Tài liệu Tiểu luận quang (1)

TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦẦU.......................................................................................................................... 2 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼẼ.................................................................................................... 3 DANH MỤC BẢNG BIỂU...................................................................................................... 6 CHƯƠNG 1.............................................................................................................................. 7 TỔNG QUAN VỀẦ MẠNG THÔNG TIN QUANG.................................................................. 7 1.1 Cấấu trúc mạng viễễn thông............................................................................................................... 8 1.2 Các dịch vụ, chuyển mạch và chuyển mạch gói................................................................11 1.3 Các mạng quang.............................................................................................................................. 15 1.3.1 Các kyễ thuật ghép kễnh........................................................................................................ 17 1.3.2 Mạng quang thễấ hệ thứ hai...............................................................................................18 1.4 Lớp quang.......................................................................................................................................... 20 1.5 Mạng thông suôất và mạng toàn quang:................................................................................26 1.6 Chuyển mạch gói quang.............................................................................................................. 29 1.7 Truyễền dữ liệu............................................................................................................................. 30 1.7.1 Bước sóng, tấền sôấ và khoảng cách kễnh........................................................................30 1.7.2 Các chuẩn bước sóng............................................................................................................. 31 1.7.3 Công suấất và suy hao quang................................................................................................33 1.8 Sự phát triển mạng cáp quang................................................................................................34 1.8.1 Thời kỳ đấều tiễn – Sợi quang đa mode (Multimode)................................................34 1.8.2 Sợi quang đơn cực (singlemode)......................................................................................37 1.8.3 Bộ khuễấch đại quang và WDM...........................................................................................38 1.8.4........................................................................................................................................................... 41 KỀẾT LUẬN............................................................................................................................. 43 CHƯƠNG 10......................................................................................................................... 44 THIỀẾT KỀẾ MẠNG WDM...................................................................................................... 44 10.1 Chi phí hoán đổi: Ví dụ mạng vòng.......................................................................................47 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng 10.2 Các vấấn đễề vễề LTD và RWA.........................................................................................................53 10.2.1 Thiễất kễấ cấấu hình của đường ánh sáng.......................................................................54 10.2.2 Định tuyễấn và Phấn định bước sóng.............................................................................59 10.2.3 Chuyển đổi bước sóng........................................................................................................ 61 10.3 Kích thước của mạng định tuyễấn bước sóng....................................................................64 10.4. Mô hình ước lượng kích thước thôấng kễ...........................................................................66 10.4.1 Mô hình thứ nhấất................................................................................................................... 67 10.4.2 Mô hình chặn........................................................................................................................... 68 10.5 Phương thức truyễền tải tôấi đa................................................................................................74 10.5.1 Luôềng ánh sáng yễu cấều ngoại tuyễấn............................................................................75 10.5.2 RWA trực tuyễấn trễn các mạng hình tròn...................................................................79 KỀẾT LUẬN............................................................................................................................. 81 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng LỜI NÓI ĐẦẦU Hiện nay thông tin quang được coi là một trong nh ững ngành mũi nh ọn trong lĩnh vực viễễn thông. Ngay từ giai đoạn đấều, khi các hệ thôấng thông tin cáp s ợi quang chính thức được đưa vào khai thác trễn mạng viễễn thông, ph ương th ức truyễền dấễn quang đã thể hiện được những khả năng to lớn trong vi ệc truyễền t ải các d ịch v ụ viễễn thông ngày càng phong phú, đa dạng và hiện đ ại trễn thễấ gi ới. H ệ thôấng thông tin quang có nhiễều ưu điểm vượt trội hơn hẳn so với hệ thôấng cáp đôềng truyễền thôấng và hệ thôấng vô tuyễấn như: băng tấền rộng, có cự ly thông tin l ớn, không b ị ảnh h ưởng của nhiễễu sóng điện từ và khả năng bảo mật thông tin cao. Các h ệ thôấng này không chỉ phù hợp với các tuyễấn thông tin lớn như tuyễấn đ ường tr ục, tuyễấn xuyễn đ ại dương...mà còn có tiễềm năng trong các hệ thôấng thông tin n ội h ạt v ới cấấu trúc linh hoạt và khả năng đáp ứng các loại hình dịch vụ trong hiện t ại và c ả t ương lai. 