Khóa luận Các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang

phục đồng hồ. Do đó thông lượng đầu ra 1Gb/s thì tốc độ đường truyền là 1,25Gb/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 802.1Q và 802.1p. 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 cấp độ dịch vụ mong muốn cho gói. Những Thẻ này cho phép tạo những ứng dụng liên quan đến khả năng ưu tiên của gói cho các phần tử trong mạng. RSVP hoặc DiffServ cũng được hỗ trợ bằng cách sắp xếp trong 802.1p lớp dịch vụ. 2.2.3.6 IP/SDL trực tiếp trên WDM Tuyến số liệu đơn giản (SDL) là một phương pháp lập khung được Lucent đề xuất. So với HDLC, khung SDL không có cờ phân ranh giới thay vì đó nó sử dụng trường độ dài gói tại điểm bắt đầu khung. Điều này rất thuận lợi ở tốc độ bit cao khi thực hiện đồng bộ (rất khó thực hiện đối với dãy cờ). Định dạng SDL có thể đưa vào trong tải SDH cho truyền dẫn WDM hoặc thiết bị SDH. Định dạng này cũng có thể được mã hoá trực tiếp trên các sóng mang quang: SDL định rõ tính năng tối thiểu đủ để thực hiện điều này. SDL sử dụng 4 byte mào đầu gồm độ dài gói như biểu diễn trong Hình 15. Gói có thể dài tới 65535 byte. Các mã kiểm tra lỗi phụ (CRC-16 hoặc CRC-32) có thể tuỳ lựa sử dụng cho gói và nó có thể bị thay thế sau mỗi gói. Tất cả các bit trừ 28 mào đầu được trộn theo bộ trộn x48. Các bộ trộn của phần phát và thu được duy trì đồng bộ qua các gói đặc biệt truyền không thường xuyên. Hình 15. Cấu trúc mào đầu SDL SDL không có bất kỳ byte thêm nào dành cho các giao thức chuyển mạch bảo vệ (giống như byte K1 và K2 của SDH). Sử dụng các CRC tải tuỳ lựa còn cho phép giảm sát tỷ lệ lỗi bit. 2.2.4 Nghiên cứu các giao thức mới 2.2.4.1 RPR/SRP (Resilient Packet Ring/Spacial Reuse Protocol)[1] Giao thức mạng vòng gói tự phục hồi RPR đã được IEEE tiêu chuẩn hoá vào tháng 7 năm 2004. RPR là một giao thức truyền số liệu mới trên mạng vòng gói diện đô thị (MAN) và mạng vòng diện rộng (WAN). Nhóm công tác 802.17 đã được đề xuất RPR tiêu chuẩn có các đặc điểm chủ yếu: - Cung cấp 255 trạm trên một mạng vòng. - Mạng vòng tối ưu có chu vi cực đại là 2000km. - Cung cấp truyền đơn hướng, đa hướng và quảng bá. - Đa dạng dịch vụ. - Tăng độ rộng băng tần hữu dụng vượt xa các công nghê hiện tại. - Topo tự động và trạm có khả năng cắm phích là chạy. - Truyền khung chất lượng cao:  Phục hồi dịch vụ nhỏ hơn 50 ms  Không cho phép mất gói trong MAC.  Có thể bảo vệ khi có sự cố tại nhiều hơn một điểm.  Có các chức năng điều hành, quản lý và bảo dưỡng (OAM). Công nghệ này sử dụng các bộ định tuyến IP trong cấu hình Ring kép (hình 16): 29 Hình 16: Mô hình của RPR/SRP Mô hình lớp RPR và mối liên quan tới mô hình tham khảo kết nối hệ thống mở (OSI) được minh hoạ tại hình 17. Hình 17: Mối liên quan giữa mô hình RPR và mô hình tham khảo OSI Phân lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC), phân lớp tuyến số liệu MAC và các phân lớp trung gian được quy định trong mô hình này như là giao diện dịch vụ MAC và giao diện dịch vụ vật lý PHY do các phân lớp cung