[Laptrinh.vn]-Chuyển mạch nhãn đa giao thức_MPLS_PHAM VAN DONG
-
Upload
nguyen-huu-dat -
Category
Documents
-
view
2.392 -
download
1
Transcript of [Laptrinh.vn]-Chuyển mạch nhãn đa giao thức_MPLS_PHAM VAN DONG
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của đất nước, những năm gần đây các ngành kinh tế quốc dân đều phát triển mạnh mẽ, và ngành công nghiệp viễn thông cũng không là ngoại lệ. Số người sử dụng các dịch vụ mạng tăng đáng kế, theo dự đoán con số này đang tăng theo hàm mũ. Ngày càng có nhiều các dịch vụ mới và chất lượng dịch vụ cũng được yêu cầu cao hơn. Đứng trước tình hình này, các vấn đề về mạng bắt đầu bộc lộ, các nhà cung cấp mạng và các nhà cung cấp dịch vụ cũng đã có nhiều nỗ lực để nâng cấp cũng như xây dựng hạ tầng mạng mới. Nhiều công nghệ mạng và công nghệ chuyển mạch đã được phát triển, trong số đó chúng ta phải kể đến công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS). MPLS đang được nghiên cứu áp dụng ở nhiều nước, tập đoàn BCVT Việt Nam cũng đã áp dụng công nghệ này cho mạng thế hệ kế tiếp NGN.
Đứng trước sự phát triển nhanh chóng của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS, việc tìm hiểu các vấn đề về công nghệ MPLS là vấn đề quan trọng đối với sinh viên. Nhận thức được điều đó, bản khoá luận tốt nghiệp “ Tìm hiểu khả năng ứng dụng công nghệ chuyển mạch đa giao thức nhãn MPLS trên mạng đường trục Việt Nam ” giới thiệu về quá trình phát triển dịch vụ cũng như công nghệ mạng dẫn tới MPLS, tìm hiểu các vấn đề kỹ thuật của công nghệ, và ứng dụng của công nghệ MPLS trong mạng thế hệ kế tiếp NGN của tập đoàn BCVT Việt Nam. Bố cục của bản khoá luận gồm 3 chương.
Chương 1 : Giới thiệu tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
Chương 2 : Giới thiệu cấu trúc mạng đường trục Việt Nam Chương 3 : Ứng dụng MPLS trên mạng đường trục Việt Nam
Công nghệ MPLS là công nghệ tương đối mới mẻ, việc tìm hiểu về các vấn đề của công nghệ MPLS đòi hỏi phải có kiển thức sâu rộng, và lâu dài. Do vậy bản khoá luận tốt nghiệp không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự phê bình, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Cảnh Tuấn người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình hoàn thành bản khoá luận tốt nghiệp này.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông đã giúp đỡ em trong thời gian qua.
Khoá luận tốt nghiệp 1
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và người thân - những người đã giúp đỡ động viên tôi trong quá trình học tập.
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH
NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS)
1.1 Quá trình hình thành và phát triển
1.1.1 Các động lực ra đời của chuyển mạch nhãn
Trong những năm gần đây, mạng internet đã phát triển rất nhanh và
trở nên rất phổ biến. Internet đã trở thành một phương tiện thông tin rất
hiệu quả và tiện lợi phục vụ cho giáo dục, thương mại, giải trí, thông tin giũa
các cộng đồng, các tổ chức….. Hiện nay ngày càng phát triển các ứng dụng
mới cả trong thương mại và thị trường người tiêu dùng. Các ứng dụng mới
này được vận hành đòi hỏi băng thông rộng và các nhu cầu về dải thông
được đảm bảo trong mạng đường trục. Cùng với các dịch vụ truyền thống
được cung cấp qua internet thì các dịch vụ thoại và đa phương tiện đang
được sử dụng và phát triển. Và sự lựa chọn cho việc cung cấp là tích hợp
các dịch vụ đang được mong đợi. Tuy nhiên, tốc độ và giải thông của các
nhu cầu về các dịch vụ và ứng dụng này vượt quá hạ tầng internet hiện
nay.
Với giao thức định tuyến internet TCP/IP có khả năng định tuyến và
truyền gói hết sức mềm dẻo linh hoạt và rộng khắp toàn cầu. Nhưng IP
không đảm bảo chất lượng dịch vụ, tốc độ truyền tin theo yêu cầu, trong khi
đó công nghệ ATM có tốc độ truyền tin cao, đảm bảo thời gian thực và chất
lượng dịch vụ theo yêu cầu định trước. Hơn nữa các dịch vụ thông tin thế
hệ sau được chia thành hai xu hướng phát triển đó là: Hoạt động kết nối
định hướng và hoạt động không kết nối. Hai xu hướng phát triển này dần
tiệm cận và hội tụ với nhau tiến tới ra đời công nghệ IP/ATM. Sự kết hợp IP
với ATM có thể là giả pháp kỳ vọng cho mạng viễn thông trong tương lai.
Sự ra đời của chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là tất yếu và
là giải pháp đáp ứng được nhu cầu đó, khi nhu cầu và tốc độ phát triển rất
nhanh của mạng internet yêu cầu phải có giao thức mới đảm bảo chất
lượng dịch vụ theo yêu cầu đồng thời phải đơn giản và tốc độ xử lý phải rất
cao
Khoá luận tốt nghiệp 2
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Chuyển mạch nhãn đa giao thức là một giải pháp linh hoạt cho việc
giải quyết các vấn đề mà các mạng ngày nay đang phải đối mặt, đó là tốc
độ, khả năng mở rộng cấp độ mạng, quản lý chất lượng dịch vụ (QoS) và kỹ
thuật lưu lượng. MPLS xuất hiện để đáp ứng các yêu cầu dịch vụ và quản
lý băng thông cho giao thức internet thế hệ sau dựa trên mạng đường trục
Tóm lại, chuyển mạch nhãn đa giao thức sẽ đóng vai trò quan trọng
trong việc định tuyến (dựa trên các thước đo QoS và chất lượng dịch vụ)
chuyển mạch, chuyển tiếp các gói tin qua mạng thế hệ sau cũng như giải
quyết các vấn đề liên quan tới khả năng mở rộng cấp độ và hoạt động với
các mạng Frame Relay và chế độ truyền tải không đồng bộ ATM hiện nay
để đáp ứng các nhu cầu dịch vụ của người sử dụng mạng
1.1.2 Lịch sử phát triển của MPLS
Việc hình thành và phát triển công nghệ MPLS xuất phát từ nhu cầu
thực tế, được các nhà công nghiệp viễn thông thúc đẩy nhanh chóng. Sự
thành công và nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường mà công nghệ này có
được là nhờ vào việc chuẩn hoá công nghệ. Quá trình hình thành và phát
triển công nghệ, những giải pháp ban đầu của hãng như Cisco, IBM,
Toshiba…. Những nỗ lực chuẩn hoá của tổ chức tiêu chuẩn IETF trong việc
ban hành về tiêu chuẩn MPLS….sẽ cung cấp cho chúng ta những nhận
định ban đầu về xu hướng phát triển MPLS.
MPLS được đề xuất đầu tiên do hãng Ipsilon một hãng rất nhỏ về
công nghệ thông tin trong triển lãm về công nghệ thông tin, viễn thông tại
Texas. Sau đó Cisco và hàng loạt hãng khác như IBM, Toshiba…công bố
các sản phẩm công nghệ chuyển mạch của họ dưới những tên khác nhau
nhưng đều cùng chung bản chất công nghệ chuyển mạch nhãn.
Thiết bị định tuyến chuyển mạch tế bào của Toshiba năm 1994 là
tổng đài ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu
ATM. Tổng đài của Ipsilon cũng là ma trận chuyển mạch ATM được điều
khiển bởi khối xử lý sử dụng công nghệ IP. Công nghệ chuyển mạch thẻ
của Cisco cũng tương tự nhưng có bổ xung thêm một vài kỹ thuật như lớp
chuyể tiếp tương đương FEC, giao thức phân phối nhãn. Đến năm 1998
nhóm nghiên cứu IETF đã tiến hành các công việc để đưa ra tiêu chuẩn và
khái niệm về chuyể mạch nhãn đa giao thức.
Sự ra đời của MPLS được dự báo là tất yếu khi nhu cầu và tốc độ
phát triển rất nhanh của mạng Internet đòi hỏi phải có một giao thức mới
Khoá luận tốt nghiệp 3
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
đảm bảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu. Có rất nhiều công nghệ xây
dựng trên mạng IP
IP trên nền ATM (IPoA)
IP trên nền SDH/SONET (IPOS)
IP qua WDM
IP qua cáp quang
Mỗi loại có những ưu và nhược điểm riêng. Trong đó công nghệ ATM
được sử dụng rộng rãi trong các mạng IP đường trục có tốc độ cao và đảm
bảo được dịch vụ, điều khiển luồng và một số đặc tính khác mà các mạng
định tuyến truyền thống không có được, trong trường hợp đòi hỏi thời gian
thực cao thì IpoA là giải pháp tối ưu. MPLS được hình thành dựa trên kỹ
thuật đó.
MPLS thực hiện một số chức năng sau
Hỗ trợ các giải pháp mạng riêng ảo VPN
Định tuyến hiện (điều khiển lưu lượng)
Hỗ trợ cục bộ cho định tuyến IP trong các tổng đài chuyển
mạch ATM
Khái niệm chuyển mạch nhãn xuất phát từ hai khái niệm: Tổng đài
chuyển mạch và bộ định tuyến.
Xét trên góc độ chuyển mạch, phương thức điều khiển luồng, tỉ lệ giá
cả và chất lượng tổng đài chuyển mạch sẽ tốt hơn bộ định tuyến. Song bộ
định tuyến lại có khả năng định tuyến mềm dẻo mà tổng đài chuyển mạch
không có được. Do đó, chuyển mạch nhãn ra đời là sự kết hợp và kế thừa
các ưu điểm trên cũng như khắc phục những nhược điểm của cả tổng đài
và bộ định tuyến truyền thống.
1.1.3 Quá trình chuẩn hoá MPLS
Đối với công nghệ chuyển mạch mới, việc tiêu chuẩn hoá là một khía
cạnh quan trọng quyết định khả năng chiếm lĩnh thị trường nhanh
chóng của công nghệ đó. Các tiêu chuẩn liên quan đến IP và ATM đã
được xây dựng và hoàn thiện trong một thời gian tương đối dài. Các
tiêu chuẩn về MPLS chủ yếu được IETF phát triển và hoàn thiện
ITEF hoàn thiện tiêu chuẩn MPLS và đưa ra các tài liệu RFC trong
năm 1999.
Sau năm 1999 liên tục ban hành các tiêu chuẩn MPLS như về quản
lý, bảo mật, tính tương thích với các công nghệ khác
Khoá luận tốt nghiệp 4
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Như vậy có thể thấy rằng MPLS đã phát triển nhanh chóng và hiệu
quả. Điều này cũng chứng minh những yêu cầu cấp bách trong công nghiệp
cho một công nghệ mới. Hầu hết các tiêu chuẩn MPLS hiện tại đã được ban
hành dưới dạng RFC. Sau khi toàn bộ các RFC được hoàn thiện, chúng sẽ
được tập hợp lại để xây dựng một hệ thống tiêu chuẩn MPLS
1.1.4 Nhóm làm việc MPLS trong IETF
MPLS là một nhóm làm việc IETF cung cấp các bản phác thảo về
định tuyến, gửi chuyển tiếp và chuyển mạch các luồng lưu lượng qua mạng
sử dụng MPLS. Nhóm có chức năng sau
Xác định cơ chế quản lý luồng lưu lượng của các phần tử khác nhau,
như các luồng lưu lượng giữa các phần cứng, các máy móc khác
nhau hoặc thậm chí là các luồng lưu lượng giữa các ứng dụng khác
nhau.
Duy trì độc lập của các giao thức lớp 2 và lớp 3
Cung cấp các phương tiện để sắp xếp các địa chỉ ip thành các nhãn
có độ dài cố định và đơn giản được các công nghệ gửi chuyển tiếp
gói tin và chuyển mạch gói sử dụng.
Giao diện với các giao thức định tuyến có sẵn như RSVP và OSPF….
Hỗ trợ IP, ATM và các giao thức lớp 2 Frame-Relay
Trong MPLS, việc truyền dữ liệu thực hiện theo các đường chuyển
mạch nhãn (LSP). Các đường chuyển mạch nhãn là dãy các nhãn tại mỗi
nút và tại tất cả các nút dọc theo tuyến từ nguồn tới đích. LSP được thiết
lập hoặc là trước khi truyền dữ liệu hoặc trong khi tìm luồng dữ liệu. Các
nhãn được phân phối sử dụng giao thức LDP hoặc RSVP hoặc dựa trên
giao thức định tuyến như BGP và OSPF. Mỗi gói dữ liệu nén và mang các
nhãn trong quá trình đi từ nguồn tới đích. Chuyển mạch tốc độ cao có thể
chấp nhận được vì các nhãn với độ dài cố định được chèn vào vị trí đầu
của gói tin hoặc tế bào và có thể được phần cứng sử dụng dể chuyển mạch
các gói tin một các nhanh chóng giữa các đường liên kết.
Nhóm làm việc MPLS chịu trách nhiệm chuẩn hoá các công nghệ cơ
sở cho sử dụng chuyển mạch nhãn và cho việc thi hành các đường chuyển
mạch nhãn và cho việc thi hành các đường mạch nhãn trên các loại công
nghệ lớp liên kết, như Frame Relay, ATM và công nghệ LAN (Etherbet,
Token Ring,…). Nó bao gồm các thủ tục và các giao thức cho việc phân
phối nhãn giữa các bộ định tuyến, xem xét về đóng gói và multicast.
Khoá luận tốt nghiệp 5
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Các mục tiêu khởi đầu của nhóm làm việc đã gần như hoàn thành.
Cụ thể, nó đã xây dựng một số các RFC định nghĩa giao thức phân phối
nhãn cơ sở (LDP), kiến trúc MPLS cơ sở và đóng gói tin, các định nghĩa
cho việc chạy MPLS qua các đường liên kết ATM, Frame-Relay.
Các mục tiêu gần đây của nhóm làm việc
Hoàn thành các chỉ mục còn tồn tại
Phát triển các mục tiêu chuẩn đề nghị của nhóm làm việc MPLS
thành các bản Dratf Standard bao gồm: LDP, CD-LDP và các tiêu
chuẩn kỹ thuật RSVP-TE cũng như vấn đề đóng gói.
Định rõ các mở rộng phù hợp với LDP và RSVP cho việc xác nhận
LSP nguồn.
Hoàn thành các công việc trên MPLS-TE MIB.
Xác định các cơ chế chấp nhận lối cải tiến cho LDP.
Xác định các cơ chế phục hồi MPLS cho phép một đường chuyển
mạch nhãn có thể được sử dụng như là một bản dự trữ cho một tập
các đường chuyển mạch nhãn khác bao gồm các trường hợp cho
phép sửa cục bộ
Cung cấp tài liệu về các phương thức đóng gói MPLS mở rộng cho
phép hoạt động trên các đường chuyển mạch nhãn trên các công
nghệ lớp thấp hơn, như phân chia theo thời gian ( Sonet ADM ) độ
dài bước sóng và chuyển mạch không gian.
1.2 Các thành phần của MPLS: [1], [2], [4].
1.2.1. Khái quát MPLS
Khi một gói tin tuân theo các phương thức lớp mạng connectionless
từ một bộ định tuyến đến bộ định tuyến tiếp theo, mối bộ định tuyến phải
đưa ra một quyết định gửi chuyển tiếp độc lập gói tin đó. Do đó, mỗi bộ định
tuyến phân tích mào đầu gói tin và mỗi bộ định tuyến sẽ chạy các thuật toán
định tuyến lớp mạng. Mỗi bộ định tuyến lưa chọn Hop tiếp theo cho gói tin
một cách hoàn toàn độc lập dựa trên những phân tích củ nó về mào đầu gói
tin và kết quả cuả việc chạy thuật toán định tuyến.
Các mào đầu gói tin chứa đựng nhiều thông tin hơn là thông tin cần
thiết để lựa chọn Hop tiếp theo. Lựa chọn Hop tiếp theo có thể xem là sự
cấu thành của hai chức năng. Chức năng thứ nhất chia toàn bộ gói tin vào
các tập lớp chuyển tiếp tương đương FEC ( Forwarding Equivalence Clas ).
Chức năng thứ hai là xắp xếp mỗi FEC cho một Hop tiếp theo. Khi quyết
định gửi chuyển tiếp được đưa ra, với các gói tin được xắp xếp vào cùng
Khoá luận tốt nghiệp 6
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
một FEC là giống nhau. Tất cả các gói tin trong cùng một FEC cụ thể và
xuất phát từ một nút cụ thể sẽ đi theo cùng một tuyến đường hoặc theo một
tập các tuyến đường liên kết với FEC đó.
Trong gửi chuyển tiếp IP truyền thống, một bộ định tuyến cụ thể sẽ
đưa hai gói tin vào cùng một FEC nếu như một vài tiền tố địa chỉ X trong
bảng định tuyến của bộ định tuyến phù hợp với địa chỉ đích của gói tin. Khi
gói tin truyền qua mạng, mỗi Hop lần lượt kiểm tra lại gói tin và ấn định nó
vào một FEC.
Trong MPLS, việc ấn định một gói tin cụ thể vào một FEC được thực
hiện một lần khi gói tin đi vào mạng. FEC mà gói tin được ấn định mã hoá
thành một giá trị có độ dài cố định được gọi là nhãn. Khi một gói tin được
chuyển tiếp tới Hop tiếp theo của nó, nhãn được gửi theo gói tin, như vậy
các gói tin dán nhãn trước khi chúng được gửi chuyển tiếp.
Tại các Hop phía sau, không có những phân tích sâu hơn về mào
đầu lớp mạng. Đúng hơn là nhãn được sử dụng như chỉ số trong bảng mà
nó xác định Hop tiếp theo và nhãn mới. Nhãn cũ được thay thế bằng một
nhãn mới và gói tin được gửi tới Hop tiếp theo.
Trong mô hình gửi chuyển tiếp MPLS, khi một gói tin được ấn định
vào một FEC thì không có bất cứ một phân tích mào đầu nào được các bộ
định tuyến phía sau thực hiện. Tất cả công việc gửi chuyển tiếp được điều
khiển bằng các nhãn. điều này có một số các ưu điểm so với việc gửi
chuyển tiếp lớp mạng truyền thống.
Việc gửi chuyển tiếp có thể được thực hiện bằng các tổng đài có khả
năng tìm kiếm và thay thế nhãn, nhưng không có khả năng phân tích mào
đầu lớp mạng hoặc không có khả năng phân tích mào đầu lớp mạng tại một
tốc độ xác định.
