đđđc trao đđi trong mđng vòng này là 5 Gbit/s. 2.2.4.2 DTM (Dynamic Transfer Mode) Phương thức truyền tải gói đồng bộ động (TDM) là một kỹ thuật dùng để khai thác hiệu quả dung lượng truyền dẫn, hỗ trợ lưu lượng băng rộng thời gian thực và lưu lượng multicast. Nó khắc phục được các nhược điểm của chuyển mạch kênh truyền thống trong khi đó lại nổi bật ở khả năng: cung cấp băng thông linh hoạt và đáp ứng dịch vụ chất lượng phân biệt. DTM là nỗ lực kết hợp những ưu điểm của cơ chế chuyển giao số liệu đồng bộ và cận đồng bộ. Về cơ bản nó hoạt động giống như cơ chế ghép kênh theo thời gian truyền thống (TDM) nghĩa là đảm bảo một lượng băng tần xác định giữa các host và phần băng tần lớn dành cho chuyển giao số liệu linh động. Ngoài ra, cơ chế DTM có điểm chung như cơ chế chuyển giao không đồng bộ (như ATM) cho phép tái phẩn bổ băng tần giữa các host. Điều này nghĩa là mạng có thể thích ứng với những thay đổi về lưu lượng và phân chia băng tần giữa các host theo nhu cầu. Các host nối vào mạng DTM thông tin với nhau qua các kênh (mạch). Một kênh DTM là một tài nguyên linh động có thể thiết lập băng tần từ 512 kbit/s theo bước lượng tử 512 kbit/s cho đến băng tần cực đại. Các kênh này hiện diện trên môi trường vật lý nhờ cơ chế ghép kênh theo thời gian (TDM). Tổng dung lượng được chia thành các khung 125 s và tiếp tục chia nhỏ thành khe thời gian 64 bit. Nhưng cấu trúc khung này tạo cho nó khả năng tương hợp với SDH/SONET. Một số kiểu dành trước khe thời gian tương ứng với QoS khác nhau theo yêu cầu của client, ví dụ như trễ không đổi, băng tần tối thiểu và nỗ lực tối đa. Để liên kết giữa các tuyến DTM khác nhau cần phải sử dụng chuyển mạch DTM. Chuyển mạch trong DTM là kiểu đồng bộ, nghĩa là trễ chuyển mạch đối với mọi kênh là như nhau. Các kênh DTM có bản chất quảng bá, nghĩa là bất kỳ kênh 32 nào tại bất kỳ thời điểm nào cũng có thể dùng cho kết nối giữa một người gửi và nhiều người nhận. Do đó trên mạng có thể có nhiều nhóm quảng bá đồng thời. DTM phù hợp cho công nghệ mạng đường trục bởi vì nó có thông lượng bit rất lớn. DTM được xem như một giải pháp thay thế cho ATM/SDH bởi vì phạm vi hoạt động của nó từ Lớp 1 tới lớp 3 và có cả giao thức báo hiệu lẫn chuyển mạch. DTM có thể hoạt động độc lập hoặc qua các ống SDH/SONET, mặc dù sự xếp chồng này không có gì ưu điểm hơn DTM thuần tuý. IP/DTM (IPOD) mang nhiều ưu điểm của SDH và ATM bởi vì kỹ thuật đơn giản và khả năng hoạt động của nhiều kênh trên một giao diện. Các luồng IP có thể sắp xếp trên các kênh DTM. Tuy nhiên, DTM không hiệu quả băng IP do nó sử dụng các kênh có dung lượng tối thiểu là 512 kbit/s. DTM đủ dung lượng để xử lý WDM. Ở đây giả thiết là một bước sóng WDM sẽ mang một kênh DTM mà chỉ có thể thực hiện khi DTM hỗ trợ phương thức truyền dẫn này. Nhược điểm của DTM đó là số lượng nhà cung cấp quá ít (hiện có 3 nhà cung cấp thiết bị Dynarc, Net Insight và Ericsson) tất cả đều ở Thuỵ Điển. Ngoài ra những giải pháp của chúng cũng không tương hợp với nhau. 2.2.4.3 Sử dụng MPLS hỗ trợ chức năng định tuyến IP (IP-MPLS)[6] MPLS là cơ chế truyền tải dữ liệu dạng chuyển gói (packet-switched). Trong mô hình OSI, MPLS có thể xem như nằm giữa lớp 2 và lớp 3 …Vì vậy MPLS có thể được xem như là giao thức thuộc lớp 2.5. MPLS được thiết kế để thống nhất các loại dịch vụ chuyển tải dữ liệu cho cả mạng chuyển gói và chuyển mạch, hỗ trợ cả IP, ATM, SONET, Ethernet…Do đó sử dụng MPLS sẽ tiết kiệm được chi phí rất nhiều . MPLS hoạt động dựa vào một header được chèn giữa 2 header của lớp 2 và lớp 3 trong mô hình OSI gọi là label stack. Một layer stack gồm các thành phần sau :  20 bit xác định nhãn (label)  3 bit xác định ưu tiên chất lượng dich vụ (QoS)  1 bit bottom xác định header này có phải là header cuối (trước header IP) hay chưa, trong trường hợp sử dụng nhiều stack khi truyền qua nhiều mạng.  8 bit xác định thời gian sống của gói tin MPLS ( TTL) 33 Hình 19: Định dạng MPLS Nhãn xác định gói tin thuộc loại ứng dụng nào, từ đó xác định mức độ ưu tiên của gói khi được truyền qua mạng . Để xây dựng một mạng MPLS, các thiết bị cơ bản nhất cần sử dụng là LER ( Label Edge Router ) và LSR (Label Switch Router ) Ở đầu vào, Label Edge Router sẽ kiểm tra gói tin được đưa tới và quyết định có đánh nhãn gói tin hat