CHệễNG 1: HEÄ THOÁNG THOÂNG TIN QUANG WDM
2. Tôpô vật lý và tôpô logic
Tôpô vật lý của mạng bao gồm các bộ định tuyến quang kết nối với nhau bằng các cặp liên kết sợi quang điểm nối điểm trong một tôpô mạng lưới bất kỳ (hình 1.49). Trong hình 1.49, mỗi cặp liên kết được tượng trưng bằng một cạnh vô hướng giữa các nút định tuyến. Nút ở đầu cuối kết nối với bộ định tuyến. Mỗi nút đầu cuối có số bộ phát và bộ thu giới hạn. Trong hình 1.50, nút định tuyến thu tín hiệu tại một bước sóng xác định ở ngõ vào của nó, sau đó định tuyến tín hiệu này (độc lập với các bước sóng khác) đến một ngõ ra nào đó. Bộ định tuyến có ∆p ngõ vào và ∆p ngõ ra có khả năng xử lý Λ bước sóng giống như Λ bộ chuyển mạch bước sóng Λp ×Λp cấu hình lại được.
Hình 1.49 Mạng WDM gồm nhiều nút định tuyến kết nối bằng các cặp liên kết sợi quang điểm nối điểm. Các nút định tuyến gắn với các nút đầu cuối hình thành các nút nguồn và đích cho lưu lượng trong mạng.
1
C A
D B
2
3
4
Đường quang
Nuựt ủũnh tuyeán Nút đầu cuối -
chuyển mạch ATM
Topo vật lý
Hình 1.50 Cấu trúc của bộ định tuyến cấu hình lại. Bộ định tuyến có thể chuyển mạch mỗi bước sóng ở ngõ vào độc lập với các bước sóng khác.
λ λ1 2 λ λ1 2
λ λ1 2
λ1
λ2 λ1
λ2
λ1 λ2
λ1
λ2
λ1
λ1
λ1
λ2
λ2 λ2
λ λ1 2 λ λ1 2 λ λ1 2
Tôpô vật lý của mạng là một tập các nút đầu cuối, nút định tuyến và các liên kết sợi quang kết nối các nút với nhau về mặt vật lý mà trên đó, người ta có thể thiết lập đường quang giữa các nút đầu cuối. Ðường quang là một đường dẫn đi qua mạng đã có cấp phát bước sóng giữa các nút đầu cuối và được thiết lập bằng cách cấu hình các nút định tuyến trong mạng. Hai đường quang dùng chung một liên kết phải sử dụng bước sóng khác nhau. Ðường quang cung cấp một đường thông giữa hai nút đầu cuối với băng thông bằng với băng thông của một kênh, thường là 2.5Gb/s đến 10 Gb/s. Tập hợp tất cả các đường quang đã được thiết lập giữa các nút đầu cuối tạo thành tôpô logic.
Hình 1.51 trình bày tôpô logic ứng với tôpô vật lý trong hình 1.49, tôpô logic này tương ứng với một tập các đường quang trong hình 1.49. Tôpô logic là một đồ thị với các nút tương ứng với các nút đầu cuối trong mạng gốc và một cạnh có hướng từ nút B đến nút A nếu đường quang được thiết lập từ nút B đến nút A. Cấp độ vật lý (physical degree) của một nút định tuyến là số lượng các nút định tuyến kết nối trực tiếp với nó bằng các liên kết sợi quang (ví dụ cấp độ vật lý của tất cả các nút định tuyến trong hình 1.49 là 2). Cấp độ logic đi (logical out-degree) của một nút đầu cuối là số đường quang bắt nguồn từ nút đó và cấp độ logic đến (logical in- degree) của một nút đầu cuối là số đường quang kết cuối tại nút đó, ví dụ, trong hình 1.51, cấp độ logic đi và cấp độ logic đến của mỗi nút đầu cuối đều là 1. Giả sử rằng mỗi nút định tuyến kết nối với một nút đầu cuối duy nhất và ngược lại, thì đơn giản ta chỉ nói đến cấp độ logic và cấp độ vật lý của mỗi nút.
Hình 1.51 Tôpô logic cho mạng ở hình 1.49. Các cạnh có hướng trong tôpô này tượng trưng cho các đường quang giữa các nút đầu cuối tương ứng trong hình 1.49.
B
A
D
C
Trong mạng có N nút, thì trong trường hợp lý tưởng, có thể thiết lập đường quang giữa tất cả N(N-1) nút. Tuy nhiên, có hai lý do không xảy ra trường hợp này.
Thứ nhất, số lượng bước sóng sẵn có sẽ quy định số đường quang được thiết lập. Ví dụ, giả sử một mạng có 128 nút với cấp độ vật lý trung bình là 4, thì có thể thiết lập trung bình 640 đường quang song hướng (full-duplex) sử dụng 32 bước sóng hay nói cách khác là chỉ có 10 đường quang song hướng trên mỗi nút (rất ít hơn so với yêu cầu 127 đường quang cho tất cả các nút khác). Thứ hai, mỗi nút chỉ có thể là nút nguồn và đích của một số lượng đường quang giới hạn là ∆1. Số lượng này được xác định dựa vào số lượng các thành phần phần cứng của mạng (bộ phát, bộ thu) và tổng số lượng thông tin mà một nút có khả năng xử lý.
Khi không thể thiết lập đường quang giữa tất cả các cặp nút trong mạng, thì cặp nút nào không được kết nối trực tiếp qua đường quang phải sử dụng nhiều đường quang qua các nút trung gian để kết nối thông tin liên lạc với các nút khác.
Tại mỗi nút trung gian, các gói đến trên một đường quang ở ngõ vào phải được chuyển sang dạng điện, chuyển mạch dưới dạng điện, sau đó chuyển lại sang dạng quang và gửi đến một đường quang khác ở ngõ ra để định tuyến đến nút đích của gói. Như vậy, để đến được nút đích cuối cùng, các gói phải đi trên đường dẫn có nhiều chặng. Xét đến ràng buộc này, mỗi nút chỉ chuyển mạch điện với lượng thông tin hạn chế, được xác định bởi số lượng cổng mà chuyển mạch điện tại nút đó có thể xử lý, đặt là ∆2. Các điều kiện trên đây sẽ quy định giới hạn về cấp độ tối đa của một tôpô logic, nghĩa là số lượng đường quang tối đa bắt nguồn và kết cuối tại một nút phải là ∆1 = min(∆1, ∆2). Chú ý rằng ngay cả khi số lượng đường quang sẵn có đủ lớn để các đường quang có thể được thiết lập giữa tất cả N(N-1) cặp nguồn-đích (s-d), nếu ∆1 < N-1, thì vấn đề sử dụng các đường quang giữa các cặp s-d sao cho không xảy ra đụng độ trong mạng diện rộng là một vấn đề rất khó khăn. Nhưng nếu có thể xây dựng mô hình mạng như vậy, thì tất cả các gói được định tuyến trực tiếp trên các đường dẫn toàn quang và không yêu cầu chuyển tiếp gói tại các nút trung gian.