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng DANH MỤC CÁC HÌNH VẼẼ Hình 1. 1 Những phấền khác nhau của một mạng công cộng................................................10 Hình 1. 2 Các kiểu ghép kễnh theo thời gian (a) fixed – (b) statistical..............................10 Hình 1. 3 Các kyễ thuật ghép kễnh khác nhau để tăng công suấất truyễền dấễn trễn m ột sợi quang. (a) ghép kễnh phấn chia theo thời gian đi ện t ử ho ặc quang h ọc và (b) ghép kễnh phấn chia theo bước sóng. Cả hai kyễ thuật ghép kễnh đễều lấấy N luôềng dữ liệu, môễi B....................................................................................................................................................... 15 Hình 1. 4 Mạng định tuyễấn bước sóng WDM, hiển thị các thiễất bị đấều cuôấi đ ường quang (OLTs), các bộ ghép kễnh quang (OADM), và các kễất nôấi quang (OXCs). M ạng cung cấấp các đường tín hiệu cho người sử dụng, thường là các b ộ đ ịnh tuyễấn IP ho ặc các thiễất bị đấều cuôấi S................................................................................................................................ 18 Hình 1. 5 Các lớp phấn cấấp của một mạng thể hiện các lớp ở môễi phấền t ử m ạng (NE)................................................................................................................................................................... 19 Hình 1. 6 Hệ thôấng phấn lớp cổ điển................................................................................................ 21 Hình 1. 7 Mạng IP qua mạng SONET................................................................................................. 22 Hình 1. 8 Lớp quang trong mạng cáp quang thễấ h ệ th ứ haicó th ể hôễ tr ợ nhiễều l ớp khách................................................................................................................................................................. 23 Hình 1. 9 Ví dụ vễề hệ thôấng phấn lớp ghép kễnh điển hình....................................................24 Hình 1. 10 Một mạng quang bao gôềm các mạng con toàn quang kễất nôấi v ới nhau băềng các bộ chuyển đổi quang – điện - quang (OEO)................................................................27 Hình 1. 11 Một nút chuyển mạch gói quang. Nút đệm các gói tin đễấn, tìm kiễấm tiễu đễề gói tin, và định tuyễấn các gói tin đễấn m ột cổng ra thích h ợp d ựa trễn thông tin chứa trong tiễu đễề....................................................................................................................................... 29 Hình 1. 12 Dải tấền sôấ ITU 100GHz dựa trễn tấền sôấ tham chiễấu là 193.1 THz. M ột d ải 50 GHz cũng được xác định xung quanh cùng một tấền sôấ tham chiễấu ..............................31 Hình 1. 13 Sự phát triển của các hệ thôấng truyễền dấễn cáp quang.....................................34 Hình 1. 14 Mô hình quang học hình học minh họa cho sự truyễền lan c ủa ánh sáng trong một sợi quang.................................................................................................................................. 35 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng Hình 10. 1 (a) Một mạng lưới ba nút. (B) Các nút A-B và B-C được kễất nôấi v ới nhau băềng các liễn kễất WDM. Tấất cả các bước sóng thễm/nh ả t ại nút B. (c) M ột n ửa b ước sóng quang đi qua nút B, giảm sôấ lượng các cổng b ộ định tuyễấn ở nút B ........................45 Hình 10. 2 Các cấấu hình đường truyễền ánh sáng của mạng ba nút tương ứng ............48 Hình 10. 3 (a) Cấấu hình các đường truyễền ánh sáng của mạng ba nút tương ứng với hình 10.1 (a) qua các bộ định tuyễấn. Các bộ định tuyễấn A-B và B-C đ ược kễất nôấi băềng 10 liễn kễất song song.(b) Các cấấu hình đường truyễền ánh sáng c ủa m ạng ba nút tương ứng với hình 10.1) qua các bộ định tuyễấn. Tấất cả các c ặp đ ịnh tuyễấn, A-B, B-C, và C-A, được nôấi bởi 5 đường song song..........................................................................................48 Hình 10. 4 Ba cấấu hình các đường truyễền ánh sáng khác nhau có th ể đ ược tri ển khai qua một cấấu hình vòng dạng bó........................................................................................................... 49 Hình 10. 5 Một cấấu trúc vòng PWDM. Các đường truyễền ánh sáng và sự phấn bôấ bước sóng của chúng được thể hiện trong trường hợp t = 3. ...............................................50 Hình 10. 6 Kiễấn trúc vòng WDM kiểu trung tấm. Các đường truyễền ánh sáng và s ự phấn bôấ bước sóng của chúng được thể hiện trong hình cho tr ường h ợp t = 1 ...........52 Hình 10. 7 Cấấu hình mạng toàn quang, 4 nút. Các đường truyễền ánh sáng và phấn bôấ bước sóng của chúng được thể hiện cho trường hợp t = 3....................................................52 Hình 10. 8 Sôấ cổng của bộ định tuyễấn IP yễu cấều đôấi với các thiễất kễấ khác nhau c ủa Ví dụ 10.2-10.4, cho một vòng với N = 8 nút. Đường gi ới h ạn d ưới c ủa t cũng đ ược hi ển thị trễn hình................................................................................................................................................... 53 Hình 10. 9 Sôấ bước sóng cấền thiễất cho các thiễất kễấ khác nhau của Ví dụ 10.2-10.4, đôấi với vòng có N = 8 nút................................................................................................................................. 54 Hình 10. 10 Hiển thị là một cấấu hình mạng có trọng sôấ liễn kễất. .......................................61 Hình 10. 11 Một nút với khả năng chuyển đổi bước sóng côấ định. Các tín hi ệu vào có bước sóng λ1 được chuyển thành λ2 và ngược lại. Các tín hiệu vào có bước sóng λ3 được chuyển thành λ4 và ngược lại..................................................................................................63 Hình 10. 