XU HƯỚNG TÍCH HỢP MẠNG IP/QUANG THẾ HỆ SAU I Giao thức thống nhất của mạng truyền tải 1.1 IP giao thức thống nhất của mạng truyền tải Cùng với sự ra đời và phát triển của nền kinh tế tri thức, sự phát triển bùng nổ của lưu lượng Internet/Intranet cũng như công nghiệp truyền dẫn IP băng rộng/tốc độ cao có khả năng truyền tải được tất cả các dịch vụ viễn thông hay dữ liệu làm cho truyền tải IP đang trở thành phương thức truyền tải chính trên cơ sở hạ tầng truyền tải thông tin hiện nay cũng như trong tương lai. Sự tăng trưởng theo cấp số nhân của luồn lưu lượng IP được kết hợp với sự tăng trưởng lớn mạnh liên tục của việc sử dụng mạng internet và intranet diện rộng, sự hội tụ nhanh chóng của các dịch vụ IP tiên tiến, Khả năng kết nối đơn giản, dễ dàng và linh hoạt đã tạo ra một sự dịch chuyển mang tính đột biến trong quá trình phát triển của mạng viễn thông. Sự dịch chuyển này không chỉ xảy ra trên lĩnh vực nội dung mà còn ở cách thức của truyền tải lưu lượng. Nó đã làm thay đổi hoàn toàn quan điểm thiết kế của các mạng viễn thông. Mặc khác công nghệ thông tin ngày càng phát triển mạnh mẽ. Đặc biệt, khi công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh phân chia theo bước sóng – WDM, mà giai đoạn tiếp theo của nó là ghép kênh phân chia theo bước sóng có mật độ cao – DWDM, ra đời với những ưu điểm vượt trội về băng thông rộng/tốc độ lớn ( tới hàng ngàn Terabit ) và chất lượng truyền dẫn cao cũng tạo nên sự phát triển đột biến trong công nghệ truyền dẫn. Từ sự bùng nổ lưu lượng IP cùng sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ IP và công nghệ thông tin quang đã tạo nên một cuộc cách mạng trong truyền tải của các mạng viễn thông. Kết hợp hai công nghệ mạng này trên cùng một cơ sở hạ tầng mạng tạo thành một giải pháp tích hợp để truyền tải đang là vấn đề mang tính thời sự. Trong hầu hết các kiến trúc mạng viễn thông đề xuất cho tương lai đều thừa nhận sự thống trị của công nghệ truyền dẫn IP trên mạng quang. Đặc biệt truyền tải IP trên mạng quang được xem là nhân tố then chốt trong việc xây dựng mạng truyền tải NGN. Cho đến nay người ta đã tạo ra được nhiều giải pháp liên quang đến vấn đề làm thế nào truyền tải các gói IP qua môi trường sợi quang. Và nội dung của chúng đều tập trung vào việc giảm kích thước mào đầu trong khi vẫn đảm bảo cung cấp dịch vụ chất lượng khác biệt, độ khả dụng và bảo mật cao. Có hai hướng giải quyết chính cho vấn đề trên đó là: giữ lại công nghệ cũ, phát triển các tính năng phù hợp cho lớp mạng trung gian như ATM và SDH để truyền tải IP trên mạng WDM, hoặc tạo ra công nghệ và giao thức mới như MPLS, GMPLS. Đối với kiến trúc mạng IP được xây dựng theo ngăn mạng sử dụng những công nghệ như ATM, SDH và WDM, do có nhiều lớp liên quan nên đặc trưng của kiến trúc này là dư thừa các tính năng và chi phí cho khai thác và bảo dưỡng cao. Hơn nữa kiến trúc này trước đây sử dụng cung cấp chỉ tiêu đảm bảo cho dịch vụ thoai và thuê kênh. Vì vậy, nó không còn phù hợp cho các dịch vụ chuyển mạch gói mà được thiết kế tối ưu cho số liệu truyền tải lưu