Các Loại Công Nghệ Truyền Dẫn Sử Dụng Trong Lớp Truyền Tải Của Mạng Ngn

chuyển tiếp tại đó các thông tin có được của mạng toàn cầu được xử lý tại biên mạng và các gói chuyển tiếp được truyền trong lõi.

+ Khái niệm: sử dụng nhãn như thông tin chuyển tiếp

MPLS dự định đánh địa chỉ theo các vấn đề đưa ra. MPLS đã được chuẩn hóa bằng IETF trong vài năm qua. MPLS giới thiệu một vài cách tiếp cận việc triển khai mạng IP. Nó tách rời cơ chế điều khiển từ cơ chế chuyển tiếp và đưa ra một nhãn “label” sử dụng cho chuyển tiếp gói.

MPLS được triển khai ở các mạng chỉ có bộ định tuyến để đánh địa chỉ các vấn đè thiết kế giao thức định tuyến hoặc được triển khai trong môi trường ATM tích hợp cơ chế cả hai lớp (lớp 2) và (lớp 3) thành mạng IP + ATM. Một mạng MPLS bao gồm bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR) tại lõi của mạng và bộ định tuyến chuyển mạch nhãn tại biên (Edge - LSR) đặt xung quanh LSR.

Bên trong mạng MPLS, lưu lượng được chuyển đi nhờ các nhãn. Các bộ định tuyến Edge-LSR tại lối vào của mạng MPLS có nhiệm vụ gán nhãn và chuyển tiếp gói tin tới LSR tiếp theo theo tuyến đường mà lưu lượng truyền qua mạng MPLS. Toàn bộ LSR trên tuyến được sử dụng nhãn như một tham số của bảng lưu giữ thông tin chặng tiếp theo và nhãn mới. Nhãn cũ được thay đổi bằng nhãn mới trong bảng này và gói tin được chuyển tiếp tới chặng tiếp theo. Sử dụng phương thức này ngầm định rằng giá trị nhãn chỉ có ý nghĩa quan trọng đối với 2 LSR. Tại bên kia điểm vào của mạng, nhãn được bỏ và lưu lượng được chuyển tiếp và sử dụng cơ chế định tuyến IP thông thường.

MPLS đưa ra khái niệm Lớp chuyển tiếp tương đương. Một FEC là tập hợp các gói chia sẻ cùng một đặc tính khi gói tin đi qua miền MPLS. Những đặc tính này có thể cùng địa chỉ IP đích, cùng chất lượng của lớp dịch vụ, cùng mạng riêng ảo VPN. Một FEC có thể kết hợp với một vài đặc tính. Một nhãn được gán cho FEC, do vậy toàn bộ gói thuộc cùng FEC sẽ có cùng nhãn gán cho LSR.

Cấu trúc MPLS cho phép nhiều nhãn tạo nên một ngăn xếp nhãn (label stack) gán cho gói thông tin. Điều này có thể cho giám sát lượng lượng, tại đây một nhãn có thể dùng đại diện cho một đường hầm trong khi nhãn khác có thể đại diện cho một FEC. Một khả năng khác có thể là một nhãn được sử dụng gán cho một VPN xác định, và nhãn khác là FEC sử dụng chuyển tiếp lưu lượng thông qua mạng cung cấp. Để phân biệt ngăn xếp nhãn sử dụng bit S nằm trong mỗi nhãn. Thiết lập “1” cho phần cuối của ngăn xếp nhãn và “0” cho các phần còn lại của ngăn xếp.

Mỗi gói IP có một trường TTL để ngăn trạng thái tồn tai quá lâu của gói trên mạng. Trường TTL duy trì một biến đếm giảm dần tới 0, khi TTL = 0 thì gói này sẽ bị loại bỏ. Trường TTL 8 bit cũng tồn tại trong nhã MPLS, chủ yếu giải quyết các lỗi phát sinh. Một trường 3 bit đầu dùng cho mục đích thử nghiệm. Các bit này đã thực sự được, dùng trong một vài ứng dụng để xác định mức độ ưu tiên mạng và được sử dụng đưa ra mức độ chất lượng dịch vụ Qos của mạng MPLS.

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 75 trang tài liệu này.

Phần còn lại của nhãn được sử dụng cho các giá trị của nhãn. 20 bit này chứa các thông tin thực sự của nhãn.