12 Một nút có khả năng chuyển đổi bước sóng giới hạn. Môễi bước sóng đấều vào có thể được chuyển đổi sang một trong hai bước sóng đấều ra. Các tín hi ệu đi vào ở bước sóng λ1 hoặc λ2 có thể được chuyển đổi sang λ3 hoặc λ 4. Các tín hi ệu đi vào ở bước sóng λ3 h......................................................................................................................................... 63 Hình 10. 13 Sự tương đương giữa mạng cáp đa bó và các mạng đơn bó ......................64 Hình 10. 14 Một ví dụ để minh họa sự khác biệt giữa việc có và không có sự chuy ển đổi bước sóng............................................................................................................................................... 65 Hình 10. 15 Mạng ba nút........................................................................................................................ 66 Hình 10. 16 20 điểm nút mạng, 32 đường truyễền tượng trưng cho phấền khung c ủa ARPANET......................................................................................................................................................... 68 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng Hình 10. 17 Hệ sôấ điễều khiển tính lại sôấ bước sóng với ngấễu nhiễn đôề th ị 32 đi ểm nút với trung bình 4,với đấềy đủ bước sóng biễấn đổi và không bước sóng bi ển đ ổi, t ừ [RS95]............................................................................................................................................................... 70 Hình 10. 18 veễ lại sơ đôề hệ sôấ điễều khiển cùng sôấ điểm nút với đôề thị ngấễu nhiễn v ới trung bình 4, với đấềy đủ bước sóng biễấn đổi và không bước sóng biễấn đ ổi (t ừ [RS95]). ............................................................................................................................................................................. 71 Hình 10. 19 Hiển thị là một cấấu hình mạng có trọng sôấ liễn kễất........................................76 Hình 10. 20 Bước sóng quy định trong vòng tròn kễất nôấi m ạng..........................................77 Hình 10. 21 Một vòng tròn mạng với bước sóng đã biễấn đổi................................................79 Hình 10. 22 Có 2 kịch bản khác nhau của phấn chia bước sóng trong m ạng l ưới v ới những đường truyễền 2 hướng.............................................................................................................. 84 Hình 10. 23 Sơ đôề mạng cho vấấn đễề 10.26......................................................................................85 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng DANH MỤC BẢNG BIỂU 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng Bảng 10. 1 Mức độ ngheễn so với mức nút cho một cấấu hình đường ánh sáng .............59 Bảng 10. 2 Hệ sôấ dùng lại cho 1% chặn với thuật toán khác RWA cho 20 điểm nút mạng coi như trong [RS95].................................................................................................................... 75 Bảng 10. 3 Sôấ bước sóng cấền để thực hiện phấn chia bước sóng ngoại tuyễấn của t ải L với có và không có bước sóng biễấn đổi..........................................................................................79 Bảng 10. 4 Phạm vi của bước sóng cấền thiễất trong vòng tròn để hôễ tr ợ tấất c ả l ưu lượng chuẩn với tải tôấi đa L cho các chuẩn khác nhau, tr ực tuyễấn và ngo ại tuyễấn .....81 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀẦ MẠNG THÔNG TIN QUANG Khi bước vào thiễn niễn kỷ mới, chúng ta đang chứng kiễấn những thay đổi to lớn trong ngành công nghiệp viễễn thông có ảnh h ưởng sấu rộng đễấn lôấi sôấng c ủa chúng ta. Có nhiễều lý giải cho những thay đ ổi này. Tr ước tiễn và quan tr ọng nhấất là nhu cấều tăng dung lượng liễn tục và không ngừng trong m ạng. Nhu cấều này đ ược thúc đẩy bởi nhiễều yễấu tôấ. Sự phát triển to lớn của Internet và World Wide Web (www), cả vễề sôấ lượng người dùng và thời gian sử dụng, do đó băng thông đ ược s ử dụng bởi người dùng trở thành một yễấu tôấ chính. Lưu lượng truy c ập Internet đã phát triển nhanh chóng trong nhiễều năm qua. Ước tính tăng tr ưởng đã thay đ ổi đáng kể, theo sôấ liệu báo cáo cho thấấy con sôấ này đã tăng gấấp đôi môễi 4-6 tháng. Trong khi đó, các công nghệ truy cập băng thông rộng nh ư DSL (Digital Subscriber Line) và cáp modem cung cấấp băng thông cho môễi người dùng trễn 1Mb/s đã đ ược tri ển khai rộng rãi. Ví dụ: trong năm 2008 khoảng 55% người trưởng thành ở Hoa Kỳ có th ể truy cập băng thông rộng ở nhà, trong khi ch ỉ có 10% truy c ập thông qua đ ường truyễền dialup từ 28-56 kb/s. Cáp quang đễấn tận nhà đã cho thấấy s ự tăng tr ưởng ổn định đôấi với các thị trường Chấu Á. Đôềng thời, các doanh nghiệp ngày nay cũng dựa vào các mạng tôấc đ ộ cao đ ể triển khai công việc kinh doanh. Các mạng này đ ược sử d ụng đ ể kễất nôấi nhiễều đ ịa điểm trong một công ty cũng như phục vụ cho các giao d ịch gi ữa các công ty v ới nhau. Các tập đoàn lớn sử dụng đường dấy 155 Mb/s để kễất nôấi các trang n ội b ộ c ủa họ và ngày nay đã nó đã tăng lễn tới 1 Gb/s. Có sự tương quan lớn giữa sự gia tăng nhu cấều s ử dụng và chi phí băng thông. Những tiễấn bộ vễề công nghệ đã thành công trong việc làm gi ảm các chi phí băng thông một cách liễn tục, điễều này thúc đẩy sự phát tri ển c ủa các ứng d ụng s ử d ụng băng thông nhiễều hơn. Một ví dụ đơn giản là khi cu ộc g ọi đi ện tho ại tr ở nễn r ẻ h ơn, mọi người dành nhiễều thời gian hơn cho điện thoại. Sự phát triển này thúc đ ẩy s ự cấền thiễất phải có thễm băng thông trong mạng. Chu kỳ phản hôềi tích c ực này cho thấấy seễ không có dấấu hiệu giảm trong tương lai gấền. Một yễấu tôấ khác gấy ra những thay đổi lớn trong ngành viễễn thông là quy đ ịnh bãi bỏ sự độc quyễền của ngành điện thoại. Thực tễấ cho thấấy răềng đ ộc quyễền làm c ản trở sự tiễấn bộ. Các công ty độc quyễền có thể mấất th ời gian thích nghi v ới nh ững thay đổi và không có xu hướng giảm chi phí cũng nh ư cung cấấp các d ịch v ụ m ới. Vi ệc bãi bỏ quy định vễề độc quyễền này đã kích thích sự cạnh tranh trễn th