không. Việc đánh nhãn sẽ dựa vào một cơ sở dữ liệu đặc biệt được lưu trong LER. Sau đó, một header MPLS sẽ được chèn vào. Gói dữ liệu được chuyển đi. Hình 20: LER gắn nhãn cho gói 34 Gói dữ liệu truyền đi sẽ lần lượt đi qua các LSR,các LSR sẽ không thêm vào hay bớt đi nhãn nào, nó chỉ thay đổi các nhãn và chuyển gói tin đến LSR tiếp theo, các LSR xác định việc đổi nhãn hay LSR tiếp theo dựa vào một bản dữ liệu trong router. Nếu dữ liệu không chứa nhãn nào, nó sẽ hoạt động như một router bình thường Hình 21: Hoạt động của LSR Do vậy, các đường dẫn sẽ được thiết lập giữa các LER và LSR. Những đường dẫn này được gọi là Label switch paths (LSPs). Các đường dẫn này có các đặc tính khác nhau mà dựa vào đó, ta có thể xác định được mức tải cao nhất trong mạng, xác suất các gói tin bị hỏng… Hình 22: Mô hình thể hiện LSPs 35 Ở đầu ra, LER sẽ tách header MPLS ra và gói dữ liệu sẽ được truyền đi một cách bình thường .  Ngoài ra MPLS cho phép xác định chế độ ưu tiên cho dữ liệu, thuật ngữ mạng là FEC (Forward Equivalence Class ). Thực chất, việc xác định mức độ ưu tiên cho dữ liệu là rất quan trọng. Do có những dữ liệu quan trọng cần chất lượng mạng cao hơn. MPLS cho phép chọn mức độ ưu tiên để cung cấp chất lượng mạng hợp lý cho các loại dữ liệu này .  Việc xác định mức độ ưu tiên phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giao thức truyền, cổng dịch vụ  Sau đó, dựa vào mức độ FEC của gói thông tin đã được đánh nhãn mà các loại đường truyền khác nhau có thể được thực hiện. MPLS trong vai trò công nghệ đường trục phải được cung cấp dịch vụ thích hợp cho lưu lượng mạng bao gồm bảo vệ lưu lượng mang trên LSP. Chuyển mạch bảo vệ MPLS liên quan đến khả năng lớp MPLS khôi phục nhanh chóng và hoàn toàn lưu lượng trước những thay đổi trạng thái của lớp MPLS. Thời gian bảo vệ lớp MPLS phải so sánh được với thời gian bảo vệ của lớp SDH. Cần phải tái định tuyến lớp MPLS do:  Tái định tuyến trong lớp IP là rất chậm, nó được tính theo giây.  Trong một số phần mạng lớp SDH và quang thường bị giới hạn trong topo ring và không gồm bảo vệ mesh.Cơ chế bảo vệ của lớp mạng quang và SDH có thể không đủ hiệu quả để bảo vệ cho hoạt động lớp cao hơn. Điều này có nghĩa là khi cung cấp chức năng bảo vệ tuyến thì chúng không dễ cung cấp bảo vệ luồng MPLS.  MPLS cung cấp đặc tính hạt băng tần nhỏ cho bảo vệ và cho phép thực hiện sự phân biệt giữa các kiểu lưu lượng được bảo vệ.  Chuyển mạch bảo vệ cần được thiết kế sao cho cung cấp độ mềm dẻo cho nhà khai thác mạng để họ có những giải pháp khác khi quyết định kiểu bảo vệ gì cho LSP MPLS. Các khả năng cơ bản của MPLS được liệt kê sau đây:  Hỗ trợ liên kết điểm-điểm và multicast.  Phân cấp định tuyến, hợp nhất VC và tăng cường khả năng mở rộng.  Định tuyến hiện. 36  Hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng và giao thức lớp liên kết đồng thời.  Cung cấp khả năng điều khiển lưu lượng và QoS.  Hỗ trợ truy nhập máy chủ và VPN. Các ưu điểm của MPLS:  Khả năng tích hợp các chức năng định tuyến, đánh địa chỉ, điều khiển v.v... trong MPLS tránh được sự phức tạp trong NHRP, MPoA, IPoA  Khả năng mở rộng đơn giản.  Tăng chất lượng mạng, có thể triển khai các chức năng định tuyến mà các công nghệ trước không thể thực hiện được như định tuyến hiện (explicit routing), điều khiển lặp v.v..  Tích hợp giữa IP và ATM cho phép tận dụng toàn bộ các thiết bị hiện tại trên mạng.  Tách biệt đơn vị điều khiển với đơn vị chuyển mạch cho phép MPLS hỗ trợ đồng thời MPLS và B-ISDN. Việc bổ sung các chức năng mới sau khi triển khai mạng MPLS chỉ cần thay đổi phần mềm điều khiển. Các nhược điểm của MPLS:  Hỗ trợ đồng thời nhiều giao thức sẽ gặp phải những vấn đề phúc tạp trong kết nối.  Khó hỗ trợ QoS xuyên suốt.  Hợp nhất VC cần phải được nghiên cứu sâu hơn để giải quyết vấn đề chèn gói tin khi trung nhãn (interleave). 2.2.5 Chuyển mạch kênh quang WDM 2.2.5.1 Kỹ thuật WDM Nguyên tắc hoạt động của chuyển mạch kênh quang dựa trên nguyên lý ghép kênh WDM, nghĩa là sử dụng các nguồn bước sóng được điều khiển và bộ ghép kênh bước sóng để sắp xếp nhiều kênh trong phổ quang. Điểm hấp dẫn nhất của chuyển mạch kênh WDM là sử dụng lượng băng tần rất lớn trong phổ sợi quang. 