lượng IP bùng nổ. Một số nhà cung cấp và tổ chức tiêu chuẩn đã đề xuất những giải pháp mới cho khai thác IP trên một kiến trúc mạng đơn giản, ở đó lớp WDM là nơi cung cấp băng tầng truyền dẫn. Những giải pháp này cố 1 gắng giảm mức tính năng dư thừa, giảm mào đầu giao thức, đơn giản hóa công việc quản lý và qua đó truyền tải IP trên lớp WDM (lớp mạng quang) càng hiệu quả càng tốt. Tất cả chúng đều liên quan đến việc đơn giản hóa các ngăn giao thức, nhưng trong số chúng chỉ có một số kiến trúc có nhiều hứa hẹn như các giải pháp gói trên SONET/SDH, Gigabit Ethernet (GbE) và truyền tải gói động ( Dynamic Packet Transport – DPT). Tuy nhiên các giải pháp GbE và DPT thường được sử dụng cho lớp truy nhập. Tùy từng giải pháp tích hợp truyền tải IP trên quang các tín hiệu dịch vụ được đóng gói qua các tầng khác nhau. Đóng gói có thể hiểu một cách đơn giản chính là quá trình các dịch vụ lớp trên đưa xuống lớp dưới và khi chúng đã được thêm các tiêu đề và đuôi theo không dạng tín hiệu đã được định nghĩa ở lớp dưới. Các phương thức tích hợp trên quang bao gồm :  Kiến trúc IP/PDH/WDM  Kiến trúc IP/ATM/SDH/WDM  Kiến trúc IP/ATM/WDM  Kiến trúc IP/SDH/WDM  Kiến trúc IP/NGSDH/WDM  Kiến trúc IP/MPLS/WDM Phương thức truyền tải IP trên quang là một trong những yếu tố quan trọng để người ta lựa chọn giao thức IP làm giao thức thống nhât cho mạng truyền tải trong tương lai. 1.2 Giao thức IP Cho đến nay đã có hai phiên bản của giao thức IP đó là : IP version 4 (IPv4) và IP version 6 (IPv6). Tuy vậy, chúng vẫn thực hiện những chức năng chính sau: + IP định nghĩa đơn vị số liệu mà có thể gửi qua internet, nghĩa là IP quy định định dạng của đơn vị số liệu (datagram) được gửi đi: + Phần mềm IP thực hiện chức năng định tuyến dựa trên địa chỉ IP; + IP gồm một tập hợp các nguyên tắc cho việc xử lý đơn vị số liệu tại các bộ định tuyến và Host như thế nào, khi nào và bao giờ bản tin lỗi cần được tạo ra, và khi nào số liệu cần hủy bỏ. Sự phát triển mạnh mẽ của IPv6 chủ yếu bắt nguồn từ việc thiếu không gian địa chỉ của phiên bản tiền nhiệm trước nó (IPv4). Yêu cầu phát triển đòi hỏi phải định nghĩa lại phần mào đầu nhằm cải thiện hiệu quả định tuyến, đó cũng là một động lực quan trọng khác của IPv6. Địa chỉ IPv4 gồm có 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 phần định danh mạng và trạm. Địa chỉ IP được biểu diễn dưới dạng <Net_ID> <Host_ID>. Có thể biểu diễn địa chỉ IP dưới dạng nhị phân và thập phân. Giả sử n và h lần lượt là bit chỉ mạng và trạm. Địa chỉ IP được phân lớp, với bit lớp của lớp A, B, C, D, E lần lượt là 0, 10, 110, 1110, 11110. Với IPv4 chúng ta có 232 (4,3 tỷ) địa chỉ. Với sự phát triển của công nghệ hiện nay, hầu như tất cả các thiết bị điện tử trong tương lai sẽ tích hợp dịch vụ IP, vì thế không gian địa chỉ của IPv4 trở nên chật hẹp. IPv6 là sự mở rộng của IPv4, trong đó nó dùng 64 bit cho phần phần định danh mạng và 64 bit cho phần định danh trạm. Như vậy với IPv6 chúng ta sẽ có 2128 địa chỉ. Điều này có nghĩa là trung bình một 2 cá nhân trên thế giới sẽ có vào khoảng 