cấp. Trong RPR sử dụng một giao thức mới, đó là: SRP (Giao thức sử dụng lại không gian). Mục đích chính của nó là tối ưu việc sử dụng băng tần. Chuyển tải gói linh hoạt (DPT) là công nghệ truyền dẫn được phát triển nhờ các hệ thống Cisco đã đưa vào sử dụng giao thức điều khiển truy nhấp môi trường 30 (MAC) lớp 2 mới, được gọi là giao thức tái sử dụng không gian (SRP). SRP có khả năng phát triển mạng vòng gói IP quang. Hình 18 là cấu trúc mạng vòng kép truyền gói trên sợi quang có khả năng tái sử dụng không gian Hình 18: Cấu trúc mạng vòng kép truyền gói trên sợi quang có khả năng tái sử dụng không gian SRP đđ đđđc IETF đđ xuđt. SRP thđc chđt là giao thđc MAC lđp 2 dành cho LAN, MAN và WAN. Các giao diđn chuyđn tđi gói linh hođt đđđc sđ dđng đđ kđt nđi giao diđn khách hàng MAC vđi thiđt bđ SDH hođc vđi các hđ thđng DWDM hođc các sđi dđ trđ, bđi vì SRP cung cđp giao diđn SDH tiêu chuđn. Các mđng vòng DPT sđi quang kép có hđđng truyđn ngđđc nhau. Cđ sđi bên trong và sđi bên ngoài đđu đđđc sđ dđng đđ truyđn các gói sđ liđu và các gói điđu khiđn. Có mđt vài lođi gói điđu khiđn, thí dđ nhđ gói phát hiđn topo, gói chuyđn mđch bđo vđ và gói điđu khiđn sđ dđng đđ rđng bđng tđn. Các gói điđu khiđn cđa mđng vòng này đđđc truyđn trên mđng vòng kia. SRP sđ dđng cđ chđ tđđc bđ đích. Trong SRP, các gói sđ liđu chđ đđđc truyđn giđa nguđn và đích, tđo ra khđ nđng trao đđi lđu lđđng đđng thđi trên các phđn khác cđa mđng vòng. Vì vđy đđđc gđi là khđ nđng 31 tái sđ dđng khđng gian nhđm sđ dđng có hiđu quđ đđ rđng bđng tđn. Trđm S3 trao đđi sđ liđu 1,5 Gbit/s vđi trđm S4. Tđi thđi điđm đó, các trđm S2 và S5 có thđ trao đđi sđ liđu vđi nhau lên tđi 1 Gbit/s. Mđt khác, các trđm S0 và S1 có thđ sđ dđng hđt 2,5 Gbit/s trên phđn bên trái cđa mđng vòng. Nhđ vđy sđ lđđng tđng cđa sđ liđu đđđc trao đđi trong mđng vòng này là 5 Gbit/s. 2.2.4.2 DTM (Dynamic Transfer Mode) Phương thức truyền tải gói đồng bộ động (TDM) là một kỹ thuật dùng để khai thác hiệu quả dung lượng truyền dẫn, hỗ trợ lưu lượng băng rộng thời gian thực và lưu lượng multicast. Nó khắc phục được các nhược điểm của chuyển mạch kênh truyền thống trong khi đó lại nổi bật ở khả năng: cung cấp băng thông linh hoạt và đáp ứng dịch vụ chất lượng phân biệt. DTM là nỗ lực kết hợp những ưu điểm của cơ chế chuyển giao số liệu đồng bộ và cận đồng bộ. Về cơ bản nó hoạt động giống như cơ chế ghép kênh theo thời gian truyền thống (TDM) nghĩa là đảm bảo một lượng băng tần xác định giữa các host và phần băng tần lớn dành cho chuyển giao số liệu linh động. Ngoài ra, cơ chế DTM có điểm chung như cơ chế chuyển giao không đồng bộ (như ATM) cho phép tái phẩn bổ băng tần giữa các host. Điều này nghĩa là mạng có thể thích ứng với những thay đổi về lưu lượng và phân chia băng tần giữa các host theo nhu cầu. Các host nối vào mạng DTM thông tin với nhau qua các kênh (mạch). Một kênh DTM là một tài nguyên linh động có thể thiết lập băng tần từ 512 kbit/s theo bước lượng tử 512 kbit/s cho đến băng tần cực đại. Các kênh này hiện diện