ị tr ường, dấễn đễấn chi 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng phí thấấp hơn cho người sử dụng, giúp triển khai nhanh hơn các công ngh ệ và d ịch v ụ mới. Việc bãi bỏ độc quyễền băất đấều tạo ra một sôấ nhà cung cấấp d ịch v ụ m ới, cũng như các công ty mới thành lập cung cấấp thiễất bị cho các nhà cung cấấp d ịch v ụ này. Ngoài ra, lưu lượng truy cập trong mạng bị chi phôấi b ởi d ữ li ệu trái ng ược v ới lưu lượng thoại truyễền thôấng. Trong quá khứ, điễều ngược lại là đúng, và vì v ậy các mạng kễấ thừa được thiễất kễấ để hôễ trợ hiệu quả tiễấng nói hơn là d ữ liệu. Ngày nay, dịch vụ vận chuyển dữ liệu có tính xuyễn suôất và có khả năng cung cấấp chấất l ượng dịch vụ để thực hiện các ứng dụng nhạy cảm như thoại và video theo th ời gian th ực. Những yễấu tôấ này đã thúc đẩy sự phát triển của các m ạng cáp quang công suấất cao và quá trình chuyển đổi nhanh đáng k ể t ừ các phòng thí nghi ệm sang tri ển khai thương mại. Chương này nhăềm mục đích giới thiệu các công ngh ệ mạng cáp quang, hệ thôấng và các vấấn đễề vễề mạng, cũng nh ư các cấn nhăấc vễề tri ển khai kinh tễấ và các triển khai khác. 1.1 Cấấu trúc mạng viêễn thông Trọng tấm trong cuôấn sách này ch ủ yễấu là các m ạng công c ộng đ ược g ọi là các mạng lưới do các nhà cung cấấp dịch vụ điễều hành. Các nhà cung cấấp s ử d ụng m ạng lưới của họ để cung cấấp các dịch vụ cho khách hàng, h ọ ch ủ yễấu là các công ty đi ện thoại, nhưng ngày nay có rấất nhiễều nhà cung cấấp d ịch v ụ hoạt đ ộng theo nh ững mô hình kinh doanh khác nhau, nhiễều công ty trong sôấ h ọ th ậm chí còn không cung cấấp dịch vụ điện thoại. Ngoài các nhà khai thác truyễền thôấng cung cấấp d ịch v ụ đi ện tho ại và thuễ kễnh thuễ riễng, hiện nay còn có các nhà khai thác chuyễn d ụng đ ể kễất nôấi các nhà cung cấấp dịch vụ Internet (ISP), các nhà cung cấấp d ịch v ụ viễễn thông cung cấấp băng thông hàng loạt cho các hãng viễễn thông khác mà không s ở h ữu bấất kỳ c ơ s ở h ạ tấềng nào. Trong nhiễều trường hợp, nhà cung cấấp sở hữu các ph ương ti ện (ví d ụ: các đường kễất nôấi cáp quang) và thiễất bị được triển khai bễn trong m ạng. Vi ệc xấy d ựng các đường kễất nôấi cáp quang đòi hỏi phải có quyễền ưu tiễn. Ngày nay, cáp quang được triển khai theo nhiễều cách khác nhau, được chôn d ưới lòng đấất, đ ược xấu l ại trễn các cột trụ, và được chôn bễn cạnh các đ ường ôấng dấễn dấều, đ ường ray tàu h ỏa. Trong những trường hợp khác, nhà cung cấấp có thể cho thuễ cơ s ở vật chấất t ừ các nhà cung cấấp khác và lấền lượt cung cấấp các d ịch v ụ giá tr ị gia tăng s ử d ụng các c ơ s ở này. Ví dụ: một nhà cung cấấp dịch vụ điện thoại đ ường dài có th ể không s ở h ữu m ột mạng nào cả mà chỉ đơn giản là mua băng thông t ừ m ột nhà cung cấấp d ịch v ụ khác và bán lại nó cho người sử dụng với những phấền nhỏ hơn. Một nhà cung cấấp dịch vụ LEC (local-exchange carrier) cung cấấp các d ịch v ụ địa phương ở các khu vực đô thị, và một nhà cung cấấp d ịch v ụ IXC (inter-exchange carrier) cung cấấp các dịch vụ đường dài. Nhưng khi các LEC m ở r ộng cung cấấp d ịch 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng vụ ở các khoảng cách dài và IXC mở rộng cung cấấp các d ịch v ụ ở khu v ực đ ịa ph ương thì sự phấn biệt này gấền như không còn. Để hi ểu rõ h ơn, chúng ta cấền ph ải quay tr ở lại và nhìn vào lịch sử của việc bãi bỏ quy định độc quyễền trong ngành d ịch v ụ viễễn thông. Tại Hoa Kỳ, trước năm 1984, có một công ty đi ện thoại-AT & T. AT & T, cùng với các công ty con Bell điễều hành ở đ ịa phương mà mình sở h ữu, đã t ổ ch ức đ ộc quyễền cho cả hai dịch vụ đường dài và địa phương. Năm 1984, v ới s ự d ỡ b ỏ quyễền độc quyễền kiểm soát viễễn thông, toàn bộ thực thể được chia thành AT & T, ch ỉ có th ể cung cấấp dịch vụ đường dài, và một sôấ Bells con, hoặc các công ty Bell điễều hành các dịch vụ địa phương (RBOCs) không được phép cung cấấp các dịch v ụ đ ường dài. Các dịch vụ đường dài đã được bãi bỏ quy định độc quyễền, và nhiễều công ty khác, nh ư MCI và Sprint, đã thành công bước vào th ị trường dịch v ụ đ ường dài. Các công ty Bells con được gọi là LECs đương nhiệm (ILECs) và vấễn đ ộc quyễền d ịch v ụ trong khu vực của họ. Đã có sự hợp nhấất đáng kể trong ngành công nghi ệp viễễn thông, n ơi RBOCs thậm chí còn có được các công ty đ ường dài. Chẳng h ạn, RBOC Southwestern Bell Communications mua lại AT&T để thành l ập AT&T Inc. và Verizon Communications (trước đấy là RBOC Bell Atlantic) đã mua l ại MCI. Ngày nay, RBOCs thuộc ba công ty: AT&T Inc., Verizon, và Qwest. Ngoài các RBOCs, còn có các LEC c ạnh tranh khác (CLECs) ít được điễều chỉnh và cạnh tranh v ới RBOCs đ ể cung cấấp các d ịch vụ địa phương. Thuật ngữ được sử dụng ở trễn phổ biễấn nhấất ở Băấc Myễ. Ở chấu Âu, chúng ta cũng có tình huôấng tương tự, nơi các công ty b ưu chính, đi ện tho ại, và đi ện báo thuộc sở hữu của chính phủ độc quyễền tại đấất nước của họ. Trong thập kỷ qua, vi ệc bãi bỏ quy định độc quyễền đã được thực hiện và hiện nay có một sôấ nhà cung cấấp dịch vụ mới ở Chấu Âu cung cấấp dịch vụ các địa phương và đường dài. Trong phấền còn lại của cuôấn sách, chúng ta seễ có m ột cách tiễấp c ận t ổng quát hơn và phấn loại nhà cung cấấp d ịch v ụ là nhà cung cấấp d ịch v ụ đ ịa ph ương ho ặc nhà cung cấấp dịch vụ đường dài. Mặc dù một nhà cung cấấp d ịch v ụ có th ể v ừa cung cấấp dịch vụ địa phương cũng như đường dài nhưng các mạng được sử dụng để cung cấấp các dịch vụ đường dài hơi khác với các mạng địa phương, do đó cấền ph ải gi ữ s ự phấn biệt giữa 2 loại hình này. Trái ngược với các mạng công cộng, mạng riễng là mạng do các công ty s ở hữu và vận hành để sử dụng nội bộ. Nhiễều doanh nghiệp dựa vào kh ả năng cung cấấp của các mạng công cộng để thực hiện các mạng riễng của họ, đặc biệt nễấu các m ạng này đi qua khu vực đấất công cộng, nơi cấền có giấấy phép cấấp quyễền đ ể xấy d ựng m ạng. Các mạng trong các toà nhà kéo dài nhiễều kilômét đ ược gọi là m ạng c ục b ộ (LANs); các mạng thuộc trong khuôn viễn trường học hoặc khu đô th ị, th ường t ừ hàng ch ục đễấn