Đặt vấn đề và giới thiệu tổng quan I. Tổng quan về mạng WDM. Truyền dẫn thông tin qua cáp đồng chỉ có thể cung cấp một băng thông tương đương 100Mb/s trên một khoảng cách là 1Km. Để có thể tiếp tục truyền đi tín hiệu phải được khuếch đại và khôi phục.
Trái lại, với công nghệ truyền dẫn quang sử dụng ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM), chỉ với một sợi quang có thể hỗ trợ một số kênh có bước sóng khác nhau, mỗi kênh này có thể hỗ trợ tốc độ kết nối lên tới hàng chục Gbps. Với khoảng cách dài tầm khoảng vài chục km thì các bộ thu phát tín hiệu WDM vẫn hoạt động với mức độ tín hiệu quang tốt. Do đó sợi quang này dễ dàng hỗ trợ được băng thông tới hàng chục Tpbs (nx1012). Trong hạ tầng cáp quang, WDM có thể được xem như một công nghệ truyền dẫn song song khai thác được ưu điểm về băng thông rộng của sợi quang và các kênh truyền tải sử dụng các bước sóng độc lập.
Một hệ thống truyền dẫn quang bao gồm ba thành phần: − Thiết bị phát tín hiệu quang. − Môi trường truyền dẫn. − Thiết bị thu tín hiệu quang. Hệ thống truyền dẫn quang WDM điểm-điểm bao gồm khối ghép xen/rẽ phân chia bước sóng (WADM), khối khuếch đại bước sóng (WAMP).
Một mạng quang WDM sẽ được triển khai từ những hệ thống WDM điểm-điểm và cần phải có các bộ chuyển mạch lựa chọn bước sóng (WSXC) để chuyển mạch tín hiệu đến sang các hướng quang khác và với những bước sóng theo yêu cầu. Hình I-1 thể hiện các cách cấu hình cho một hệ thống WDM điểm-điểm bao gồm cấu hình đơn nhánh và cấu hình Ring. Thế hệ đầu của mạng quang WDM chỉ đơn thuần cung cấp các kết nối vật lý điểm-điểm thường thấy trong các kết nối trung kế cho mạng WAN. Các cấu hình cho WAN WDM vừa có thể là cấu hình dạng tĩnh vừa có thể ở dạng cấu hình tùy biến.
Bản thân các kết nối WDM này cũng chỉ hỗ trợ các kết nối tốc độ §ç Lª Linh - CH §T 2006-2008 1 LuËn V¨n Th¹c Sü IP over WDM tương đối thấp giữa đầu cuối với đầu cuối. Các đặc tính kỹ thuật của công nghệ WDM thế hệ thứ nhất bao gồm thiết kế, phát triển của lasers WDM và các bộ khuếch đại, định tuyến bước sóng tĩnh, và các giao thức truy nhập. Với cấu trúc RING ta có thể sử dụng WADM để triển khai trong mạng MANs, các bộ đấu chéo số (DCX) được sử dụng cho các kết nối băng hẹp và băng rộng. Nhìn chung các hệ thống này dùng để quản lý trung kế chuyển mạch thoại, và các kết nối T1.
Hình I-1: Cấu hình cho hệ thống WDM WDM thế hệ thứ hai có khả năng thiết lập kết nối có hướng đầu cuối tới đầu cuối kênh quang nhờ các phần tử WSXC. Các kênh quang này tạo nên một topo ảo trên nền topo vật lí của hệ thống cáp quang. Tôpô bước sóng ảo có thể cấu hình một cách tự động để đáp ứng việc thay đổi lưu lượng mạng khi quy hoạch lại mạng. Công nghệ WDM thế hệ thứ hai bao gồm thiết bị xen/rẽ bước sóng, thiết bị đấu chéo, chuyển đổi để tương thích bước sóng tại khối đấu chéo, định tuyến động, gán bước sóng.