trên môi trường vật lý nhờ cơ chế ghép kênh theo thời gian (TDM). Tổng dung lượng được chia thành các khung 125 s và tiếp tục chia nhỏ thành khe thời gian 64 bit. Nhưng cấu trúc khung này tạo cho nó khả năng tương hợp với SDH/SONET. Một số kiểu dành trước khe thời gian tương ứng với QoS khác nhau theo yêu cầu của client, ví dụ như trễ không đổi, băng tần tối thiểu và nỗ lực tối đa. Để liên kết giữa các tuyến DTM khác nhau cần phải sử dụng chuyển mạch DTM. Chuyển mạch trong DTM là kiểu đồng bộ, nghĩa là trễ chuyển mạch đối với mọi kênh là như nhau. Các kênh DTM có bản chất quảng bá, nghĩa là bất kỳ kênh 32 nào tại bất kỳ thời điểm nào cũng có thể dùng cho kết nối giữa một người gửi và nhiều người nhận. Do đó trên mạng có thể có nhiều nhóm quảng bá đồng thời. DTM phù hợp cho công nghệ mạng đường trục bởi vì nó có thông lượng bit rất lớn. DTM được xem như một giải pháp thay thế cho ATM/SDH bởi vì phạm vi hoạt động của nó từ Lớp 1 tới lớp 3 và có cả giao thức báo hiệu lẫn chuyển mạch. DTM có thể hoạt động độc lập hoặc qua các ống SDH/SONET, mặc dù sự xếp chồng này không có gì ưu điểm hơn DTM thuần tuý. IP/DTM (IPOD) mang nhiều ưu điểm của SDH và ATM bởi vì kỹ thuật đơn giản và khả năng hoạt động của nhiều kênh trên một giao diện. Các luồng IP có thể sắp xếp trên các kênh DTM. Tuy nhiên, DTM không hiệu quả băng IP do nó sử dụng các kênh có dung lượng tối thiểu là 512 kbit/s. DTM đủ dung lượng để xử lý WDM. Ở đây giả thiết là một bước sóng WDM sẽ mang một kênh DTM mà chỉ có thể thực hiện khi DTM hỗ trợ phương thức truyền dẫn này. Nhược điểm của DTM đó là số lượng nhà cung cấp quá ít (hiện có 3 nhà cung cấp thiết bị Dynarc, Net Insight và Ericsson) tất cả đều ở Thuỵ Điển. Ngoài ra những giải pháp của chúng cũng không tương hợp với nhau. 2.2.4.3 Sử dụng MPLS hỗ trợ chức năng định tuyến IP (IP-MPLS)[6] MPLS là cơ chế truyền tải dữ liệu dạng chuyển gói (packet-switched). Trong mô hình OSI, MPLS có thể xem như nằm giữa lớp 2 và lớp 3 …Vì vậy MPLS có thể được xem như là giao thức thuộc lớp 2.5. MPLS được thiết kế để thống nhất các loại dịch vụ chuyển tải dữ liệu cho cả mạng chuyển gói và chuyển mạch, hỗ trợ cả IP, ATM, SONET, Ethernet…Do đó sử dụng MPLS sẽ tiết kiệm được chi phí rất nhiều . MPLS hoạt động dựa vào một header được chèn giữa 2 header của lớp 2 và lớp 3 trong mô hình OSI gọi là label stack. Một layer stack gồm các thành phần sau :  20 bit xác định nhãn (label)  3 bit xác định ưu tiên chất lượng dich vụ (QoS)  1 bit bottom xác định header này có phải là header cuối (trước header IP) hay chưa, trong trường hợp sử dụng nhiều stack khi truyền qua nhiều mạng.  8 bit xác định thời gian sống của gói tin MPLS ( TTL) 33 Hình 19: Định dạng MPLS Nhãn xác định gói tin thuộc loại ứng dụng nào, từ đó xác định mức độ ưu tiên của gói khi được truyền qua mạng . Để xây dựng một mạng MPLS, các thiết bị cơ bản nhất cần sử dụng là LER ( Label Edge Router ) và LSR (Label Switch Router ) Ở đầu vào, Label Edge Router sẽ kiểm tra gói tin được đưa tới và quyết định có