Phần thứ 2 cơ sở dữ liệu gọi là cơ sở thông tin nhãn. LSR cần thiết trao đổi thông tin nhãn kết hợp với FEC. Những giao thức tồn tại khác nhau này thực hiện nhiệm vụ này. Một giao thức gọi là giao thức phân phối nhãn được sử dụng trao đổi thông tin trong đó phần đầu kết hợp với nhãn. Để trao đổi thông tin trong đó VPN được kết hợp với nhãn bằng BGP đa giao thức chung nhất. Tuy nhiên, có một vài loại giao thức khác nhau cho phép trao đổi nhãn gán giữa các LSR.

Xem xét LDP như một giao thức được sử dụng, các thông tin nhãn đuợc trao đổi. LDP sử dụng vị trí nhãn luồng phía dưới. Điều này có nghĩa là một LRS được chuyển xuống bên cạnh nó, tại đó nhãn được sử dụng chuyển tiếp gói dữ liệu theo một FEC ngoài giao tiếp mong muốn. Nếu chuyển xuống LSR yêu cầu một nhãn kết hợp với một FEC và LSR chuyển xuống trả lời một thông điệp gán nhãn, điều này gọi là truyền xuống theo yêu cầu. Nếu chuyển lên của LRS không được yêu cầu của một gán nhãn, và chuyển xuống LSR đưa ra một thông điệp gán nhãn, cái này gọi là chuyển xuống không chắc chắn hoặc đơn giản phân bố nhãn chuyển xuống. Kết hợp các giá trị nhãn đến thực hiện nội bộ.

Mặt phẳng chuyển tiếp bao gồm một cấu trúc thông tin, nó là một nơi lưu giữ gọi là cơ sở thông tin chuyển mạch nhãn (LFIB: Label Forwarding Information Base). LFIB xử lý các quá trình chuyển tiếp gói thực sự. Nó bao gồm các thông tin giá trị nhãn đến, giá trị nhãn đi, tiền tố FEC, giao tiếp ra (và đóng gói kiểu giao tiếp này) và địa chỉ chặng tiếp theo.

Trong quá trình chuyển gói dữ liệu, nơi lưu trữ này bao gồm toàn bộ thông tin cần thiết cho mạch chuyển gói hoặc các tế bào qua LSR.

1.4. MẠNG TRUYỀN TẢI THẾ HỆ SAU

Mạng truyền tải thế hệ sau là một lớp quan trọng của mạng NGN. Mạng NGN là mạng được hình thành sau khi chuyển đổi, nâng cấp, thay thế mạng PSTN/ISDN lên mạng mới dựa trên công nghệ gói, tách biệt giữa truyền tải và dịch vụ, có khả năng đa truy nhập băng rộng mọi lúc, mọi nơi với chất lượng dịch vụ đảm bảo và quyền lựa chọn nhà cung cấp dịch vụ của người dùng.

Mạng NGN là một xu hướng hội tụ tất yếu của các dịch vụ thoại, dữ liệu, truyền thanh và truyền hình, hội tụ của các mạng thoại và dữ liệu, cố định và di động, giữa truyền tải và tính toán,… và nó đang triển khai nhiều nước trên thế giới.

1.4.1 Tổng quan về NGN

1.4.1.1 Cấu trúc cơ bản của mạng NGN

Như đã biết, việc chuyển đổi từ mạng PSTN lên mạng NGN là bước phát triển tất yếu của mạng viễn thông các nước. Tuy nhiên quá trình chuyển đổi diễn ra theo nhiều giai đoạn với những quy mô khác nhau.

Ở giai đoạn đầu, các nhà nghiên cứu, các hãng sản xuất đưa ra cấu trúc mạng NGN gồm 5 lớp chính: Lớp dịch vụ và ứng dụng, Lớp điều khiển, Lớp truyền tải, Lớp mạng truy nhập và Lớp quản lý.

Hiện tại, sự phát triển công nghệ của mạng NGN theo hướng toàn IP. Cùng với các hoạt động của các tổ chức viễn thông thế giớ và khu vực, các hãng cung cấp thiết bị cũng tham gia xây dựng tiêu chuẩn, đề xuất các giải pháp khoa học-công nghệ để triển khai mạng NGN với các quy mô khác nhau.

Hiện nay, các tổ chức viễn thông quốc tế đã đưa ra cấu trúc mạng NGN sẽ còn 2 lớp chính: Lớp dịch vụ và Lớp truyền tải.

LỚP DỊCH VỤ

LỚP ĐIỀU KHIỂN

Hình 1.3 Mô hình cấu trúc mạng NGN toàn IP

Lớp dịch vụ có chức năng cung cấp dịch vụ có phiên, dịch vụ không phiên và toàn bộ dịc vụ PSTN/ISDN hiện thời, bao gồm một số chức năng sau:

- Chức năng điều khiển dịch vụ (Service and control Function) bao gồm các chức năng điều khiển phiên, chức năng đăng kí, xác thực và cấp phép tại mức dịch vụ. Chúng có thể có các chức năng điều khiển tài nguyên phương tiện.