Cũng trong giai đoạn này, kiến trúc mạng WDM bắt đầu được nhận được nhiều sự chú ý, cụ thể là giao diện kết nối với các mạng khác. Cả hai mạng WDM thế hệ thứ nhất và thế hệ thứ hai đã được triển khai trong các mạng vận hành hướng lưu lượng. Hiệu quả của chi phí đầu tư cho các mạng đường dài này ngày một trở nên rõ rệt và được chấp nhận một cách rộng rãi. §ç Lª Linh - CH §T 2006-2008 2 LuËn V¨n Th¹c Sü IP over WDM Mạng WDM thế hệ thứ ba là một mạng quang chuyển mạch gói phi kết nối trong đó các phần mào đầu cuả gói quang được gắn với dữ liệu, truyền đi với tải và được xử lý tại các chuyển mạch WDM.
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 được thực thi một cách hiệu quả hơn bằng cách sử dụng chuyển mạch nhãn hoặc chuyển mạch cụm. Hiện tại việc đạt được chuyển mạch quang trên toàn mạng vẫn đang trong quá trình nghiên cứu. Hình I-2: Quá trình phát triển của WDM. Tổng quan về mạng IP.
Một mạng IP là một mạng truyền tải thông tin dựa trên công nghệ chuyển mạch gói theo kiểu “store and forward”. Phần tử quan trọng nhất trong mạng IP là các router với các chức năng dò tìm, duy trì topo mạng và tính toán đường trên mạng tới đích. Chúng cho phép điều khiển vùng mạng rộng trong mạng IP. Chức năng định tuyến có trách nhiệm cập nhật bảng định tuyến.
Khi gói tin đến router, tiêu đề gói tin sẽ được kiểm tra để phân loại và xử lý thông tin trong gói tin. Các gói tin được phân loại dựa trên các trường địa chỉ (nguồn hay đích) và loại dịch vụ trong tiêu đề gói tin. Việc xử lý gói tin bao gồm việc xếp hàng các luồng gói dữ liệu khác nhau theo các mức độ ưu tiên dịch vụ và chuyển đổi lớp liên kết dữ liệu. Forward gói tin dựa trên việc xử lý bảng định tuyến bằng cách so sánh địa chỉ của gói tin đầu vào rồi quyết định đưa ra cổng §ç Lª Linh - CH §T 2006-2008 3 LuËn V¨n Th¹c Sü IP over WDM nào.
Việc đóng gói và chuyển đổi thường sử dụng giao diện với các mạng truyền thông khác nhau, vì vậy dữ liệu cần được đóng gói và/hoặc được chuyển đổi giữa các giao thức lớp liên kết. Do đó các router có thể kết nối các mạng lớp 2 với các công nghệ khác nhau như ATM, Frame-Relay, Ethernet, Token ring. Với việc sử dụng linh hoạt và tăng hiệu suất sử dụng băng thông, phân loại các mức độ ưu tiên dịch vụ, môi trường IP ngày càng trở thành môi trường truyền tải được ưa thích. IP là lớp hội tụ trong mạng internet toàn cầu và ở khắp mọi nơi.
IP, giao thức lớp ba, được thiết kế cho địa chỉ mạng ở mức tương tác, và định tuyến qua subnet không giống với cộng nghệ lớp 2. Bên trên lớp IP là một lượng lớn các dịch vụ và ứng dụng dựa trên IP đã và đang được triển khai và một số dịch vụ tiềm năng khác cũng đang được phát triển. Ngày nay, rất nhiều thiết bị có thể kết nối với nhau dựa trên nên IP để hình thành nên các hệ thống mạng, đơn giản như hệ thống mạng kết nối các thiết bị điện tử trong gia đình. Do đó ta có thể thấy rõ các ưu thế vượt trội của lưu lượng IP, các ưu thế này càng làm thúc đẩy sự phát triển trên nền IP và tối ưu mạng IP.
Sự kết hợp giữa mạng IP và mạng WDM. Với yêu cầu ngày càng cao về băng thông, mạng Internet thế hệ tiếp theo được xây dựng tiến tới dung lượng terabits/s. Có rất nhiều dự án nghiên cứu vấn đề này như dự án SuperNet ở Mỹ, dự án CANARIE (Canadian Network) của chính phủ Canada, chương trình European ACTS (Advanced Communications Technologies and Services) ở châu Âu. Thêm vào đó có rất nhiều NRNs (National Research Networks) thiết lập cơ sở hạ tầng mạng.