đánh nhãn gói tin hat không. Việc đánh nhãn sẽ dựa vào một cơ sở dữ liệu đặc biệt được lưu trong LER. Sau đó, một header MPLS sẽ được chèn vào. Gói dữ liệu được chuyển đi. Hình 20: LER gắn nhãn cho gói 34 Gói dữ liệu truyền đi sẽ lần lượt đi qua các LSR,các LSR sẽ không thêm vào hay bớt đi nhãn nào, nó chỉ thay đổi các nhãn và chuyển gói tin đến LSR tiếp theo, các LSR xác định việc đổi nhãn hay LSR tiếp theo dựa vào một bản dữ liệu trong router. Nếu dữ liệu không chứa nhãn nào, nó sẽ hoạt động như một router bình thường Hình 21: Hoạt động của LSR Do vậy, các đường dẫn sẽ được thiết lập giữa các LER và LSR. Những đường dẫn này được gọi là Label switch paths (LSPs). Các đường dẫn này có các đặc tính khác nhau mà dựa vào đó, ta có thể xác định được mức tải cao nhất trong mạng, xác suất các gói tin bị hỏng… Hình 22: Mô hình thể hiện LSPs 35 Ở đầu ra, LER sẽ tách header MPLS ra và gói dữ liệu sẽ được truyền đi một cách bình thường .  Ngoài ra MPLS cho phép xác định chế độ ưu tiên cho dữ liệu, thuật ngữ mạng là FEC (Forward Equivalence Class ). Thực chất, việc xác định mức độ ưu tiên cho dữ liệu là rất quan trọng. Do có những dữ liệu quan trọng cần chất lượng mạng cao hơn. MPLS cho phép chọn mức độ ưu tiên để cung cấp chất lượng mạng hợp lý cho các loại dữ liệu này .  Việc xác định mức độ ưu tiên phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giao thức truyền, cổng dịch vụ  Sau đó, dựa vào mức độ FEC của gói thông tin đã được đánh nhãn mà các loại đường truyền khác nhau có thể được thực hiện. MPLS trong vai trò công nghệ đường trục phải được cung cấp dịch vụ thích hợp cho lưu lượng mạng bao gồm bảo vệ lưu lượng mang trên LSP. Chuyển mạch bảo vệ MPLS liên quan đến khả năng lớp MPLS khôi phục nhanh chóng và hoàn toàn lưu lượng trước những thay đổi trạng thái của lớp MPLS. Thời gian bảo vệ lớp MPLS phải so sánh được với thời gian bảo vệ của lớp SDH. Cần phải tái định tuyến lớp MPLS do:  Tái định tuyến trong lớp IP là rất chậm, nó được tính theo giây.  Trong một số phần mạng lớp SDH và quang thường bị giới hạn trong topo ring và không gồm bảo vệ mesh.Cơ chế bảo vệ của lớp mạng quang và SDH có thể không đủ hiệu quả để bảo vệ cho hoạt động lớp cao hơn. Điều này có nghĩa là khi cung cấp chức năng bảo vệ tuyến thì chúng không dễ cung cấp bảo vệ luồng MPLS.  MPLS cung cấp đặc tính hạt băng tần nhỏ cho bảo vệ và cho phép thực hiện sự phân biệt giữa các kiểu lưu lượng được bảo vệ.  Chuyển mạch bảo vệ cần được thiết kế sao cho cung cấp độ mềm dẻo cho nhà khai thác mạng để họ có những giải pháp khác khi quyết định kiểu bảo vệ gì cho LSP MPLS. Các khả năng cơ bản của MPLS được liệt kê sau đây:  Hỗ trợ liên kết điểm-điểm và multicast.  Phân cấp định tuyến, hợp nhất VC và tăng cường khả năng mở rộng.  Định tuyến hiện. 36  Hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng và giao thức lớp liên kết đồng thời.  Cung cấp khả năng điều khiển lưu lượng và QoS.  