CHƯƠNG 1. KIẾN TRÚC MẠNG ĐÔ THỊ (MAN) VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ ETHERNET 1.1 Tổng quan về MAN 1. MAN là gì? MAN (Metropolitan Area Network) là mạng đô thị. MAN là sự kết hợp giữa nhiều LAN với nhau.
Phạm vi của MAN có thể bao trùm cả một tỉnh/thành phố và phạm vi toàn quốc. MAN có khả năng tạo ra các kết nối tốc độ cao, có thể mở rộng lên đến hàng trăm Gb/s cho phép cung cấp các dịch vụ viễn thông, trao đổi thông tin, thương mại điện tử,… 1.2 Những yếu tố thúc đẩy sự phát triển mạng MAN Sự phát triển bùng nổ các tổ hợp văn phòng, khu công nhiệp, công nghệ cao, các khu chung cư. Sự bùng nổ về nhu cầu và loại hình trao đổi thông tin trong tất cả các lĩnh vực hoạt động của xã hội như kinh tế, văn hóa, giáo dục, khoa học lỹ thuật,… Các mạng nội bộ LAN đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin với phạm vi địa lý rất hẹp. Hàng loạt các dự án phát triển thông tin của chính phủ, của các nhà cung cấp dịch vụ, các cơ quan, công ty, cơ sở đào tạo.
Định hướng chuyển từ lưu lượng định hướng kênh sang lưu lượng định hướng gói trong các mạng ngày nay. Công nghệ mạng truyền thống (TDM, PSTN) không đáp ứng được nhu cầu truyền tải băng rộng và đa dịch vụ. Xu hướng công nghệ hướng tới truyền tải gói và truyền tải tích hợp đa dịch vụ. Xu hướng tập trung đầu tư xây dựng các mạng nội vùng, chuyển đổi công nghệ, cung cấp đa dịch vụ, đưa dịch vụ tới gần người sử dụng, đạt mục đích cung cấp dịch vụ “mọi nơi, mọi lúc, mọi giao diện”.3 Ưu, nhược điểm của mạng MAN 1.1 Ưu điểm của mạng MAN Tối ưu hóa băng thông trên hạ tầng mạng Viễn thông và CNTT sẵn có để khai thác các dịch vụ đa phương tiện.
Linh hoạt khi triển khai những dịch vụ mới nhờ tích hợp hạ tầng mạng viễn thông và công nghệ thông tin mới trên nền hạ tầng mạng viễn thông và công nghệ thông tin sẵn có. - Trang 14 - LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Nhược điểm của mạng MAN Chi phí đầu tư cao bao gồm: Đầu tư hạ tầng và thiết bị mạng. Kiến trúc MAN theo mô hình của Cisco Tổng quan về kiến trúc của MAN thường đặt trong mối quan hệ với các dịch vụ MAN được cung cấp bởi các nhà cung cấp khác nhau. Mỗi tổ chức lại có một cách xây dựng kiến trúc MAN khác nhau.
Theo Cisco, kiến trúc MAN được chia thành 5 lớp Lớp truy nhập (Access): Cung cấp truy nhập băng rộng cho các khách hàng là doanh nghiệp và dân cư, dựa trên công nghệ xDSL (ADSL, ADSL 2+, VDSL). Lớp kết tập (Aggregation): Cung cấp dịch vụ vận chuyển giữa lớp mạng truy nhập và lớp mạng biên, bao gồm cả các nút phân phối và tổng hợp kết nối trong topo vật lý khác nhau Lớp biên (Edge): Cung cấp các dịch vụ và các chính sách điều khiển quản lý của mạng. Lớp ứng dụng dịch vụ (Service Application): Các giao diện ứng dụng mật độ cao, chuyển mạch tốc độ cao, cổng dịch vụ IP và MPLS, định nghĩa dịch vụ VPLS và VPWS, cổng liên kết làm việc dịch vụ VPN L2, VPN L3,… Lớp lõi (Core): Thực hiện chức năng chuyển tiếp gói tin nhanh (IP/MPLS), quản lý tắc nghẽn và kỹ thuật điều khiển lưu lượng phức tạp, giao diện quang tốc độ cao, sự hội tụ của xử lý gói tin và công nghệ quang.1 Kiến trúc mạng MAN theo Cisco - Trang 15 - LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Mô hình cung cấp dịch vụ trên mạng MAN 1.2 Xu hướng phát triển và kiến trúc của MAN Ethernet (MAN-E) 1.1 Xu hướng phát triển Trong vài năm trở lại đây các nhà khai thác mạng viễn thông có khuynh hướng tập trung đầu tư xây dựng mạng đường trục (backbone) để đáp ứng yêu cầu băng thông truyền tải cho lưu lượng bùng nổ của Internet.