Kể từ lúc gói tin được ấn định vào một FEC khi nó đi vào mạng, bộ
định tuyến đầu vào có thể sử dụng bất cứ thông tin nào mà nó có về gói tin
cho dù các thông tin đó không thể lấy được từ mào đầu lớp mạng trong khi
quyết định việc ấn định. Ví dụ, các gói tin tới các cổng khác nhau có thể
được ấn định cho các FEC khác nhau. Trong khi đó việc gửi chuyển tiếp
truyền thống có thể chỉ xem xét đến thông tin được mang theo cùng với gói
tin trong mào đầu gói tin.
Một gói tin đi vào mạng tại bộ định tuyến cụ thể có thể được dán
nhãn khác với một gói tin tương tự nhưng đi vào mạng tại một bộ định
tuyến khác, kết quả là các quyết định gửi chuyển tiếp phụ thuộc vào bộ định
Khoá luận tốt nghiệp 7
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
tuyến nối vào. Điều này không thể thực hiện được trong việc gửi chuyển
tiếp truyền thống, khi mà bộ định tuyến lối vào của gói tin không được mang
theo gói tin.
Những yếu tố quyết định xem liệu gói tin được ấn định cho một FEC
như thế nào có thể trở nên ngày càng phức tạp, nếu không có bất cứ một
tác động nào vào các bộ định tuyến chỉ đơn thuần là gửi chuyển tiếp các
gói tin dán nhãn.
Đôi khi chúng ta muốn bắt gói tin đi theo một tuyến đường xác định
đã được chọn trước hoặc tại thời điểm gói tin đi vào mạng hơn là tuyến
đường được lựa chọn bằng thuật toán định tuyến động khi gói tin qua
mạng. Điều này có thể được thực hiện như là vấn đề về chính sách hoặc
để hỗ trợ điều khiển lưu lượng. Trong gửi chuyển tiếp truyền thống, điều
này đòi hỏi gói tin mang bộ mã về tuyến đường của nó đi theo. Trong
MPLS, một nhãn có thể được sử dụng để đại diện cho một tuyến đường
không cần phải mang theo gói tin.
Một vài bộ định tuyến phân tích mào đầu lớp mạng của gói tin không
phải đơn thuần chỉ để kựa chọn Hop tiếp theo mà còn để quyết định quyền
ưu tiên của gói tin. Sau đó chúng ta có thể áp dụng các ngưỡng loại bỏ
hoặc các lịch trình khác nhau cho các gói tin khác nhau. MPLS cho phép
nhưng không yêu cầu quyền ưu tiên có thể được xác định hoàn toàn hoặc
một phần từ nhãn
MPLS là chuyển mạch nhãn đa giao thức, đa giao thức ở đây có
nghĩa là các công nghệ của nó có thể áp dụng trong bất cứ giao thức lớp
mạng nào như IP, IPX…
1.2.2 Các khái niệm cơ bản của mạng MPLS
1.2.2.1 Nhãn (Lable):
Nhãn là một thực thể có độ dài ngắn và cố định không có cấu trúc
bên trong. Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng
như địa chỉ mạng. Nhãn được gắn vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho
một FEC (Forwarding Equivalence Classes: Nhóm chuyển tiếp tương
đương) mà gói tin được ấn định.
Thường thì một gói tin được ấn định một FEC (hoàn toàn hoặc một
phần) dựa trên địa chỉ đích lớp mạng của nó. Tuy nhiên nhãn không phải là
mã hoá của địa chỉ đó.
Nhãn trong dạng đơn giản nhất xác định đường đi mà gói tin có thể
truyền qua. Nhãn được mang hay được đóng gói trong tiêu đề lớp 2 cùng
Khoá luận tốt nghiệp 8
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
với gói tin. Bộ định tuyến kiểm tra các gói tin qua nội dung nhãn để xác định
các bước chuyển kế tiếp. Khi gói tin được gán nhãn, các chặng đường còn
lại của gói tin thông qua mạng đường trục dựa trên chuyển mạch nhãn. Giá
trị nhãn chỉ có ý nghĩa cục bộ nghĩa là chúng chỉ liên quan đến các bước
chuyển tiếp giữa các LSR.
Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương thức truyền tin mà gói tin
được đóng gói.
Kiểu khung (Frame mode): Kiểu khung là thuật ngữ khi chuyển tiếp
một gói nhãn gán trước tiêu đề lớp ba. Một nhãn được mã hoá với 20 bỉt,
nghĩa là có thể có 2 mũ 20 giá trị khác nhau. Một gói có nhiều nhãn gọi là
chồng nhãn (Lable stack). Ở mỗi chặng trong mạng chỉ có một nhãn bên
ngoài được xem xét
LABLE EXP S TTL STACK
LABLE=20 bits
EXP (EXPERIMENTAL)=3 bits
S (BOTTOM OF STACK)=1 bit
TTL (TIME TO LIVE)=8 bits
Trong đó:
EXP: dành cho thực nghiệm. Khi các gói tin xếp hàng có
thể dùng các bít này tương tự như các bit IP ưu tiên (IP Precedence)
S: là bít cuối chồng . Nhãn cuối chồng bit này được thiết
lập lên 1,các nhãn khác có giá trị bít này là 0.
TTL: thời gian sống là bản sao của IP TTL. Giá trị của nó
được giảm tại mỗi chặng để tránh lặp như IP. Thường dùng khi
người điều hành mạng muốn che dấu cấu hình mạng bên dưới khi
tìm đường từ mạng bên ngoài.
Kiểu tế bào (Cell mode): Thuật ngữ này dùng khi có một mạng gồm
các ATM LSR dùng trong mặt phẳng điều khiển để trao đổi thông tin
VPI/VCI thay vì dùng báo hiệu ATM. Trong kiểu tế bào, nhãn là trường
VPI/VCI của tế bào. Sau khi trao đổi nhãn trong mặt phẳng điều khiển, ở
mặt phẳng chuyển tiếp, router cổng vào phân tách gói thành các tế bào
ATM, dùng giá trị VCI/CPI tương ứng đã trao đổi trong mặt phẳng điều
khiển và truyền tế bào đi. Các ATM LSR ở phía trong hoạt động như
Khoá luận tốt nghiệp 9
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
chuyển mạch ATM-chúng chuyển tiếp một tế bào dựa trên VPI/VCI vào và
thông tin cổng ra tương ứng. Cuối cùng, router cổng ra sắp xếp các tế bào
thành một gói.
Kiểu khung PPP hoặc Ethernet, giá trị nhận dạng giao thức P-ID
(hoặc Ethernet type) được chèn vào mào đầu khung tương ứng để thông
báo khung là MPLS đơn hướng hay đa hướng.
Hình 1.1: Lớp liên kết dữ liệu là ATM
Hình 1.2: Lớp liên kết dữ liệu Frame-relay
Khoá luận tốt nghiệp 10
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Hình 1.3: Nhãn trong Shim-giữa lớp 2 và lớp 3
1.2.2.2 Ngăn xếp nhãn (Lable stack):
Là một tập hợp thứ tự các nhãn gán theo gói để chuyển tải thông tin
về nhiều FEC và về các LSP tương ứng mà gói đi qua. Ngăn xếp nhãn cho
phép MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và một nhãn
cho IGP) và tổ chức đa LSP trong một trung kế LSP. Điều này tạo điều kiện
thuận lợi cho chế độ hoạt động đường hầm
1.2.2.3 Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn:
Chứa thông tin về nhãn vào, nhãn ra, giao diện vào, giao diện ra.
1.2.2.4 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ( LSR-Lable Switching
Router ):
Là thiết bị chuyển mạch hay thiết bị định tuyến sử dụng trong mạng
MPLS để chuyển các gói tin bằng thủ tục phân phối nhãn. Có một số lạo
LSR như LSR, LSR-ATM….
1.2.2.5 Lớp chuyển tiếp tương đương ( FEC-Forward Equivalence
Class ):
FEC là một nhóm các gói, nhóm các gói này chia sẻ cùng yêu cầu
trong sự chuyển tiếp chúng qua mạng. Tất cả các gói trong một nhóm như
vậy được cung cấp cùng cách chọn đường tới đích. Khác với chuyển tiếp
IP truyền thống, trong MPLS việc gán một gói cụ thể vào một FEC cụ thể
chỉ được thực hiện một lần khi các gói vào trong mạng. MPLS không ra
quyết định chuyển tiếp với mỗi datagram lớp 3 mà sử dụng khái niệm FEC.
FEC phụ thuộc vào một số các yếu tố, ít nhất là phụ thuộc vào địa chỉ IP và
Khoá luận tốt nghiệp 11
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
có thể là phụ thuộc cả vào kiểu lưu lượng trong datagram (thoại, dữ liệu,
fax…). Sau đó dựa trên FEC, nhãn được thoả thuận giữa các LSR lân cận
từ lối vào tới lối ra trong một vùng định tuyến. Mỗi LSR xây dựng một bảng
để xác định xem một gói phải được chuyển tiếp như thế nào. Bảng này
được gọi là cơ sở thông tin nhãn (LIB: Label Information Base), nó là tổ hợp
các ràng buộc FEC với nhãn (FEC-to-label). Và nhãn lại được sử dụng để
chuyển tiếp lưu lượng qua mạng.
1.2.2.6 Cơ sở thông tin nhãn ( LIB-Lable Information Base ):
Là bảng kết nối trong LSR có chứa giá trị nhãn/ FEC được gán vào
cổng ra cũng như thông tin về đóng gói dữ liệu truyền tin để xác định
phương thức một gói tin được chuyển tiếp.
1.2.2.7 Tuyến chuyển mạch nhãn ( LSP-Lable Switching Path ):
Là tuyến tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để
chuyển tiếp gói của một FEC nào đó sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. Các
tuyến chuyển mạch nhãn chứa một chuỗi các nhãn tại tất cả các nút dọc
theo tuyến từ nguồn tới đích. LSP được thiết lập trước khi truyền dữ liệu
hoặc trong khi xác định luồng dữ liệu nào đó. Các nhãn được phân phối
bằng các giao thức như LDP, RSVP. Mỗi gói dữ liệu được đóng gói lại và
mang các nhãn trong suốt thời gian di chuyển từ nguồn tới đích. Chuyển
mạch dữ liệu tốc độ cao hoàn toàn có thể thực hiện dựa theo phương pháp
này, vì các nhãn có độ dài cố định được chèn vào phần đầu của gói tin
hoặc tế bào và có thể được sử dụng bởi phần cứng để chuyển mạch nhanh
các gói giữa các liên kết.
1.2.2.8 Gói tin dán nhãn:
Gói tin dán nhãn là gói tin mà nhãn được mã hóa trong đó. Trong một
số trường hợp, nhãn nằm trong mào đầu của gói tin dành riêng cho mục
đích dán nhãn. Trong các trường hợp khác, nhãn có thể được đặt chung
vào trong mào đầu lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu miễn là ở đây có thể
dùng được cho mục đích dán nhãn. Công nghệ mã hoá được sử dụng phải
phù hợp với cả thực thể mã hoá và thực thể giải mã nhãn.
1.2.2.9 Ấn định và phân phối nhãn:
Trong mạng MPLS, quyết định để kết hợp một nhãn L cụ thể với một
FEC F cụ thể là do LSR phía trước thực hiện. LSR phía trước sau khi kết
hợp sữ thông báo với LSR phía sau về sự kết hợp đó. Do vậy, các nhãn
Khoá luận tốt nghiệp 12
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
được LSR phía trước ấn định và các kết hợp nhãn được phân phối theo
hướng từ LSR phía trước tới LSR phía sau.
1.2.2.10 Cơ cấu báo hiệu
Yêu cầu nhãn: Một LSR yêu cầu một nhãn từ dòng xuống lân cận
nên nó có thể liên kết đến FEC xác định. Cơ cấu này có thể dùng để
truyền đến các LSR tiếp theo cho đến LER lối ra.
Đáp ứng nhãn: Để đáp ứng một yêu cầu nhãn, LSR luồng xuống sẽ
gửi một nhãn đến các bộ khởi động luồng lên sử dụng cơ cấu ánh xạ
nhãn.
Hình 1.4: Cơ cấu báo hiệu
Khoá luận tốt nghiệp 13
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
1.2.3 Các thành phần cơ bản của mạng MPLS
Hình 1.5: Mô hình mạng MPLS
Mạng MPLS bao gồm nhiều nút có chức năng định tuyến và chuyển
tiếp nối với nhau. Mỗi nút tương ứng với một thiết bị LSR ( Lable Switching
Router)
Mạng MPLS có thể được chia thành hai miền là miền lõi MPLS ( MPLS core
) và miền biên MPLS ( MPLS Edge ).Tương ứng với mỗi miền ta có thiết bị
tương đương:
- Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ( Lable Switching router-LSR ): Là
thành phần quan trọng nhất trong mạng MPLS, nó là bộ định tuyến tốc độ
cao trong mạng lõi MPLS tham gia vào việc thiết lập đường chuyển mạch
nhãn LSP sử dụng các giao thức báo hiệu nhãn thích hợp và chuyển các
gói dữ liệu trong phạm vi mạng MPLS dựa trên các tuyến đã thiết lập bằng
các thủ tục phân phối nhãn.
- ATM-LSR: Là các tổng đài ATM có thể thực hiện các chức năng
như LSR. Các ATM-LSR thực hiện chức năng định tuyến gói IP, gán nhãn
trong mảng điều khiển và chuyển tiếp số liệu theo cơ chế chuyển mạch tế
bào ATM trong mảng số liệu. Có thể sử dụng giao thức MPLS trong mảng
Khoá luận tốt nghiệp 14
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
điều khiển để thiết lập kênh ảo ATM, chuyển tiếp tế bào đến nút ATM-LSR
tiếp theo. Do đó, các tổng đài ATM có thể nâng cấp phần mềm để thực hiện
chức năng của LSR.
- Bộ định tuyến biên nhãn ( Lable Edge Router-LER ): Là thiết bị hoạt
động tại biên của mạng truy nhập và mạng MPLS. LER hỗ trợ nhiều cổng
kết nối từ những mạng khác như Frame-Relay, ATM, Ethernet. Nó tiếp
nhận hay gửi đi các gói tin đến hay đi từ các mạng khác đó tới mạng MPLS
sau khi thiết lập đường chuyển mạch nhãn. LER có vai trò rất quan trọng
trong việc gán và tách nhãn khi gói tin đi vào hay đi ra khỏi mạng MPLS.
Các LER này có thể là bộ định tuyến lối vào (Ingress Router ) hoặc là bộ
định tuyến lối ra (Egress Router ).
- Bộ định tuyến biên lối vào nhận gói tin IP, kiểm tra lại lớp 3 và đặt
vào ngăn xếp nhãn trước khi gửi gói tin vào mạng LSR.
- Bộ định tuyến biên lối ra nhận gói tin có nhãn, loại bỏ nhãn kiểm tra
lại lớp 3 và chuyển tiếp gói tin IP đến nút tiếp theo.
ATM-LSR biên:
- Nhận gói có nhãn hoặc không có nhãn phân vào các tế bào ATM và
chuyển tiếp các tế bào đến nút tiếp theo.
Nhận các tế bào ATM từ ATM-LSR cận kề tái tạo các gói từ các té
bào ATM và chuyển tiếp gói có nhãn hoặc không có nhãn.
Phân biệt chuyển mạch nhãn và chuyển mạch thông thường
Có ba điểm phân biệt quan trọng giữa chuyển mạch nhãn và định
tuyến gói tin IP thông thường:
Định tuyến thông
thường
Chuyển mạch nhãn
Phân tích mào đầu IP Tồn tại ở mọi nút mạng Chỉ tồn tại nút biên
Hỗ trợ unicast và
multicast
Yêu cầu nhiều thuật
toán chuyển tiếp
Yêu cầu một thuật
toán chuyển tiếp
Thông số định tuyến Dựa vào địa chỉ IP Có thể dựa vào thông
số bất kỳ như chất
lượng dịch vụ, mạng
riêng ảo…
1.3 Các giao thức cơ bản của MPLS
Khoá luận tốt nghiệp 15
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Mạng MPLS không bắt buộc một phương thức báo hiệu đơn nào cho
việc phân phối nhãn. Các giao thức định tuyến như BGP ( giao thức cổng
biên ) có thể dùng giao thức dành trước tài nguyên RSVP mở rộng để hỗ
trợ trao đổi nhãn. Nhưng IETF cũng xác định một giao thức mới được biết
đến như giao thức phân phối nhãn –LDP ( Lable Distribution Protocol ) để
làm rõ hơn về báo hiệu và quản lý không gian nhãn. Sự mở rộng của giao
thức LDP cơ sở cũng được xác định để hỗ trợ định tuyến liên vùng dựa trên
các yêu cầu về QoS. Những mở rộng này cũng được áp dụng trong việc
xác định giao thức định tuyến ràng buộc ( CR-LDP ). Các giao thức hỗ trợ
trao đổi nhãn như sau:
LDP: chỉ ra các đích IP vào trong các bảng.
RSVP, CR-LDP sử dụng cho kỹ thuật lưu lượng và dành trước tài
nguyên.
1.3.1 Giao thức phân phối nhãn ( LDP )
Giao thức phân phối nhãn được nhóm nghiên cứu MPLS của IETF
xây dựng và ban hành có tên là RFC 3036. Phiên bản mới nhất được công
bố năm 2001 đưa ra những định nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao
thức LDP.
Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn
cho các gói tin. Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các
LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình gián nhãn/ FEC. Giao thức
này là một tập hợp thủ tục trao đổi các nhãn bản tin cho phép các LSR sử
dụng giá trị nhãn thuộc FEC nhất định để truyền gói tin.
Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo
các bản tin LDP được truyền theo đúng thứ tự. Các bản tin LDP có thể xuất
phát từ bất kỳ một LSR (điều khiển đường chuyển mạch LSP độc lập ) hay
từ LSR biên lối ra (điều khiển LSP theo lệnh ) và chuyển từ LSR phía trước
đến LSR phía sau cận kề
Việc trao đổi các bản tin LDP có thể được khởi phát bởi sự xuất hiện
của luồng số liệu đặc biệt, bản tin lập dự trữ RSVP hay cập nhật thông tin
định tuyến. Khi một cặp LSR đã trao đổi bản tin LDP cho một FEC nhất định
thì một đường chuyển mạch LSP từ đầu vào đến đầu ra được thiết lập sau
khi mỗi LSR ghép nhãn đầu vào nới đầu ra tương ứng trong LIB của nó.
Phát hiện LSR lân cận: Thủ tục LSR lân cận của LDP chạy trên UDP
và thực hiện như sau (minh hoạ hình vẽ dư ới ).
Khoá luận tốt nghiệp 16
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Một LSR định kỳ gửi bản tin Hello tới tất cả giao diện của nó.
Những bản tin này được gửi trên UDP, với địa chỉ multicast của tất
cả router trên mạng con.
Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin Hello này trên cổng UDP. Như vậy,
tại một thời điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó
có kết nối trực tiếp.
Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì
nó sẽ thiết lập kết nối TCP đến LSR đó.
Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR. Phiên LDP là phiên hai
chiều có nghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi
ràng buộc nhãn.
Trong trường hợp các LSR không kết nối trực tiếp trong một mạng
con, người ta sử dụng một cơ chế bổ sung như sau:
LSR định kỳ gửi bản tin Hello trên UDP đến địa điạ chỉ IP đã được
khai báo khi lập cấu hình. Phía nhận bản tin này có thể trả lời lại
bằng bản tin HELLO khác truyền ngược lại đến LSR gửi và việc
thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên.
Hình 1.7: Thủ tục phát hiện LSR lân cận
Khoá luận tốt nghiệp 17
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Thông thường trường hợp này hay được áp dụng khi giữa hai LSR
có một đường LSP cho điều khiển lưu lượng và nó yêu cầu phải gửi các gói
có nhãn qua đường LSP đó.
Các bản tin LDP
Tiêu đề bản tin LDP
Mỗi một bản tin LDP được gọi là đơn vị dữ liệu giao thức PDU, được
bắt đầu bằng tiêu đề bản tin và sau đó là các bản tin LDP như đã trình bày
trên đây. Hình 2.21 chỉ ra các trường chức năng của tiêu đề LDP và các
trường này thực hiện các chức năng sau:
Phiên bản: Số phiên bản của giao thức, hiện tại là phiên bản 1.
Độ dài PDU: Tổng độ dài của PDU tính theo octet, không tính
trường phiên bản và trường độ dài.
Nhận dạng LDP: Nhận dạng không gian nhãn của LSR gửi bản tin
này. Bốn octet đầu tiên chứa địa chỉ IP được gán cho LSR: nhận
dạng bộ định tuyến. Hai octet cuối nhận dạng không gian nhãn bên
trong LSR.Với LSR có không gian nhãn lớn, trường này có giá trị
bằng 0.
.
Hình 1.8: Tiêu đề LDP
Mã hoá TLV
LDP sử dụng lược đồ mã hoá kiểu-độ dài-giá trị để mã hoá các thông
tin mang trong bản tin LDP. Như chỉ ra trên hình 2.22, LDP TVL được mã
hoá thành một trường 2 octet trong đó sử dụng 14 bít để xác định kiểu, và 2
bit xác định cách hành động cho trường hợp LSR không nhận ra được kiểu;
2 octet tiếp theo xác định trường độ dài và trường giá trị có độ dài thay đổi.
Trường kiểu qui định các mà trường giá trị được dịch.
Trường độ dài xác định độ dài của trường giá trị.
Khoá luận tốt nghiệp 18
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Trường giá trị có thể chứa các TLV khác.
Hình 1.9: Mã hoá TLV
Dựa trên bản tin nhận được, khi bit U có giá trị 0, LSR sẽ gửi thông
báo ngược lại nơi gửi và toàn bộ bản tin sẽ được bỏ qua. Nếu U có giá trị 1,
LSR sẽ bỏ qua bản tin chưa biết kiểu đó mà không gửi thông báo lại phía
gủi và phần còn lại của bản tin vẫn được xử lý như thể là bản tin chưa biết
kiểu này không tồn tại.
Bit F chỉ được sử dụng khi bit U = 1 và bản tin LDP chứa bản tin
chưa biết kiểu này được truyền đi. Nếu bít F bằng 0 thì bản tin chưa biết
kiểu sẽ không chuyển đi cùng bản tin LDP chứa nó và nếu bit F=1 thì bản
tin chưa biết kiểu sẽ chuyển đi cùng bản tin LDP chứa nó.
Các khuôn dạng và chức năng của các TLV. Trong phạm vi đồ án
này xin phép không nói đến.
Khuôn dạng bản tin LDP
Tất cả các bản tin LDP có khuôn dạng sau:
Hình 1.10: Khuôn dạng các bản tin LDP
Bit U: bit bản tin chưa biết. Nếu bit này bằng 1 thì nó không thể
được thông dịch bởi phía nhận, lúc đó bản tin bị bỏ qua mà không
có phản hồi.
Khoá luận tốt nghiệp 19
ID bản tin
Thông số bắt buộc
Thông số tuỳ chọn
U Kiểu bản tin Độ dài bản tin
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Kiểu bản tin: Chỉ ra kiểu bản tin là gì.
Chiều dài bản tin: Chỉ ra chiều dài của các phần nhận dạng bản
tin, các thông số bắt buộc, và các thông số tuỳ chọn.
Nhận dạng bản tin: là một số nhận dạng duy nhất bản tin. Trường
này có thể được sử dụng để kết hợp các bản tin Thông báo với
một bản tin khác.
Thông số bắt buộc, và Thông số tuỳ chọn tuỳ thuộc vào từng
bản tin LDP.
Về mặt nguyên lý, mọi thứ xuất hiện trong bản tin LDP có thể được
mã hoá theo TLV, nhưng các đặc tả LDP không phải luôn luôn sử dụng
lược đồ TLV. Nó không được sử dụng khi nó không cần thiết và sự sử dụng
của nó sẽ gây lãng phí không gian. Chẳng hạn không cần thiết phải sử
dụng khuôn dạng TLV nếu chiều dài của giá trị là cố định hay kiểu của giá
trị được biết và không phải chỉ định một nhận dạng kiểu
Các bản tin và chức năng của bản tin trong LDP:
Bao gồm 11 bản tin LDP :
Bản tin Notification.
Bản tin Hello.
Bản tin Initialization.
Bản tin KeepAlive.
Bản tin Address.
Bản tin Address Withdraw.
Bản tin Lable Mapping.
Bản tin Lable Request.
Bản tin Lable Abort Request
Bản tin Lable Withdraw.
bản tin Lable Release.
1-Bản tin thông báo ( Notification Message ): Bản tin này được sử
dụng bởi một LSR để thông báo với các LSR đồng cấp khác về trạng
thái mạng là đang trong điều kiện bình thường hay bị lỗi. Khi LSR nhận
được một bản tin thông báo về một lỗi, nó sẽ ngắt phiên truyền ngay
lập tức bằng việc đóng phiên kết nối TCP lại và xoá bỏ các trạng thái
liên quan đến phiên truyền này. Ví dụ về lỗi: hỏng sự khởi động phiên
LSP, các bản tin xấu….
Khoá luận tốt nghiệp 20
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
2-Bản tin Hello: Bản tin này dùng để trao đổi giữa 2 LDP đồng cấp.
3-Bản tin Initilization: Các bản tin thuộc loại này được gửi khi bắt đầu
một phiên LDP giữa 2 LSR để trao đổi các tham số, các đại lượng tuỳ
chọn cho phiên. Các tham số này bao gồm:
Chế độ phân phối nhãn
Các giá trị định thời
Phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa 2 LSR đó
Cả hai LSR đều có thể gửi các bản tin Initilization và LSR nhận sẽ
nhận trả lời bằng Keep Alive nếu các tham số được chấp nhận. Nếu có một
tham số nào đó không được chấp nhận thì LSR trả lời thông báo và phiên
kết thúc.
4-Bản tin Keep Alive: Bản tin này dùng để trao đổi giữa các thực thể
đồng cấp để giám sát tính ổn định và liên tục của việc hỗ trợ của một kết nối
TCP trong một phiên LDP. Các bản tin này được gửi định kỳ không có bản
tin nào được gửi để đảm bảo cho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần
LDP khác đang hoạt động tốt. Trong trường hợp không xuất hiện bản tin
Keep Alive hay một số bản tin khác của LDP trong khoảng thời gian nhất
định thì LSR sẽ cho rằng kết nối bị hỏng và phiên truyền sẽ bị dừng
5-Bản tin Address: Bản tin này được gửi đi bởi một LSR tới các LDP
đồng cấp để thông báo các địa chỉ giao diện của nó. Một LSR khác nhận
bản tin mang địa chỉ này để duy trì cơ sở dữ liệu để ánh xạ trường nhận
dạng và các địa chỉ chặng tiếp theo giữa các LDP đồng cấp.
6-Bản tin Address Withdraw ( Bản tin huỷ bỏ địa chỉ ): Bản tin này
dùng để xoá địa chỉ đã được thông báo trước đó. Danh sách địa chỉ LTV
chứa một loạt các địa chỉ đang được yêu cầu cần xoá bỏ bởi LSR.
7-Bản tin Lable Mapping ( Bản tin ánh xạ nhãn ): Các bản tin ánh
xạ nhãn được sử dụng để quảng bá liên kết giữa FEC ( tiền tố địa chỉ ) và
nhãn giữa các thực thể đồng cấp. Bản tin này được sử dụng khi có sự thay
đổi trong bảng định tuyến ( thay đổi tiền tố địa chỉ ) hay thay đổi trong cấu
hình LSR tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó.
Nếu một LSR phân phối một ánh xạ đối với một FEC tới nhiều thực
thể đồng cấp LDP, vấn đề cục bộ được đặt ra là liệu nó ánh xạ một nhãn
đơn tới FEC này và phân phối sự ánh xạ này tới tất cả các thực thể LDP
đồng cấp của nó hay sử dụng các ánh xạ khác nhau cho từng LDP khác
nhau.
Khoá luận tốt nghiệp 21
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
8-Bản tin Lable Withdraw: Bản tin này có nhiệm vụ ngược lại so với
bản tin ánh xạ địa chỉ, được sử dụng để xoá bỏ các kiên kết giữa các FEC
và các nhãn vừa thực hiện. Bản tin này được gửi tới một thực thể đồng cấp
để thông báo rằng nút không còn tiếp tục sử dụng các liên kết nhãn-FEC
mà LSR đã gửi trước đó
9-Bản tin Lable Request: Bản tin yêu cầu nhãn được LSR sử dụng
để yêu cầu một LDP đồng cấp cung cấp một sự kết hợp nhãn ( Binding )
cho một FEC. Một LSR có thể phát bản tin yêu cầu nhãn dưới bất kỳ một
trong những trường hợp sau:
- LSR nhận ra một FEC mới thông qua bảng chuyển tiếp và Hop tiếp
theo là một thực thể LDP đồng cấp nhưng LSR không có ánh xạ từ Hop tiếp
theo cho FEC đã cho.
- Có sự thay đổi FEC của chặng tiếp theo nhưng LSR không có sự
ánh xạ từ chặng tiếp theo đối với FEC đã cho.
- LSR nhận một yêu cầu nhãn đối với một FEC từ một LDP đồng cấp
lên (Upstream LDP peer ) FEC Hop tiếp theo là một LDP đồng cấp và LSR
không ánh xạ nhãn cho chặng tiếp theo
10-Bản tin giải phóng nhãn ( Lable Release Message): Bản tin này
được LSR sử dụng khi nhận được chuyển đổi nhãn mà nó không cần thiết
nữa. LSR phải phát bản tin giải phóng nhãn này dưới bất kỳ một trong
những trường hợp sau.
- LSR gửi ánh xạ nhãn không thuộc Hop tiếp theo đối với một FEC đã
được ánh xạ và LSR được cấu hình để duy trì cho quá trình hoạt động.
- LSR nhận một ánh xạ nhãn từ một LSR mà chúng không phải là của
Hop tiếp theo đối với một FEC và LSR được cấu hình cho việc duy trì quá
trình hoạt động
Ở chế độ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu từ phía trước, LSR sẽ
yêu cầu gán nhãn từ LSR lân cận phía trước sử dụng bản tin Lable
Request. Nếu bản tin Lable Request cần phải huỷ bỏ trước khi dược chấp
nhận ( do nút kế tiếp trong FEC yêu cầu đã thay đổi ) thì LSR yêu cầu sẽ
loại bỏ yêu cầu nhờ bản tin Lable Request Abort.
11-Bản tin Lable Abort Request ( Bản tin bỏ dở nhãn ): Bản tin
này được sử dụng để lạo bỏ các bản tin yêu cầu nhãn bất thường
Các chế độ phân phối nhãn:
Chúng ta đã biết một số chế độ hoạt động trong việc phân phối nhãn
như: không yêu cầu phía trước, theo yêu cầu phía trước, điều khiển LSP
Khoá luận tốt nghiệp 22
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
theo lệnh hay tự lập, duy trì tiên tiến hay lưu giữ. Các chế độ này được thoả
thuận bởi LSR trong quá trình khởi tạo phiên LDP.
Khi LSR hoạt động ở chế độ duy trì lưu trữ, nó sẽ giữ những giá trị
nhãn/ FEC mà nó cần tại thời điểm hiện tại. Các chuyển đổi khác được giải
phóng. Ngược lại trong chế độ duy trì tiên tiến, LSR giữ tất cả các chuyển
đổi mà nó được thông báo ngay cả những chuyển đổi đó không được sử
dụng tại thời điểm hiện tại, Hoạt động của chế độ này như sau:
- LSR1 gửi liên kết nhãn vào một số FEC đến một trong các LSR kế
tiếp ( LSR2 ) cho FEC đó.
- LSR2 nhận thấy LSR1 hiện tại không phải là nút tiếp theo đối với
FEC đó và nó không thể sử dụng liên kết này cho mục đích chuyển tiếp tại
thời điểm hiện tại nhưng nó vẫn lưu giữ liên kết này lại.
- Tại thời điểm nào đó sau này có sự xuất hiện thay đổi định tuyến và
LSR1 trở thành nút tiếp theo của LSR2 đối với FEC đó thì LSR2 sẽ cập
nhật thông tin trong bảng định tuyến tương ứng và có thể chuyển tiếp các
gói có nhãn đến LSR1 trên tuyến mới. Việc này được thực hiệ một cách tự
động mà không cần đến báo hiệu LDP hay quá trình phân bổ nhãn mới.
Ưu điểm lớn nhất của chế độ duy trì tiên tiến là khả năng phản ứng
nhanh hơn khi có sự thay đổi định tuyến. Nhược điểm lớn nhất là lãng phí
bộ nhớ và nhãn. Điều này đặc biệt quan trọng và có ảnh hưởng rất lớn đối
với những thiết bị lưu trữ bảng định tuyến trong phần cứng như ATM-LSR.
Thông thường chế độ duy trì lưu giữ nhãn được sử dụng cho các ATM-
LSR.
1.3.2 Giao thức phân phối nhãn dựa trên ràng buộc ( CR-LDP ).
Giao thức phân phối nhãn định tuyến dựa trên ràng buộc CR-LDP
( Constraint-Based Routing-LDP ) được sử dụng để điều khiển cưỡng bức
LDP. Giao thức này là phần mở rộng của LDP cho quá trình định tuyến
cưỡng bức của LSP. Cũng giống như LDP, nó sử dụng các phiên TCP giữa
các LSR đồng cấp để gửi các bản tin phân phối nhãn.
Để hiểu rõ hơn về định tuyến cưỡng bức dựa trên ràng buộc, ta xét
việc định tuyến với một mạng IP truyền thống. Một mạng có thể được xem
như là một tập hợp các hệ thống tự trị AS, trong đó việc định tuyến ở mỗi
AS tuân theo giao thức định tuyến trong miền. Việc định tuyến giữa các AS
lại tuân theo định tuyến liên miền. Các giao thức định tuyến trong miền có
thể là RIP, OSPF, IS-IS còn giao thức định tuyến liên miền đang được sử
dụng là BGP. Trong phạm vi một hệ thống tự trị, cơ chế xác định tuyến
Khoá luận tốt nghiệp 23
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
trong các giao thức định tuyến trong miền thường tuân theo thuật toán tối
ưu. Ví dụ: Trong giao thức định tuyến RIP thì đó là sự tối ưu về số nút
mạng trên tuyến đường mà gói tin đi từ nguồn tới đích. Có nhiều tuyến
đường để đi từ nguồn đến một đích nhưng mỗi một tuyến đường lại có số
nút, băng thông, độ trễ khác nhau. Do vậy với RIP thì thuật toán Bellman-
Ford được sử dụng để xác định sao cho đường đi qua ít nút nhất.
Đối với định tuyến cưỡng bức, ta có thể xem một mạng như là một
tập hợp các nút mạng và một tập hợp các kết nối gữa các nút mạng đó. Mỗi
kênh sẽ có các đặc điểm riêng. Để kết nối giữa hai nút bất kỳ thì cần phải
thoả mãn một số yêu cầu ( ràng buộc ) và coi các ràng buộc này như là các
đặc điểm của các kênh. Chỉ có nút đầu tiên trong cặp đóng vai trò khởi tạo
đường kết nối mới biết đặc điểm này. Nhiệm vụ của định tuyến cưỡng bức
là tính toán xác định đường kết nối từ nút này đến nút kia sao cho thoả mãn
một số điều kiện ràng buộc đã được đặt ra với liên kết đó, các điều kiện
ràng buộc có thể là một trong nhiều các tiêu chí. Ví dụ như:
Số nút ít nhất, đường đi ngắn nhất, băng thông rộng nhất, dung
lượng đường truyền, thời gian thực…Tuy nhiên việc tối ưu hoá theo các
tiêu chí khác nhau không thể được đáp ứng một cách đồng thời. Một thuật
toán chỉ tối ưu theo một tiêu chí nào đó chứ không thể đáp ứng một thời
điểm nhiều tiêu chí vì hai yêu cầu hai tiêu chí đó có thể xung đột nhau,
chẳng hạn: đường đi ngắn nhất số nút ít nhất chưa chắc băng thông rộng
nhất. Do vậy thuật toán định tuyến ràng buộc cũng không thể đáp ứng tối
ưu theo tiêu chí. Nó chỉ thực hiện tối ưu theo một tiêu chí nào đó đồng thời
thoả mãn một số điều kiện ràng buộc được đặt ra. Khi xác định được một
đường kết nối thì định tuyến cưỡng bức sẽ thực hiện thiết lập, duy trì và
chuyển trạng thái kết nối dọc theo các kênh phù hợp nhất trên tuyến đường.
Ngoài các điều kiện ràng buộc được đặt ra đối với kênh, còn có các
điều kiện được đặt ra đối với việc quản trị. Chẳng hạn nhà quản trị muốn
ngăn không cho một lưu lượng nào đó đi qua một số kênh nhất định trong
mạng được xác định bởi một số đặc điểm nào đó. Do đó, thuật toán định
tuyến mà nhà quản trị phải thực hiện là tìm các kênh xác định mà nó cho
qua lưu lượng trên, đồng thời thoả mãn một số điều kiện ràng buộc khác
nữa.