Hỗ trợ truy nhập máy chủ và VPN. Các ưu điểm của MPLS:  Khả năng tích hợp các chức năng định tuyến, đánh địa chỉ, điều khiển v.v... trong MPLS tránh được sự phức tạp trong NHRP, MPoA, IPoA  Khả năng mở rộng đơn giản.  Tăng chất lượng mạng, có thể triển khai các chức năng định tuyến mà các công nghệ trước không thể thực hiện được như định tuyến hiện (explicit routing), điều khiển lặp v.v..  Tích hợp giữa IP và ATM cho phép tận dụng toàn bộ các thiết bị hiện tại trên mạng.  Tách biệt đơn vị điều khiển với đơn vị chuyển mạch cho phép MPLS hỗ trợ đồng thời MPLS và B-ISDN. Việc bổ sung các chức năng mới sau khi triển khai mạng MPLS chỉ cần thay đổi phần mềm điều khiển. Các nhược điểm của MPLS:  Hỗ trợ đồng thời nhiều giao thức sẽ gặp phải những vấn đề phúc tạp trong kết nối.  Khó hỗ trợ QoS xuyên suốt.  Hợp nhất VC cần phải được nghiên cứu sâu hơn để giải quyết vấn đề chèn gói tin khi trung nhãn (interleave). 2.2.5 Chuyển mạch kênh quang WDM 2.2.5.1 Kỹ thuật WDM Nguyên tắc hoạt động của chuyển mạch kênh quang dựa trên nguyên lý ghép kênh WDM, nghĩa là sử dụng các nguồn bước sóng được điều khiển và bộ ghép kênh bước sóng để sắp xếp nhiều kênh trong phổ quang. Điểm hấp dẫn nhất của chuyển mạch kênh WDM là sử dụng lượng băng tần rất lớn trong phổ sợi quang. 2.2.5.2 Chuyển mạch kênh quang: Định tuyến bước sóng 37 Hệ thống chuyển mạch kênh truyền thống sử dụng trong mạng lõi quang phải cần đến biến đổi quang điện. Từng kênh cơ sở riêng rẽ được tạo ra và định tuyến trong miền điện. Thiết bị quang sử dụng để chuyển đổi và xếp những kênh này vào trong phổ quang. Bộ biến đổi quang điện sử dụng công nghệ đắt tiền và tiêu tốn nhiều năng lượng. Hơn nữa công nghệ này tương đối chậm so với giải pháp toàn quang bởi vì mất thời gian xử lý tín hiệu điện. Hiện nay công nghệ này chưa giải quyết được dịch vụ số chuyển mạch số liệu với tốc độ bit 10 Gbit/s. Giải pháp thay thế cho chuyển mạch điện là thực hiện xử lý tín hiệu trong miền quang sử dụng công nghệ định tuyến bước sóng liên quan đến chuyển mạch kênh WDM. Chuyển mạch kênh WDM gồm các bộ tách/ghép kênh liên kết với nhau qua ma trận chuyển mạch quang. Khung chuyÓn m¹ ch ®iÖn Sî i quang Sî i quang Sî i quang Sî i quangC æn g ®Ç u vµ o C æn g ®Ç u ra Bé thu OE Bé ph¸ t EO Xen kª nh RÏ kª nh Hình 23: Chuyển mạch điện sử dụng trong miền quang Các bộ tách/ghép có trách nhiệm phân tách và kết hợp các kênh bước sóng sao cho từng kênh riêng lẻ ở tuyến đầu vào được định tuyến tới tuyến đầu ra mong muốn. Kỹ thuật này có ưu điểm trong việc tái sử dụng các bước sóng và có khả năng chuyển mạch và tái cấu hình các luồng quang. Chuyển mạch kênh WDM cũng cho phép lưu lượng bước sóng tạm thời chuyển qua hay xen/rẽ tại các nút trung gian mà không qua biến đổi điện. 38 S îi quang S îi quang Cæng ®Çu ra Sî i quang Sî i quangC æn g ®Ç u vµ o K hu ng c hu yÓ n m ¹c h qu an g Hình 24: Hệ thống định tuyến bước sóng sử dụng ma trận chuyển mạch quang Trong mạng chuyển mạch kênh WDM, luồng quang trong sợi được gán cho những bước sóng khác nhau. Nếu hai tập hợp lưu lượng đến có cùng bước sóng thì không thể chia sẻ luồng quang sẵn