I. Tổng Quan Về Hệ Thống Mạng Metro Ethernet Tại Hà Nội
Trong xã hội thông tin ngày nay, băng thông là một trong những yếu tố được đặt lên hàng đầu. Không chỉ là những dịch vụ truyền thống như truy cập Internet, gửi và nhận e-mail hay chia sẻ file thông thường. Cùng với sự bùng nổ của mạng Internet toàn cầu thì nhu cầu về các loại hình dịch vụ đòi hỏi băng thông lớn như Voice, Data hay Video cũng như nhu cầu cấp thiết về việc hội tụ thoại và dữ liệu càng trở nên bức thiết hơn bao giờ hết. Chính vì thế trong nhiều năm gần đây chúng ta nghe nhiều hơn về thuật ngữ mạng Metro Ethernet Network cũng như các lợi ích mà nó mang lại. Thực ra, mạng Metro Ethernet không có gì xa lạ vì nó chính là mạng MAN (Metropolitan Area Network) mà được triển khai trên nền Ethernet. Để làm rõ về các khái niệm mạng Metro Ethernet, các công nghệ mạng và các mô hình triển khai dịch vụ trên nền mạng Metro Ethernet luận văn được chia ra làm 4 chương.
1.1. Sự Hình Thành và Phát Triển của Metro Ethernet
Metro Ethernet là phần đầu tiên mà khách hàng và doanh nghiệp kết nối tới mạng WAN. Những thực thể mà Metro bao gồm là khu dân cư (residential), khách hàng doanh nghiệp lớn (LEs - Large Enterprises), SOHO (Small Office/Home Office), các doanh nghiệp vừa và nhỏ (SMBs - Small Medium-size business). Phần của mạng nhà cung cấp kết nối đến khách hàng gọi là last mile. Phần này cũng có thể được gọi là first mile nếu khách hàng được coi là trung tâm và được quan tâm đến đầu tiên. Một thuật ngữ chính xác để chỉ đó là giới hạn cuối cùng của Metro vì đây là phần khó khăn và chi phí cao trong việc xây dựng và là cản trở cho việc tăng tốc độ truyền tải dữ liệu Metro vào trung tâm dữ liệu.
1.2. Ưu Điểm Vượt Trội Của Công Nghệ Metro Ethernet
Mạng Metro Ethernet truyền thống dùng công nghệ TDM là chủ yếu, nó tối ưu hóa các dịch vụ như thoại. Mạng Metro Ethernet cơ bản gồm các thiết bị như: ILE, DA, ADM, TDM, SONET/SDH. Đây là mô hình kết nối on-net và off-net tới khách hàng doanh nghiệp. Mạng on-net là mạng cáp quang sẽ kéo tới tận tòa nhà của khách hàng và lắp đặt bộ ADM trong tòa nhà để kết nối tới các khách hàng khác trong tòa nhà qua giao diện kết nối là T1 hoặc DS3/0Cп. Bộ ghép kênh số M13 sẽ ghép các kênh T1 thành DS3 và các kênh DS3 thành các kênh 0Cп để có thể truyền tải được qua vòng ring SONET/SDH tới CO.
II. Các Mô Hình Kiến Trúc Mạng Metro Ethernet Tiêu Biểu
Chi phí để xây lắp và duy trì hoạt động một mạng TDM rất đắt vì thế không hấp dẫn để triển khai, bởi vì bản thân công nghệ TDM là cứng nhắc, không mềm dẻo và không kinh tế khi mở rộng theo yêu cầu của khách hàng. Chi phí để triển khai mạng Metro là tổng chi phí tiêu dùng cho thiết bị và cho hoạt động. Chi phí hoạt động bao gồm chi phí lên kế hoạch, lắp đặt, hoạt động, quản lý, duy tu bảo dưỡng, sửa chữa. Điều quan trọng là các chi phí này lên tới 70% của tổng chi phí cho mạng truyền tải, vì thế nó có thể là gánh nặng cho vấn đề truyền tải khi lựa chọn sản phẩm và công nghệ để lắ đặt trên mạng.