Định tuyến cưỡng bức còn có thể là sự kết hợp của cả hai điều kiện
ràng buộc là quản lý và đặc điểm kênh một cách đồng thời chứ không phải
chỉ từng điều kiện riêng rẽ. Ví dụ, định tuyến cưỡng bức phải tìm ra một
Khoá luận tốt nghiệp 24
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
đường vừa phải có độ rộng băng tần nhất định, vừa phải loại trừ ra một số
kênh có đặc điểm nhất định.
Điểm khác biệt chính giữa định tuyến IP truyền thống với định tuyến
cưỡng bức là: thuật toán định tuyến IP truyền thống chỉ tìm ra một đường
tối ưu ứng với duy nhất một tiêu chí được đặt ra, trong khi thuật toán định
tuyến cưỡng bức vừa tìm ra một tuyến đường tối ưu theo một tiêu chí nào
đó đồng thời phải thoả mãn một số điều kiện ràng buộc nhất định.Chính vì
điều này mà thuật toán định tuyến cưỡng bức trong mạng MPLS có thể đáp
ứng được yêu cầu trong khi các mạng sử dụng các thuật toán tìm đường
khác không thể có được, kể cả giao thức định tuyến IP.
Để làm được điều này, có rất nhiều nguyên nhân. Trong đó, nguyên
nhân chính là do định tuyến cưỡng bức yêu cầu đường đi phải được tính
toán và xác định từ phía nguồn. Các nguồn khác nhau có các ràng buộc
khác nhau đối với một tuyến đường trên cùng một đích. Các điều kiện ràng
buộc ứng với bộ định tuyến của một nguồn cụ thể chỉ được biết đến bởi bộ
định tuyến đó mà thôi, không một bộ định tuyến nào khác trên mạng được
biết về các điều kiện này. Ngược lại trong bộ định tuyến IP thì đường đi
được xác định và tính toán bởi tất cả các bộ định tuyến phân tán toàn
mạng.
Một nguyên nhân khác là khả năng định tuyến hiện ( hoặc nguồn ) vì
các nguồn khác nhau có thể tính toán xác định các đường khác nhau đến
cùng một đích. Vì vậy, chỉ dựa vào thông tin về đích là không đủ để có thể
xác định đường truyền các gói tin.
Một nguyên nhân nữa là đối với phương pháp định tuyến cưỡng bức
thì việc tính toán xác định đường phải tính đến các thông tin về đặc điểm
tương ứng của từng kênh trong mạng. Đối với các phương pháp IP đơn
giản không hỗ trợ khả năng này. Ví dụ giao thức định tuyến truyền thống
dựa vào trạng thái kênh ( như OSPF…)chỉ truyền duy nhất các thông tin
bận, rỗi của từng kênh và độ dài của từng kênh, các giao thức định tuyến
vector khoảnh cách như RIP thì chỉ truyền đo các thông tin địa chỉ nút tiếp
theo và khoảng cách.
1.3.3. Giao thức dành trước tài nguyên RSVP ( Resource
Reservation Protolcol ).
RSVP là giao thức báo hiệu đóng vai trò quan trọng trong mạng
MPLS, được sử dụng để dành trước tài nguyên cho một phiên truyền trong
mạng Internet. Nó cho phép các ứng dụng thông báo về các yêu cầu chất
Khoá luận tốt nghiệp 25
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
lượng dịch vụ ( QoS ) với mạng và mạng sẽ đáp ứng bằng các thông báo
thành công hay thất bại.
RSVP được dùng để cung cấp khả năng vận hành được bảo vệ bằng
việc đặt trước tài nguyên cần thiết tại mỗi máy tham gia vào hỗ trợ luồng
lưu lượng ví dụ như truyền hình hội nghị,… Đối với các giao thức IP là giao
thức không kết nối nó không hỗ trợ việc thiết lập các đường cho luồng lưu
lượng, trong khi RSVP được thiết kế để thiết lập các đường truyền cũng
như bảo vệ giải thông trên các đường truyền.
RSVP yêu cầu các máy nhận lưu lượng về yêu cầu chất lượng dịch
vụ QoS cho luồng dữ liệu. Các ứng dụng tại máy nhận phải giải quyết các
thuộc tính QoS sẽ được truyền tới RSVP. Sau khi phân tích các yêu cầu
này, RSVP được sử dụng để gửi các bản tin tới tất cả các nút nằm trên
tuyến đường của gói tin.
RVSP thao tác với tất cả tủ tục đơn hướng và đa hướng, việc liên
mạng ở thời điểm hiện tại là các giao thức đa hướng.
RSVP mang các thông tin sau:
- Thông tin phân loại nhờ nó mà các luông lưu lượng với các yêu cầu
QoS cụ thể có thể được nhận biết trong mạng. Thông tin này bao gồm địa
chỉ IP phía gửi và phía nhận, số cổng UDP.
- Chỉ tiêu kỹ thuật của luồng lưu lượng và các yêu cầu QoS, theo
khuôn dạng TRpec và Rspec bao gồm các dịch vụ yêu cầu ( có bảo đảm
hoặc tải điều khiển ).
RSVP phải mang các thông tin trên từ các máy chủ tới tất cả các tổng đài
chuyển mạch và các bộ định tuyến dọc theo đường truyền từ bộ phát tới bộ
tu. Vì vậy, tất cả các thành phần mạng phải tam gia vào việc đảm bảo các
yêu cầu QoS của ứng dụng.
RSVP sử dụng bản tin trao đổi tài nguyên dành trước qua mạng cho
luồng IP. RSVP là giao thức riêng ở mức IP. Nó sử dụng các gói dữ liệu IP
hoặc UDP ở phần biên của mạng để thông tin giữa các LSR đồng cấp. Nó
không đòi hỏi duy trì phiên TCP, nhưng sau phiên này nó phải xử lý những
mất mát của các bản tin điều khiển.
RSVP mang thông tin trong đó có hai loại cơ bản là PATH và RESV
để xác định luồng và các QoS cho luồng. Các yêu cầu này chỉ ra dịc vụ
được bảo vệ, ví dụ tốc độ đính cho luồng dữ liệu, kích thước cụm. Một bản
tin PATH bao giờ cũng được gửi tới một địa chỉ gọi là địa chỉ phiên, nó có
thể là địa chỉ đơn hưóng hoặc đa hướng. Chúng ta thường xem phiên đại
Khoá luận tốt nghiệp 26
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
diện cho một ứng dụng đơn, nó được xác nhận bằng một địa chỉ đích và số
cổng đích sử dụng riêng cho ứng dụng.
Khi bộ thu nhận bản tin PATH nó có thể gửi bản tin RESV trở lại cho
bộ phát, bản tin RESV dùng để xác nhận phiên có chứa thông tin về số
cổng dành riêng và Rspec xác nhận mức QoS mà bộ thu yêu cầu. Nó cũng
bao gồm một số thông tin xem xét những bộ phát nào được phép sử dụng
tài nguyên đang được cấp phát.
Khi cổng dành riêng được thiết lập, các bộ định tuyến nằm giữa bộ
phát và bộ thu sẽ xác định các gói tin thuộc cổng dành riêng nào nhờ kiểm
tra năm trường trong mào đầu IP và giao thức truyền tải đó là: địa chỉ
nguồn, số cổng nguồn, số giao thức ( UDP,TCP….), địa chỉ đích, số cổng
đích. Tập hợp các gói tin được nhận dạng theo cách này được gọi là luồng
dành riêng. Các thông tin trong luồng dành riêng được khống chế để đảm
bảo không phát sinh lưu lượng vượt quá so với thông báo trong Tspec và
được xếp vào hàng đợi phù hợp theo yêu cầu QoS.
Một đặc điểm nữa cần phải nhắc đến đối với giao thức này đó là
RSVP là giao thức “ trạng thái mềm”. Nó khác với các lạo giao thức khác là
trạng thái sẽ tự động hết hiệu lực sau một thời gian trừ khi nó được làm
tươi theo định kỳ, tức là RSVP sẽ liên tục gửi các bản tin PATH và RESV
để làm tươi các cổng dành riêng. Nếu chúng không được gửi đi trong một
khoảng thời gian nào đấy thì cổng dành riêng tự động huỷ bỏ.
Quá trình MPLS hỗ trợ RSVP
RSVP được sử dụng trong mạng MPLS để hỗ trợ chất lượng dịch vụ
QoS và điều khiển lưu lượng. MPLS sử dụng RSVP để cho phép các LSR
dựa vào việc phân loại gói tin theo nhãn chứ không phải theo mào đầu IP
để nhận biết các gói tin thuộc các luồng của cổng dành riêng. Vì vậy, cần
phải có sự kết hợp phân phối giữa các luồng và các nhãn cho các luồng có
các cổng dành riêng RSVP. Ta có thể xem một tập các gói tin tạo bởi cổng
dành riêng RSVP như là một trường hợp riêng của FEC.
Chúng ta định nghĩa một đối tượng RSVP mới là đối tượng Lable
được mang trong bản tin RSVP RESV. Khi một LSR muốn gửi bản tin
RESV cho một luồng RSVP mới, LSR cấp phát một nhãn từ trong tập nhãn
rồi, tại một lối vào trong LFIB của nó với nhãn lối vào được đặt cho nhãn
cấp phát và gửi bản tin RESV có chứa nhãn này.
Khi nhận được bản tin RESV chứa đối tượng Lable, một LSR thiết lập
LFIB của nó với nhãn này là nhãn lối ra. Sau đó, nó cấp phát một nhãn để
Khoá luận tốt nghiệp 27
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
sử dụng như là nhãn lối vào và chèn nó vào bản tin RESV trước khi nó gửi
đi .
Khi các bản tin RESV truyền đến các LSR ngược, LSP được thiết lập dọc
theo tuyến đường. Khi các nhãn được cung cấp trong các bản tin RESV,
mỗi LSR có thể dễ dàng kết hợp các tài nguyên QoS phù hợp với LSR. Việc
thiết lập cho một luồng dành riêng RSVP là chỉ có bộ định tuyến đầu tiên
trong LSP liên quan tới việc xem xét các gói tin thuộc luồng dành riêng nào.
Điều này cho phép RSVP được áp dụng trong môi trường MPLS theo cách
mà nó không thể thực hiện được trong mạng IP truyền thống. Theo quy ước
thì các cổng dành riêng RSVP chỉ có thể tạo những luồng ứng dụng riêng
lẻ, tức là những luồng ứng dụng được xác định nhờ vào 5 trường mào đầu
như đã đề cập ở trên. Tuy nhiên cũng có thể đặt cấu hình của bộ định tuyến
để chọn các gói dựa trên một số tiêu chuẩn ví dụ định tuyến có thể xem xét
các tiền tố ứng với cùng một đích và đặt chúng vào LSP. Vì vậy, thay vì có
một LSP cho mỗi luồng ứng dụng riêng, một LSP có thể cung cấp QoS cho
nhiều luồng lưu lượng. Do vậy, đặc tính này có thể áp dụng cho khả năng
cung cấp (đường ống ) với băng thông đảm bảo yêu cầu cho một đường
thuê bao thay vì phải sử dụng nhiều đường thuê bao riêng để có được cùng
giải thông như trên. Điều này rất hữu dụng với các công ty lớn muốn có
nhiều kết nối với các công ty khác mà chỉ sử dụg một đường thuê bao
nhằm giảm bớt sự phức tạp trong việc quản trị cũng như điều khiển lưu
lượng, ở đây một lưu lượng lớn cần được gửi dọc theo các LSP với băng
thông đủ để tải lưu lượng.
Để hỗ trợ một số cách sử dụng tăng cường của RSVP, MPLS định
nghĩa một đối tượng RSVP mới có thể mang trong bản tin PATH là đối
tượng Lable Request. Bản tin này đã đề cập trong phần các bản tin LDP.
Khả năng mở rộng của RSVP
Một trong những điều chắc chắn về RSVP là nó có thể chịu tổn thất về khả năng mở rộng ở một mức nào đấy. Trong thực tế, đặc tính này không chính xác hoàn toàn. RSVP khởi đầu được thiết kế để hỗ trợ dự trữ tài nguyên cho các luồng ứng dụng riêng và đây là nhiệm vụ với những thách thức về khả năng mở rộng vốn có.
Nói chung thuật ngữ này được sử dụng để chỉ giới hạn sử dụng tài nguyên tăng nhanh như thế nào khi mạng tăng trưởng. Ví dụ, trong mạng IP quy mô lớn như mạng xương sống nhà cung cấp dịch vụ Internet, chúng
Khoá luận tốt nghiệp 28
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
ta có thể quan tâm đến việc liệu một bảng định tuyến sẽ chiếm bộ nhớ của bộ định tuyến lớn đến mức nào, khả năng bộ xử lý và băng thông liên kết. Vì thế, bảng định tuyến tăng chậm hơn nhiều so với số người sử dụng kết nối vào mạng.
Dự trữ tài nguyên cho các luồng ứng dụng riêng rõ ràng là ảnh hưởng xấu đến khả năng mở rộng. Chúng ta có thể cho rằng mỗi người sử dụng sẽ dự trữ tại nguyên tại một vài tốc độ trung bình, vì thế số tài nguyên dự trữ được tạo ra qua mạng lớn có khả năng tăng nhanh bằng số người sử dụng của mạng. Điều này sẽ dẫn đến chi phí lớn nếu mỗi bộ định tuyến phải lưu trữ trạng thái và tiến trình một vài bản tin cho mỗi tài nguyên dự trữ cho luồng ứng dụng riêng.
Nói tóm lại, sẽ chính xác hơn nếu nói rằng mức dự trữ tài nguyên cho
các luồng ứng dụng là kém hơn so với RSVP. Sự khác nhau này đặc biệt
quan trọng khi chúng ta xem xét rằng RSVP không những đòi hỏi cho việc
dự trữ tài nguyên cho các luồng ứng dụng riêng mà còn dự trữ tài nguyên
cho lưu lượng tổng hợp
1.3.4. Giao thức MPLS-BGP
MPLS mở rộng chức năng cho BGP để mang các nhãn trong giao thức
cổng biên BGP, MPLS-BGP cho phép bộ định tuyến chạy BGP phân
phối nhãn tới các bộ định tuyến biên khác một cách trực tiếp thông qua
bản tin cập nhật của BGP. Tiếp cận này đảm bảo cho quá trình phân
phối nhãn và các thông tin định tuyến ổn định và giảm bớt tiêu đề của
bản tin điều khiển xử lý.
1.4 Hoạt động của MPLS:
Để gói tin truyền qua mạng MPLS, mạng sẽ thực hiện các bước sau:
Tạo và phân phối nhãn.
Tạo bảng cho mỗi bảng định tuyến.
Tạo đường chuyển mạch nhãn.
Gán nhãn dựa trên tra cứu bảng.
Truyền gói tin.
Nguồn gửi các dữ liệu của nó tới đích. Trong miền MPLS, không phải
tất cả các lưu lượng từ một nguồn cần thiết truyền qua cùng một tuyến
đường. Dựa trên các đặc tính lưu lượng, các LSP khác nhau có thể được
tạo ra cho các gói tin với các yêu cầu khác nhau từ phía nguồn.
Tạo và phân phối nhãn: Trước khi dữ liệu truyền, các bộ định tuyến
quyết định tạo ra liên kết nhãn tới các FEC cụ thể và tạo bảng
Khoá luận tốt nghiệp 29
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Trong LDP các bộ định tuyến luồng xuống
bắt đầu phân phối nhãn và gán nhãn vào FEC.
Các đặc tính liên quan đến lưu lượng và
dung lượng MPLS được điều chỉnh thông qua sử dụng LDP.
Giao thức báo hiệu nên dùng giao thức vận
chuyển có thứ tự và đảm bảo tin cậy
Tạo bảng: Khi chấp nhận các liên kết nhãn mối LSR tạo ra bảng cơ
sở dữ liệu nhãn ( LIB ). Nội dung của các bảng này xác định mối liên
hệ giữa nhãn và FEC, ánh xạ giữa cổng vào và bảng nhãn vào đến
cổng ra và bảng nhãn ra. Các LIB được cập nhật khi có sự thay đổi
hoặc điều chỉnh nhãn.
Tạo đường chuyển mạch nhãn: Các LSP được tạo ra theo chiều
ngược với các mục trong các LIB.
Gán nhãn dựa trên bảng tra cứu: Bộ định tuyến đầu tiên LER1 trong
hình trên sử dụng bảng LIB để tìm đường tiếp theo yêu cầu nhãn cho
FEC cụ thể
Các bộ định tuyến tiếp theo sử dụng
bảng để tìm đường tiếp theo.
Khi gói tin đến LSR lối ra LER4 hình
trên nhãn được loại bỏ và gói tin được truyền tới đích.
Chuyển tiếp gói tin: Hình trên mô tả đường đi của gói tin khi nó
được truyền từ nguồn tới đích.
Lần đầu tiên của yêu cầu nhãn, các gói tin
không có nhãn tại LER1. Trong mạng IP, nó sẽ tìm địa chỉ dài nhất để
tìm các bước tiếp theo. LSR1 là bước tiếp theo của LER1.
LER1 sẽ khởi phát các yêu cầu nhãn tới
LSR1. Yêu cầu này sẽ được phát trên toàn mạng. LDP sẽ xác định
đường dẫn ảo đảm bảo QoS.
Mỗi bộ định tuyến trung gian LS2 và LS3 sẽ
nhận gói tin gán nhãn thay đổi nhãn và truyền đi.
Gói tin đến LER4, loại bỏ nhãn vì gói ra khỏi
miền hoạt động của MPLS và phân phát tới đích. Đường truyền gói
tin được chỉ ra trong hình trên.
Có hai chế độ hoạt động đối với MPLS: chế độ hoạt động khung
( Frame-mode) và chế độ tế bào ( Cell-mode ).
Khoá luận tốt nghiệp 30
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
1.4.1 Chế độ hoạt động khung.
Chế độ hoạt động này xuất hiện khi sử dụng MPLS trong môi trường
các thiết bị định tuyến thuần điều khiển các gói tin IP điểm-điểm. Các gói tin
dán nhãn được chuyển tiếp trên cơ sở khung lớp 2.
Cơ chế hoạt động của MPLS trong chế độ này được mô tả hình dưới
đây.
Hình 1.11: Mạng MPLS trong hoạt động chế độ khung
Các hoạt động trong mảng số liệu:
Quá trình chuyển tiếp một gói IP qua mạng MPLS được thực hiện
qua một bước cơ bản sau đây:
LSR biên lối vào nhận gói IP, phân loại gói vào nhóm chuyển
tiếp tương đương FEC và gán nhãn cho gói với ngăn xếp nhãn tương ứng
với FEC đã xác định. Trong trường hợp định tuyến một địa chỉ đích, FEC sẽ
tương ứng với mạng con đích và việc phân lại gói sẽ đơn giản là việc so
sánh bảng định tuyến lớp 3 truyền thống.