có cho tuyến đầu ra do thiếu bước sóng, mạng có thể xử lý theo 3 cách:  Đưa ra sự ưu tiên cho một trong hai khối lưu lượng và thêm thời gian trong hàng đợi, nói cách khác cần đến bộ nhớ trong nút chuyển mạch  Phát chuyển một trong hai khối lưu lượng tới nút trung gian (ở đó đã có bước sóng cho sử dụng)  Biến đổi một trong những bước sóng xung đột thành bước sóng khác mà chưa sử dụng. Hai quá trình đầu chỉ có thể được thực hiện ở miền điện và sử dụng bộ đệm tiêu thụ nguồn và thời gian. Giải pháp thứ ba dễ thực hiện và không cần bất cứ quá trình biến đổi quang/điện nào. 2.2.6 Chuyển mạch gói quang.[2] Chuyển mạch gói quang (OPS-Optical Packet Switching) đã được khẳng định tính kinh tế sử dụng băng tần rất hiệu quả và khả năng hỗ trợ các dịch vụ khác nhau. Khi công nghệ chuyển mạch quang cải thiện, chúng ta có thể thực hiện 39 mạng chuyển mạch quang dựa trên gói, khi đó các gói được chuyển mạch và định tuyến độc lập qua mạng trong miền quang mà không cần biến đổi sang điện tại mỗi nút. Như vậy chuyển mạch gói quang cho phép một mức độ cao hơn việc ghép kênh thống kê trên các liên kết sợi quang và điều khiển chùm lưu lượng tốt hơn chuyển mạch kênh. Khả năng ứng dụng vào mạng Viễn thông Việt nam nằm trong xu hướng phát triển mạng truyền tải tiến tới mạng toàn quang, chuyển mạch quang sẽ tiến tới chuyển mạch gói quang hoàn toàn có thể thực hiện được trong tương lai khi mà công nghệ phát triển cho phép thực hiện các kỹ thuật xử lý tín hiệu quang. 2.2.6.1Các kỹ thuật chuyển mạch gói quang. Giải pháp chuyển mạch quang hứa hẹn nhất là chuyển mạch chùm quang và chuyển mạch nhãn quang. Vấn đề mấu chốt của những kỹ thuật này nằm ở giải pháp đệm và xử lý số liệu quang. Hiện giải pháp và công nghệ để giải quyết vấn đề này chưa hoàn thiện. Mào đầu gói xử lý ở miền điện nhằm để điều khiển hoạt động chuyển mạch. Cæng ®Çu vµo Khung chuyÓn m¹ch Cæng ®Çu ra Khèi ®iÒu khiÓn PL H PL H PL H Hình 25: Mô hình chung cho chuyển mạch gói quang Vấn đề cần giải quyết trong kỹ thuật đệm quang Ý tưởng cơ bản cho việc thực hiện đệm quang là sử dụng Dây trễ quang (ODL) hoặc một số dạng đệm cục bộ để lưu một vài gói chen lấn cho đến khi cổng đầu ra ở trạng thái sẵn sàng. Bộ đệm ODL nhìn chung sử dụng một dãy các sợi trễ quang có độ dài khác nhau và chuyển mạch quang. Phần trước sẽ hoạt động như bộ đệm quang thời gian ngắn trong khi phần sau sử dụng để điều khiển và định tuyến các gói quang qua đường tương ứng. Mỗi vòng quang trễ gói theo thời gian xác định. Bộ đếm giữ vết của số gói trong bộ đệm. Các gói tới được ghi và định 40 tuyến tới độ dài khả dụng. Thiết kế kiểu bộ đệm này rất đơn giản. Tuy nhiên, thời gian nhớ này là rất ngắn do nó phải lưu các gói chen lấn chỉ trong một thời gian giới hạn tương ứng với thời gian truyền sóng dọc theo độ dài sợi trễ. Dung lượng nhớ phụ thuộc vào độ dài vật lý trong đường trễ và bởi kích cỡ của nút chuyển mạch quang. Kiểu bộ đệm này thường lớn và không có khả năng mở rộng. Bộ đệm vòng sợi quang là giải pháp mềm dẻo để mở rộng sự nhớ này