2.2.5.2 Chuyển mạch kênh quang: Định tuyến bước sóng 37 Hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống sử dụng trong mạng lõi quang phải cần đến biến đổi quang điện. Từng kênh cơ sở riêng rẽ được tạo ra và định tuyến trong miền điện. Thiết bị quang sử dụng để chuyển đổi và xếp những kênh này vào trong phổ quang. Bộ biến đổi quang điện sử dụng công nghệ đắt tiền và tiêu tốn nhiều năng lượng. Hơn nữa công nghệ này tương đối chậm so với giải pháp toàn quang bởi vì mất thời gian xử lý tín hiệu điện. Hiện nay công nghệ này chưa giải quyết được dịch vụ số chuyển mạch số liệu với tốc độ bit 10 Gbit/s. Giải pháp thay thế cho chuyển mạch điện là thực hiện xử lý tín hiệu trong miền quang sử dụng công nghệ định tuyến bước sóng liên quan đến chuyển mạch kênh WDM. Chuyển mạch kênh WDM gồm các bộ tách/ghép kênh liên kết với nhau qua ma trận chuyển mạch quang. Khung chuyÓn m¹ ch ®iÖn Sî i quang Sî i quang Sî i quang Sî i quangC æn g ®Ç u vµ o C æn g ®Ç u ra Bé thu OE Bé ph¸ t EO Xen kª nh RÏ kª nh Hình 23: Chuyển mạch điện sử dụng trong miền quang Các bộ tách/ghép có trách nhiệm phân tách và kết hợp các kênh bước sóng sao cho từng kênh riêng lẻ ở tuyến đầu vào được định tuyến tới tuyến đầu ra mong muốn. Kỹ thuật này có ưu điểm trong việc tái sử dụng các bước sóng và có khả năng chuyển mạch và tái cấu hình các luồng quang. Chuyển mạch kênh WDM cũng cho phép lưu lượng bước sóng tạm thời chuyển qua hay xen/rẽ tại các nút trung gian mà không qua biến đổi điện. 38 S îi quang S îi quang Cæng ®Çu ra Sî i quang Sî i quangC æn g ®Ç u vµ o K hu ng c hu yÓ n m ¹c h qu an g Hình 24: Hệ thống định tuyến bước sóng sử dụng ma trận chuyển mạch quang Trong mạng chuyển mạch kênh WDM, luồng quang trong sợi được gán cho những bước sóng khác nhau. Nếu hai tập hợp lưu lượng đến có cùng bước sóng thì không thể chia sẻ luồng quang sẵn có cho tuyến đầu ra do thiếu bước sóng, mạng có thể xử lý theo 3 cách:  Đưa ra sự ưu tiên cho một trong hai khối lưu lượng và thêm thời gian trong hàng đợi, nói cách khác cần đến bộ nhớ trong nút chuyển mạch  Phát chuyển một trong hai khối lưu lượng tới nút trung gian (ở đó đã có bước sóng cho sử dụng)  Biến đổi một trong những bước sóng xung đột thành bước sóng khác mà chưa sử dụng. Hai quá trình đầu chỉ có thể được thực hiện ở miền điện và sử dụng bộ đệm tiêu thụ nguồn và thời gian. Giải pháp thứ ba dễ thực hiện và không cần bất cứ quá trình biến đổi quang/điện nào. 2.2.6 Chuyển mạch gói quang.[2] Chuyển mạch gói quang (OPS-Optical Packet Switching) đã được khẳng định tính kinh tế sử dụng băng tần rất hiệu quả và khả năng hỗ trợ các dịch vụ khác nhau. Khi công nghệ chuyển mạch quang cải thiện, chúng ta có thể thực hiện 39 mạng chuyển mạch quang dựa trên gói, khi đó các gói được chuyển mạch và định tuyến độc lập qua mạng trong miền quang mà không cần biến đổi sang điện tại mỗi nút. Như vậy chuyển mạch gói quang cho phép một mức độ cao hơn việc ghép kênh thống kê trên các liên kết sợi quang và điều khiển chùm lưu lượng tốt hơn chuyển mạch kênh. Khả năng ứng dụng vào mạng Viễn thông Việt nam nằm trong xu hướng phát triển mạng truyền tải tiến tới mạng toàn quang, chuyển mạch quang sẽ tiến tới chuyển mạch gói quang hoàn toàn có thể thực hiện được trong tương lai khi mà công nghệ phát triển cho phép thực hiện các kỹ thuật xử lý tín hiệu quang. 2.2.6.1Các kỹ thuật chuyển mạch gói quang. Giải pháp chuyển mạch quang hứa hẹn nhất là chuyển mạch chùm quang và chuyển mạch nhãn quang. Vấn đề mấu chốt của những kỹ thuật này nằm ở giải pháp đệm và xử lý số liệu quang. Hiện giải pháp và công nghệ để giải quyết vấn đề này chưa hoàn thiện. Mào đầu gói xử lý ở miền điện nhằm để điều khiển hoạt động chuyển mạch. Cæng ®Çu vµo Khung chuyÓn m¹ch Cæng ®Çu ra Khèi ®iÒu khiÓn PL H PL H PL H Hình 25: Mô hình chung cho chuyển mạch gói quang Vấn đề cần giải quyết trong kỹ thuật đệm quang Ý tưởng cơ bản cho việc thực hiện đệm quang là sử dụng Dây trễ quang (ODL) hoặc một số dạng đệm cục bộ để lưu một vài gói chen lấn cho đến khi cổng đầu ra ở trạng thái sẵn sàng. Bộ đệm ODL nhìn chung sử dụng một dãy các sợi trễ quang có độ dài khác nhau và chuyển mạch quang. Phần trước sẽ hoạt động như bộ đệm quang thời gian ngắn trong khi phần sau sử dụng để điều khiển và định tuyến các gói quang qua đường tương ứng. Mỗi vòng quang trễ gói theo thời gian xác định. Bộ đếm giữ vết