LSR lõi nhận gói tin có nhãn và sử dụng bảng chuyển tiếp nhãn
để thay đổi nhãn lối vào của gói đến với nhãn lối ra tương ứng với cùng
FEC ( trong trường hợp mạng con là mạng IP ).
Khoá luận tốt nghiệp 31
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Khi LSR biên lối ra của vùng FEC này nhận được gói tin có
nhãn, nó loại bỏ nhãn và thực hiện chuyển tiếp gói tin IP theo bản định
tuyến lớp 3 truyền thống.
Mào đầu nhãn MPLS.
Nhãn MPLS được chèn trước số liệu cần gán nhãn ở chế độ hoạt
động khung. Tức là nhãn MPLS được chèn vào giữa mào đầu lớp 2 và nội
dung thông tin lớp 3 của khung lớp 2, vị trí của nhãn MPLS trong khung lớp
2 được thể hiện trong hình vẽ.
Do nhãn MPLS được chèn vào vị trí như vậy nên bộ định tuyến gửi
thông tin phải có phương tiện gì đó thông báo cho bộ đinh tuyến nhận biết
rằng gói đang được gửi đi không phải là gói IP thuần mà là gói có nhãn. Để
đơn giản chức năng này, một số dạng giao thức mới được định nghĩa trong
lớp 2 như sau:
Trong môi trường LAN các gói có nhãn truyền tải gói lớp 3 hướng
hay đa hướng sử dụng giá trị 8847H và 8848H cho dạng Ethernet. Các giá
trị này được sử dụng trực tiếp trên phương tiện Ethernet ( bao gồm cả
Ethernet và Gigabit Ethernet ).
Trên kênh điểm-điểm sử dụng giao thức PPP, sử dụng giao thức
mới được gọi này MPLS ( giao thức điều khiển ). Các gói MPLS được đánh
dấu bởi giá trị 8281H trong trường giao thức PPP
Các gói MPLS truyền qua chuyển dịch khung DLCI giữa một cặp
thiết bị định tuyến được đánh dấu bởi nhận dạng giao thức SNAP của
chuyển dạng khung, tiếp theo mào đầu SNAP với giá trị 8847H cho
Ethernet như trong mạng LAN.
Chuyển mạch nhãn trong chế độ khung:
Ta sẽ xét quá trình chuyển đổi nhãn như hình trên trong mạng MPLS
sau khi nhận được một gói tin IP.
Sau khi nhận khung PPP lớp 2 từ bộ định tuyến biên số 1, LSR lõi lập
tức nhận dạng gói nhận được là gói có nhãn dựa trên giá trị trường giao
thức PPP và thực hiện việc kiểm tra nhãn trong cơ sở dữ liệu chuyển tiếp
nhãn. Kết quả nhãn 30 được thay bằng nhãn ra 28 tương ứng với việc gói
tin sẽ chuyển tiếp đến LSR3 lõi 3.
Tại lõi 3, nhãn được kiểm tra, nhãn số 28 được thay bằng hãn số 37
và cổng ra được xác định. Gói tin được chuyển tiếp đến LSR biên số 4
Khoá luận tốt nghiệp 32
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Tại LSR biên số 4, nhãn 37 bị loại bỏ và việc kiểm tra địa chỉ IP địa
chỉ lớp 3 được thực hiẹn, gói tin được chuyển tiếp đến bộ định tuyến ngoài
mạng MPLS.
Quá trình chuyển đổi nhãn được thực hiện trong các LSR lõi dựa trên
bảng định tuyến nhãn. Bảng định tuyến này phải được cập nhật đầy đủ để
đảm bảo mọi LSR trong mạng MPLS có đầy đủ thông tin về tất cả các
hướng chuyển tiếp. Quái trình này xảy ra trước khi thông tin được truyền
trong mạng và được gọi là quá trình liên kết nhãn ( Lable Binding ).
Quá trình liên kết và lan truyền nhãn.
Khi xuất hiện một LSR mới trong mạng MPLS hay bắt đầu khởi tạo mạng
MPLS, các thành viên LSR trong mạng MPLS phải có liên lạc với nhau
trong quá trình khai báo qua bản tin Hello. Sau khi bản tin này được gửi,
một phiên giao dịch giữa hai LSR được thực hiện thủ tục trao đổi là LDP.
Sau khi cơ sở dữ liệu nhãn LIB được tạo ra trong LSR, nhãn được
gán cho mỗi FEC mà LSR nhận biết được. Đối với định tuyến đơn hướng,
FEC tương đương với tiền tố trong bảng định tuyến IP và bản chuyển đổi
chứa trong LIB. Vậy nhãn được gán trong mỗi tiền tố trong bảng định tuyến
này được cập nhật liên tục khi xuất hiện những tuyến trong miền mới.
Do LSR gán nhãn cho mỗi tiền tố IP trong bảng định tuyến của chúng
ngay sau khi tiền tố xuất hiện trong bảng định tuyến và nhãn là phương tiện
được LSR khác sử dụng, khi gửi gói tin có nhãn này được gọi là gán nhãn
điều khiển độc lập với quá trình phân phối ngược không yêu cầu.
Việc quảng bá các nhãn được quảng bá ngay dến tất cả các bộ định
tuyến thông qua phiên LDP.
1.4.2 Chế độ hoạt động tế bào MPLS.
Để triển khai MPLS qua mạng ATM cần phải giải quyết một số vấn đề sau.
Hiện tại không tồn tại cơ chế nào cho việc trao đổi trực tiếp các gói IP
giữa các nút MPLS lân cận qua giao diện ATM. Tất cả các số liệu trao
đổi qua giao diện ATM phải được thực hiện qua kênh ảo ATM.
Các tổng đài ATM không thể thực hiện việc kiểm tra nhãn ha địa chỉ
lớp 3. Khả năng duy nhất của ATM là chuyển đổi VC đầu vào sang
VC đầu ra của giao diện ra.
Để thực thi MPLS qua ATM thì cần một số cơ chế sau.
Các gói tin IP trong mảng điều khiển không thể trao đổi trực tiếp qua
giao diện ATM. Một kênh ảo VC phải được thiết lập giữa 2 nút lân
cận để trao đổi gói thông tin điều khiển.
Khoá luận tốt nghiệp 33
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Nhãn trên cùng trong ngăn xếp nhãn phải được sử dụng cho các giá
trị VPI/VCI.
Các thủ tục gán và phân phối nhãn được sửa đổi để đảm bảo các
tổng đài ATM không phải kiểm tra địa chỉ lớp 3.
Trong phần này một số thuật ngữ sau được sử dụng.
Giao diện ATM điều khiển chuyển mạch nhãn ( LC-ATM ): là giao
diện ATM trong tổng đài hoặc trong bộ định tuyến mà giá trị VPI/VCI
được gán bằng thủ tục điều khiển MPLS (LDP).
ATM-LSR là tổng đài ATM sử dụng giao thức MPLS trong mảng điều
khiển và thực hiện chuyển tiếp MPLS giữa các giao diện LC-ATM
trong mảng số liệu bằng chuyển mạch tế bào truyền thống.
LSR theo khung là LSR chuyển tiếp toàn bộ các khung giữa các giao
diện của nó. Bộ định tuyến truyền thống là LSR kiểu này.
Miền ATM-LSR là tập hợp các ATM-LSR kết nối với nhau qua các
giao diện LC-ATM
ATM-LSR biên là LSR theo khung có ít nhất một giao diện LC-ATM.
Kết nối trong mảng điều khiển qua giao diện LC-ATM
Cấu trúc MPLS đòi hỏi liên kết thuần IP giữa các mảng điều khiển
của các LSR lân cận để trao đổi liên kết nhãn cũng như các gói điều khiển
khác.
Ở chế độ hoạt động MPLS khung yêu cầu này được đáp ứng một cách đơn
giản bởi các thiết bị định tuyến có thể gửi nhận các gói IP và các gói có
nhãn qua bất kỳ giao diện chế độ khung nào dù LAN hay Wan. Còn tổng đài
ATM không có khả năng đó. Để cung cấp kết nối IP thuần giữa các ATM-
LSR có hai cách thức sau.
Thông qua kết nối ngoài băng như kết nối Ethernet giữa các tổng đài
Thông qua kênh ảo quản lý trong băng tương tự cách mà giao thức
ATM Fourum thực hiện như sau: Kênh ảo điều khiển MPLS VC thông
thường sử dụng giá trị VPI/VCI là 0/32 và bắt buộc phải sử dụng
phương pháp đóng gói LLC/SNAP cho các gói IP theo tiêu chuẩn
RFC1483. Khi triển khai MPLS trong tổng đài ATM ( ATM-LSR ) phần
điều khiển trung tâm của tổng đài ATM phải hỗ trợ thêm báo hiệu
MPLS và giao thức thiết lập kênh VC.
Chuyển tiếp các gói có nhãn qua miền ATM-LSR:
Việc chuyển tiếp các gói nhãn qua miền ATM-LSR được thực hiện trực tiếp
qua các bước sau:
Khoá luận tốt nghiệp 34
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
ATM-LSR biên lối vào nhận gói có nhãn hoặc không có nhãn thực
hiện kiểm tra cơ sở dữ liệu chuyển tiếp LIB hay cơ sở cuyển tiếp dữ
liệu chuyển tiếp nhãn được phân chia thành tế bào ATM và gửi đến
ATM-LSR tiếp theo. Giá trị VPI/VCI được gắn vào mào đầu từng tế
bào.
Các nút ATM-LSR chuyển mạch tế bào theo giá trị VPI/VCI trong mào
đầu của tế bào theo cơ chế chuyển mạch ATM truyền thống. Cơ chế
phân bổ và phân phối nhãn phải bảo đảm việc chuyển đổi giá trị
VPI/VCI trong miền và ngoài miền là chính xác.
ATM-LSR tại lối ra tái tạo lại các gói có nhãn từ các tế bào, thực hiện
việc kiểm tra nhãn và chuyển tiếp tế bào đến LSR tiếp theo. Việc
kiểm tra nhãn dựa vào giá trị VPI/VCI của tế bào đến mà không dựa
vào nhãn trên đỉnh ngăn xếp trong mào đầu nhãn MPLS do ATM-LSR
giữa các biên của miền ATM-LSR chỉ thay đổi giá trị VPI/VCI mà
không thay đổi nhãn bên trong các tế bào ATM. Trong đó cần chú ý
rằng nhãn đỉnh của ngăn xếp được lập lại giá trị banừg 0 bởi ATM-
LSR biên lối vào trước khi gói có nhãn được phân chia thành tế bào.
Phân bổ và phân phối nhãn trong miền ATM-LSR.
Khoá luận tốt nghiệp 35
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Hình 1.12: Phân bổ nhãn trong mạng ATM-MPLS
Việc phân bổ và phân phối nhãn trong chế độ hoạt động này có thể
sử dụng cơ chế giống như trong chế độ hoạt động khung. Tuy nhiên nếu
triển khai như vậy thì sẽ dẫn tới các hạn chế bởi mỗi nhãn được gán qua
giao diện LC-ATM tương ứng với một ATM VC. Vì số lượng VC qua giao
diện ATM là hạn chế nên cần giới hạn số lượng VC phân bổ qua LC-ATM ở
mức thấp nhất. Để đảm bảo được điều này, các LSR phía sau sẽ đảm nhận
trách nhiệm yêu cầu phân bổ và phân phối nhãn qua giao diện LC-ATM.
LSR phía sau cần nhãn để gói tin đến nút tiếp theo phải yêu cầu nhãn từ
LSR phía trước nó. Thông thường các nhãn được yêu cầu dựa trên nội
dung bảng định tuyến mà không dựa vào luồng dữ liệu điều đó đòi hỏi nhãn
cho mỗi đích trong phạm vi của nút kế tiếp qua giao diện LC-ATM.
LSR phía trước đó có thể đơn giản phân bổ nhãn và trả lời yêu cầu
cho LSR phía sau với bản tin trả lời tương ứng. Trong một số trường hợp,
LSR phía trước có thể phải có khả năng kiểm tra địa chỉ lớp 3 ( nếu nó
Khoá luận tốt nghiệp 36
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
không còn nhãn phía trước yêu cầu cho đích ). Đối với tổng đài ATM, yêu
cầu như vậy sẽ không được trả lời bởi chỉ khi nào nó có nhãn được phân
bổ cho đích phía trước thì nó mới trả lời yêu cầu. Nếu ATM-LSR không có
nhãn phía trước đáp ứng yêu cầu của LSR phía sau thì nó sẽ yêu cầu nhãn
từ LSR phía trước nó và chỉ trả lời khi đã nhận được nhãn từ LSR phía
trước nó.
Hợp nhất VC.
Hợp nhất VC tức là gán cùng VC cho các gói đến đích. Đây là một
vấn đề quan trọng cần giải quyết đối với tổng đài ATM trong mạng MPLS.
Để tối ưu hoá quá trình gán nhãn ATM-LSR có thể sử dụng lại nhãn cho
các gói cùg đích. Khi các gói đó xuất phát từ các nguồn khác nhau ( các
LSR khác nhau ) nếu sử dụng chung một giá trị VC cho đích thì sẽ không
có khả năng phân biệt gói nào thuộc luồng nào và LSR phía trước không có
khả năng tái tạo lại đúng gói từ các tế bào. Để tránh trường hợp này, ATM-
LSR phải yêu cầu LSR phía trước nó phân bổ nhãn mới mỗi khi LSR phía
sau nó đòi hỏi nhãn đến bất cứ đích nào ngay cả trong trường hợp nó đã có
nhãn phân bổ cho đích đó.
Quá trình gửi kế tiếp các tế bào ra kênh VC như vậy được gọi là hợp
nhất kênh ảo VC. Chức năng hợp nhất kênh ảo VC này giảm tối đa số
lượng nhãn phân bổ trong miền ATM-LSR.
1.4.3 Hoạt động của MPLS khung trong mạng ATM-LSR.
Do việc chuyển đổi công nghệ mạng tác động đến rất nhiều mặt trong
mạng khai thác từ những vấn đề ghép nối mạng cũng như quan niệm và
cách thức vận hành khai thác.
Quá trình chuyển đổi sang mạng MPLS có thể được thực hiện theo
nhiều cách: hoặc là thực hiện qua một số giai đoạn nhất định hoặc triển
khai đồng loạt từ đầu.
MPLS có hai chế độ hoạt động cơ bản là chế độ hoạt động khung và
chế độ hoạt động tế bào. Đối với hạ tầng cơ sở như Frame-Relay hoặc
ATM-PVC thì rất khó triển khai cế độ hoạt động tế bào của MPLS, thông
thường thì chế độ khung sẽ được sử dụng trong môi trường như vậy để
thực hiện kết nối MPLS xuyên suốt mạng.
Trong một số điều kiện nhất định như trong giai đoạn chuyển dịch
sang mạng IP+ATM=( MPLS ) hoặc chuyển mạch ATM chuyển tiếp không
hỗ trợ MPLS thì cần thiết phải sử dụng chế độ hoạt động khung qua mạng
Khoá luận tốt nghiệp 37
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
ATM-PVC. Cấu hình này phải phù hợp, tuy nhiên nó cũng gặp khó khăn khi
sử dụng IP qua ATM trong chế độ chuyển dịch ( do số lượng lớn các VC ).
Hình 1.13: Kết nối MPLS qua mạng ATM-PVC
Kết nối giữa hai LSR được thiết lập bằng kênh PVC xuyên suốt. Các
phiên LDP được thực hiện thông qua kết nối PVC này. Quá trình phân phối
nhãn được thực hiện theo kiểu phân phối nhãn chiều đi không yêu cầu.
Việc sử dụng MPLS qua mạng ATM-PVC yêu cầu đóng gói bằng ALL5-
SNAP trên kênh PVC đó.
Việc sử dụng chế độ khung qua mạng ATM-PVC là rất cần thiết trong
quá trình chuyển dịch sang mạng MPLS.
1.5 Các ưu điểm của MPLS
- Hỗ trợ mềm dẻo và linh hoạt cho tất cả các dịch vụ trên một mạng
đơn.
- Đơn giản hoá cấu hình mạng so với giải pháp IP trên nền ATM.
- Hỗ trợ tất cả các công cụ điều khiển lưu lượng mạng mẽ bao gồm
cả định tuyến liên tiếp và chuyển mạch bảo vệ.
- Hỗ trợ đa kết nối và đa giao thức.
- Khả năng mở rộng chức năng điều khiển và chuyển tiếp. Mỗi phần
có thể phát triển không cần đến các phần khác, tạo sự phát triển không cần
đến các phần khác, tạo sự phát triển mạng dễ dàng hơn, giá thấp hơn và ít
lỗi hơn.
- Hỗ trợ cho tất cả các loại lưu lượng
- Định tuyến gián tiếp: một thuộc tính của MPLS là nó hỗ trợ cho định
tuyến gián tiếp. Các đường chuyển mạch nhãn định tuyến gián tiếp có hiệu
Khoá luận tốt nghiệp 38
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
quả hơn định tuyến nguồn trong IP. Cung cấp các chức năng cho kỹ thuật
điều khiển lưu lượng. Các đường định tuyến gián tiếp cũng như các đường
hầm ảo có thể mang loại lưu lượng bất kỳ như SNA, IPX..
- Định tuyến liên vùng: chuyển mạch nhãn cung cấp khả năng tách
hoàn thiện hơn giữa định tuyến liên vùng và trong vùng. Những khả năng
cải tiến này của quá trình xử lý định tuyến và thực tế tạo lại các tuyến biết
được yêu cầu bên trong một vùng. Lợi ích này của ISP và những tải tin có
thể có một lượng lớn lưu lượng truyền thông.
1.6 Ứng dụng của MPLS
Mạng MPLS có nhiều ứng dụng trong đó có 3 ứng dụng chủ yếu
- Tích hợp IP và ATM: do chuyển mạch nhãn có thể thực hiện được
bởi các chuyển mạch ATM, MPLS là một phương pháp tích hợp các dịch vụ
IP trực tiếp trên chuyển mạch ATM. Sự tích hợp cần phải đặt định tuyến IP
và phần mềm LDP trực tiếp trên chuyển mạch ATM. Do tích hợp hoàn toàn
IP trên mạch ATM, MPLS cho phép chuyển mạch ATM hỗ trợ tối ưu các
dịch vụ IP như IP đa hướng (multicast), lớp dịch vụ IP, RSVP (Resource
Reservation Protocol-giao thức dành trước tài nguyên hỗ trợ QoS) và mạng
riêng ảo.