bằng cách quay vòng gói trong vòng sợi cho đến khi xuất hiện khe thời gian mở. Vấn đề cố hữu của phương pháp này là tín hiệu phải được khuếch đại trong suốt những lần quay vòng đó. Điều này vừa làm tăng phát xạ tự phát và công suất tiêu thụ (do sử dụng bộ khuếch đại). Chuyển mạch chùm quang Chùm quang bao gồm một số lượng gói thay đổi được kết hợp với nhau nhờ một nhãn phụ hoặc gói điều khiển. Trong chuyển mạch chùm quang, tải gói được gửi theo tuyến sau một lượng trễ đã biết của mào đầu. Ý tưởng này cho phép nút chuyển mạch quang kế tiếp một lượng thời gian để xử lý mào đầu vào thực thi quyết định chuyển mạch trước khi tải số liệu tới. Theo cách này, các gói có thể đi từ lối vào tới lối ra qua các luồng trong mạng chuyển mạch quang. Hình 26: Kiến trúc chuyển mạch chùm quang Kiến trúc của chuyển mạch chùm quang được trình bày trong Hình 2Error! Reference source not found.6. Các kênh bước sóng điều khiển c được tách 41 xuống/thêm vào sau bộ tách/ghép WDM. Xử lý gói hoặc nhãn điều khiển và điều khiển chuyển mạch được thực hiện trong miền điện. Quá trình biển đổi O/E và ngược được sử dụng ở đây. Việc trao đổi nhãn cho phép thiết lập luồng chuyển mạch nhãn trên mạng (chuyển mạch chùm kết nối định hướng). Phần lớn các giao thức chuyển mạch chùm quang không cần đến tại các nút trung gian. Chuyển mạch nhãn quang Chuyển mạch nhãn quang là một trường hợp đặc biệt của chuyển mạch chùm quang. Trong chuyển mạch nhãn quang, toàn bộ gói (mào đầu và tải) được chuyển mạch theo một luồng. Tải sẽ được chuyển đến bộ đệm chuyển mạch quang (ODL) để giải phóng thời gian cho xử lý mào đầu và thực thi quyết định chuyển mạch. Tải được lưu ở bộ đệm trong một thời gian cố định (trễ thời gian) để thực hiện xử lý mào đầu. Giá trị trễ thời gian là riêng cho mỗi nút chuyển mạch trung gian và có bản chất độc lập với luồng gói chuyển qua. Chuyển mạch gói quang: Chuyển mạch kênh là một phương pháp thông tin sử dụng để thiết lập cho thông tin giữa 2 điểm. Số liệu được truyền trên cùng một tuyến và thông tin truyền đi trong thời gian thực. Khác với chuyển mạch kênh, chuyển mạch gói thực hiện truyền các gói số liệu độc lập. Mỗi gói đi từ một cổng tới một cổng khác theo một đường nào đó. Các gói không thể gửi tới nút kế tiếp khi chưa thực hiện thành công tại nút trước đó. Mỗi nút cần có các bộ đệm để tạm thời lưu các gói. Mỗi nút trong chuyển mạch gói yêu cầu một hệ thống quản lý để thông báo điều kiện truyền thông tin tới nút lân cận trong trường hợp số liệu truyền bị lỗi. Hình 27 là một ví dụ của nút chuyển mạch gói quang cơ bản. Một nút bao gồm một chuyển mạch quang có khả năng cấu hình dựa trên gói. Khối chuyển mạch tái cấu hình dựa trên thông tin tiêu đề của một gói. Tiêu đề gói được xử lý bằng điện nó hoặc có thể mang trong băng cùng gói hoặc trên một kênh điều khiển riêng. Phải mất một thời gian để tiêu đề và chuyển mạch thiết lập, các gói có thể bị trễ bằng cách truyền qua đường trễ sợi quang. Kiến trúc chuyển mạch gói quang : Về nguyên tắc chuyển mạch gói toàn quang tổ chức dựa trên gói tiêu đề và điều khiển được thực hiện trong miền quang, tuy nhiên phải trong nhiều năm nữa mới thực hiện được. Trong thời điểm hiện nay chuyển mạch gói quang sử dụng 42 điều khiển điện tử để xử lý tiêu đề gói là thực tế hơn. Trong chuyển mạch gói quang tiêu đề hoặc nhãn được đọc và so sánh với một bảng định tuyến. Tải số liệu sau đó sẽ được định tuyến tới cổng ra tương ứng với một nhãn mới (trao đổi nhãn). Điều quan trọng là tải tin được truyền trong suốt qua chuyển mạch. Hình 27: Kiến trúc một chuyển mạch gói quang Phần tải và phần mào đầu gói sẽ được truyền trên cùng kênh bước sóng. Chuyển mạch gói sẽ gồm những khối chức năng sau:  Giao diện đầu vào quang: thực hiện cân chỉnh gói quang tới.  Lõi chuyển mạch bước sóng và không gian quang: gồm các bộ đệm quang (FDL) để giải quyết vấn đề chen lấn gói.  Giao diện đầu ra quang: thực hiện việc chèn và ghi lại mào đầu quang nếu yêu cầu 3R.  Bộ xử lý phần mào đầu điện: thực hiện biến đổi quang/điện, điều khiển đồng bộ (cân chỉnh gói tới bằng cách kiểm soát trễ), điều khiển chuyển mạch/đệm và ghi lại mào đầu.  Giao diện xen/rẽ điện: thực hiện biến đối O/E (hoặc E/O) và gửi gói quang tới lõi chuyển mạch (hoặc giao diện số liệu) ở nút nguồn (hoặc ở nút đích). 43  Mục tiêu xây dựng mạng quang ngày nay là bổ sung khả năng thiết lập động lớp truyền tải quang dựa trên các bộ nối chéo quang OXC (Optical Cross Connect) với một kiến trúc và quản lý và điề khiển phù hợp. Trong tương lai gần mạng OTN sẽ có khả năng hỗ trợ số lượng lớn dung lượng lên tới 40 Gbit/s. Mô hình này được minh hoạ trên hình sau: Hình 28: Mạng truyền tải quang Hình 28 biểu thị cấu trúc OTN bao gồm các OXC được nối với nhau dưới dạng mesh, mỗi sợi sử dụng rất nhiều bước sóng (hàng trăm bước sóng) , các OXC có khả năng kết nối hang nghìn kênh bước sóng. Như vậy OTN sẽ cung cấp luồng quang tới client như là các bộ định tuyến IP, các phần tử mạng SONET/SDH và chuyển mạch ATM. Trên hình vẽ này chỉ ra liên kết giữa 2 bộ định tuyến IP. Thêm vào đó một lớp điều khiển chuyển mạch cần để thiết lập tuyến trên mạng và nó tương tác với bộ điều khiển OXC để khởi tạo chuyển mạch trong OXC. Một kênh báo hiệu giữa các nút đảm bảo rằng mỗi OXC biết được trạng thái tài nguyên mạng, các tuyến khả dụng…. Việc thiết lập mạng truyền tải quang động sẽ cho phép cung cấp nhanh các tuyến dung lương cao, do vậy trong tương lai bước phát triển công nghệ cho phép cung cấp số lượng lớn các kênh quang. Nếu được như vậy trong tương lai chỉ cần chuyển mạch kênh quang là thoả mãn nhu cầu băng tần. Tuy nhiên không phải là như vậy do lý do sau, ví dụ trong mạng OTN chỉ cần đưa ra tính chất hạt tại mức bước sóng và nếu nguồn lưu lượng là chùm, dung lượng kênh được sử dụng có thể 44 sẽ xảy ra xung đột trên phạm vi mạng. Trong tương lai OXC được phát triển cho mạng OTN có thể hỗ trợ cho lớp chuyển mạch gói quang. Hình 28 mô tả mạng quang bao gồm OXC và chuyển mạch gói quang OPS. Hình 29: Chuyển mạch gói quang tại nút lõi và nút biên Trên hình 29 chuyển mạch g