vài trăm kilômét, được gọi là các mạng đô thị (MAN); và các mạng có kho ảng cách xa hơn, từ vài trăm đễấn hàng ngàn kilômét, được g ọi là các m ạng di ện r ộng 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng (WAN). Chúng ta cũng seễ thấấy một loại phấn loại tương tự được sử dụng trong các mạng công cộng mà chúng ta nghiễn cứu tiễấp theo. Hình 1.1 cho thấấy một cái nhìn tổng quan vễề m ột kiễấn trúc mạng công cộng điển hình. Một mạng rấất rộng lớn và phức tạp, các phấền khác nhau c ủa m ạng có th ể được sở hữu và vận hành bởi các hãng khác nhau. Các node trong m ạng là các văn phòng trung tấm, đôi khi còn được gọi là các điểm hiện di ện (POPs). (Trong m ột sôấ trường hợp, các POPs được hiểu là các node nhỏ, còn các HUB đ ược hi ểu là các node lớn.) Các liễn kễất giữa các node bao gôềm các cặp sợi quang kễất h ợp, và trong nhiễều trường hợp, là nhiễều cặp sợi quang kễất hợp. Liễn kễất trong các mạng đ ường dài có chi phí cao và rấất tôấn kém. Vì lý do này, cấấu trúc các m ạng đ ường dài ở Băấc Myễ là khá thưa thớt. Ở chấu Âu, độ dài liễn kễất ngăấn hơn, và các cấấu trúc m ạng đ ường dài có xu hướng dày đặc hơn. Đôềng thời, băất buộc phải cung cấấp các đường link thay thễấ trong trường hợp một sôấ đường link kễất nôấi không thành công. Nh ững khó khăn này đã dấễn đễấn việc triển khai rộng rãi các cấấu trúc liễn kễất vòng, đ ặc biệt ở Băấc Myễ. Các cấấu trúc vòng tuy thưa thớt (chỉ có hai liễn kễất trễn môễi node) nh ưng vấễn cung cấấp m ột phương án thay thễấ để định tuyễấn lại lưu lượng truy cập. Trong nhiễều tr ường hợp, một mạng được thực hiện dưới hình thức các mạng liễn kễất với nhau. Ở cấấp độ cao, mạng có thể được chia thành mạng đô thị (hoặc đô th ị) và mạng đường dài. Mạng đô thị là một phấền của mạng năềm trong m ột thành phôấ l ớn hoặc một khu vực. Mạng đường dài kễất nôấi các thành phôấ hoặc các khu v ực khác nhau. Mạng đô thị bao gôềm một mạng truy cập đô th ị và m ạng liễn l ạc đô th ị. M ạng truy cập mở rộng từ trung tấm đễấn các doanh nghiệp cá nhấn ho ặc nhà riễng (thường là các nhóm nhà riễng chứ không phải là các ngôi nhà riễng l ẻ). Ph ạm vi tiễấp cận của mạng truy cập thường chỉ một vài kilomet, và nó ch ủ yễấu thu th ập l ưu lượng truy cập từ vị trí của khách hàng vào mạng của nhà cung cấấp. Do đó hấều hễất lưu lượng truy cập trong mạng được truy nhập vào trung tấm c ủa nhà cung cấấp. Mạng liễn tỉnh kễất nôấi các nhóm trung tấm trong m ột thành phôấ ho ặc m ột khu v ực. Mạng này thường kéo dài vài kilomet đễấn hàng chục kilômét. Mạng đ ường dài kễất nôấi các thành phôấ hoặc khu vực khác nhau và kéo dài hàng trăm đễấn hàng ngàn kilômét giữa các trung tấm. Trong một sôấ trường hợp, m ột phấền khác c ủa m ạng cung cấấp việc chuyển giao giữa mạng đô thị và mạng đường dài, đặc biệt nễấu các m ạng này được vận hành bởi các hãng khác nhau. Ngược lại v ới m ạng truy c ập, vi ệc phấn phôấi lưu lượng truy cập trong mạng đô thị và mạng đường dài được chia lưới (ho ặc phấn phôấi). Khoảng cách ở đấy chỉ mang tính minh hoạ và có th ể thay đ ổi rấất nhiễều d ựa trễn vị trí của mạng. Ví dụ, khoảng cách giữa các vùng ở chấu Âu th ường ch ỉ là vài trăm kilômét, trong khi khoảng cách giữa các thành phôấ ở Băấc Myễ có th ể lễn đễấn vài nghìn km. 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng Trong hình 1.1 bễn dưới thể hiện một mạng mặt đấất. Cáp quang cũng đ ược s ử dụng rộng rãi trong các mạng dưới biển. Các mạng dưới biển có th ể ph ủ sóng ở khoảng cách từ vài trăm đễấn vài ngàn kilômét cho các tuyễấn đ ường băng qua Đ ại Tấy Dương và các đại dương khác. Hình 1. 1 Những phấền khác nhau của một mạng công cộng 1.2 Các dịch vụ, chuyển mạch và chuyển mạch gói Nhiễều loại dịch vụ được cung cấấp bởi các nhà cung cấấp d ịch v ụ cho khách hàng. Trong nhiễều trường hợp, đấy là các d ịch v ụ h ướng kễất nôấi trong đó có khái niệm kễất nôấi giữa hai hoặc nhiễều bễn trong một mạng cơ bản. S ự khác biệt năềm ở băng thông kễất nôấi và loại mạng bễn dưới mà kễất nôấi được hôễ trợ, có ảnh h ưởng đáng kể đễấn đảm bảo chấất lượng dịch vụ được cung cấấp bởi các nhà cung cấấp cho khách hàng. Mạng cũng có thể cung cấấp các d ịch v ụ không kễất nôấi, chúng ta seễ th ảo luận vễề loại dịch vụ này sau. Có hai loại nễền tảng cơ sở hạ tấềng mạng cơ bản dựa trễn cách thức l ưu lượng được ghép nôấi và chuyển mạch trong mạng: chuy ển m ạch và chuy ển m ạch gói. Hình 1.2 minh hoạ một sôấ khác biệt trong các loại ghép kễnh đ ược s ử d ụng trong nh ững trường hợp này. 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng Hình 1. 2 Các kiểu ghép kễnh theo thời gian (a) fixed – (b) statistical Một mạng chuyển mạch cung cấấp các kễất nôấi chuyển m ạch cho khách hàng. Trong chuyển mạch, sôấ băng tấền bảo đảm được cấấp phát cho môễi kễất nôấi và luôn có săễn cho kễất nôấi, khi kễất nôấi được thiễất lập. Tổng băng thông c ủa tấất c ả các m ạch, hoặc các kễất nôấi, trễn một liễn kễất phải nhỏ hơn băng thông liễn kễất. Ví d ụ ph ổ biễấn nhấất của một mạng chuyển mạch là mạng chuyển mạch điện tho ại công c ộng (PSTN), cung cấấp kễất nôấi đánh chặn cho người sử d ụng v ới băng thông côấ đ ịnh (thường khoảng 4 kHz) khi kễất nôấi được thiễất lập. Mạch này đ ược chuy ển thành mạch kyễ thuật sôấ 64 kb/s ở trung tấm của nhà cung cấấp d ịch v ụ. M ạng này đ ược thiễất kễấ để hôễ trợ các luôềng thoại và thực hiện m ột công việc đ ơn gi ản cho ứng d ụng này. Các dịch vụ chuyển mạch được cung cấấp bởi các nhà cung cấấp d ịch v ụ hi ện nay bao gôềm nhiễều mạch với tôấc độ bit khác nhau, từ các m ạch thoại có tôấc đ ộ 64 kb/s lễn đễấn một vài Gb/s. Các kễất nôấi này thường được cho thuễ b ởi m ột nhà cung cấấp dịch vụ cho khách hàng và vấễn bị đóng đinh trong th ời gian khá dài, t ừ vài ngày đễấn vài năm kể cả khi băng thông kễất nôấi tăng lễn. Các dịch v ụ này còn đ ược g ọi là các dịch vụ đường dấy tư nhấn. Các PSTN thuộc loại này có sự khác biệt quan tr ọng trong PSTN, người dùng quay sôấ và tự thiễất lập kễất nôấi v ới nhau, trong khi đó v ới các dịch vụ đường dấy cá nhấn, nhà cung cấấp d ịch vụ thiễất lập kễất nôấi băềng cách s ử d ụng một hệ thôấng quản lý. Điễều này đang thay đổi và seễ không nghi ng ờ gì khi thấấy ng ười dùng sử dụng các đường dấy tôấc độ cao hơn trong tương lai, đặc biệt khi th ời l ượng kễất nôấi giảm xuôấng. Một vấấn đễề đôấi với chuyển mạch là nó không hi ệu qu ả khi x ử lý d ữ li ệu l ưu lượng truy cập tôấc độ cao. Một ví dụ vễề lưu lượng truy cập tôấc đ ộ cao là l ưu l ượng truy cập từ người dùng gõ trễn bàn phím. Khi ng ười dùng đánh máy, các bit đ ược truyễền ở nhiễều hoặc ít hơn một tỷ lệ ổn định. Khi người dùng d ừng lại, không có 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng đường truyễền. Một ví dụ khác là duyệt web. Khi ng ười dùng đang nhìn vào m ột màn hình đã tải gấền đấy, hấều như không có đường truyễền. Khi côấ nhấấp vào m ột liễn kễất, một trang mới cấền phải được tải xuôấng một cách nhanh nhấất từ trễn m ạng. Do đó một luôềng tôấc độ cao đòi hỏi nhiễều băng thông t ừ m ạng bấất c ứ khi nào nó ho ạt đ ộng và rấất ít băng thông khi nó không hoạt động. Điễều này th ường được đ ặc tr ưng b ởi băng thông trung bình và băng thông cao đi ểm, tương ứng v ới m ột m ức trung bình dài hạn và tỷ lệ “bùng nổ” tức thời. Trong mạng chuyển mạch kễnh, chúng ta ph ải dự trữ băng thông đủ để đáp ứng yễu cấều vễề tôấc độ lúc cao đi ểm, và băng thông này seễ không thường xuyễn được sử dụng. Chuyển mạch gói đã được phát minh để giải quyễất vấấn đễề v ận chuy ển d ữ li ệu khổng lôề một cách hiệu quả. Trong các mạng chuyển mạch gói, luôềng d ữ li ệu đ ược chia thành các gói dữ liệu nhỏ. Các gói tin này được ghép kễnh cùng v ới các gói d ữ liệu từ các luôềng dữ liệu khác bễn trong mạng. Các gói tin đ ược chuy ển bễn trong mạng dựa trễn đích đễấn. Để tạo thuận lợi cho việc chuyển đổi này, môễi gói tin seễ được đặt thễm một tiễu đễề. Tiễu đễề mang thông tin vễề đ ịa ch ỉ, ví d ụ nh ư đ ịa ch ỉ đích hoặc địa chỉ của nút tiễấp theo trong đường dấễn. Các nút trung gian đ ọc tiễu đễề và xác định nơi chuyển đổi gói dựa trễn thông tin chứa trong tiễu đễề. T ại đích đễấn, các gói tin thuộc một luôềng cụ thể được nhận và luôềng dữ liệu được găấn l ại với nhau. Ví d ụ điển hình của mạng chuyển mạch gói là Internet, s ử d ụng Giao th ức Internet (IP) đ ể định tuyễấn các gói dữ liệu từ nguôền đễấn đích. Chuyển mạch gói sử dụng một kyễ thuật được gọi là ghép kễnh thôấng kễ khi ghép nhiễều luôềng dữ liệu tôấc độ cao cùng nhau trễn một liễn kễất. Vì môễi luôềng d ữ li ệu đễều là tôấc độ cao, có thể tại bấất kỳ thời điểm nào ch ỉ có m ột sôấ luôềng đang ho ạt đ ộng và một sôấ khác thì không. Xác suấất mà tấất cả các luôềng hoạt đ ộng đôềng th ời là khá nhỏ. Do đó băng thông yễu cấều trễn liễn kễất có th ể đ ược th ực hi ện nh ỏ h ơn đáng k ể so với băng thông yễu cấều nễấu tấất cả các luôềng hoạt đ ộng đôềng th ời. Ghép kễnh thôấng kễ cải thiện việc sử dụng băng thông nh ưng dấễn đễấn m ột sôấ hiệu ứng quan trọng khác. Nễấu có nhiễều luôềng hoạt đ ộng đôềng th ời h ơn băng thông có săễn trễn liễn kễất, một sôấ gói tin seễ phải xễấp hàng đ ợi ho ặc đ ệm cho đễấn khi l ại có liễn kễất rôễi. Do đó, sự chậm trễễ của một gói tin phụ thu ộc vào vi ệc có bao nhiễu gói tin xễấp hàng đợi phía trước nó. Điễều này gấy ra s ự chậm trễễ là m ột tham sôấ ngấễu nhiễn. Đôi khi, lưu lượng dữ liệu quá cao có th ể khiễấn nó b ị tràn b ộ nh ớ. Khi điễều này xảy ra, một sôấ gói dữ liệu phải được loại bỏ khỏi mạng. Thông th ường, giao th ức truyễền tải lớp cao hơn, chẳng hạn như giao thức điễều khi ển truyễền dấễn (TCP) trễn Internet, phát hiện sự phát triển này và đảm bảo răềng các gói tin này đ ược truyễền lại. Trễn hễất, một mạng chuyển mạch gói truyễền thôấng thậm chí không hôễ tr ợ khái niệm kễất nôấi. Các gói thuộc một kễất nôấi được coi là các thực thể độc lập, và các gói khác nhau có thể có các tuyễấn khác nhau thông qua m ạng. Đấy là tr ường h ợp v ới các 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng mạng sử dụng IP. Loại dịch vụ không kễất nôấi này đ ược g ọi là m ột d ịch v ụ datagram. Điễều này dấễn đễấn sự khác biệt nhiễều hơn vễề sự chậm trễễ của các gói tin khác nhau và cũng băất buộc phải có các giao thức truyễền tải lớp cao h ơn tới các gói d ữ li ệu có kh ả năng kễất nôấi đễấn các đích đễấn của chúng. Do đó, theo truyễền thôấng, một mạng chuyển mạch gói cung cấấp cái g ọi là d ịch vụ tôất nhấất. Mạng côấ găấng hễất sức để lấấy dữ liệu từ nguôền đễấn điểm đích c ủa nó m ột cách nhanh nhấất nhưng không đảm bảo. Đấy thực sự là vấấn đễề v ới phấền l ớn d ịch v ụ Internet ngày nay. Một ví dụ khác của loại d ịch v ụ này là frame relay (chuy ển tiễấp khung). Frame relay là một dịch vụ chuyển mạch gói phổ biễấn đ ược cung cấấp b ởi các nhà cung cấấp để kễất nôấi các mạng dữ liệu của một công ty. Khi m ột ng ười s ử d ụng đăng ký dịch vụ chuyển tiễấp khung, nhà cung cấấp cam kễất m ột băng thông trung bình ổn định theo thời gian nhưng được cho phép có tỷ lệ tôấc độ cao tức thời trễn m ức này, mặc dù không có bấất kỳ đảm bảo nào. Để đảm b ảo răềng m ạng không b ị quá t ải, tỷ lệ dữ liệu người dùng có thể được quy định ở đấều vào của m ạng đ ể ng ười dùng không vượt quá băng thông trung bình này. Nói cách khác, ng ười dùng đ ược cung cấấp tôấc độ côấ định là 64 kb/s có thể gửi dữ liệu ở tôấc độ 128 kb/s và 32 kb/s vào những thời điểm khác nhau nhưng không được vượt quá mức trung bình là 64 kb/s trong một khoảng thời gian dài. Dịch vụ tôất nhấất này được cung cấấp bởi các mạng chuyển mạch gói dành cho một sôấ ứng dụng, chẳng hạn như duyệt web và truyễền tệp (files), không ph ải là các ứng dụng có độ nhạy trễễ cao. Tuy nhiễn, các ứng d ụng nh ư cu ộc g ọi video ho ặc cu ộc gọi thoại trong thời gian thực không thể chấấp nhận sự chậm trễễ gói tin ngấễu nhiễn. Do đó, rấất nhiễều nôễ lực được thực hiện để thiễất kễấ các m ạng chuy ển m ạch gói có th ể cung cấấp một sôấ dịch vụ đảm bảo vễề chấất lượng mà h ọ cung cấấp. Ví d ụ vễề chấất l ượng dịch vụ (QoS) có thể bao gôềm các đảm bảo nhấất định vễề đ ộ trễễ gói tôấi đa cũng nh ư s ự thay đổi trễễ, và đảm bảo cung