- Dịch vụ mạng riêng ảo IP (VPN): VPN thiết lập cơ sở hạ tầng cho
mạng Intranet và Extranet đó là mạng IP mà các công ty kinh doanh sẽ thiết
lập trên cơ sở toàn bộ cấu trúc kinh doanh của họ. Dịch vụ VPN là dịch vụ
Intranet và Etranet mà các mạng đó được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch
vụ đến nhiều tổ chức khách hàng. MPLS kết hợp với giao thức cổng biên
( BGP ) cho phép một nhà cung cấp mạng hỗ trợ hàng nghìn VPN của
khách hàng. Như vậy, mạng MPLS cùng với BGP tạo ra cách thức cung
cấp dịch vụ VPN trên cả ATM và các thiết bị dựa trên gói tin rất linh hoạt, dễ
mở rộng quy mô và dễ quản lý. Thậm chí trên các mạng của nhà cung cấp
nhỏ, khả năng linh hoạt và dễ quản lý của các dịch vụ MPLS+BGP VPN là
ưu điểm chủ yếu.
- Điều khiển lưu lượng và đinh tuyến IP hiện: Vấn đề quan trọng trong
các mạng IP liên tục là thiếu khả năng linh hoạt các luồng lưu lượng IP để
sử dụng hiệu quả dải thông mạng có sẵn. Do vậy, thiếu hụt này liên quan
đế khả năng gửi các luồng được chọn sẵn ví dụ như chọn các đường trung
kế được đảm bảo cho các lớp dịch vụ riêng. MPLS sử dụng các đường
chuyển mạch nhãn (LSPs). Khả năng điều khiển lưu lượng IP của MPLS sử
Khoá luận tốt nghiệp 39
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
dụng thiết lập đặc biệt các LSP để điều khiển một cách linh hoạt các luồng
lưu lượng IP
Khoá luận tốt nghiệp 40
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU CẤU TRÚC MẠNG ĐƯỜNG TRỤC CỦA VIỆT NAM
2.1 Cấu trúc vật lý mạng viễn thông.
2.1.1 Khái niệm về mạng viễn thông.
Mạng viễn thông là phương tiện truyền đưa thông tin từ đầu phát tới
đầu thu. Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng.
Mạng viễn thông bao gồm các thành phần chính: Thiết bị chuyển
mạch, thiết bị truyền dẫn, môi trường truyền và thiết bị đầu cuối.
Hình 2.1: Các thành phần chính của mạng viễn thông
- Thiết bị chuyển mạch gồm có tổng đài nội hạt và tổng đài quá giang.
Các thuê bao được nối vào các tổng đài nội hạt và tổng đài nội hạt được nối
vào tổng đài quá giang. Nhờ các thiết bị chuyển mạch mà đường truyền
dẫn được dùng chung và mạng có thể sử dụng kinh tế.
- Thiết bị truyền dẫn dùng để nối thiết bị đầu cuối với tổng đài, hay
giữa các tổng đài để thực hiện việc truyền các tín hiệu. Thiết bị truyền dẫn
chia làm hai loại: thiết bị truyền dẫn phía thuê bao và thiét bị truyền dẫn cáp
quang. Thiết bị truyền dẫn phía thuê bao dùng môi trường thường là cáp
kim loại, tuy nhiên có một số trường hợp môi trường truyền là cáp quang
hoặc vô tuyến.
- Môi trường truyền dẫn bao gồm truyền hữu tuyến và vô tuyến.
Truyền hữu tuyến bao gồm cáp kim loại, cáp quang. Truyền vô tuyến bao
gồm vi ba ,vệ tinh.
Khoá luận tốt nghiệp 41
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Mạng viễn thông cũng có thể được định nghĩa như sau: Mạng viễn
thông là một hệ thống gồm các nút chuyển mạch được nối với nhau bằng
các đường truyền dẫn tạo thành các cấp mạng khác nhau.
Mạng viễn thông hiện nay được chia thành nhiều loại. Đó là mạng
mắc lưới, mạng sao, mạng tổng hợp, mạng vòng kín. Các loại mạng này có
ưu điểm và nhược điểm khác nhau để phù hợp với các vùng địa lý khác
nhau.
Mạng viễn thông PSTN hiện nay được phân cấp như sau
Hinh 2.2: Cấu trúc mạng PSTN phân cấp
Trong mạng hiện nay gồm 3 nút:
- Nút cấp 1: Trung tâm chuyển mạch quốc tế
- Nút cấp 2: Trung tâm chuyển mạch đường dài.
- Nút cấp 3: Trung tâm chuyển mạch nội hạt.
2.1.2. Các đặc điểm của mạng viễn thông hiện nay.
Các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung là tồn tại một cách
riêng lẻ, ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn
thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ đó.
- Mạng Telex: Dùng để gửi các bức điện dạng ký tự được mã hoá có
tốc độ truyền rất thấp.
Khoá luận tốt nghiệp 42
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
- Mạng điện thoại công cộng ( POTS: Plain Old Telephone Service ):
Ở đây thông tin tiếng nói được số hoá và chuyển mạch ở hệ thống chuyển
mạch điện thoại công cộng PSTN.
- Mạng truyền số liệu: Bao gồm các mạng chuyển mạch gói để trao
đổi dữ liệu giữa các máy tính dựa trên giao thức của X.25.
- Các tín hiệu truyền hình bằng sóng vô tuyến, cáp…
- Trong phạm vi cư quan, số liệu giữa các máy tính được trao đổi
thông qua mạng cục bộ LAN ( Local Area Network ) đó là các mạng
Ethernet, Token Bus ,Token Ring
Quá khứ là bàn đạp cho tương lai. Do vậy trước khi tìm hiểu công
nghệ viễn thông mới ta cần rút kinh nghiệm từ lịch sử phát triển của mạng:
- Xét về góc độ dịch vụ thì gồm các mạng sau : Mạng điện thoại cố
định, mạng điện thoại di động và mạng truyền số liệu.
- Xét về góc độ kỹ thuật bao gồm các mạng chuyển mạch, mạng
truyền dẫn, mạng truy nhập, mạng báo hiệu và mạng đồng bộ.
2.1.3 Mạng viễn thông công cộng (PSTN)
Xét về mặt chức năng cung cấp dịch vụ, cấu trúc mạng viễn thông
VNPT được phân thành hai lớp: chuyển tải dịch vụ và truy nhập dịch vụ.
- Lớp chuyển tải dịch vụ sẽ bao gồm các tổng đài quốc tế, tổng đài
chuyển tiếp, tổng đài nội hạt.
- Lớp truy nhập dịch vụ gồm phần thuê bao của Host, các vệ tinh,
thiết bị truy nhập thuê bao quang, cáp đồng, vô tuyến.
2.1.3.1 Hệ thống chuyển mạch
Với cấu trúc mạng hiện nay thì mạng chuyển mạch của VNPT chia
làm 3 cấp dựa trên các tổng đài chuyển tiếp quốc tế, chuyển tiếp quốc gia,
nội tỉnh và nội hạt. Các tổng đài chuyển tiếp quốc tế được đặt tại ba trung
tâm là Hà Nội, Tp HCM và Đà Nẵng, các tỉnh thành khác nhau có các cấu
trúc mạng khác nhau với nhiều tổng đài Host. Các tổng đài hiện có phổ biến
trên mạng viễn thông Việt Nam là: các tổng đài VKX liên doanh giữa Việt
Nam và Hàn Quốc, A1000E10 của Alcatel, NEAX61∑ của NEC, AXE10 của
Ericsson, EWSD của Siemens. Các công nghệ chuyển mạch đang sử dụng
là chuyển mạch kênh cho mạng PSTN, X.25 cho mạng Frame relay và ATM
cho truyền số liệu.
Về mặt cấu trúc mạng, mạng viễn thông Việt Nam hiện tại có thể chia
thành 3 cấp
Khoá luận tốt nghiệp 43
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Hình 2.3: Cấu trúc mạng Viễn thông PSTN Việt Nam hiện tại
- Cấp quốc tế: bao gồm các tổng đài Gateway, các đường truyền dẫn
quốc tế như: các trạm vệ tinh mặt đất, các hệ thống cáp quang biển TVH,
SE-ME-WE3, tuyến áp quang CSC.
- Cấp quốc gia: bao gồm các tổng đài chuyển tiếp Transit quốc gia,
các tuyến truyền dẫn đường trục.
- Cấp nội tỉnh: Gồm các tổng đài Host, các vệ tinh, truy nhập, tổng đài
độc lập, thiết bị truy nhập thuê bao, các tuyến truyền dẫn nội tỉnh. Sơ đồ
sau là sơ đồ kết nối mạng chuyển mạch.
Dựa theo số liệu thuê bao theo vùng địa lý, mạng VNPT được tổ chức
thành 5 vùng lưu lượng phân định như sau:
- Vùng 1: Khu vực miền Bắc kết nối các tổng đài thuộc 27 tỉnh thuộc
khu vực tỉnh miền Bắc (từ Hà Giang đến Hà Tĩnh, trừ Hà Nội).
- Vùng 2: Thuộc khu vực Hà Nội.
- Vùng 3: Khu vực miền Trung, các tỉnh từ Quảng Bình trở vào đến
Khánh Hoà, ĐakLak.
- Vùng 4: Khu vực T.P Hồ Chí Minh.
Khoá luận tốt nghiệp 44
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
- Vùng 5: 18 Tỉnh đồng bằng Nam bộ và đồng bằng Sông Cửu Long (
các tỉnh còn lại).
Mỗi vùng lưu lượng được chia thành các khu vực chuyển tiếp (Transit
Area), việc chuyển tiếp lưu lượng vào, ra và trong các khu vực do các nút
chuyển mạch quốc gia (National Transit Switch) đảm trách. Số lượng cụ
thể các nút chuyển mạch quốc gia trong một vùng lưu lượng tuỳ thuộc vào
số lượng thuê bao của từng vùng lưu lượng.
Lưu lượng đi về của các vùng nào được định tuyến qua các tổng đài
Transit quốc gia của vùng đó qua cổng Gateway để đi quốc tế. Sử dụng
phương thức định tuyến
Nhìn chung mạng chuyển mạch hiện nay còn nhiều cấp và việc điều
khiển bị phân tán trong mạng (điều khiển nằm tại các tổng đài).
Mạng chuyển mạch quốc gia
Mạng chuyển mạch quốc gia bao gồm 09 tổng đài Transit quốc gia
TOLL/VTN như sau:
- Tổng đài AXE 10 local 6 ( BYB 202): 03 hệ thống với năng lực xử lý
tối đa là 600.000 BHCA và dung lượng tối đa 24.000 trung kế được lắp đặt
tại Hà Nội, T.P Hồ Chí Minh, Đà Nẵng.
- Tổng đài AXE 10 local 7.2 ( BYB 501): 04 hệ thống với năng lực xử
lý tối đa là 1.500.000 BHCA và dung lượng tối đa 60.000 trung kế được lắp
đặt tại Hà Nội, Đà Nẵng, Tp Hồ Chí Minh và Cần Thơ.
- Tổng đài loại TDX 10 lắp đặt tại Hà Nội (160 E1) và Tp Hồ Chí Minh
(272 E1). Tuy nhiên hiện nay do chất lượng dịch vụ không tốt, không đảm
bảo được yêu cầu của khách hàng nên đang trong kế hoạch sẽ chuyển
sang chế độ dự phòng cho mạng chuyển mạch liên tỉnh.
- 07 tổng đài AXE đều có tính năng STP làm điểm chuyển tiếp báo
hiệu cho hệ thống báo hiệu C7 của toàn mạng và tính năng SCCP phục vụ
cho dịch vụ Roaming cho mạng di động. Mỗi vùng được trang bị ít nhất 2
tổng đài Transit, các tổng đài Transit trong vùng được đấu chéo để khắc
phục sự mất cân bằng lưu lượng. Lưu lượng qua tuyến trực tiếp này chỉ
chiếm 5% tổng lưu lượng Transit của tổng đài.
2.1.3.2 Hệ thống truyền dẫn
Mạng truyền dẫn của Việt Nam hiện nay sử dụng cả vô tuyến và hữu
tuyến. Về vô tuyến có các hệ thống viba sử dụng công nghệ PDH bên cạnh
đó còn có các đường truyền qua vệ tinh đi quốc tế. Trong truyền dẫn hữu
tuyến thì phổ biến là cáp quang tuy vậy vẫn có những đoạn dùng các loại
Khoá luận tốt nghiệp 45
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
cáp khác. Về truyền dẫn quang thì Việt Nam đang khai thác các thiết bị của
nhiều hãng khác nhau cho từng hệ thống. Các hệ thống truyền dẫn quang
chủ yếu sử dụng công nghệ SDH với các cấp độ ghép khác nhau như STM-
4, STM-16 hay STM-64 cho các tuyến liên tỉnh còn trong tỉnh có thể là STM-
1 hay STM-4 tùy vào nhu cầu dung lượng thực tế và tương lai.
Tuyến trục Bắc-Nam sử dụng mạng Ring cáp quang 2,5 Gbit/s (trên
cáp quang quốc lộ 1A và cáp quang 500 KV) và tuyến viba PDH 140 Mbit/s
Mạng truyền dẫn cáp quang liên tỉnh đã phát triển được tới hầu hết
các trung tâm tỉnh, với:
- Tổng chiều dài tuyến cáp quang quốc lộ 1A là 1.935 km.
- Tổng chiều dài các tuyến cáp quang liên tỉnh là 5.090 Km. Nâng
dung lượng mạch trục Backbone lên 20 Gbit/s sử dụng công nghệ DWDM
đã đưa vào sử dụng vào tháng 10/2003.
Hoàn chỉnh 13 mạng Ring liên tỉnh theo cấu trúc đã được duyệt, nâng
cấp các mạng Ring lên có dung lượng đủ đáp ứng nhu cầu xã hội ( 2.5
Gbit/s- 5 Gbit/s).
Nâng cấp Ring trung kế liên đài tại Hà Nội, T.P Hồ Chí Minh và Đà
Nẵng lên 5- 10 Gbit/s.
Vừa qua VNPT đã đưa vào khai thác hệ thống truyền dẫn Backbone
Bắc – Nam 20Gbit/s dựa trên công nghệ ghép kênh phân chia theo bước
sóng DWDM sử dụng thiết bị của Nortel
2.1.3.3 Hệ thống truy nhập
Hiện tại trên mạng có nhiều loại truy nhập khác nhau tuỳ thuộc vào
từng loại mạng với từng loại dịch vụ. Trong di động, truyền hình ta có truy
nhập vô tuyến với nhiều công nghệ khác nhau như MMDS, LMDS, GPRS,
CDMA, FDAM…Gần đây còn có thêm truy nhập WLAN cũng được triển khai
tại một số địa điểm. Về truy nhập hữu tuyến ta có truy nhập bằng thoại
truyền thống, ADSL, truy nhập qua đường cáp truyền hình, qua đường điện
lực và công nghệ mong đợi sẽ là truy nhập quang tới từng hộ gia đình…
2.1.3.4 Hệ thống báo hiệu
Hiện tại mạng viễn thông Việt Nam sử dụng cả hai loại báo hiệu là R2
và SS7. Mạng báo hiệu SS7 đã và đang thay thế dần báo hiệu R2 trong
từng công đoạn báo hiệu, tuy vậy với mạng thoại thì báo hiệu R2MFC vẫn
được sử dụng phổ biến. Hệ thống SS7 đã được triển khai với một cấp STP
(điểm chuyển giao báo hiệu) tại ba trung tâm Hà Nội,Tp HCM và Đà Nẵng.
Khoá luận tốt nghiệp 46
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Hình 2.4: Hệ thống báo hiệu Việt nam
2.1.3.5 Hệ thống quản lý
Việc khai thác và bảo dưỡng mạng viễn thông tập chung ( TMN) có
nhiều ưu điểm cho các nhà khai thác mạng. Bởi nhiều chức năng có thể
được quản lý một cách hiệu quả từ một hoặc vài điểm trên mạng điều này
có nghĩa là chỉ cần ít nhân viên cho điều hành mạng lưới . Xu hướng tới đây
sẽ là tự động hoá cho các chức năng quản lý mạng.
Việt Nam đang trong quá trình xây dựng mạng quản lý viễn thông tập
trung TMN. Còn hiện tại thì mỗi hệ thống mạng riêng được quản lý bởi các
phương thức quản lý khác nhau.
2.1.3.6 Hệ thống đồng bộ
Mạng đồng bộ Việt Nam hoạt động theo nguyên tắc chủ tớ có dự
phòng, bao gồm 4 cấp và hai loại giao diện chuyển giao tín hiệu đồng bộ
chủ yếu là 2MHz và 2Mb/s. Mạng được phân chia làm 3 vùng độc lập, mỗi
vùng có hai đồng hồ mẫu, một đồng hồ chính (Cesium) và một đồng hồ dự
phòng (GSP). Các đồng hồ được đặt tại trung tâm của 3 vùng và được điều
khiển theo nguyên tắc chủ tớ. Các tổng đài quốc tế và tổng đài Toll trong
mỗi vùng được điều khiển bởi đồng hồ chủ theo phương thức chủ tớ. Các
tổng đài Tandem và Host tại các tỉnh hoạt động bám theo các tổng đài Toll
và các tổng đài vệ tinh đồng bộ theo tổng đài Host mà nó đấu tới, tất cả đều
theo phương thức chủ tớ.
2.2 Cấu trúc mạng viễn thông NGN
2.2.1. Định nghĩa mạng NGN
Khoá luận tốt nghiệp 47
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Cho tới nay các tổ chức và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên
thế giới rất quan tâm đến NGN nhưng vẫn chưa có một định nghĩa rõ ràng.
Do vậy ta chỉ có thể tạm định nghĩa NGN như sau:
“ NGN là mạng có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ
chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng,
là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu, giữa cố định và di động.”
2.2.2. Các yếu tố thúc đẩy tiến tới NGN
2.2.2.1. Cải thiện chi phí đầu tư
Công nghệ chuyển mạch kênh truyền thống chậm thay đổi so với sự
thay đổi nhanh chóng của công nghệ máy tính. Các chuyển mạch kênh
chiếm phần lớn trên mạng PSTN nhưng không thực sự tối ưu cho truyền số
liệu. Trong khi đó nhu cầu trao đổi thông tin giữa mạng PSTN và mạng
Internet ngày càng tăng, do đó xuất hiện nhu cầu xây dựng hệ thống chuyển
mạch tương lai dựa trên công nghệ hoàn toàn gói cho cả thoại và dữ liệu.
Các giao diện mở tại mỗi lớp cho phép lựa chọn linh hoạt nhà cung
cấp thiết bị. Truyền tải dựa trên gói cho phép phân bổ băng tần hiệu quả và
linh hoạt. Nhờ đó giúp nhà khai thác quản lý dễ dàng, nâng cấp một cách
hiệu quả phần mềm tại các nút điều khiển, dễ dàng triển khai dịch vụ mới
mà không cần thay đổi mạng qua đó giúp giảm chi phí vận hành khai thác
mạng.
2.2.2.2. Xu thế đổi mới viễn thông
Trong vòng hội nhập kinh tế thế giới xu thế hội nhập cũng diễn ra
mạnh mẽ trong viễn thông. Cạnh tranh ngày càng khốc liệt khi thế giới buộc
các chính phủ phải mở của thị trường viễn thông. Để thích ứng với xu thế
đó, đáp ứng được khả năng cung cấp loại hình dịch vụ cho nhiều dạng
khách hàng thì yêu cầu hệ thống mạng phải có độ mở cao để có thể kết nối
nhiều nhà cung cấp dịch vụ với nhau. Với yêu cầu này các mạng cũ không
thể thực hiện được trong khi đó NGN thích ứng rất tốt với đòi hỏi này nhờ
một cấu trúc mở hợp lý.
2.2.2.3. Các doanh thu mới
Dự báo hiện nay cho thấy doanh thu từ thoại gần như đạt mức bão
hoà và không thể tăng thêm được nữa. Trong khi đó doanh thu từ các dịch
vụ giá trị gia tăng ngày càng tăng, xu hướng sẽ vượt doanh thu từ thoại
trong tương lai gần. Trước viễn cảnh đó nhiều nhà cung cấp, khai thác viễn
thông không thể bỏ qua cơ hội tăng doanh thu này. Do vậy việc phát triển
một mạng mới để đáp ứng tất cả các dịch vụ gia tăng hiện có cũng như
Khoá luận tốt nghiệp 48
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
những nhu cầu dịch vụ mới trong tương lai là không thể không làm. Tất cả
các điều trên cho thấy sự phát triển mạng viễn thông lên NGN là một điều
thiết yếu và cần thiết cho cuộc sống cũng như sự tồn tại của các nhà khai
thác cung cấp dịch vụ viễn thông.
2.2.3. Yêu cầu để phát triển NGN
Trước hết các nhà khai thác dịch vụ viễn thông phải xem xét mạng
TDM mà họ đã tốn rất nhiều chi phí đầu tư để quyết định xây dựng một
NGN xếp chồng hay thậm chí thay thế các tổng đài truyền thống bằng
những chuyển mạch công nghệ mới sau này. Các nhà khai thác cần tìm ra
phương pháp cung cấp các dịch vụ mới cho khách hàng của họ trong thời
kỳ quá độ trước khi các mạng của họ chuyển sang NGN một cách đầy đủ.
Vấn đề lớn nhất cần nhắc tới là phải hỗ trợ dịch vụ thoại qua IP và
hàng loạt các dịch vụ giá trị gia tăng khác trong khi cơ chế “best effort” phân
phối các gói tin không còn đủ đáp ứng nữa. Một thách thức căn bản nữa là
mở rộng mạng IP theo nhiều hướng, nhiều khả năng cung cấp dịch vụ trong
khi vẫn giữ được ưu thế của mạng IP.
Một khía cạnh khác là quy mô mạng phải đủ lớn để cung cấp cho
khách hàng nhằm chống lại hiện tượng tắc nghẽn cổ chai trong lưu lượng
của mạng lõi. Việc tăng số lượng các giao diện mở cũng làm tăng nguy cơ
mất an ninh mạng. Do đó đảm bảo an toàn thông tin mạng chống lại sự xâm
nhập trái phép từ bên ngoài trở thành vấn đề sống còn của các nhà khai
thác mạng.
Vấn đề cũng không kém phần quan trọng là các giải pháp quản lý
thích hợp cho NGN trong môi trường đa nhà khai thác, đa dịch vụ. Mặc dù
còn mất nhiều thời gian và công sức trước khi hệ thống quản lý mạng được
triển khai nhưng mục tiêu này vẫn có giá trị và sẽ mang lại nhiều lợi ích như
giảm chi phí khai thác, dịch vụ đa dạng.
Một vấn đề quan trọng nữa khi triển khai NGN là các công nghệ áp
dụng trên mạng lưới phải sẵn sàng:
* Về công nghệ truyền dẫn: phải phát triển các cộng nghệ truyền dẫn
quang SDH, WDM hay DWDM với khả năng hoạt động mềm dẻo linh hoạt,
thuận tiện cho khai thác và điều hành quản lý.
* Về công nghệ truy nhập: phải đa dạng hoá các dạng truy nhập cả vô
tuyến và hữu tuyến. Tích cực phát triển và hoàn thiện để đem vào ứng dụng
rộng rãi các công nghệ truy nhập tiên tiến như truy nhập quang, truy nhập
Khoá luận tốt nghiệp 49
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
WLAN, truy nhập băng rộng, đặc biệt là triển khai rộng truy nhập ADSL và
hệ thống di động 3G.
* Về công nghệ chuyển mạch: Mặc dù có nhiều tranh luận về việc lựa
chọn công nghệ nào cho NGN trong các công nghệ IP, ATM, IP/MPLS, song
có thể nói chuyển mạch gói sẽ là sự lựa chọn trong NGN. Gần đây với sự
hoàn thiện về nghiên cứu công nghệ MPLS sẽ hứa hẹn là công nghệ
chuyển mạch chủ đạo trong NGN. Bên cạnh đó một công nghệ khác là
chuyển mạch quang cũng đang được nghiên cứu, hy vọng sẽ sớm được
ứng dụng trong thực tế.
2.2.4. Cấu trúc chức năng
NGN có cấu trúc chức năng như sau:
- Lớp kết nối (truy nhập và truyền dẫn/ở phần lõi)
- Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media)
- Lớp điều khiển
- Lớp quản lý
Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay rất phức tạp với nhiều loại
giao thức, khả năng tương thích giữa các thiết bị của các hãng là vấn đề
đang được các nhà khai thác quan tâm.
Hình 2.5: Cấu trúc mạng NGN ở cấp độ dịch vụ
Khoá luận tốt nghiệp 50
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Hình 2.6 : Cấu trúc chức năng của NGN
* Lớp truyền dẫn và truy nhập
Phần truyền dẫn
- Tại lớp vật lý truyền dẫn quang với công nghệ ghép kênh theo bước
sóng DWDM sẽ được sử dụng.
- Công nghệ IP/MPLS có thể được sử dụng truyền dẫn trên mạng lõi
để đảm bảo QoS.
- Các router được sử dụng ở biên mạng lõi khi lưu lượng lớn và
ngược lại khi lưu lượng nhỏ Switch – router có thể đảm nhận luôn chức
năng những router này.
- Lớp truyền dẫn có khả năng hỗ trợ các mức QoS khác nhau cho
cùng một dịch vụ và cho các dịch vụ khác nhau. Lớp ứng dụng sẽ đưa ra
các yêu cầu về năng lực truyền tải và nó sẽ thực hiện yêu cầu đó.
Phần truy nhập
- Với truy nhập hữu tuyến: có cáp đồng và xDSL đang được sử dụng.
Tuy vậy trong tương lai truyền dẫn quang DWDM, PON sẽ dần chiếm ưu
thế, thị trường của xDSL và modem sẽ dần thu nhỏ lại.
- Với truy nhập vô tuyến ta có hệ thống thông tin di động GSM hoặc
CDMA, truy nhập vô tuyến cố định, vệ tinh. Trong tương lại các hệ thống
Khoá luận tốt nghiệp 51
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
truy nhập không dây sẽ phát triển rất nhanh như truy nhập hồng ngoại,
bluetooth hay WLAN.
- Lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng
đường trục qua cổng giao tiếp thích hợp. NGN cũng cung cấp hầu hết các
truy nhập chuẩn cũng như không chuẩn của các thiết bị đầu cuối như: truy
nhập đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính PC, tổng đài nội bộ PBX…
* Lớp truyền thông
* Gồm các thiết bị là các cổng phương tiện như:
- Cổng truy nhập: AG kết nối giữa mạng lõi và mạng truy nhập, RG
kết nối mạng lõi và mạng thuê bao nhà.
- Cổng giao tiếp: TG kết nối mạng lõi với mạng PSTN/ISDN, WG kết
nối mạng lõi với mạng di động.
Lớp này chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trường (FR, PSTN,
LAN, vô tuyến…) sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên mạng
lõi và ngược lại.
* Lớp điều khiển
Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần
chính là Softswitch còn gọi là MGC hay Call agent, được kết nối với các
thành phần khác nhau như: SGW MS FS AS để kết nối cuộc gọi hay quản
lý địa chỉ IP.
Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ truyền
thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu
nào. Các chức năng quản lý và chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp
trong lớp điều khiển. Nhờ có giao diện mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ
và truyền dẫn, điều này cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh
chóng và dễ dàng.
* Lớp ứng dụng
Lớp này gồm các nút thực thi dịch vụ ( thực chất là các server dịch
vụ) cung cấp các ứng dụng cho khách hàng thông qua lớp truyền tải.
Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở
nhiều mức độ. Một số dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc điều khiển logic
của chúng và truy nhập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác
sẽ thực hiện điều khiển từ lớp điều khiển. Lớp ứng dụng kết nối với lớp điều
khiển thông qua giao diện mở API. Nhờ đó mà các nhà cung cấp dịch vụ có
thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên dịch vụ mạng.
* Lớp quản lý
Khoá luận tốt nghiệp 52
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp từ kết nối cho đến
lớp ứng dụng. Tại lớp quản lý người ta có thể khai thác hoặc xây dựng
mạng giám sát viễn thông TMN như một mạng riêng theo dõi và điều phối
các thành phần mạng viễn thông đang hoạt động.
2.2.5. Các thành phần của NGN
NGN là mạng thế hệ kế tiếp không phải là mạng hoàn toàn mới do vậy khi
xây dựng NGN ta cần chú ý vần đề kết nối NGN với mạng hiện hành và tận dụng
các thiết bị viễn thông hiện có trên mạng nhằm đạt được hiệu quả khai thác tối đa.
Cấu trúc vật lý của NGN
Hình 2.7: Cấu trúc vật lý của NGN
2.2.5.1. Các thành phần của NGN
Trong NGN có rất nhiều thành phần song ở đây chỉ trình bày những
thành phần thể hiện rõ nét sự tiên tiến của NGN so với mạng viễn thông
truyền thống cụ thể là:
- Media Gateway (MG)
- Media Gateway Controller (MGC)
Khoá luận tốt nghiệp 53
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
- Signalling Gateway (SG)
- Media Server (MS)
- Application Server (Feature Server)
Hình 2.8: Các thành phần của NGN
* Media Gateway MG
Media Gateway cung cấp phương tiện để truyền tải thông tin thoại,
dữ liệu, fax và video giữa mạng gói IP và mạng PSTN. Trong mạng PSTN,
dữ liệu thoại được mang trên kênh DSo. Để truyền dữ liệu này vào mạng
gói mẫu thoại cần được nén lại và đóng gói. Đặc biệt ở đây người ta sử
dụng một bộ xử lý tín hiệu số DSP.
* Media Gateway Controller MGC
MGC là đơn vị chính của Softswitch. Nó đưa ra các quy luật xử lý cuộc gọi,
còn MG và SG sẽ thực hiện các quy luật đó. Nó điều khiển SG thiết lập và
kết thúc cuộc gọi. Ngoài ra nó còn giao tiếp với hệ thống OS và BSS
MGC chính là cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau, như
PSTN, SS7, mạng IP. Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ
liệu qua các mạng khác nhau. Nó cũng được gọi là Call Server do chức
năng điều khiển các bản tin.
Khoá luận tốt nghiệp 54
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Một MGC kết hợp với MG, SG tạo thành một cấu hình tối thiểu cho
Softswitch.
* Signalling Gateway SG
Signalling Gateway tạo ra chiếc cầu nối giữa mạng báo hiệu SS7 với
mạng IP dưới sự điều khiển của Media Gateway Controller (MGC).
SG làm cho Softswitch giống như một nút SS7 trong mạng báo hiệu
SS7. Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu.
* Media Server
Media Server là thành phần lựa chọn của Softswitch, được sử dụng
để xử lý các thông tin đặc biệt. Một Media Server phải hỗ trợ phần cứng
DSP với hiệu suất cao nhất.
* Application Server /Feature Server
Server đặc tính là một server ở mức độ ứng dụng chứa một loạt dịch vụ của
doanh nghiệp. Chính vì vậy nó còn được gọi là Server ứng dụng thương
mại. Vì hầu hết các server này tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua
mạng IP nên chúng không ràng buộc nhiều với Softswitch về việc phân chia
hay nhóm các thành phần ứng dụng.
Các dịch vụ cộng thêm có thể trực thuộc Call Agent hoặc cũng có thể thực
hiện một cách độc lập. Những ứng dụng này giao tiếp với Call Agent thông
qua các giao thức như SIP, H323… Chúng thường độc lập với phần cứng
nhưng lại yêu cầu truy nhập cơ sở dữ liệu đặc trưng.
Feature Server xác định tính hợp lệ và hỗ trợ các thông số dịch vụ thông
thường cho hệ thống đa chuyển mạch.
2.2.5.2 Nguyên tắc tổ chức cấu trúc mạng thế hệ sau - NGN
Phân vùng lưu lượng: Cấu trúc mạng thế hệ sau được xây dựng dựa
trên phân bố thuê bao theo vùng địa lý, không tổ chức theo địa bàn hành
chính mà được phân theo vùng lưu lượng. Trong một vùng có nhiều khu
vực và trong một khu vực có thể gồm một hoặc nhiều tỉnh, thành. Số lượng
các tỉnh thành trong một khu vực tuỳ thuộc vào số lượng thuê bao của các
tỉnh thành đó. Căn cứ vào phân bố thêu bao, mạng NGN của VNPT được
phân thành 5 vùng lưu lượng như sau:
- Vùng 1: Các tỉnh phía bắc trừ Hà nội, Hà Tây, Bắc Ninh, Bắc
Giang và Hưng Yên.
- Vùng 2: Hà Nội, Hà Tây, Bắc Ninh, Bắc Giang và Hưng Yên.
- Vùng 3: Các tỉnh Miền Trung và Tây Nguyên.
- Vùng 4: TP Hồ Chí Minh.
Khoá luận tốt nghiệp 55
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
- Vùng 5: Các tỉnh phía Nam trừ TP Hồ Chí Minh.
Tổ chức lớp ứng dụng và dịch vụ
- Lớp ứng dụng và dịch vụ được tổ chức thành một cấp cho toàn
mạng.
- Số lượng nút ứng dụng và dịch vụ phụ thuộc vào lưu lượng dịch vụ
cũng như số lượng và loại hình dịch vụ. Giai đoạn đầu toàn mạng sẽ có 2
node đặt tại Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh.
Tổ chức lớp điều khiển
Lớp điều khiển được tổ chức thành một cấp chung cho toàn mạng thy
vì có 4 cấp như hiện nay gồm: quốc tế, liên tỉnh, tên đệm và nội hạt) và
được phân theo khu vực quản lý có 3 node điểu khiển đặt tại Hà Nội, TP Hồ
Chí Minh và Đà Nẵng.
Hình 2.9: Mô hình kết nối lớp điều khiển và ứng dụng mạng NGN
Lớp điều khiển có chức năng điều khiển lớp chuyển tải và lớp truy
nhập cung cấp các dịch vụ của mạng NGN, gồm nhiều module như module
điều khiển kết nối IP/MPLS, điều khiển định tuyến kết nối IP, điều khiển kết
nối cuộc gọi thoại báo hiệu số 7...
Khoá luận tốt nghiệp 56
Service Nodes Service Nodes
(Lớp điều khiển)
Miền Nam
TP.HCM HN
Miền Bắc
Miền Trung(ĐN)
(Lớp chuyển tải)
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Tổ chức lớp chuyển tải.
Lớp chuyển tải: được tổ chức thành 2 cấp: cấp đường trục quốc gia
và cấp vùng)
- Cấp đường trục quốc gia: gồm toàn bộ các note chuyển mạch
đường trục (lõi IP/MPLS) và các tuyến truyền dẫn kết nối các nút trục. Cấp
đường trục được tổ chức gồm 2 plane A và B, kết nối chéo giữa các node
đường trục tốc độ là 2,5 Gbit/s nhằm đảm bảo độ an toàn mạng, có nhiệm vụ
chuyển mạch cuộc gọi giữa các khu vực.
- Cấp vùng: Gồm toàn bộ các note chuyển mạch (IP/MPLS) cũng như
các bộ tập
trung nội vùng đảm bảo việc chuyển mạch cuộc gọi trong nội vùng và
sang vùng khách. Kết nối từ node vùng lên node trục 155 Mbit/s.
- Các node chuyển mạch IP/MPLS trong vùng phải có tính năng để
tích hợp lưu lượng mạng XDSL (kết nối với các BRAS hoặc tích hợp tính
năng BRAS trong mạng (xDSL) hoặc để cung cấp dịch vụ cho các thuê bao
băng rộng xDSL. Bộ tập trung IP/MPLS có thể dùng để thu gom lưu lượng
kênh kết nối lên các node vùng.
Tổ chức lớp truy nhập
- Lớp truy nhập: gồm các node truy nhập hữu tuyến và vô tuyến, các
node này được tổ chức không theo địa giới hành chính
- Các node truy nhập của các vùng lưu lượng chỉ được kết nối đến
node chuyển mạch đường trục của vùng đó.
- Các thiết bị truy nhập thế hệ mới phải có khả năng cung cấp cổng
dịch vụ truyền thống PSTN cũng như các dịch vụ mới bao gồm POTS,
VOIP, IP/MPLS, FR, X25, IP2 VPN, xDSL..
2.2.6 Kết nối mạng NGN với mạng truyền thống
2.2.6.1 Kết nối với mạng PSTN
Kết nối mạng NGN với mạng PSTN hiện tại được thực hiện thông
qua thiết bị ghép luồng trung kế (trunking Gateway – TGW) ở mức n x E1
và báo hiệu số 7, không sử dụng báo hiệu R2 cho kết nối này.
Các thiết bị Trunking Gateway có tính năng chuyển tiếp các cuộc gọi
thoại tiêu chuẩn 64 Kbit/s hoặc các cuộc gọi thoại VoIP qua mạng NGN.