của số gói trong bộ đệm. Các gói tới được ghi và định 40 tuyến tới độ dài khả dụng. Thiết kế kiểu bộ đệm này rất đơn giản. Tuy nhiên, thời gian nhớ này là rất ngắn do nó phải lưu các gói chen lấn chỉ trong một thời gian giới hạn tương ứng với thời gian truyền sóng dọc theo độ dài sợi trễ. Dung lượng nhớ phụ thuộc vào độ dài vật lý trong đường trễ và bởi kích cỡ của nút chuyển mạch quang. Kiểu bộ đệm này thường lớn và không có khả năng mở rộng. Bộ đệm vòng sợi quang là giải pháp mềm dẻo để mở rộng sự nhớ này bằng cách quay vòng gói trong vòng sợi cho đến khi xuất hiện khe thời gian mở. Vấn đề cố hữu của phương pháp này là tín hiệu phải được khuếch đại trong suốt những lần quay vòng đó. Điều này vừa làm tăng phát xạ tự phát và công suất tiêu thụ (do sử dụng bộ khuếch đại). Chuyển mạch chùm quang Chùm quang bao gồm một số lượng gói thay đổi được kết hợp với nhau nhờ một nhãn phụ hoặc gói điều khiển. Trong chuyển mạch chùm quang, tải gói được gửi theo tuyến sau một lượng trễ đã biết của mào đầu. Ý tưởng này cho phép nút chuyển mạch quang kế tiếp một lượng thời gian để xử lý mào đầu vào thực thi quyết định chuyển mạch trước khi tải số liệu tới. Theo cách này, các gói có thể đi từ lối vào tới lối ra qua các luồng trong mạng chuyển mạch quang. Hình 26: Kiến trúc chuyển mạch chùm quang Kiến trúc của chuyển mạch chùm quang được trình bày trong Hình 2Error! Reference source not found.6. Các kênh bước sóng điều khiển c được tách 41 xuống/thêm vào sau bộ tách/ghép WDM. Xử lý gói hoặc nhãn điều khiển và điều khiển chuyển mạch được thực hiện trong miền điện. Quá trình biển đổi O/E và ngược được sử dụng ở đây. Việc trao đổi nhãn cho phép thiết lập luồng chuyển mạch nhãn trên mạng (chuyển mạch chùm kết nối định hướng). Phần lớn các giao thức chuyển mạch chùm quang không cần đến tại các nút trung gian. Chuyển mạch nhãn quang Chuyển mạch nhãn quang là một trường hợp đặc biệt của chuyển mạch chùm quang. Trong chuyển mạch nhãn quang, toàn bộ gói (mào đầu và tải) được chuyển mạch theo một luồng. Tải sẽ được chuyển đến bộ đệm chuyển mạch quang (ODL) để giải phóng thời gian cho xử lý mào đầu và thực thi quyết định chuyển mạch. Tải được lưu ở bộ đệm trong một thời gian cố định (trễ thời gian) để thực hiện xử lý mào đầu. Giá trị trễ thời gian là riêng cho mỗi nút chuyển mạch trung gian và có bản chất độc lập với luồng gói chuyển qua. Chuyển mạch gói quang: Chuyển mạch kênh là một phương pháp thông tin sử dụng để thiết lập cho thông tin giữa 2 điểm. Số liệu được truyền trên cùng một tuyến và thông tin truyền đi trong thời gian thực. Khác với chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói thực hiện truyền các gói số liệu độc lập. Mỗi gói đi từ một cổng tới một cổng khác theo một đường nào đó. Các gói không thể gửi tới nút kế tiếp khi chưa thực hiện thành công tại nút trước đó. Mỗi nút cần có các bộ đệm để tạm thời lưu các gói. Mỗi nút trong chuyển mạch gói yêu cầu một hệ thống quản lý để thông báo điều kiện truyền thông tin tới nút lân cận trong trường hợp số liệu truyền bị lỗi. Hình 27 là một ví dụ của nút chuyển mạch gói quang cơ bản. Một nút bao gồm một chuyển mạch quang có khả năng cấu hình dựa trên gói. Khối chuyển mạch tái cấu hình dựa trên thông tin tiêu đề của một gói. Tiêu đề gói được xử lý bằng điện nó hoặc có thể mang trong băng cùng gói hoặc trên một kênh điều khiển riêng. Phải mất một thời gian để tiêu đề và chuyển mạch thiết lập, các gói có thể bị trễ bằng cách truyền qua đường trễ sợi quang. Kiến trúc chuyển mạch gói quang : Về nguyên tắc chuyển mạch gói toàn quang tổ chức dựa trên gói tiêu đề và điều khiển được thực hiện trong miền quang, tuy nhiên phải trong nhiều năm nữa mới thực hiện được. Trong thời điểm hiện nay chuyển mạch gói quang sử dụng 42 điều khiển điện tử để xử lý tiêu đề gói là thực tế hơn. Trong chuyển mạch gói quang tiêu đề hoặc nhãn được đọc và so sánh với một bảng định tuyến. Tải số liệu sau đó sẽ được định tuyến tới cổng ra tương ứng với một nhãn mới (trao đổi nhãn). Điều quan trọng là tải tin được truyền trong suốt qua chuyển mạch. Hình 27: Kiến trúc một chuyển mạch gói quang Phần tải và phần mào đầu gói sẽ được truyền trên cùng kênh bước sóng. Chuyển mạch gói sẽ gồm những khối chức năng sau:  Giao diện đầu vào quang: thực hiện cân chỉnh gói quang tới.  