2.1. Mô Hình Mạng Metro Ethernet Của Cisco
Khó khăn của TDM là giao diện kết nối của nó, mỗi một loại giao diện đã cố định sẵn một băng thông nhất định. Cho ví dụ một giao diện T1 băng thông là 1,5Mbps, DS3 là 45Mbps, 0C3 là 155Mbps. Bởi vậy khi khách hàng yêu cầu băng thông lớn hơn 1,5Mbps thì buộc chúng ta phải dùng nhiều đường T1 hoặc dùng giao diện DS3. Việc thay đổi này dẫn đến đầu cuối khách hàng phải thay đổi và chi phí cho phía nhà cung cấp dịch vụ cũng tăng lên. Các dịch vụ như kênh DS1, DS3 và kênh 0Cп có thể mềm dẻo hơn khi triển khai tăng băng thông nhưng chi phí cho các dịch vụ này cao và có tính chất giới hạn. Đây chính là động lực để gia tăng và phát triển Ethernet như là giao diện trong mạng Metro.
2.2. Mô Hình Mạng Metro Ethernet Của Siemens
Các giao diện Ethernet 10/100/1000 mở rộng tốt hơn từ tốc độ Megabit tới Gigabit, với chỉ một phần chi phí của TDM. Chi phí giảm, và tính dễ sử dụng đã thúc đẩy các mạng truyền tải sử dụng Ethernet là công nghệ truy cập. Trong mô hình mới, khách hàng sẽ sử dụng giao diện Ethernet hơn là giao diện TDM. Dưới đây là một vài đặc điểm khi dùng Ethernet: Khả năng mở rộng băng thông: Chi phí thấp của một giao diện Ethernet trên cả CPE của khách hàng và cả thiết bị phía nhà cung cấp, có thể thay đổi tốc độ với cùng một thiết bị. Trong khi TDM muốn thay đổi tốc độ thì phải thay đổi các thiết bị và tốc độ càng cao thì thiết bị càng đắt.
III. Các Dịch Vụ Triển Khai Trên Nền Metro Ethernet Network
Ngày nay, công nghệ Ethernet đã được chấp nhận triển khai rộng rãi và hàng triệu cổng đã được triển khai. Tính đơn giản của công nghệ Ethernet cho phép mở rộng giao diện Ethernet tới băng thông cao hơn mà chi phí vẫn vậy. Chi phí giảm, và tính dễ sử dụng đã thúc đẩy các mạng truyền tải sử dụng Ethernet là công nghệ tập trung. Trong mô hình mới, khách hàng sẽ sử dụng giao diện Ethernet hơn là giao diện TDM. Dưới đây là một vài đặc điểm khi dùng Ethernet: • Khả năng mở rộng băng thông: Chi phí thấp của một giao diện Ethernet trên cả CPE của khách hàng và cả thiết bị phía nhà cung cấp, có thể thay đổi tốc độ với cùng một thiết bị. Trong khi TDM muốn thay đổi tốc độ thì phải thay đổi các thiết bị và tốc độ càng cao thì thiết bị càng đắt.
3.1. Đặt Tên và Các Chuẩn Của Dịch Vụ Metro Ethernet
Bandwidth Granularity: Một giao diện Ethernet có thể cung cấp băng thông tối đa của giao diện, với TDM thì cứng nhắc hơn và sẽ là cả vấn đề lớn. Cung cấp nhanh: Triển khai dịch vụ trên nền Ethernet nhanh hơn trên TDM và khi có yêu cầu thay đổi của khách hàng thì Ethernet cũng triển khai nhanh chóng hơn. Trên sơ đồ ta nhận thấy mạng Metro chia ra làm 3 phần: Metro Access: Phần này là phần gần khách hàng nhất, các thiết bị được đặt trong tủ dây của doanh nghiệp. Metro Edge: Phần này tạo thành cấp độ đầu tiên tập trung của Metro. Kết nối của các tòa nhà được tập trung ở vùng CO này vào những đường truyền lớn hơn và đường truyền tải trong Metro hoặc qua WAN.
3.2. Các Dịch Vụ Tiêu Biểu Của Mạng Metro Ethernet
Metro Core: Phần này tạo thành cấp độ thứ 2 của phần tập trung nơi nhiều CO biên được tập trung vào trong core CO. Các core CO được nối với nhau thành core Metro nơi lưu lượng được kiểm tra khi qua WAN. Một vài thuật ngữ có thể thay đổi tùy theo mô hình, trong nhiều trường hợp chỉ có một cấp độ Aggregation, từ các kết nối tòa nhà được tập trung ở một nơi và tiếp theo là tới Router-core, thỉnh thoảng core CO cũng được gọi là Metro hub. Một vài dịch vụ tiêu biểu của Metro: Dịch vụ kết nối Internet. Dịch vụ mạng LAN-to-LAN. LAN to Frame Relay/ATM VPN. Dịch vụ truyền tải Metro.