- Chức năng quản lý hồ sơ người dung dịch vụ (Service User Profile Function): Khối chức năng này xử lý thông tin và các hoạt động của người sử dụng liên quan đến tầng dịch vụ và lưu trữ trong “user profile”.

- Chức năng ứng dụng (Application Function): NGN hỗ trợ các giao diện API mở, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ thứ ba sử dụng năng lực của mạng NGN để kiến tạo và phát triển các dịch vụ mới cho người sử dụng.

Lớp truyền tải thực hiện các chức năng kết nối các thành phần trong mạng. Các thành phần ở đây bao gồm các thiết bị (thường nằm trong máy chủ trong mạng) và các thiết bị của người sử dụng. Lớp truyền tải phải có khả năng cung cấp QoS toàn trình.

1.4.1.2 Các đặc trưng cơ bản của mạng NGN

Mạng NGN là một mạng có các đặc trưng cơ bản sau:

- Sự truyền dẫn trên cơ sở công nghệ gói

- Hội tụ các dịch vụ và tạo ra dịch vụ hợp nhất

- Hội tụ giữa cố định và di động

- Tách phần cung cấp dịch vụ ứng dụng ra khỏi mạng, cung cấp các giao diện mở API (Giao diện lập trình ứng dụng – Application Program Interface)

- Người sử dụng không bị hạn chế truy cập tới nhà cung cấp dịch vụ khác nhau

- Tính độc lập dịch vụ trên cơ sở chức năng nhìn từ phía công nghệ mạng truyền

tải

- Cung cấp nhiều dịch vụ, các ứng dụng và các cơ chế đa dạng trên cơ sở khối tạo

dịch vụ bao gồm các dịch vụ thời gian thực, luồng, các dịch vụ phi thời gian thực và các dịch vụ đa phương tiện.

- Các tính năng băng rộng với chất lượng dịch vụ được coi như trong suốt từ đầu cuối-tới-đầu cuối.

- Khả năng tương tác với các mạng truyền thống thông qua các giao diện mở

- Các yêu cầu điều chỉnh dễ dàng, ví dụ các vấn đề liên quan tới việc thông tin khẩn cấp, chế độ riêng tư, bảo mật,…

1.4.2 Mạng truyền tải NGN

1.4.2.1 Các chức năng lớp truyền tải

Tầng truyền tải thực hiện các chức năng kết nối các thành phần trong mạng. Tầng truyền tải được chia thành mạng lõi và mạng truy nhập. Các chức năng của tầng truyền tải:

Chức năng truy nhập (AF – Access Functions): quản lý truy nhập của thuê bao tới mạng. Hoạt động của nó phụ thuộc vào công nghệ truy nhập như W-CDMA, xDSL, Ethernet, quang, vô tuyến,…

Chức năng truyền tải truy nhập (ATF – Access Transport Functions): thực hiên truyền tải thông tin qua mạng truy nhập. Nó có các kỹ thuật điều khiển QoS cho lưu lượng của người sử dụng, bao gồm quản lý bộ đệm, xếp hàng và đặt lịch, lọc gói, phân loại lưu lượng, đánh dấu và thiết lập chính sách.

Chức năng biên (EF – Edge Functions): khối chức năng này xử lý lưu lượng khi lưu lượng từ phần truy nhập được nhập vào mạng lõi.

Chức năng truyền tải lõi (CTF – Core Transport Functions): đảm bảo truyền tải thông tin qua mạng lõi. Nó cung cấp các phương pháp phân biệt chất lượng truyền tải trên mạng, dựa vào mối tương tác với các chức năng điều khiển truyền tải. Nó cũng cung cấp các kỹ thuật QoS, xử lý trực tiếp lưu lương người sử dụng, bao gồm quản lý bộ đệm, xếp hàng và đặt lịch, lọc gói, phân loại lưu lượng, đánh dấu và thiết lập chính sách điều khiển cổng và tường lửa.

Chức năng điều khiển gắn kết mạng (NACF – Network Attachment Control Function): cung cấp hoạt động đăng kí tại lớp truy nhập và khởi tạo các chức năng người sử dụng cuối để truy nhập các dịch vụ NGN. Các chức năng cụ thể như định danh/xác thực tại lớp mạng, quản lý không gian địa chỉ IP của mạng truy nhập và xác các phiên truy nhập.