Lõi chuyển mạch bước sóng và không gian quang: gồm các bộ đệm quang (FDL) để giải quyết vấn đề chen lấn gói.  Giao diện đầu ra quang: thực hiện việc chèn và ghi lại mào đầu quang nếu yêu cầu 3R.  Bộ xử lý phần mào đầu điện: thực hiện biến đổi quang/điện, điều khiển đồng bộ (cân chỉnh gói tới bằng cách kiểm soát trễ), điều khiển chuyển mạch/đệm và ghi lại mào đầu.  Giao diện xen/rẽ điện: thực hiện biến đối O/E (hoặc E/O) và gửi gói quang tới lõi chuyển mạch (hoặc giao diện số liệu) ở nút nguồn (hoặc ở nút đích). 43  Mục tiêu xây dựng mạng quang ngày nay là bổ sung khả năng thiết lập động lớp truyền tải quang dựa trên các bộ nối chéo quang OXC (Optical Cross Connect) với một kiến trúc và quản lý và điề khiển phù hợp. Trong tương lai gần mạng OTN sẽ có khả năng hỗ trợ số lượng lớn dung lượng lên tới 40 Gbit/s. Mô hình này được minh hoạ trên hình sau: Hình 28: Mạng truyền tải quang Hình 28 biểu thị cấu trúc OTN bao gồm các OXC được nối với nhau dưới dạng mesh, mỗi sợi sử dụng rất nhiều bước sóng (hàng trăm bước sóng) , các OXC có khả năng kết nối hang nghìn kênh bước sóng. Như vậy OTN sẽ cung cấp luồng quang tới client như là các bộ định tuyến IP, các phần tử mạng SONET/SDH và chuyển mạch ATM. Trên hình vẽ này chỉ ra liên kết giữa 2 bộ định tuyến IP. Thêm vào đó một lớp điều khiển chuyển mạch cần để thiết lập tuyến trên mạng và nó tương tác với bộ điều khiển OXC để khởi tạo chuyển mạch trong OXC. Một kênh báo hiệu giữa các nút đảm bảo rằng mỗi OXC biết được trạng thái tài nguyên mạng, các tuyến khả dụng…. Việc thiết lập mạng truyền tải quang động sẽ cho phép cung cấp nhanh các tuyến dung lương cao, do vậy trong tương lai bước phát triển công nghệ cho phép cung cấp số lượng lớn các kênh quang. Nếu được như vậy trong tương lai chỉ cần chuyển mạch kênh quang là thoả mãn nhu cầu băng tần. Tuy nhiên không phải là như vậy do lý do sau, ví dụ trong mạng OTN chỉ cần đưa ra tính chất hạt tại mức bước sóng và nếu nguồn lưu lượng là chùm, dung lượng kênh được sử dụng có thể 44 sẽ xảy ra xung đột trên phạm vi mạng. Trong tương lai OXC được phát triển cho mạng OTN có thể hỗ trợ cho lớp chuyển mạch gói quang. Hình 28 mô tả mạng quang bao gồm OXC và chuyển mạch gói quang OPS. Hình 29: Chuyển mạch gói quang tại nút lõi và nút biên Trên hình 29 chuyển mạch gói quang sử dụng trong nút lõi, các gói được chuyển qua mạng tại chuyển mạch ở nút lõi ở đó tuyến được lựa chọn và tiêu đề được trao đổi. Bằng cách này OPS sẽ tối ưu được tài nguyên mạng và tối ưu được tổng dung lượng mạng như vậy sẽ làm giảm kích cỡ của OXC. Tạo các nút chuyển mạch biên có giao diện với cả mạng truyền tải OTN và IP.  Những vấn đề mà chuyển mạch quang đang gặp phải:  Giới hạn kỹ thuật chính hiện đang gặp phải của những kỹ thuật này là sự phân giải chen lấn giữa các gói và thiếu bộ đệm quang. Sự phân giải chen lấn là cơ chế cần thiết để giải quyết sự xung đột điển hình khi nhiều gói hiện diện trên cùng bước sóng được truyền từ các cổng đầu vào khác nhau và đến cùng một cổng đầu ra ở tại cùng một thời điểm. Đây là vấn đề chung của chuyển mạch gói và được biết dưới tên gọi nghẽn ngoài.  Vấn đề này được giải quyết bằng cách đệm toàn bộ gói chen lấn loại trừ gói đã được định tuyến tới cổng đầu ra. Một giải pháp hiệu quả là gửi toàn bộ gói tới đích của chúng với khoảng thời gian có thể nhận biết.  Phân giải chen lấn toàn quang có năng lực thực thi tốc độ cao nên đáp ứng được các yêu cầu thông lượng lớn của mạng quang. Giải pháp này được 45 xem là một giải pháp mạnh để giải quyết vấn đề ngẽn ngoài với lượng nhỏ bộ nhớ quang gồm định tuyến lệch và điều chỉnh bước sóng. 2.2.4.2.2 Định tuyến lệch Phương pháp này phù hợp với chuyển mạch quang sử dụng một lượng nhỏ bộ nhớ quang. Khi có xung đột, trước tiên gói sẽ được định tuyến tới cổng đầu ra chính xác nếu không được, nó sẽ định tuyến đến bất kỳ cổng đầu ra khả dụng nào. Kỹ thuật này áp dụng trong trường hợp mạng có thể cung cấp đường định tuyến thay thế để gói vẫn có thể đến đích khi có sai hỏng đường định tuyến ở một hoặc nhiều nút chuyển mạch. Mặc dù phương pháp này không đòi hỏi thực hiện đệm gói song các gói đi lệch sẽ trải qua các tuyến dài hơn do đó trễ có thể lớn hơn mức cho phép. Bên cạnh đó, nó cũng làm tăng khả năng nghẽn mạng và trễ tín hiệu phụ. 2.2.7 Kết luận Để truyền tải IP trên mạng quang cần phải thực hiện các chức năng mỗi lớp ứng theo mô hình OSI. Các gói IP Lớp 3 sẽ được bao trong các khung Lớp 2, các khung Lớp 2 sau đó sẽ được truyền dẫn không lỗi qua các tuyến truyền dẫn quang Lớp 1. Mặc dù có rất nhiều giải pháp để thực hiện việc truyền gói IP trên mạng quang nhưng hầu như đều xoay quanh việc thích ứng những công nghệ đã được làm chủ như ATM, SDH và Ethernet đảm nhiệm chức năng Lớp 2 và 1.  