IV. Nghiên Cứu và Triển Khai Mạng Metro Ethernet Tại Hà Nội
Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế và xu hướng hội nhập ngày càng cao thì ở các đô thị và thành phố lớn nhu cầu trao đổi thông tin đa dạng cả về loại hình dịch vụ, tốc độ. Với sự hình thành và phát triển bùng nổ các tổ hợp văn phòng, khu công nghiệp, công nghệ cao, các khu chung cư. Thêm vào đó các dự án phát triển thông tin của chính phủ, của các cơ quan, các công ty làm cho nhu cầu trao đổi thông tin như trao đổi tiếng nói, dữ liệu, hình ảnh, truy cập từ xa, truy cập băng rộng tăng dẫn đến các vấn đề cần giải quyết.
4.1. Hiện Trạng Mạng Metro Ethernet Tại Bưu Điện Hà Nội
Các mạng nội bộ LAN chỉ có thể đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin với phạm vi địa lý rất hẹp. Trong khi đó, nhu cầu kết nối với bên ngoài (truy cập Internet, truy cập cơ sở dữ liệu, kết nối chi nhánh văn phòng. Điều này dẫn đến cơ sở hạ tầng thông tin hiện tại với công nghệ TDM sẽ rất khó đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin rất lớn như vậy cả về loại hình dịch vụ và cường độ lưu lượng trao đổi thông tin. Do vậy việc tìm kiếm công nghệ để xây dựng một cơ sở hạ tầng mạng đô thị đáp ứng được yêu cầu trao đổi thông tin nói trên là công việc cấp thiết đối với những nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng.
4.2. Giải Pháp Triển Khai Mạng Metro Ethernet Hiệu Quả
Metro Ethernet là thị trường rất sôi động với những lý do sau: Sự phát triển về lưu lượng và kết nối băng rộng: Có lẽ thách thức lớn nhất trong lĩnh vực mạng ME chính là sự tăng trưởng theo hàm mũ và lưu lượng đi qua mạng mà chủ yếu là sự phát triển bùng nổ của dịch vụ truy cập Internet với vai trò là phương tiện thông tin toàn cầu sử dụng rộng rãi bởi các cá nhân và các doanh nghiệp cho các mục đích nghiên cứu, kinh doanh và giải trí. Bên cạnh sự xuất hiện của hàng triệu khách hàng mới thì bản chất của các ứng dụng trao đổi dữ liệu qua mạng Internet là ngày càng đòi hỏi lượng băng thông lớn vì Internet đã trở thành một môi trường trực quan trao đổi thông tin một cách sinh động và khái niệm đa phương tiện đã trở nên quen thuộc.
V. Ứng Dụng Thực Tế và Kết Quả Nghiên Cứu Metro Ethernet
Đối với người sử dụng, sự xuất hiện của kết nối băng rộng bằng các hình thức kết nối với mạng cung cấp dịch vụ qua các tiện ích truyền dẫn cáp quang hoặc cáp đồng cho phép tốc độ truy cập cao đáp ứng nhu cầu trao đổi lưu lượng với cường độ lớn của người sử dụng. Sự xuất hiện của các dịch vụ mới, sự đa dạng của các loại hình dịch vụ, ngoài ra, xu hướng tích hợp dịch vụ để truyền trên một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất cũng là những yếu tố chính thúc đẩy sự phát triển của mạng ME. Với xu hướng phát triển mạng hiện nay, mạng cung cấp dịch vụ trên cơ sở mạng ME có thể coi là một thị trường mới. ME đang là một mảnh đất tiềm năng đối với các nhà khai thác và cung cấp mạng.