cấấp băng thông trung bình tôấi thi ểu cho môễi kễất nôấi. Giao thức mạng IP cũng đã được tăng cường để cung cấấp các d ịch v ụ t ương t ự. Hấều hễất các nôễ lực QoS này dựa vào khái niệm có m ột lớp h ướng kễất nôấi. Ví d ụ, trong m ột mạng IP, chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) cung cấấp các m ạch ảo đ ể hôễ tr ợ các luôềng lưu lượng đấều cuôấi (end to end). Một mạch ảo băất buộc tấất c ả các gói thu ộc mạch đó đi theo cùng một đường dấễn thông qua m ạng, cho phép phấn b ổ tôất h ơn tài nguyễn trong mạng để đảm bảo chấất lượng dịch vụ nhấất định, ch ẳng hạn như gi ới hạn độ trễễ cho môễi gói tin. Không giôấng như một mạng chuyển m ạch th ực, m ột m ạch ảo không cung cấấp băng thông được bảo đảm định tuyễấn d ọc theo đ ường đi c ủa mạch vì trễn thực tễấ, ghép kễnh thôấng kễ được sử dụng để ghép các m ạch ảo bễn trong mạng. Thay đổi mô hình dịch vụ 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng Mô hình dịch vụ được các nhà cung cấấp sử dụng đang thay đ ổi nhanh chóng khi các mạng và công nghệ phát triển, đôềng thời có s ự cạnh tranh quyễất li ệt gi ữa các nhà cung cấấp. Băng thông phấn phôấi cho môễi kễất nôấi ngày càng tăng, và ph ổ biễấn hi ện nay là cho thuễ các đường dấy có dung l ượng từ 155 Mb/s đễấn 2,5 Gb/s và th ậm chí là 10 Gb/s. Lưu ý răềng trong nhiễều trường hợp, khách hàng c ủa nhà cung cấấp l ại là một nhà cung cấấp khác. Cái gọi nhà cung cấấp chủ yễấu cung cấấp băng thông v ới sôấ lượng lớn để kễất nôấi các mạng của các nhà cung cấấp khác. Ngoài ra, vì s ự c ạnh tranh và nhu cấều của khách hàng ngày càng tăng, các nhà cung cấấp cấền ph ải có kh ả năng phấn phôấi các kễất nôấi này nhanh chóng trong vài phút t ới hàng gi ờ ch ứ không ph ải vài ngày tới hàng tháng, môễi khi yễu cấều cấền băng thông. H ơn n ữa, thay vì đăng ký các hợp đôềng từ vài tháng đễấn hàng năm, khách hàng muôấn đăng ký các h ợp đôềng có thời gian ngăấn hơn. Phải nghĩ đễấn khi có một tình huôấng mà ng ười dùng thuễ m ột lượng băng thông lớn trong khoảng thời gian tương đôấi ngăấn, ví d ụ nh ư đ ể th ực hiện một sao lưu (back-up) có dung lượng lớn vào m ột th ời điểm nhấất đ ịnh trong ngày, để xử lý các sự kiện đặc biệt hoặc để giải quyễất các nhu cấều tăng đ ột ng ột. Một khía cạnh khác của sự thay đổi liễn quan đễấn sự săễn có c ủa các m ạch này, được xác định là tỷ lệ thời gian dịch vụ có săễn cho ng ười sử d ụng. Thông th ường, các nhà cung cấấp cung cấấp 99,999% săễn có, tương ứng với downtime (th ời gian chễất) ít hơn 5 phút môễi năm. Điễều này đòi hỏi m ạng phải đ ược thiễất kễấ đ ể ph ục hôềi nhanh chóng các dịch vụ trong trường hợp hỏng hóc nh ư đ ứt cáp quang, vào kho ảng 50 ms. Mặc dù các kễất nôấi khác mang dữ liệu có thể chịu được th ời gian ph ục hôềi lấu h ơn. Một sôấ kễất nôấi có thể không cấền được khôi phục lại bởi nhà cung cấấp khi ng ười dùng xử lý việc định tuyễấn lại lưu lượng truy cập trễn các kễất nôấi này trong tr ường h ợp hỏng hóc. Phục hôềi nhanh thường được thực hiện băềng cách cung cấấp d ư băng thông - một nửa băng thông trong mạng được dành cho m ục đích này. Chúng ta seễ thấấy trong Chương 9 răềng có thể sử dụng các kyễ thuật tinh vi h ơn đ ể nấng cao hi ệu suấất băng thông nhưng thường tôấn kém kinh phí và thời gian ph ục hôềi ch ậm h ơn. Vì vậy, các hãng viễễn thông trong thễấ giới mới cấền tri ển khai các m ạng cung cấấp cho họ khả năng linh hoạt để cung cấấp băng thông theo yễu cấều khi cấền, nễấu cấền, với các dịch vụ thích hợp. Việc xác định được “nơi đấều t ư cấền thiễất” là vô cùng b ởi vì các nhà cung cấấp hiễấm khi có thể dự đoán được v ị trí c ủa nhu cấều th ương m ại trong tương lai. Do đó, họ rấất khó khăn để lễn kễấ ho ạch và xấy d ựng m ạng l ưới tôấi ưu hóa dựa trễn các giả định cụ thể vễề nhu cấều băng thông. Đôềng thời, sự kễất hợp của các dịch vụ được cung cấấp bởi các nhà cung cấấp đang ngày càng mở rộng. Chúng ta đã nói vễề các dịch v ụ chuyển mạch và chuy ển mạch gói khác nhau trước đó. Điễều thường không nhận ra là ngày nay các d ịch v ụ này được phấn phôấi qua một mạng che phủ riễng bi ệt h ơn là m ột m ạng đ ơn. Vì v ậy, các nhà cung cấấp cấền vận hành và duy trì nhiễều mạng - m ột đễề xuấất rấất tôấn kém theo 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng thời gian. Đôấi với hấều hễất các mạng, chi phí liễn quan đễấn việc v ận hành m ạng theo thời gian (như bảo trì, giám sát các kễất nôấi mới, nấng cấấp) v ượt xa chi phí ban đấều đ ể đưa thiễất bị vào để xấy dựng mạng. Do đó, các nhà cung cấấp muôấn thay đ ổi đ ể duy trì một cơ sở hạ tấềng mạng đơn cho phép họ cung cấấp nhiễều loại dịch v ụ. 1.3 Các mạng quang Mạng quang hứa hẹn seễ giải quyễất được những vấấn đễề chúng ta đã th ảo lu ận. Ngoài việc cung cấấp năng lực to lớn trong mạng, m ột m ạng quang cung cấấp m ột c ơ sở hạ tấềng thông thường mà qua đó nhiễều loại dịch v ụ có th ể đ ược cung cấấp. Các mạng này ngày càng trở nễn có khả năng cung cấấp băng thông m ột cách linh ho ạt ở mọi nơi và khi cấền thiễất. Cáp quang cung cấấp băng thông cao hơn nhiễều so v ới cáp đôềng và ít b ị ảnh hưởng bởi nhiễều loại nhiễễu điện từ và các ảnh hưởng không mong muôấn khác. Do đó, nó là phương tiện được ưu tiễn lựa chọn để truyễền bấất cứ loại d ữ li ệu gì có dung lượng một vài chục Mb/s ở bấất kỳ khoảng cách nào trễn m ột kilômét. Đấy cũng là phương tiện được ưa thích để thiễất lập các kễất nôấi ngăấn (vài mét đễấn hàng trăm mét), các kễất nôấi tôấc độ cao (Gb/s) bễn trong các hệ thôấng lớn. Các sợi quang được triển khai rộng rãi trong tấất cả các lo ại m ạng l ưới viễễn thông. Lượng triển khai cáp quang thường được đo băềng d ải v ỏ. Dải v ỏ là t ổng chiễều dài của sợi cáp quang, trong đó môễi tuyễấn trong m ột m ạng bao gôềm nhiễều s ợi cáp quang. Ví dụ, một tuyễấn đường dài 10 dặm sử dụng ba s ợi quang có chiễều dài 10 dặm và 30 dặm vỏ cáp. Môễi cáp chứa nhiễều sợi quang. Nễấu môễi cáp có 20 s ợi quang thì cùng một tuyễấn đường có 600 dặm sợi quang. Một thành phôấ ho ặc m ột công ty viễễn thông có thể triển khai một mạng lưới cáp quang, ví d ụ: m ột khu v ực đô th ị có thể có khoảng 10.000 dặm sợi quang tính theo chiễều dài v ỏ. Đấy là một cách thích hợp để quảng bá phát triển kinh doanh hoặc sử dụng công ngh ệ thông tin. Khi nói vễề các mạng cáp quang, chúng ta đang nói vễề hai mô hình m ạng cáp quang. Ở thễấ hệ đấều tiễn, cáp quang được sử dụng ch ủ yễấu để truyễền t ải và đ ơn giản chỉ để cung cấấp dung lượng. Sợi cáp quang cung cấấp tôấc đ ộ lôễi bit thấấp h ơn và dung lượng lớn hơn cáp đôềng. Tấất cả các chức năng chuy ển m ạch và các ch ức năng mạng thông minh khác đã được xử lý băềng điện t ử. Ví d ụ vễề các m ạng cáp quang thễấ hệ đấều tiễn là SONET (mạng quang đôềng bộ) và các m ạng SDH (đôềng b ộ phấn cấấp sôấ liệu) cơ bản giôấng hệt nhau, tạo thành côất lõi c ủa cơ s ở h ạ tấềng viễễn thông ở Băấc Myễ và Chấu Âu và Chấu Á, cũng như một loạt các mạng doanh nghi ệp nh ư Fibre Channel. Chúng ta seễ nghiễn cứu những điễều này trong chương 6. Các mạng cáp quang thễấ hệ thứ hai có định tuyễấn, chuy ển m ạch thông minh trong lớp quang. Trước khi thảo luận vễề thễấ hệ của mạng này, chúng ta seễ tìm hi ểu các kyễ thuật ghép kễnh cung cấấp dung lượng cấền thiễất để th ực hi ện các mạng này. 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng Hình 1. 3 Các kyễ thuật ghép kễnh khác nhau để tăng công suấất truyễền dấễn trễn m ột s ợi quang. (a) ghép kễnh phấn chia theo thời gian điện tử hoặc quang học và (b) ghép kễnh phấn chia theo bước sóng. Cả hai kyễ thuật ghép kễnh đễều lấấy N luôềng d ữ li ệu, môễi B 1.3.1 Các kyỹ thuật ghép kênh Nhu cấều ghép kễnh được thúc đẩy bởi một thực tễấ là trong hấều hễất các ứng dụng khi truyễền dữ liệu với tôấc độ cao trễn một sợi quang đơn seễ tiễất ki ệm h ơn so v ới truyễền dữ liệu ở tôấc độ thấấp trễn nhiễều sợi quang ghép lại. Có hai ph ương pháp c ơ bản để tăng công suấất truyễền tải trễn một sợi quang, nh ư th ể hi ện trong hình 1.3. Thứ nhấất là tăng tôấc độ bit. Điễều này đòi h ỏi các thiễất b ị đi ện t ử tôấc đ ộ cao. Nhiễều luôềng dữ liệu tôấc độ thấấp được ghép lại thành luôềng tôấc đ ộ cao ở tôấc đ ộ truyễền dấễn băềng bộ chia kễnh điện tử phấn chia theo thời gian (TDM). B ộ ghép kễnh th ường xuyễn liễn kễất các luôềng tôấc độ thấấp để có được luôềng tôấc đ ộ cao. Ví d ụ, nó có th ể chọn 1 byte dữ liệu từ luôềng đấều tiễn, byte kễấ tiễấp t ừ luôềng th ứ hai, v.v. Ví d ụ: 64 luôềng 155 Mb/s có thể được ghép thành một luôềng 10 Gb/s đ ơn. Ngày nay, tôấc đ ộ truyễền tải cao nhấất trong các hệ thôấng thương mại săễn có là công ngh ệ TDM 40 Gb/s. Để thúc đẩy công nghệ TDM vượt ra ngoài các tỷ lệ này, các nhà nghiễn c ứu đang tìm hiểu các phương pháp để thực hiện các ch ức năng ghép kễnh và tách kễnh. Cách tiễấp cận này được gọi là ghép kễnh quang phấn chia theo th ời gian (OTDM). Các thí nghiệm đã chứng minh có thể tách/ghép kễnh của một sôấ luôềng 10 Gb/s t ừ luôềng 250 Gb/s, mặc dù việc triển khai thương mại OTDM vấễn ch ưa kh ả thi. Chúng ta seễ 3 TIỂU LUẬN THÔNG TIN QUANG GVHD: PGS.TS Lê Nhật Thăng nghiễn cứu các hệ thôấng OTDM trong Chương 12. Tuy nhiễn, ghép kễnh và tách kễnh tự động tôấc độ cao thì không đủ để nhận ra các mạng thực tễấ. Chúng ta cấền ph ải gi ải quyễất những khiễấm khuyễất phát sinh khi các luôềng tôấc đ ộ cao này đ ược truyễền qua mạng. Như chúng ta seễ thấấy trong các Chương 5 và Ch ương 13, tôấc đ ộ bit cao h ơn, thì càng khó để làm chủ được những khiễấm khuyễất này. Một cách khác để tăng công suấất là băềng kyễ thu ật ghép kễnh phấn chia theo bước sóng (WDM). WDM cơ bản giôấng như phấn chia theo tấền sôấ (FDM), đã đ ược s ử dụng trong các hệ thôấng vô tuyễấn điện trong h ơn m ột thễấ k ỷ. Vì m ột sôấ lý do, thu ật ngữ FDM được sử dụng rộng rãi trong truyễền thông vô tuyễấn, nh ưng WDM đ ược s ử dụng trong ngữ cảnh truyễền thông quang, có leễ b ởi vì FDM đ ược nghiễn c ứu b ởi các kyễ sư viễễn thông tin học, còn WDM được nghiễn cứu bởi các nhà v ật lý. Ý t ưởng là đ ể truyễền dữ liệu ở nhiễều bước sóng mang khác nhau (tương đương tấền sôấ ho ặc màu săấc) trễn một sợi quang. Thứ nhấất, những bước sóng này không gấy tr ở ng ại cho nhau, chúng được giữ cách xa nhau một cách rấất suôn s ẻ. Th ứ hai, có m ột sôấ hi ệu ứng không mong muôấn khi các bước sóng can thi ệp vào nhau, và chúng ta seễ nghiễn cứu những điễều này trong Chương 2 và 5. Vì vậy WDM cung cấấp các virtual fibers (s ợi quang ảo), trong đó nó tạo ra sợi quang đ ơn giôấng nh ư nhiễều s ợi quang “ ảo”, môễi s ợi quang ảo thực hiện một luôềng dữ liệu đơn. Các hệ thôấng WDM đ ược triển khai r ộng rãi trong các mạng đường dài, dưới biển và đang được tri ển khai trong các m ạng đô thị. WDM và TDM đễều cung cấấp cách để tăng công suấất truyễền tải và b ổ sung cho nhau. Do đó, các mạng ngày nay sử dụng kễất hợp TDM và WDM. Cấu h ỏi vễề s ự kễất hợp của TDM và WDM để sử dụng trong các hệ thôấng là m ột vấấn đễề quan tr ọng mà ngày nay những nhà cung cấấp dịch vụ phải đôấi m ặt. Ví d ụ, giả s ử m ột nhà cung cấấp muôấn cài đặt một liễn kễất 160 Gb/s. Chúng ta có nễn triển khai 64 kễnh WDM ở tôấc độ 2.5 Gb/s hay phải triển khai 16 kễnh WDM ở tôấc đ ộ 10 Gb/s? Cấu tr ả l ời ph ụ thuộc vào một sôấ yễấu tôấ, bao gôềm chủng loại và các thông sôấ c ủa s ợi quang đ ược s ử dụng trong liễn kễất và các dịch vụ mà nhà cung cấấp mong muôấn băềng cách s ử d ụng liễn kễất đó. Chúng ta seễ thảo luận vễề vấấn đễề này trong Ch ương 13. S ử d ụng kễất h ợp WDM và TDM, các hệ thôấng có công suấất truyễền tải kho ảng 1 Tb/s trễn m ột s ợi quang đơn có săễn và chăấc chăấn các hệ thôấng có công suấất l ớn h ơn seễ ho ạt đ ộng đ ược ở khoảng cách dài hơn trong tương lai. 1.3.2 Mạng quang thêế hệ thứ hai Cáp quang là phương tiện truyễền tải được ưu tiễn và truyễền dấễn WDM đ ược sử dụng rộng rãi trong các mạng. Các mạng cáp quang có kh ả năng cung cấấp nhiễều chức năng hơn là truyễền điểm - điểm (point - to - point). Nh ững ưu đi ểm chính thu được băềng cách kễất hợp một sôấ chức năng chuyển mạch và đ ịnh tuyễấn đ ược th ực hiện băềng các thiễất bị điện tử vào phấền quang của mạng. Ví d ụ, khi tôấc đ ộ d ữ li ệu 3