Chức năng điều khiển tài nguyên và nhận vào (RACF – Resource and Adsission Control Functions): cung cấp chức năng điều khiển nhận vào và điều khiển cổng. Điều khiển nhận vào bao gồm kiểm tra xác thực dựa vao hồ sơ về người sử dụng thông qua chức năng NACF và cấp phép có tính đến năng lực tài nguyên. RACF tương tác với các chức năng lớp truyền tải để điều khiển một số chức năng như lọc gói, phân loại lưu lượng, đánh dấu và thiết lập chính sách, dành trước cấp phát băng thông, NAPT, chống giả địa chỉ IP, NAPT/FW, tính cước sử dụng.

Chức năng quản lý hồ sơ người dùng lớp truyền tải: Khối chức năng này xử lý thông tin và các hoạt động của người dùng liên quan đến tầng truyền tải và lưu trữ trong “user profile”.

Chức năng cổng: Tạo khả năng tương tác hoạt động với các mạng khác, bao gồm các mạng hiện thời, như PSTN/ISDN và Internet, hoặc mạng NGN của các nhà khai thác. Giao diện NNI có cả ở lớp điều khiển và truyền tải. Tương tác giữa lớp điều khiển và truyền tải. Tương tác giữa lớp điều khiển và truyền tải có thực hiện trực tiếp hoặc thông qua các chức năng điều khiển truyền tải.

Chức năng điều khiển phương tiện: Cung cấp các dịch vụ như tạo các tín hiệu âm (tone), chuyển mã, làm cầu nối cho dịch vụ hội nghị.

Để thực hiện được chức năng của mạng truyền tải NGN các hãng cung cấp thiết bij và giải pháp công nghệ cho mạng NGN người ta đã nghiên cứu phát triển nhiều giải pháp công nghệ cho mạng truyền tải.

1.4.2.2 Giải pháp công nghệ mạng truyền tải

Các công nghệ tích hợp IP trên quang

Các công nghệ cơ bản

Công nghệ mạng truyền tải

Công nghệ điều khiển và giám sát tài nguyên mạng

Theo tài liệu từ các hãng cung cấp thiết bị và thông tin về tình hình phát triển mạng viễn thông ở một số quốc gia thì công nghệ truyền dẫn đã, đang và sẽ áp dụng cho mạng truyền tải trong mạng NGN có thể phân làm ba loại chính: công nghệ cơ bản, công nghệ tích hợp và công nghệ giám sát, điều khiển trong miền quang.

Hình 1.4 Các loại công nghệ truyền dẫn sử dụng trong lớp truyền tải của mạng NGN

+ Công nghệ truyền dẫn cơ bản

Trong công nghệ truyền dẫn cơ bản có công nghệ truyền dẫn quang đòng bộ SONET/SDH, công nghệ ghép kênh theo bước song WDM, công nghệ truyền dẫn quang SONET/SDH thế hệ mới NG-SONET/SDH và công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao DWDM.

Công nghệ SDH

Công nghệ truyền dẫn quang hiện nay vẫn chủ yếu tải lưu lượng SDH. Công nghệ ghép kênh này dựa trên kỹ thuật ghép kênh theo thời gian nên tối ưu cho lưu lượng có nguồn gốc thoại. Ngày nay do lưu lượng phi thoại đang dần lấn lướt lưu lượng thoại truyền thống nên công nghệ SDH được xem như thành phần gây lãng phí băng tần. Tuy nhiên, không thể có một điều để phủ nhận đó là tính năng bảo vệ và khôi phục mạng của công nghệ này có thể đáp ứng yêu cầu của khách hàng khó tính nhất mà hiện nay cưa có công nghệ nào có thể thay thế nên nó vẫn được ưa chuộng trong mạng phải truyền tải lưu lượng lớn với độ tin cậy cao.

Xu hướng hiện nay công nghệ SDH là hướng tới mạng đô thị làm chức năng tổng hợp lưu lượng IP từ người dùng cung cấp lên mạng đường trục. Giải pháp chính hiện nay là kết nối các con-te-nơ ảo để thích ứng cho truyền tải lưu lượng gói IP có độ dài thay đổi nên hiệu quả làm việc của nó tăng rõ rệt. Hiệu quả truyền dẫn tăng nhờ thành phần mào đầu nhỏ nên nó có thể giảm cước phí cho người dùng. Tuy nhiên giá thành công nghệ này vẫn cao hơn so với những giải pháp công nghệ mới được thế kế tối ưu cho truyền tải lưu lượng số liệu nên nó chỉ có thể ứng dụng trong mạng truyền tải dung lượng cao, hay cụ thể là cung cấp kết nối cho bộ định tuyến trục. Hơn thế nữa, công nghệ này có khả năng phối hợp hoạt động không hạn chế với các thiết bị SDH thế hệ cũ thể hiện đang lắp đặt rất nhiều trên mạng.