5.1. Các Dịch Vụ và Ứng Dụng Của Mạng Metro Ethernet
Rất nhiều nhà cung cấp cơ sở hạ tầng đang triển khai các công nghệ mới nhằm giải quyết những vấn đề của nhà khai thác và những nhu cầu của khách hàng. Việc xây dựng mạng ME dựa trên cơ sở các công nghệ truyền thống không có khả năng cung cấp dịch vụ, băng thông cho khách hàng một cách đa dạng, linh hoạt và mềm dẻo cũng như không đáp ứng được những yêu cầu về hiệu suất khai thác và tiết kiệm chi phí đầu tư xây dựng mạng như nhà khai thác mạng mong muốn. Để giải quyết những khó khăn hiện này của mạng được xây đựng trên nền SONET/SDH, đáp ứng nhu cầu về phát triển dịch vụ, các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng mạng cần phải tìm kiếm những giải pháp công nghệ tiên tiến để xây dựng thế hệ mạng mới có khả năng tích hợp đa dịch vụ trên một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất.
5.2. Công Nghệ Truyền Tải Cơ Sở Của Metro Ethernet
Các dịch vụ và ứng dụng của ME không nhất thiết phải yêu cầu Ethernet như một công nghệ truyền tải cơ sở. Metro có thể xây dựng các công nghệ khác nhau như: Ethernet over SONET/SDH (E0S). Nhiều nhà cung cấp dịch vụ trên thế giới đã bỏ ra hàng tỷ đô la để xây dựng hạ tầng cơ sở SONET/SDH. Những nhà cung cấp này muốn đây là đòn bẩy thúc đẩy việc truyền tải Ethernet thế hệ sau. Nhưng việc quản lý băng thông là cần thiết, bởi vì dung lượng thấp của ring SONET/SDH đang tồn tại nó sẽ dễ dàng gặp quá tải khi sử dụng các dịch vụ dữ liệu. SONET/SDH truyền thống là công nghệ TDM đã được tối ưu hóa để truyền tải các lưu lượng dịch vụ thoại.
VI. Tương Lai và Phát Triển Của Mạng Metro Ethernet Hà Nội
Vì thế nhà cung cấp muốn triển khai E0S cho truyền dữ liệu những hạn chế của nó: Phân kênh cố định: SONET cung cấp các mạch điểm nối điểm giữa các node trong vòng ring. Mỗi mạch được chỉ định một lượng băng thông tối đa cố định giữa hai điểm cuối, điều này gây lãng phí khi mạch này không hoạt động. Vậy đây là điểm bất lợi cho lưu lượng dữ liệu có tính chất mở rộng. Ring SONET phân kênh cố định. Lãng phí băng thông cho mạng mắt lưới: Nếu một mạng yêu cầu hình l0gic dạng mắt lưới, khi đó băng thông trên vòng Ring của mạng phân chia thành 10 mạch. Việc cung cấp các mạch này đòi hỏi phải tạo ra một mạng mắt lưới l0gic qua vòng SONET không những rất khó thực hiện mà còn làm giảm hiệu suất băng thông.
6.1. Các Hướng Phát Triển Mạng Metro Ethernet Mới
SONET dạng mắt lưới. Multicast traffic: Trên vòng SONET, lưu lượng multicast yêu cầu mỗi điểm nguồn chỉ định những mạch riêng biệt cho mỗi điểm đến. Những bản sao riêng biệt của c... (đoạn này bị cắt trong tài liệu gốc). Để giải quyết những khó khăn này của mạng được xây dựng trên nền SONET/SDH, đáp ứng nhu cầu về phát triển dịch vụ, các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng mạng cần phải tìm kiếm những giải pháp công nghệ tiên tiến để xây dựng thế hệ mạng mới có khả năng tích hợp đa dịch vụ trên một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất.
6.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Sự Phát Triển Metro Ethernet
Các dịch vụ và ứng dụng của ME không nhất thiết phải yêu cầu Ethernet như một công nghệ truyền tải cơ sở. Metro có thể xây dựng các công nghệ khác nhau như: Ethernet over SONET/SDH (E0S). Nhiều nhà cung cấp dịch vụ trên thế giới đã bỏ ra hàng tỷ đô la để xây dựng hạ tầng cơ sở SONET/SDH. Những nhà cung cấp này muốn đây là đòn bẩy thúc đẩy việc truyền tải Ethernet thế hệ sau. Nhưng việc quản lý băng thông là cần thiết, bởi vì dung lượng thấp của ring SONET/SDH đang tồn tại nó sẽ dễ dàng gặp quá tải khi sử dụng các dịch vụ dữ liệu.