Hiện nay khuynh hướng phát triển mạng đã có sự thay đổi, người ta tập trung sự chú ý đến việc xây dựng mạng nội vùng, nội hạt nói chung và MAN tại các đô thị, thành phố nói riêng, nơi cần thiết phải đầu tư xây dựng, tổ chức lại để có thể đáp ứng được nhu cầu đa dạng hoá dịch vụ của người sử dụng, đưa dịch vụ đến gần với khách hàng hơn, đảm bảo việc kết nối với khách hàng “mọi nơi, mọi lúc, mọi giao diện”.3 cho ta một cái nhìn tổng quan nhất về cấu trúc phân lớp xét trên quan điểm về cung cấp dịch vụ. Không giống như mạng đường trục, nơi có khuynh hướng hội tụ các loại hình lưu lượng truyền tải về loại hình giao thức truyền tải phổ biến nhất là IP/MPLS nhằm đạt được hiệu suất sử dụng mạng cao, mạng đô thị thực hiện tiếp cận với rất nhiều loại hình ứng dụng và giao thức truyền tải cần phải truyền một cách “trong suốt” giữa người sử dụng hoặc các mạng văn phòng với nhau. Do vậy vấn đề đặt ra là cần phải cân nhắc giữa mục tiêu là truyền lưu lượng trong suốt và đạt hiệu suất sử dụng mạng cao, đó là một bài toán đặt ra đối với các nhà xây dựng - Trang 16 - LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com mạng đô thị. Nó sẽ quyết định đến chiến lược triển khai mạng và dịch vụ cũng như việc lựa chọn nhà cung cấp thiết bị mạng.
Nhìn từ quan điểm phân lớp cấp dịch vụ, đáp ứng các nhu cầu về dịch vụ trong tương lai MAN có cấu trúc sau: Hình 1. Cấu trúc mạng MAN về khả năng cung cấp dịch vụ ASP: Nhà cung cấp ứng dụng (Application Service Provider). SAN: Mạng lưu trữ dữ liệu vùng (Stogage Area Network). TSL: Dịch vụ LAN trong suốt (Transparent LAN Service).
ISP : Nhà cung cấp dịch vụ (Internet Service Provide). Xu hướng phát triển mạng của thế hệ kế tiếp (NGN: Next Generation Networks) là từng bước thay thế hoặc chuyển lưu lượng mạng sử dụng công nghệ TDM sang mạng sử dụng công nghệ chuyển mạch gói. Do vậy, công nghệ áp dụng xây dựng MAN cũng không nằm ngoài xu hướng nói trên, đó là xây dựng cơ sở hạ tầng mạng với mục tiêu hội tụ các loại hình dịch vụ dữ liệu, tiếng nói, truyền hình để truyền tải trên cùng một cơ sở hạ tầng mạng. Hiện nay một số công nghệ chủ yếu ở phân lớp 2 như là GbE (Gigabit Ethenet), RPR (Resilient Packet Ring), SDH-NG(Next Generation SDH) được xem là có triển vọng áp dụng để xây dựng MAN thế hệ kế tiếp.
Kiến trúc chung của MAN Ethernet Kiến trúc mạng Metro dựa trên công nghệ Ethernet điển hình có thể mô tả như hình 1. Phần mạng truy nhập tập hợp lưu lượng từ các khu vực (cơ quan, toà - Trang 17 - LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nhà,…) trong khu vực của mạng Metro. Mô hình điển hình thường được xây dựng xung quanh các vòng Ring quang, với mỗi vòng Ring truy nhập gồm từ 5 đến 15 node. Những vòng Ring này mang lưu lượng từ các khách hàng khác nhau đến các điểm POP mà các điểm này được kết nối với nhau bằng mạng lõi.
Một mạng lõi điển hình sẽ bao phủ được nhiều thành phố hoặc một khu vực tập trung nhiều doanh nghiệp. Mô hình MAN Ethernet điển hình Một khía cạnh quan trọng của những mạng lõi này là các trung tâm dữ liệu, thường được đặt node quan trọng. Đây cũng chính là nơi mà các dịch vụ từ nhà cung cấp cho các khách hàng. Quá trình truy nhập đến đường trục Internet được cung cấp tại một hoặc một số điểm POP cấu hình trên mạng lõi.
Việc sắp xếp này có nhiều ưu điểm phụ liên quan đến quá trình thương mại điện tử. Hiện tại cơ sở hạ tầng cho mục đích phối hợp thương mại điện tử cũng gần giống như lõi của mạng Ethernet, có nhiều phiên giao dịch hơn được xử lý và sau đó giảm dần - đây là hai ưu điểm nổi trội khi tổ chức một giao dịch thành công dựa trên sự thực hiện của Internet.3 Công nghệ Ethernet quang (Gigabit Ethernet - GbE) Hiện nay, Ethernet chiếm tới 85% trong 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 WAN nhờ các card đường truyền Gigabit trong các bộ định tuyến - Trang 18 - LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. 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 MAN 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 đã được chuẩn hoá. 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 dử dụng công nghệ CSMA-CD.
Điều này sẽ giảm giới hạn kích thước vật lý của mạng vì thời gian chuyển tiếp không vượt quá “khe thời gian” có độ dài khung nhỏ nhất (chẳng hạn 512 bit đối với 10 Base-T và 100 Base-T. Khi Gigabit Ethernet (1000 Base-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 tô-pô mạng thay thế cho các tuyến điểm-điểm. Độ dài 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. 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 tín hiệu khôi phục đồng hồ. Do đó thông lượng đầu ra 1 Gbit/s thì tốc độ đường truyền là 1,25 Gbit/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. 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 mức dịch vụ mong muốn cho gói.