5×1028 địa chỉ IP (xem như trên thế có vào khoảng 6,5 tỷ người). Như vậy với IPv6 chúng ta có thể đảm bảo đủ không gian địa chỉ cho tất cả các thi ết bị điện tử tích hợp dịch vụ IP trong tương lai. Điều này làm tiền đề cho sự phát triển lưu lượng số ngày càng mạnh mẽ và bền vững. 1.3 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 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 h.nh 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 đếnnay các ứng dụng IP đang cố thu nạp những điểm mạnh của IPv6 chẳng hạn như QoS. 1.4 IPv6 cho IP/WDM Vấn đề chính của chúng ta là phải xác định xem những gì cần cho mạng và những g. 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 tr.nh chuyển đổi dần dần tại biên giới giữa các thành phần mạng. Sử dụng IPv6 trong phần l.i của mạng WDM sẽ đem lại hiệu quả, khả năng mở rộng lớn hơn so với IPv4. 1.5 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong IP Trước đây, Internet chỉ hỗ trợ dịch vụ với nỗ lực tối đa như bản chất thuật ngữ “ best effort”, ở đó tất cả các gói có cùng năng lực truy nhập tài nguyên mạng. Lớp mạng lien quan đến việc truyền tải các gói từ nguồn đến đích bằng cách sử dụng địa chỉ đích trong mào đầu gói dựa trên một thực thể trong bảng định tuyến. Sự phân tách trong quá trình định tuyến từ quá trình gửi gói tin thực tế là một khái niệm thiết kế rất quan trọng trong internet. Gần đây IETF đã giới thiệu một vài giải pháp thúc đẩy QoS trong internet. Trong số những giải pháp này, IntServ/RSVP và DiffServ/ QoS – agents là những giải pháp hứa hẹn nhất. 1.6 Mô hình phân loại các gói IP thành các lớp dịch vụ • Kiểu dịch vụ tích hợp ( IntServ) Giao thức đặt trước tài nguyên và kiến trúc để thực hiện QoS từ đầu đến cuối là kết quả của nhóm IntServ. RSVP là một giao thức báo hiệu thiết lập vào duy trì sự dành trước tài nguyên mạng. Do đó RSVP sẽ có giai đoạn thiết lập, ở đó các vùng tài nguyên được dành trước trong các bộ định tuyến trung gian. 3 Trong RSVP việc dành trước tài nguyên chỉ hợp lệ trong một khoản thời gian nhất định, Vấn đề căn bản cảu RSVP đó là sự mở rộng việc quản lý tình trạng tài nguyên trong một lượng lớn các kết nối. các giải pháp cho vấn đề mở rộng này là tập hợp luồn RSVP thành một luồng hoặc RSVP theo kiến trúc. • Mô hình dịch vụ phân biệt ( DiffServ) Cơ chế dịch vụ phân biệt (DiffServ) cho phép nhà cung cấp các mức dịch vụ khác nhau cho những người sử dụng internet khác nhau. Mỗi mạng riêng hoặc mạng của ISP có một miền DiffServ. Trong miền này, lưu lượng các gói được xử lý theo cùng một kiểu. Điểm mã DiffServ của IETF (DSCP) trong phần mào đầu gói định nghĩa đáp ứng cho mỗi nút. Lưu lượng đi vào mạng được phân loại và gán vào các khối đáp ứng khác nhau. Mỗi khối đáp ứng được định nghĩa bởi DSCP đơn giản nằm trong phần mào đầu gói. DiffServ cung cấp QoS cho toàn bộ lưu lượng bằng cách sử dụng các thành phần chức năng tại nút mạng. Những thành phần này bao gồm:  Tập hợp đáp ứng chuyển phát mà định nghĩa lớp QoS cug cấp. Việc phân loại gói tới được thực hiện nhờ trường DS trong phần mào đầu gói cùng với tổng hợp đáp ứng tại mỗi nút.  