Sử dụng ngăn giao thức ATM (IP/ATM):  IP/ATM qua SONET/SDH: sử dụng ALL5/ATM bao gói IP và sau đó sắp xếp vào tải SONET/SDH trước khi truyền trên bước sóng quang.  IP/ATM trực tiếp trên WDM: sử dụng ALL5/ATM bao gói IP và truyền trực tiếp trên bước sóng quang dựa trên tế bào.  Thích ứng các giao thức sắp xếp gói IP vào tải SONET/SDH (DoS):  Sử dụng giao thức LAPS để bao gói IP trước khi sắp xếp vào tải SONET/SDH truyền trên các bước sóng quang,  Sử dụng giao thức MAPOS để bao gói IP trước khi sắp xếp vào tải SONET/SDH truyền trên bước sóng quang,  Sử dụng giao thức GFP để bao gói IP trước khi sắp xếp vào tải SONET/SDH truyền trên các bước sóng quang, 46  Sử dụng giao thức POS để bao gói IP trước khi sắp xếp vào tải SONET/SDH truyền trên bước sóng quang.  Sử dụng khung Ethernet để bao gói IP, thích ứng giao tiếp vật lý phù hợp với môi trường cáp sợi quang (PHY). Các giải pháp mới được thiết kế để giải quyết vấn đề phức tạp khi sử dụng những công nghệ cũ (ATM, SDH) cho chức năng Lớp 2 (chuyển mạch). Chúng đều có đặc tính đơn giản trong kiến trúc nhưng lại chưa được làm chủ:  Sử dụng khung DTM bao gói IP và truyền trực tiếp trên sợi quang hoặc qua khung SONET/SDH.  Sử dụng công nghệ RPR, các gói IP được bao trong khung IEEE 802 nhờ giao thức sắp xếp SRP. MPLS là một trong những công nghệ được chú ý nhiều nhất hiện nay. Bản thân MPLS không phải là giao thức tạo khung Lớp 2, nó hỗ trợ năng lực định tuyến cho các bộ định tuyến IP thông qua việc gán nhãn. Nhờ đó công nghệ này đem lại khả năng thiết kế lưu lượng mềm dẻo và hỗ trợ QoS/CoS cho lưu lượng IP. Hỗ trợ MPLS được xem như một trong những tiêu chí để đánh giá kiến trúc mạng truyền tải IP hiện nay. Việc loại bỏ các lớp mạng trung gian trong kiến trúc mạng truyền tải IP gắn liền với sự phát triển của công nghệ chuyển mạch quang. Sự mở rộng chức năng của chuyển mạch quang tới lớp cao hơn sẽ tạo ra một kiến trúc mạng vô cùng đơn giản, và đó cũng là mục tiêu hướng đến trong tương lai; kiến trúc mạng chỉ gồm hai lớp: IP/quang. Hiện nay các sản phẩm chuyển mạch bước sóng quang đã được thương mại hoá (OXC). Chuyển mạch chùm quang (OBS), chuyển mạch gói quang (OPS) và chuyển mạch nhãn quang (OLS) đang trong giai đoạn nghiên cứu phát triển. Vấn đề về công nghệ đang là rào cản chính trong lĩnh vực này. 2.3 Phương thức điều khiển trong mạng truyền tải tích hợp IP over WDM Tích hợp IP quang sẽ đòi hỏi những thay đổi trong lĩnh vực báo hiệu và điều khiển. Sự khác biệt đáng kể về băng tần của gói IP, gói quang, kênh TDM, bước sóng quang và sợi quang đã cho thấy điểm yếu của các giao thức đã và đang được sử dụng (chỉ được thiết kế tối ưu cho chuyển mạch kênh hoặc gói). Với những giao thức như vậy tài nguyên mạng sẽ không được khai thác hiệu quả. Ở 47 một khía cạnh khác, hiện có rất nhiều các nhà cung cấp thiết bị sử dụng những giao thức độc quyền, do đó sẽ nảy sinh những vấn đề tương thích giữa các hệ thống thiết bị. Phần này sẽ nghiên cứu về những giải pháp báo hiệu và điều khiển hiện đang được quan tâm đối với mạng IP quang. Qua đó sẽ làm rõ hai khái niệm về G- MPLS và ASON liên quan trực tiếp đến kiến trúc mạng IP/quang và xem xét khả năng ứng dụng cũng như vấn đề tiêu chuẩn hoá của chúng. 