Một chuỗi dự án R&D được hoàn thành như là: DANTE, TEN-34, TEN155, and EuropaNet. Ở Châu Á Thái Bình Dương, Có một số các quốc gia tham dự vào sáng kiến (Asia Pacific Advanced Networking). Mục đích để nghiên cứu và phát triển cho những ứng dụng trong môi trường mạng. APAN được thành lập vào năm 1997 bao gồm các thành viên Australia, Japan, Korea và Singapore.
Đông Âu, Nga, và Trung Đông cũng phát triển đa dạng. §ç Lª Linh - CH §T 2006-2008 4 LuËn V¨n Th¹c Sü IP over WDM Với điều đó, trong mạng WDM thế hệ ba, khả năng kết hợp với nhau trong vận hành giữa mạng WDM và mạng IP là vấn đề trọng tâm. Nó tích hợp hai công nghệ là định tuyến và gán bước sóng của chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) và được biết tới với thuật ngữ GMPLS. Các yếu tố kỹ thuật quan trọng về phần mềm thường được quan tâm bao gồm: Quản lý băng thông, tái cấu hình đường và khôi phục, hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS).
Trong mạng WDM thế hệ thứ 3, bên dưới lớp IP là công nghệ truyền dẫn quang sử dụng WDM hứa hẹn là một công nghệ kết nối tiềm năng hỗ trợ đa dạng các yêu cầu về dung lượng để duy trì sự phát triển không ngừng của Internet. Công nghệ WDM sẽ trở nên hấp dẫn hơn khi giá thành của các thiết bị này giảm xuống,. Với sự triển khai không ngừng của hệ thống cáp quang trên toàn cầu và sự trưởng thành của công nghệ ghép bước sóng. Các mạng quang dựa trên công nghệ ghép bước sóng đã được triển khai không chỉ trong mạng đường trục mà còn trong các mạng metro, mạng khu vực và mạng truy nhập.
Thêm vào đó, mạng quang WDM không còn là các hướng kết nối điểm tới điểm phục vụ cho những mục địch lưu lượng cụ thể nào đó mà giờ đây nó đã tạo nên những sự kết hợp tiềm năng và những yêu cầu linh hoạt của mạng. Động lực để phát triển IP qua WDM có thể được tổng kết như sau: − Mạng cáp quang WDM có thể tạo sự phát triển liên tục của lưu lượng Internet bằng việc khai thác cơ sở hạ tầng sợi hiện hữu. Công nghệ sử dụng WDM có thể tăng một cách đáng kể hiệu quả sử dụng dải thông sợi. − Hầu hết lưu lượng dữ liệu ngang qua những mạng là IP.
Gần như mọi ứng dụng dữ liệu người dùng cuối sử dụng IP. Ngay cả lưu lượng truyền thống là giọng nói cũng được đóng gói vào mạng IP qua kỹ thuật Voice-over-IP. §ç Lª Linh - CH §T 2006-2008 5 LuËn V¨n Th¹c Sü IP over WDM − IP/ WDM có thể đạt được hay nhắm vào để đạt được động lực trên yêu cầu về sự định vị dải thông (hay sự cung cấp kết nối thời gian thực) trong những mạng cáp quang. Bằng việc phát triển từ truyền thống, tập trung những mạng cáp quang kiểm soát vào trong một mạng phân tán, tự kiểm soát, IP/ WDM không những chỉ giảm bớt chi phí kinh doanh mạng, mà còn có thể cũng cung cấp sự phân bố nguồn tài nguyên động theo yêu cầu của dịch vụ kết nối.
Sự hợp nhất IP/ WDM sẽ dần dần áp dụng vào một sự vận chuyển mạng cáp quang hiệu quả giảm bớt chi phí của lưu lượng IP ( chi phí giá bit/km) và đa dạng của mạng cáp quang.