Điều hòa lưu lượng gồm việc đo đạc, loại bỏ và kiểm soát. Phân loại gói và điều hòa lưu lượng chỉ được thực hiện tại các bộ định tuyến biên. Trong mạng lõi DiffServ chỉ thực hiện phân loại qua trường DS có độ dài cố định. Điều này mang lại cho DiffServ khả năng mở rộng rất lớn. II Công nghệ ghép kênh theo bước sóng 2.1 Công nghệ ghép kênh theo bước sóng Do hệ thống truyền dẫn thông tin quang có nhiều ưu điểm trội hơn hẳn các hình thức thông tin khác như : băng thông rộng, tốc độ cao, không chịu ảnh hưởng của sóng điện từ,… nên thông tin quang đang giữ vai trò chính trong việc truyền tín hiệu ở các tuyến đường trục và các tuyến xuyên lục địa, vượt đại dương…Công nghệ hiện nay đã tạo đà cho thông tin quang phát triển theo xu hướng hiện đại và kinh tế nhất trong mạng viễn thông. Vì vậy các hệ thống truyền dẫn thông tin quang sẽ dần thay thế các hệ thống thông tin theo phương pháp truyền thống. Với sự xuất hiện của công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng (WDM) thì dung lượng, tốc độ, băng rộng… của hệ thống thông tin ngày càng nâng cao. Công nghệ WDM tận dụng băng tầng của sợi quang bằng cách truyền nhiều kênh bước sóng quang độc lập và riêng rẽ trên cùng một sợi quang. Mỗi bước sóng biểu thị cho một kênh quag trong sợi. DWDM là bước phát triển tiếp theo của WDM. Nguyên lý nó tương tự WDM chỉ khác là khoản cách giữa các kênh sóng gần hơn, tức là số kênh ghép nhiều hơn. Thông thường khoảng cách kênh ghép là 0.4nm (50 GHz). Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật WDM là các tín hiệu quang có bước sóng khác nhau ở đầu phát được ghép kênh và truyền trên cùng một sợ quang. Ở đầu thu tín hiệu gồm nhiều bước sóng đến từ sợi quang đó được tách kênh để thực hiện xử lý theo yêu cầu của từng bước sóng. Như vậy, WDM có nghĩa là độ rộng băng quang của các kênh được ghép kênh ở các vùng phổ cố định, không chồng lấn trong băng thông truyền dẫn của sợi quang. Mỗi vùng tương ứng với một kênh có bước sóng là ƛi. Các kênh khác nhau thì độc lập với nhau và truyền với các tốc độ xác định. Điều này cho phép WDM được xem như hệ thống truyền dẫn mà tín hiệu được truyền trong suốt đối với dạng mã và tốc độ. Công nghệ WDM có các đặc điểm sau: - Tận dụng tài nguyên dải tầng rất rộng của sợi quang - Có khả năng đồng thời truyền dẫn nhiều tín hiệu - Có nhiều ứng dụng - Giảm yêu cầu xử lý tốc độ cao cho một số linh kiện quang điện - Kênh truyền dẫn IP - Có khả năng truyền dẫn hai chiều trên cùng một sợi quang - Cấu hình mạng có tính linh hoạt , tính kinh tế và độ tin cậy cao 2.2 Các thế hệ mạng WDM 4 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, rẻ 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 nh.n 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 nh.n đa giao thức (MPLS) được coi là chuyển mạch nh.n 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 2.3 Xu hướng tích hợp IP over WMD 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. Trong khi IP được xem như 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 