2.3.1 Quá trình phát triển mặt điều khiển Các mạng theo phương thức chuyển mạch kênh như TDM và đường thuê riêng thường có độ trễ thấp, độ thăng giáng trễ ít và tỷ lệ lỗi thấp. Do đó QoS thường rất cao nhưng việc cung cấp băng tần cho các dịch vụ phải được thực hiện trước nên thiếu tính linh động. Mạng chuyển mạch gói (như ATM, FR, Ethernet và IP) linh hoạt hơn. Ví dụ, việc ghép kênh theo thống kê cho phép phân bổ băng tần cho các dịch vụ linh động hơn. Tuy nhiên, tại mỗi nút trung gian, mỗi gói thành phần của một bản tin đều được xử lý, độ trễ của mỗi gói tại mỗi nút là khác nhau nên độ trễ lớn và gây nên độ thăng gián trễ rộng hơn, tỷ lệ lỗi và QoS thấp hơn hoặc không thể đoán trước được. Có nhiều cách để cải thiện QoS của các kỹ thuật chuyển mạch gói mà vẫn giữ lại các ưu điểm của chúng. Chẳng hạn vào đầu thập kỷ 90 đã phát triển kỹ thuật ATM, cho phép mạng truyền cả lưu lượng thoại, video và số liệu. ATM dùng các gói có kích thước như nhau và nhỏ nên cải thiện được hiệu quả truyền dẫn, duy trì QoS ở mức cao. Báo hiệu cho ATM là mở rộng của các giao thức báo hiệu như Q.931 cho ISDN và SS7 cho báo hiệu kênh chung. Trong khi đó, mạng IP đã được triển khai rộng rãi để hỗ trợ các ứng dụng theo phương thức gói. IP là giao thức lớp 3, xử lý và định tuyến các gói để tạo các dịch vụ datagram, phi kết nối. các IP Router hoạt động theo kiểu ‘hop-by-hop”. Nhận thấy tính hấp dẫn của phương thức điều khiển thiết kế lưu lượng và để đơn giản hoá các khái niệm định tuyến gói như chuyển mạch nhãn, IETF đã phát triển kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS vào năm 1996. MPLS sử dụng giao thức thiết lập đường RSVP và giao thức phân phối nhãn để tạo các đường chuyển mạch nhãn LSP giữa điểm vào và ra của mạng, gán nhãn cho các gói. MPLS được thiết kế để thiết lập các đường chuyển mạch nhãn trong các mạng 48 dịch vụ gói (IP, ATM, FR) trên nền mạng quang. Sự phát triển rầm rộ của sợi quang và WDM đã cho thấy một cơ chế tương tự có thể được sử dụng để thiết lập các luồng quang dưới lớp con WDM. Các thiết kế mạng số liệu ban đầu có khả năng tận dụng các giao thức báo hiệu do ITU chuẩn hoá (Q.931, Q.2931) và của ATM Forum (PNNI). Bước đầu tiên trong quá trình này là vào năm 1998 đã phát triển MPλS. Mục đích của nó là để xác định tập các giao thức dựa trên MPLS để điều khiển các thiết bị WDM nhằm cung cấp các luồng quang chuyển mạch bước sóng trong mạng quang. Hình dưới mô tả quá trình phát triển các giao thức báo hiệu và định tuyến cũng như mối quan hệ giữa chúng. Hình 30. Quá trình phát triển các giao thức báo hiệu, định tuyến Điều rõ ràng là cơ chế điều khiển cần phải bao gồm cả quá trình hồi phục và khả năng cung cấp không chỉ cho lớp WDM mà cho cả lớp SONET/TDM và lớp sợi quang phía dưới. Do đó, vào khoảng năm 2000, IETF đã mở rộng MPλS thành GMPLS. Quá trình mở rộng này mang đến một số cải tiến như: mở rộng nhãn cho cả các khe TDM, truyền hai chiều, tăng cường khả năng báo hiệu, kết hợp các khả năng định tuyến (khám phá topo mạng và topo dịch vụ). Năm 2000 ban Viễn thông của ITU và ANSI T1X1 cũng bắt đầu nghiên cứu về mạng quang chuyển mạch tự động ASON, là một bộ phận của mạng truyền tải chuyển mạch tự động ASTN. 2.3.2 G-MPLS[11] 2.3.2.1 Giới thiệu Với sự bùng nổ nhu cầu lưu lượng trong những năm gần đây, mạng quang được xem là giải pháp hữu hiệu để đáp ứng nhu cầu. Các hệ thống SDH, WDM và L3 (Packet) IP L2 (data Link) ATM PNNI (Q.29 31) Q.931 /SS7 MPλS OSRP GMP LS ASO N Kiểu mạng Giao thức báo hiệu và định tuyến Năm 1980s 1996 1998 1998 2000 2001 L1(Physical) TDM/ISDN SONET/SDH DWDM 49 các thiết bị đấu nối chéo OXC cũng phát triển mạnh mẽ nhằm tăng dung lượng và phạm vi mạng. Mảng điều khiển quang được thiết kế nhằm đơn giản hoá, tăng tính đáp ứng và mềm dẻo trong việc cung cấp các phương tiện trong mạng quang. MPLS đã trở thành mô hình định tuyến mới cho mạng IP. G-MPLS là sự mở rộng của MPLS nhằm hướng tới mảng điều khiển quang cho mạng quang. IETF và OIF đã phát triển tiêu chuẩn G-MPLS để đảm bảo sự phối hợp giữa các lớp mạng khác nhau. Hiện tại lớp truyền tải (lớp quang) và lớp số liệu (điển hình là Lớp 2 và/hoặc IP) tách hẳn nhau và hoạt động độc lập nhau. G- MPLS 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. Nó mở rộng khả năng định tuyến lớp số liệu đến mạng quang. G-MPLS có thể cho phép mạng truyền tải và mạng số liệu hoạt động như một mạng đồng nhất. GMPLS được phát triển trong nỗ lực nhằm làm đơn giản hoá và bỏ bớt mô hình mạng bốn lớp hiện tại. GMPLS loại bỏ các chức năng chồng chéo giữa các lớp bằng cách thu hẹp các lớp mạng. Nó không phải là một giao thức đơn hay tập không đổi các giao thức, mà đó là phương thức để kết hợp nhiều kỹ thuật trên cùng một kiến trúc đơn và quản lý chúng với một tập đơn các giao thức quản lý. Nhiều công ty hiện đang triển khai mạng 