Công nghệ NG-SDH

Để đáp ứng nhu cầu truyền tải của mạng NGN là cần quản lý luồng, giám sát chất lượng, bảo dưỡng từ xa, người ta phát triển hệ thông truyền dẫn mới trên nền công nghệ SONET/SDH truyền thống, đó là công nghệ NG-SONET/SDH. Công nghệ NG-SONET/SDH giữ lại một số đặc tính của SONET/SDH và loại bỏ một số đặc tính không cần thiết. Một trong những chức năng quan trọng nhất của NG-SONET/SDH là có thể thực hiện việc phân bổ băng thông mà không làm ảnh hưởng tới lưu lượng hiên có, đồng thời có khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ thích hợp cho các loại dịch vụ và có khả năng truyền tải đồng thời nhiều loại dịch vụ khác nhau trên cùng một hệ thống truyền tải.

NG-SONET/SDH sử dụng các cơ chế ghép kênh mới để kết hợp các dich vụ người dung đa giao thức thành con-te-nơ SONET/SDH ghép ảo hoặc chuẩn. Điểm hấp

dẫn nhất của NG-SONET/SDH là nó được xây dựng dựa trên một công nghệ có sẵn và phát huy những ưu điểm của SONET/SDH.

Công nghệ WDM và DWDM

Trong các hệ thống thông tin quang điểm-điểm thông thường, mỗi sợi quang chỉ có thể truyề tín hiệu từ một nguồn phát tới bộ tách sóng ở đầu thu. Để truyền các tín hiệu từ cá nguồn quang khác nhau đòi hỏi phải có các sợi quang khác nhau. Trong thực tế thì nguồn quang có độ rộng tương đối hẹp, vì vậy phương pháp này chỉ sử dụng một phần rất nhỏ băng tần vốn rộng của sợi quang. Về mặt lý thuyết có thể làm tăng dung lượng truyền dẫn của hệ thống lên nhiều lần băng cách truyền đồng thời nhiều tín hiệu quang trên cùng một sợi quang nếu các nguồn phát có phổ cách nhau một đoạn hợp lý và ở đầu thu có các bộ tách bước sóng quang. Đây chính là cơ sở của kỹ thuật ghép kênh theo bước sóng WDM.

Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật ghép kênh bước sóng quang là các tín hiệu quang có bước sóng khác nhau ở đầu phát được ghép lại sao cho phổ tần của các tín hiệu này không chồng lên nhau và truyền trên cùng một sợi quang đến đầu thu. Ở đầu thu, tín hiệu có bước sóng tổ hợp đó được phân tách ra thành các tín hiệu ban đầu, rồi đưa vào các đầu cuối khác nhau.

Còn công nghệ DWDM là công nghệ ghép kênh bước sóng mật độ cao. Về nguyên lý hoàn toàn giống ghép kênh bước sóng WDM, DWDM chỉ nói đến khoảng cách hẹp giữa các kênh và chỉ ra một cách định tính số lượng kênh riêng rẽ trong hệ thống. Mục tiêu của DWDM là tăng dung lượng truyền dẫn.

+ Công nghệ tích hợp truyền dẫn IP trên quang

Trong những năm gần đây công nghệ IP đã trở thành hiện tượng trong công nghệ mạng. Tốc độ phát triển cực nhanh của lưu lượng Internet và sự gia tăng không ngừng số người sử dụng Internet là tác nhân chính thay đổi quan điểm cấu trúc mạng viễn thông truyền thống mà được xây dựng tối ưu cho dịch vụ thoại và thuê kênh. Trong hầu hết các kiến trúc mạng đề xuất cho tương lai đều thừa nhận sự thống trị của công nghệ truyền dẫn IP trên quang.

Bên cạnh đó, những thành tựu trong lĩnh vực truyền dẫn quang đã giải quyết phần nào vấn đề băng tần truyền dẫn, một tài nguyên quý giá trong mạng tương lai. Công nghệ ghép kênh theo bước sóng là một đột phá cho cở sở hạ tầng truyền dẫn với dung lượng hạn chế trước đây. Dung lượng truyền dẫn ngày nay có thể đạt tới cỡ