quang linh hoạt hơn, nhờ đó các đường quang (lightpath) có thể được thiết 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 thiết 5 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 thiết 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 các giao thức mạng. Các mạng truyền thống có rất nhiều lớp độc lập, do đó có nhiều chức năng chồng chéo nhau ở các lớp và thường xuyên có sự mâu thuẫn 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 giảm số lớp giao thức. Hơn nữa, khi dung lượng và khả năng kết nối mạng trong cả công nghệ 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 cũng cung cấp một số chức năng có giá trị như kỹ thuật lưu lượng (Traffic Engineering) và khôi phục. Những chức năng này cần phải 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 trùng lặp chức năng giữa các lớp mạng, giảm bộ phận trung tâm dư thừa tại các lớp SDH/SONET, ATM, giảm thao tác thiết 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 hợp 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 mạng Internet và quang Một trong những thách thức lớn nhất ngày nay đối mặt với các nhà sản xuất chuyển mạch quang đó là phát triển các giao thức báo hiệu cho điều khiển động và hoạt động liên mạng của lớp quang mà có lẽ đây cũng là vấn đề cần chuẩn hóa 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 thiết lập nên các phương pháp xác định việc điều khiển và kết nối giữa mạng WDM và IP. III Kiến trúc IP/DWM Hệ thống truyền dẫn dữ liệu đang hướng tới là khả năng truyền dẫn IP trực tiếp trên hệ thống truyền dẫn DWDM. Trong tương lai, sự thống nhất giữa mạng IP và mạng quang nhờ sử dụng các bộ định tuyến IP hoạt động ở tốc độ Gbit/s hay Tbit/s phù hợp với giao diện quang tốc độ cao, cũng như các thiết bị truyền dẫn DWDM có kích thước và cấu hình khác nhau chắc chắn sẽ tạo ra các ưu điểm nỗi bật. Giải pháp này đạt được sự tối ưu về lớp, nâng cao tối đa hiệu suất truyền dẫn mạng. Trong tương lai, sự thống nhất giữa IP và mạng quang nhờ sử dụng các bộ định tuyến và hoạt động ở tốc độ Gbit/s hay 6 Tbit/s phù hợp với giao diện quang tốc độ cao, cũng như các thiết bị truyền dẫn DWDM có kích thước và cấu hình khác nhau sẽ tạo ra ưu điểm nỗi bật. 3.1 Nguyên lý hệ thống Giải pháp này cho phép truyền trực tiếp gói dữ liệu IP trên hệ thống WDM, mỗi giao thức sẽ có một bước sóng tương ứng. Việc xử lý ở đây mới dừng lại ở mức xử lý theo từng luồng quang. Các bước sóng khác nhau có thể xen /rẽ hoặc chuyển đổi bước sóng ở các nút khác nhau nhờ thiết bị như : OXC, OADM, bộ định tuyến bước sóng quang. Khi đó để thực hiện chuyển đổi các luồng tín hiệu điện thành các tín hiệu quang để truyền dẫn trên hệ thống DWDM không có giao thức trung gian. Để thực hiện truyền dẫn các gói dữ liệu IP phải được tập trung thành một luồng trước khi biến đổi để truyền dẫn ở miền quang trên bước sóng tương ứng. với các thiết bị WDM ngày nay, số bước sóng có thể ghép kênh ít nên tương ứng cho mỗi giao thức có một bước sóng nhất định. Các gói dữ liệu có đích là mạng nội hạt … khác nhau khi truyền dẫn trên