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 sẽ mang lại chất lượng dịch vụ tốt hơn và thiết kế lưu lượng trên internet, một xu hướng hiện tại và cũng là mục tiêu chính của bất cứ nhà cung cấp dịch vụ nào. 2.3.2.2 Hoạt động và nền tảng của MPLS MPLS đã mở rộng bộ giao thức IP nhằm cải thiện quá trình phát chuyển của các Router. Đối với các Router, khi nhận được một gói tin phải qua quá trình phân tích địa chỉ và tìm kiếm tuyến khá phức tạp để xác định trạm kế tiếp bằng cách kiểm tra địa chỉ đích trong header của gói. MPLS đã đơn giản thủ tục này bằng cách dựa vào một nhãn đơn giản khi phát chuyển. MPLS còn có khả năng đặt các lưu lượng IP trên các đường xác định trước qua mạng. Bằng cách này MPLS tạo ra sự bảo đảm về băng tần và các đặc tính dịch vụ khác cho mỗi ứng dụng cụ thể của User (người sử dụng). Với mỗi dịch vụ cụ thể, một bảng lớp phát chuyển 50 tương đương (FEC) biểu diễn một nhóm các dòng lưu lượng có cùng yêu cầu về xử lý lưu lượng được tạo ra. Một nhãn đặc biệt sau đó được dùng để gán cho một FEC. Tại lối vào mạng MPLS, các gói IP đến được được kiểm tra và gán một “nhãn” bởi router nhãn ở biên mạng (LER). Các gói đã được gán nhãn sau đó được phát chuyển dọc theo một LSP và tại đây các Router chuyển mạch nhãn (LSR) dựa vào trường nhãn trong gói để đưa ra quyết định chuyển mạch. LSR không cần kiểm tra tiêu đề IP của gói để tìm trạm kế tiếp. Nó đơn giản chỉ bỏ nhãn hiện tại và đưa vào một nhãn mới cho trạm kế tiếp. Cơ sở thông tin nhãn tạo ra các nhãn mới (để chèn vào gói) và một giao diện ra (dựa vào nhãn vào trên giao diện vào). Báo hiệu để thiết lập LSP xử lý lưu lượng được thực hiện nhờ sử dụng giao thức phân phối nhãn trên mỗi nút MPLS. Có một số giao thức phân phối nhãn khác nhau trong đó hai giao thức phổ biến nhất là RSVP- xử lý lưu lượng (RSVP- TE) và CR-LDR. RSVP-TE là phiên bản mở rộng của RSVP để phân phối các nhãn và tạo khả năng xử lý lưu lượng. CD-LDP được thiết kế riêng cho mục đích này. MPLS gồm cả các mở rộng của các giao thức định tuyến trạng thái tuyến IP hiện tại, các mở rộng MPLS đối với OSPF và IS-IS cho phép các nút không chỉ trao đổi các thông tin về topo mạng mà những thông tin về tài nguyên và thậm chí về chính sách cũng được trao đổi. Thuật toán định tuyến dựa trên các ràng buộc sử dụng các thông tin này để tính toán các đường tối ưu cho các LSP và cho phép thực hiện các quyết định về quá trình xử lý lưu lượng phức tạp một cách tự động khi chọn tuyến qua mạng. 2.3.2.3 Quá trình phát triển MPLS đến GMPLS IETF đã mở rộng bộ giao thức MPLS để có khả năng hỗ trợ cả các thiết bị chuyển mạch theo thời gian, bước sóng và không gian qua G-MPLS. Điều này cho phép mạng dựa trên G-MPLS xác định và cung cấp đường tối ưu dựa trên các yêu cầu lưu lượng của user (người sử dụng). Một số cấu trúc G-MPLS được chỉ ra như ở bảng sau: 51 Bảng 3. Một số cấu trúc của G-MPLS Miền Chuyển mạch Loại lưu lượng Lược đồ phát chuyển Thiết bị điển hình Thuật ngữ Gói, cell IP, ATM Nhãn như phần ghép thêm vào header, kết nối kênh ảo (VCC) IP Router, ATM switch Khả năng chuyển mạch gói (PSC) Thời gian TDM/SONET Khe thời gian trong chu kỳ lặp lại Hệ thống kết nối chéo số DCS, ADM Khả năng TDM Bước sóng Trong suốt Lambda DWDM Khả năng chuyển mạch Lambda (LSC) Không gian vật lý Trong suốt Quang, đường OXC Khả năng Chuyển mạch sợi (FSC) Khác biệt giữa MPLS và GMPLS G-MPLS được mở rộng từ MPLS, tuy nhiên trong khi MPLS hoạt động trong mảng số liệu thì G-MPLS được ứng dụng trong mảng điều khiển, thực hiện quản lý kết nối cho mảng số liệu gồm cả chuyển mạch gói, chuyển mạch kênh (như TDM, chuyển mạch bước sóng và chuyển mạch sợi). Một điểm khác nữa giữa MPLS và G-MPLS là MPLS yêu cầu luồng chuyển mạch nhãn (LSP) thiết lập giữa các bộ định tuyến biên, trong khi đó G- MPLS mở rộng khái niệm LSP, LSP trong G-MPLS có thể thiết lập giữa bất kỳ kiểu bộ định tuyến chuyển mạch nhãn như nhau nào ở biên mạng. Chẳng hạn, có thể thiết lập LSP giữa các bộ ghép kênh ADM SDH tạo nên TDM LSP hoặc có thể thiết lập giữa hai hệ thống chuyển mạch để tạo nên LSC LSP hoặc giữa các hệ thống nối chéo chuyển mạch sợi để tạo nên FSC LSP. 2.3.2.4 Bộ giao thức G-MPLS Sự phát triển MPLS thành G-MPLS đã mở rộng giao thức báo hiệu (RSVP- TE, CR-LDP) và giao thức định tuyến (OSPF-TE, IS-IS-TE). Các mở rộ