cùng một bước sóng thì tại mỗi nút cần phải biến đổi về miền điện để thực hiện định tuyến, kết cuối các gói dữ liệu xuất phát từ nút này đến nút khác . Như vậy truyền dẫn quang đối với các gói dữ liệu IP vẫn hạn chế bởi “nút cổ chai” của mạch điện tử. Tại đích, các gói dữ liệu IP được đưa đến các bộ định tuyến tốc độ cao thực hiện định tuyến cho nó. Khi đó, tránh được việc xử lý ở miền điện tại nút trung gian. Tuy nhiên, công nghệ chưa thực sự tối ưu vì số lượng mạng đích nhiều trong khi số lượng bước sóng vẫn còn hạn chế. Vì vậy, các gói dữ liệu chỉ hạn chế được số lần xử lý trong miền điện tại các nút trung gian chứ chưa phải là dã loại bỏ được một cách hoàn toàn. Hiện nay, trên thị trường đã có các thiết bị có khả năng ghép đến 200 bước sóng. Với số lượng bước sóng nhiều thì mỗi giao thức có thể truyền dẫn trên nhiều bước sóng. Khi đó, với việc sử dụng phiên bản IPv6 có khả năng định tuyến ngay tại nguồn thì có thể tập trung các gói dữ liệu có cùng đích đến trên một bước sóng. Nhờ đó, các luồng quang tại các nút trung gian không cần xử lý điện mà có thể sử dụng các OXC hoạt động dưới sự điều khiển cảu bước sóng điều khiển ƛs để thực hiện các định tuyến luồng. Các miền này chỉ biến đổi về miền điện khi đến được nút đích. Kiến trúc tổng quát của các mạng quang IP over WDM (Internet quang) được mô tả như hình 3. Hình 3 thể hiện nhiều mạng quang tồn tại trong miền quang, trong đó giao diện ENNI (External Network- to-Network Interface) được sử dụng để báo hiệu giữa các mạng quang với nhau. Một mạng quang riêng lẻ bao gồm các mạng quang nhỏ hơn và báo hiệu giữa chúng sử dụng giao diện INNI (Internal Network-to- Network Interface). Và một mạng quang nhỏ hơn đó gồm nhiều nút mạng quang (các bộ OXC) được nối với nhau bởi sợi quang. Các mạng khách hàng như IP, ATM, SONET giao tiếp với mạng quang thông qua giao diện UNI (User-to-Network Interface). Các kỹ thuật chuyển mạch quang quyết định loại dịch vụ mà mạng quang có thể cung cấp cho các mạng khách hàng 7 Hình 3. Cấu trúc mạng IP over WDM 3.2 Các mô hình giải pháp mạng IP/WDM Công nghệ IP/DWDM được nghiên cứu theo hai chủ đề chính: Khả năng cho phép thiết lập cấu hình mạng linh hoạt và kỹ thuật chuyển mạch trong mạng . Khả năng cấu hình mạng động là một công nghệ rất thuận lợi cho mạng viễn thông đường trục. Còn kỹ thuật chuyển mạch WDM liên quang đến các ứng dụng dịch vụ trong mạng Metro và mạng truy nhập, thích ứng với chuyển mạch của các luồng nhỏ - trung bình, bao gồm có các kỹ thuật chuyển mạch Burst quang, chuyển mạch nhãn và chuyển mạch gói quang. Hiện nay có hai xu hướng xây dựng mô hình tích hợp liên mạng IP/WDM. Đó là mô hình xếp chồng (Overlay) hay còn gọi là mô hình khách-chủ (Client-Sever), tức là đặt toàn bộ sự điều khiển cho lớp quang ở chính lớp quang. Xu hướng thứ hai là mô hình ngang hàng (Peer), tức là dịch chuyển một phần điều khiển lên bộ định tuyến IP Mô hình ngang hàng dựa trên giả thiết là việc điều khiển ở lớp quang được chuyển sang thực hiện ở lớp IP. Mô hình này xem xét kiến trúc mạng dưới quan điểm “định tuyến gói”. Trong khi đó mô hình xếp chồng dựa trên giả thiết điều khiển lớp quang là độc lập và lớp quang tạo nên một nền mở cho nối kết động của nhiều loại tín hiệu khác nhau bao gồm cả IP. Mô hình này xem xét kiến trúc mạng trên quan điểm “chuyển mạch kênh”. Cả hai mô hình đều giả định phát triển mạng quang thế hệ sau có tôpô dạng mắc lưới với nền điều khiển IP dựa trên chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. Ứng dụng cụ thể của MPLS cho mô hình xếp chồng còn gọi là chuyển mạch đa giao thức tổng quát GMPLS. Kiến trúc điều khiển GMPLS cung cấp một tập các giao thức đơn giản, hoàn thiện tương thích với mạng IP đáp ứng cho mạng thế hệ sau. Quá trình điều khiển thống nhất xuyên suốt các lớp số liệu và quang sẽ đơn giản quá trình quản lý mạng có nhiều lớp và cải thiện hiệu quả sử dụng tài nguyên thông qua kỹ thuật lưu lượng giữa các lớp. Trong bối cảnh này, các giao thức định tuyến IP làm đòn bẩy cho việc nhận biết tôpô mạng và các giao thức báo hiệu MPLS được sử dụng cho thiết lập tự động. Ngoài ra sử dụng các giao thức này cho điều khiển lớp quang sẽ giúp các nhà sản xuất thiết bị đảm bảo tính tương thích nhờ có các tiêu chuẩn rất phổ biến. Do vậy xu hướng chung là sử dụng IP cho cả ba mặt phẳng chức năng của mạng: dữ liệu, điều khiển, và quản lý. 8 Hình 4. Hai cầu trúc tích hợp mạng quang 3.2.1 Mô hình giải pháp mạng IP/WDM ngang hàng Trong mô hình giải pháp này, bộ chuyển mạch IP và bộ đấu chéo quang OXC hoạt động ngang hàng nhau, sử dụng mặt phẳng điều khiển cùng cách thức và khuông dạng để thiết lập đường dẫn chuyển mạch nhãn qua các thiết bị. Các thiết bị như bộ xen/rẽ kênh quang không theo như đúng dạng của nó, thay vì đó chúng liên kết các tuyến vật lý là sợ quang giữa các bộ định tuyến IP. Trong mô hình này, SONET cũng có thể được sử dụng để truyền khung dữ liệu trên các kênh WDM và gói IP đều được sắp xếp vào trong các khung của SONET theo cách IP/SONET. Theo mô hình này , không xác định được số lượng các 9 Mô hình xếp chồng Mô hình ngang hàng UNI, NNI, mặt phẳng điều khiển bộ định tuyến – bộ định tuyến MPLS, các thiết bị đang kết nối ngang hàng nhau và tài nguyên mạng. Đồng thời, mặt phẳng điều khiển có thể có nhiều thành phần mạng và nhiều công nghệ được cung cấp là cầu nối. Điều này cho phép mạng hoạt động theo cách tạo ra một vùng mạng riêng biệt gồm nhiều thành phần mạng khác nhau, điều này rất linh động cho việc cấu hình lại mạng khi cần thiết. Với mô hình giải pháp này, cho phép dễ dàng kết hợp với kỹ thuật GMPLS để thực hiện lớp mạng phức tạp, theo hướng phân cấp, từ sợi quang đến bộ định tuyến. đường chuyển mạch nhãn có thể thiết lập trong phạm vi mỗi lớp và lồng vào bên trong lớp khác. Từ nguồn đến đích có thể đi qua nhiều đường chuyển mạch nhãn tùy thuộc vào sơ đồ mạng cụ thể. Hoạt động của mô hình ngang hàng có một nhược điểm: lượng thông tin trao đổi giữa các thành phần mạng trong phạm vi nôi vùng. Điều này dẫn đến số lượng thông tin cập nhật tình trạng mạng lớn, dễ gây các thành phần mạng trở nên quá tải. Do vậy, sự hợp nhất IP/MPLS trên phương diện điều khiển trong mô hình mạng ngang hàng sẽ phải thực hiện một số lượng lớn công việc phải làm nhiều hơn để đảm bảo chắc chắn các kết nối phải phù hợp với phương diện điều khiển mạng. Mô hình ngang hàng có ưu điểm bảo vệ tốt việc kết nối mạng theo kiểu điểm-điểm và phục hồi lỗi, tăng khả năng điều khiển lưu lượng nhờ vào ứng dụng MPLS hoặc GMPLS và tăng hiệu quả sử dụng nguồn tài nguyên lẫn thiết bị mạng. Điều này mang lại lợi ích kinh tế cao cho nhà sản xuất thiết bị mạng quang. 3.2.2 Mô hình giải pháp mạng IP/WDM xép chồng. Theo cách này, các giao diện của bộ định tuyến IP được kết nối với các giao diện client cảu mạng WDM . Trong giải pháp này, các bộ kết nối chéo WDM và các giao diện xen/rẽ tự tương tác với nhau trong mạng WDM thông qua các tuyến sợi quang đa bước sóng. Chính vì thế, mạng WDM có hình dạng theo kiểu tô – pô cả về phương diện vất lý và phương diện ánh sang quang. Vì vậy có khả năng thao đổi cấu hình dễ dàng thông qua thiết lập lại cấu hình. Điều này rất quan trọng để chỉ ra rằng chuyển mạch lưu lượng IP và chuyển mạch theo bước sóng không bao giờ hoạt động trong cùng một lớp trong mạng IP/WDM theo cách cấu hình mạng động, mà chỉ thực hiện thông qua việc xếp chồng lớp. Mô hình xếp chồng có các giao thức định tuyến riêng biệt, hệ thống địa chỉ và các giải pháp mạng riêng giữa các mạng client và mạng truyền tải quang OTN Những đặc trưng của mô hình xếp chồng : - Khả năng giao tiếp mở với khả năng kết nối được với ATM, SONET,… - Cho phép mỗi mạng con giải quyết độc lập - Dễ dàng thay đổi độc lập trong từng mạng con - Bảo mật thông tin cấu hình và tài nguyên Trong mô hình xếp chồng , có hai loại giao tiếp: UNI và NNI. Giao tiếp mạng với người dùng UNI cung cấp cơ chế báo hiệu vùng người dùng và vùng cung cấp dịch vụ . Giao tiếp mạng với NNI cung cấp những phương pháp truyền thông giữa các mạng với nhau. Cả hai UNI và NNI đều phù hợp với môi trường bao gồm nhiều vùng quản trị, mà hiện đang được triển khai trên thực tế. Vấn đề là có nên sử dụng hai mặt phẳng điều khiển cho từng lớp truyền tải WDM và lớp gói IP hay hợp nhất trong mặt phẳng điều khiển duy nhất. Điều này chỉ có thể trả lời được trong cấu hình mạng cụ thể. Vì mỗi một cách có những ưu và nhược điểm khi xét trong một hoàng cảnh cụ thể. Để phát huy được cả hai thế mạnh của mô hình xếp chồng và mô hình ngang hàng, người ta xây dựng mô hình lai 3.2.3 Mô hình giải pháp mạng IP/WDM lai. Mô hình lai là sự kết hợp giữa hai mô hình xếp chồng và mô hình ngang hàng. Đây là mô hình sẽ được thiết kế bao gồm cả hai kiểu xếp chồng và ngang hàng theo điều kiện cụ thể để phát huy được ưu điểm của cả hai mô hình trên. Từ mô hình xếp chồng, mô hình lai cũng được xây dựng theo hướng nhiều vùng quản trị. Từ mô hình ngang hàng, mô hình lai cung cấp một tập hợp các công nghệ trong một vùng đơn.Với cách này nhằm tránh được hạn chế của mô hình xếp chồng và mô hình ngang hàng và sử dụng các điểm của chúng để đưa ra mức độ linh động cấu hình trên một diện rộng riêng biệt trong việc bảo mật dữ liệu nhờ sử dụng 10