Điểm kết nối được thực hiện tại tổng đài Host hoặc tandem nội hạt và
tổng đài Gateway quốc tế nhằm giảm cấp chuyển mạch, giảm chi phí đầu
tư cho truyền dẫn và chuyển mạch của mạng PSTN và tận dụng năng lực
chuyển mạch của mạng NGN. Đối với mạng PSTN, mạng NGN sẽ đóng vai
Khoá luận tốt nghiệp 57
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
trò như hệ tổng đài Transit quốc gia của mạng PSTN cho các dịch vụ thoại
tiêu chuẩn 64 Kbit/s.
Các cuộc thoại liên tỉnh tiêu chuẩn 64 kbit/s liên tỉnh hoặc quốc tế từ
các tổng đài Host PSTN sẽ được chuyển tiếp qua mạng tới các Host khác
hoặc tới tổng đài Gateway quốc tế.
Cấu hình kết nối như mô tả hình vẽ sau
Hình 2.10: Cấu hình kết nối NGN – PSTN
2.2.6.2 Kết nối với mạng Internet
Kết nối mạng NGN với trung tâm mạng Internet ISP và IAP được thực
hiện tại node IP/MPLS quốc gia thông qua giao tiếp ở mức LAN. Tốc độ
cổng LAN không thấp hơp tốc độ theo chuẩn Gigabit Ethernet (GE). Nếu
trung tâm mạng không cùng vị trí đặt node IP/MPLS quốc gia thì sử dụng
kết nối LAN qua cổng GBE
Điểm kết nối mạng NGN với các node truy nhập mạng internet POP độc
lập cho thuê bao truy nhập gián tiếp được thực hiện tại node IP/MPLS nội
vùng thì sử dụng kết nối LAN qua cổng quang.
Khoá luận tốt nghiệp 58
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Đối với các vệ tinh của tổng đài Host PSTN có tích hợp tính năng truy
nhập Internet POP thì điểm kết nối mạng NGN với các node truy nhập
Internet POP tích hợp được thực hiện tại bộ tập trung IP/MPLS hoặc tại các
node IP/MPLS nội vùng thông qua giao tiếp IP/MPLS tuỳ thuộc vào vị trí
của POP tích hợp.
Tốc độ cổng IP/MPLS phụ thuộc vào quy mộ của POP nhưng ít nhất
là n x E1. Cấu hình kết nối được mô tả như (hình 2.20)
2.2.6.3 Kết nối với mạng FR, X25 hiện tại
Các mạng FR, X25 hiện nay sẽ thuộc lớp truy nhập của mạng NGN,
do vậy sẽ được kết nối với mạng NGN qua bộ tập trung IP/MPLS.
Hình 2.11: Cấu hình kết nối NGN – Internet – PSTN
2.2.7 Lộ trình chuyển đổi
2.2.7.1 Yêu cầu : Phương án chuyển đổi dần cấu trúc mạng hiện tại
sang mạng NGN đến năm 2010 cần bảo đảm một số yêu cầu cơ bản sau
đây:
- Không ảnh hưởng đến việc cung cấp dịch vụ viễn thông trên mạng.
Khoá luận tốt nghiệp 59
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
- Việc chuyển đổi phải thực hiện theo nhu cầu của thị trường từng
bước.
- Thực hiện được phân tải lưu lượng Internet ra khỏi các tổng đài
Host có số thuê bao truy nhập Internet chiếm tới 20%.
- Bảo đảm cung cấp dịch vụ truy nhập băng rộng tại các thành phố
lớn.
- Bảo toàn vốn đã đầu tư của VNPT.
2.2.7.2 Nguyên tắc thực hiện
Thực hiện chuyển đổi từng bước, ưu tiên thực hiện trên mạng liên
tỉnh trước nhằm đáp ứng nhu cầu về thoại và truyền số liệu liên tỉnh và tăng
hiệu quả sử dụng các tuyến truyền dẫn đường trục.
Mạng nội tỉnh thực hiện có trọng điểm tại các tỉnh thành phố có nhu
cầu về truyền số liệu truy nhập Internet băng rộng ưu tiên giải quyết phân
tải lưu lượng Internet cho mạng chuyển mạch nội hạt và đáp ứng nhu cầu
truy nhập Internet tốc độ cao trước nhằm tạo cơ sở hạ tầng thông tin băng
rộng để phát triển các dịch vụ đa phượng tiên, phục vụ chương trình chính
phủ điện tử, e- commerce... của quốc gia.
Không nâng cấp các tổng đài Host hiện có lên NGN do có sự khác
biệt khá lớn giữa công nghệ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, tổ
chức xây dựng hệ thống chuyển mạch NGN mới , riêng biệt và thực hiện
kết nối với các mạng hiện tại theo các nguyên tắc ở mục 2.4.1.3 trên.
Ngừng việc trang bị mới các tổng đài host công nghệ cũ, chỉ mở rộng
tổng đài Host đang hoạt động trên mạng để đáp ứng các nhu cầu thoại và
truyền số liệu băng hẹp và chỉ nâng cấp với mục đích phân tải Internet và
cung cấp dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao dùng công nghệ xDSL trong
khi mạng NGN chưa bao phủ hết vùng phục vụ.
Phát triển nút truy nhập mới của NGN để đáp ứng các nhu cầu Host
mới.
2.2.7.3 Lộ trình chuyển đổi
- Giai đoạn 2001 – 2003
Trang bị 2 node điều khiển và 2 node dịch vụ tại miền bắc (đặt tại Hà
Nội) và miền nam (đặt tại TP. Hồ Chí Minh). năng lực xử lý cuộc gọi của một
node trên 4 triệu BH CA tương đương với trên 240.000 kênh trung kế hoặc
trên 400.000 thuê bao.
Trang bị 3 node IP/MPLS đường trục tại miền bắc (đặt tại Hà Nội) và
miền nam (đặt tại TP Hồ Chí Minh) và miền trung (tại Đà Nẵng).
Khoá luận tốt nghiệp 60
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Trang bị các node ghép luồng trung kế TGW và mạng IP/MPLS nội
vùng cho 11 tỉnh và thành phố lớn gồm Hà nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phòng,
Quảng Ninh, Huế, Đà Năng, Khánh Hoà, Bà Rịa Vũng Tầu, Đồng Nai, Cần
Thơ, Bình Dương. Lắp đặt các node truy nhập NGN nhằm cung cấp dịch vụ
truy nhập Internet tốc độ cao (xDSL) tại các tổng đài Host trung tâm của 11
tỉnh thành phố Như vậy, vào giai đoạn này sẽ có mạng chuyển mạch liên
vùng và nội vùng tạicả 5 vùng lưu lượng. Một phần lưu lượng thoại của
mạng đường trục PSTN sẽ được chuyển sang mạng NGN đường trục.
- Giai đoạn 2004 -2005
Tăng số node điều khiển và IP/MPLS nhằm mở rộng vùng phục vụ
của mạng NGN tới các tỉnh thành phố còn lại và hình thành mặt chuyển
mạch A&B như theo nguyên tắc tổ chức mạng ở mục 2.4.1.3, bảo đảm
cung cấp dịch vụ XDSL tại 64 tỉnh thành.
- Giai đoạn 2006 - 2010
Chuyển mạch IP/MPLS cấp đường trục, các node điều khiển được trang bị
với cấu trúc 2 mặt đầy đủ để chuyển tải lưu lượng chuyển tiếp vùng và liên
vùng cho 5 vùng lưu lượng.
Lưu lượng PSTN một phần được chuyển qua mạng tổng đài PSTN
và phần lớn được chuyển tải qua mạng NGN.
2.2.8 Hệ thống quản lý mạng và dịch vụ
Việc quản lý và khai thác mạng sẽ theo mô hình quản lý mạng tập
trung với hệ thống quản lý mạng TNM đã đưa vào khai thác khoảng cuối
năm 2003. Giai đoạn 1 hệ thống được trang bị một trung tâm điều hành và
quản lý mạng Quốc gia tập trung với các OMC của VTN, VTI, Hà Nội, HCM
và OMC khu vực khác có khả năng quản lý và khai thác mạng tập trung
quản lý đến từng phần tử mạng. Các đối tượng thực hiện sẽ thuộc các đơn
vị quản lý và chịu sự điều hành trực tiếp của trung tâm điều hành mạng
Quốc gia.
Giai đoạn 2 hệ thống sẽ hoàn thiện có khả năng quản lý toàn bộ
mạng lưới VNPT với các OMC quản lý mạng chuyển mạch gói, mạng
truyền dẫn, ngoại vi và các chủng loại thết bị trên toàn mạng chưa đầu tư
trong giai đoạn 1.
Kế hoạch phát triển dịch vụ
Giai đoạn đến 2010 là giai đoạn bùng nổ về dịch vụ, nhiều loại hình
dịch vụ băng hẹp, băng rộng, dịch vụ giá trị gia tăng trên thoại cố định, di
Khoá luận tốt nghiệp 61
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
động, internet sẽ được đưa vào khai thác đáp ứng nhu cầu đa dạng của
khách hàng.
Các dịch vụ mới: Tiếp tục phát triển các dịch vụ hiện tại như thoại cơ
bản, thoại qua IP, Internet các dịch vụ trả trước, các dịch vụ gia tăng... sẽ
phát triển các dịch vụ băng rộng tốc độ cao như dịch vụ sử dụng công nghệ
ADSL: Truy nhập internet, VoD, truyền hình, các dịch vụ theo yêu cầu,
VoDSL... mạng VPN, dịch vụ chứng thực điện tử, thuê kênh tốc độ cao, các
dịch vụ thông minh IN trong mạng di động, cung cấp dịch vụ 3G cho di động
như truy nhập internet tốc độ cao cho di động Video Streaming, nhắn tin đa
phương tiện MMS... đặc biệt đầu tư phát triển các dịch vụ IN đối với mạng
thoại PSTN để cung cấp các dịch vụ thông minh cho thuê bao cố định là
mạng hiện đang có số thuê bao lớn.
Mạng lưới phát triển mạnh mẽ và phương thức khai thác mới tối ưu
sẽ tạo thế mạnh vững chắc cho VNPT trong môi trường cạnh tranh.
Các dịch vụ NGN cung cấp
NGN (Next Generation Network) là mạng viễn thông đang được ứng
dụng mạnh mẽ trên thế giới với sự kết hợp với 3 mạng cơ sở hiện nay là
viễn thông, truyền thông, Internet, mạng này cho phép hỗ trợ mọi phương
thức truyền thông tin như âm thanh, dữ liệu, hình ảnh và đảm bảo cung cấp
mọi dịch vụ, đáp ứng nhu cầu của người sử dụng điện thoại, truyền số liệu,
Internet, truyền hình phát thanh, giải trí qua mạng… Trên cùng một công
nghệ IP là điểm mạnh của NGN. Tập đoàn Bưu Chính Viễn Thông Việt
Nam (VNPT) đang đưa NGN vào hoạt động với mục tiêu tạo thêm nhiều
dịch vụ mới đáp ứng nhu cầu sử dụng của khách hàng ngày càng cao,
NGN đang là mục tiêu của nhiều nhà khai thác viễn thông trên thế giới, khả
năng cung cấp đa dịch vụ.
Ưu điểm lớn nhất của NGN là cho phép triển khai các dịch vụ một
cách nhanh chóng và đa dạng, đáp ứng sự hội tụ giữa thông tin thoại,
truyền dữ liệu và Inernet, giữa cố định và di động… với giá thành thấp.
Những ưu điểm này giúp cho mạng NGN cũng cho phép truy suất toàn cầu,
tích hợp nhiều công nghệ mới, ứng dụng mới, và mở đường cho các cơ hội
kinh doanh phát triển của khách hàng.
Ngoài những ưu điểm trên, ứng dụng của NGN cho phép giảm thiểu
thời gian đưa dịch vụ mới ra thị trường và nâng cao hiệu xuất sử dụng
Khoá luận tốt nghiệp 62
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
truyền dẫn thêm vào đó, NGN cũng cho phép những nhà cung cấp dịch vụ
tăng cường khả năng kiểm soát, bảo mật thông tin của khách hàng, đáp
ứng được hầu hết các nhu cầu của nhiều đối tượng sử dụng như doanh
nghiệp, văn phòng…
Với nhà cung cấp dịch vụ, NGN đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kinh
doanh mới của khách hàng, linh hoạt sử dụng các giao dịch điện tử đa truy
nhập, đa giao thức để cung cấp các dịch vụ cho khách hàng mà không phụ
thuộc vào nhiều nhà cung cấp thiết bị và khai thác mạng lưới. Dựa trên nền
mạng NGN Tổng công ty Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) đã giới
thiệu tới người sử dụng cùng một lúc 8 dịch vụ mới như sau:
- Dịch vụ điện thoại cố định trả tiền trước 1719
Đây là dịch vụ gọi điện thoại nội hạt, nội tỉnh, đường dài trong nước
và quốc tế với hình thức khách hàng mua thẻ mệnh giá để sử dụng, trên
cùng một thẻ mệnh giá khách hàng có thể lựa chọn cuộc gọi chất lượng
cao VoIP 64 kbit/s hoặc cuộc gọi giá thấp VoIP 8 kbit/s. Dịch vụ điện thoại
trả trước giúp khách hàng quản lý được số tiền sử dụng dịch vụ.
- Dịch vụ báo cuộc gọi từ Internet (Call Waiting Internet)
Dịch vụ này cho phép nhận các cuộc gọi đến trong khi đang truy nhập
Internet thông qua đường dây điện thoại, khi sử dụng dịch vụ khách hàng
sẽ được cung cấp một đường kết nối ảo thứ 2 và có thể quản lý toàn bộ các
cuộc gọi đến trong khi đang sử dụng Internet.
- Dịch vụ Webdial page
Dịch vụ Webdial page cho phép người sử dụng dịch vụ thực hiện
cuộc gọi từ một trang web trên Internet (Webdial Page Server) tới một thuê
bao PSTN. Cuộc gọi có thể là Phone – to – Phone hoặc PC – to – Phone.
Muốn sử dụng dịch vụ này khách hàng cần có một máy điện thoại,
một máy tính kết nối Internet và phải đang ký sử dụng dịch vụ Webdial
Page, người sử dụng sẽ được cấp một username và password để truy nhập
vào website Webdial Page.
Người sử dụng truy nhập vào Webdial Page Server qua mạng
Internet và sử dụng username và password để đăng nhập vào. Sau đó, tuỳ
theo thông tin người sử dụng điền vào sẽ có hai kiểu thực hiện cuộc gọi PC
– to – Phone và Phone – to – Phone.
- Dịch vụ điện thoại miễn phí đường dài 1800 (1800 Tollfree)
Dịch vụ này cho phép thực hiện cuộc gọi miễn phí tới nhiều đích khác nhau
thông qua một số truy nhập thống nhất trên mạng với cước phí thuê bao gọi
Khoá luận tốt nghiệp 63
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
bằng cuộ gọi nội hạt. Cước phí đường dài của cuộc gọi sẽ được tính cho
thuê bao đăng ký dịch vụ 1800
Dịch vụ Tollfree đáp ứng nhu cầu của các doanh nghiệp cung cấp
sản phẩm hoặc dịch vụ và các tổ chức mang tính xã hội như các công ty
quảng cáo…có số lượng khách hàng đông đảo. Các thuê bao sử dụng dịch
vụ Tollfree sẽ được tăng khả năng tiếp xúc với khách hàng, tạo điều kiện
cho thuê bao thực hiện tốt hơn việc tiếp thị sản phẩm và dịch vụ qua đó
chăm sóc khách hàng của mình được tốt hơn.
- Dịch vụ thông tin giải trí 1900 (1900 Premium Rate Service)
Dịch vụ này được cung cấp bởi nhà khai thác viễn thông và công ty
cung cấp dịch vụ thông tin cho khách hàng. Người sử dụng dịch vụ gọi điện
đến một số điện thoại dễ nhớ do nhà khai thác viễn thông cung cấp để nghe
thông tin (thể thao, thời tiết…) của công ty cung cấp dịch vụ thông tin. Mức
cước cuộc gọi sẽ được thu cao hơn cước điện thoại thông thường và tiền
cước thu được của người sử dụng được chia theo công thức thoả thuận
giữa nhà khai thác và công ty cung cấp thông tin. Với dịch vụ này nhà cung
cấp thông tin dễ dàng cung cấp các loại thông tin cho khách hàng của mình.
- Mạng riêng ảo.
Dịch vụ mạng riêng ảo cung cấp kết nối mạng riêng ảo (LAN/ WAN)
cho khách hàng dựa trên công nghệ đường dây thuê bao số loại xDSL với
ưu điểm kết nối đơn giản chi phí thấp, khách hàng chỉ cần đăng ký các điểm
và tốc độ kết nối theo nhu cầu sử dụng.
2.2.9 Kết luận
Việc xây dựng mạng NGN là xu hướng phát triển tất yếu của viễn
thông thế giới và Việt Nam cũng không nằm ngoài xu hướng ấy. Trên đây là
một số giải pháp và cấu trúc NGN của một số nhà cung cấp và tổ chức
quốc tế và mô hình phát triển NGN của VNPT hiện nay.
Khoá luận tốt nghiệp 64
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
CHƯƠNG 3
ỨNG DỤNG MPLS TRÊN MẠNG ĐƯỜNG TRỤC NGN
Việc triển khai công nghệ mạng MPLS hay công nghệ mạng khác cần
được cân nhắc kỹ trước khi tiến hành. Cũng như vậy đối với MPLS. Tuy
được coi là công nghệ mạng tân tiến giải quyết được nhiều nhược điểm của
IP, ATM nhưng không co nghĩa là MPLS đã được công nhận như một giải
pháp duy nhất cho mạng thế hệ sau ( NGN ).
Trước khi đi vào phân tích khả năng ứng dụng công nghệ MPLS
trong mạng thế hệ sau của chúng ta cần xem xét một số vấn đề kỹ thuật và
kinh tế sau đây:
- Độ an toàn và ổn định của công nghệ MPLS.
- Vị trí của MPLS trong các mô hình chuyển mạch đa dịch vụ MSF
- Tính khả thi của công nghệ: sản phẩm thương mại và khả năng
tương thích với các công nghệ khác hiện có.
- Tốc độ triển khai nhanh hay chậm: tính đơn giản khi triển khai.
- Khả năng triển khai các ứng dụng, dịch vụ mới như VPN, Data,
Video…
- Vận hành, khai thác bảo dưỡng các thiết bị MPLS.
- Giá thành thiết bị.
Các khía cạnh kỹ thuật quan trọng trong việc triển khai công nghệ
MPLS trong mạng NGN.
3.1. Các công nghệ và triển vọng triển khai
Trên cơ sở định hướng phát triển của NGN đến năm 2010, có thể
xem xét triển khai một số công nghệ chuyển mạch như sau:
* Công nghệ chuyển mạch IP
* Công nghệ chuyển mạch ATM
* Công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS
* Công nghệ chuyển mạch Lamda (quang)
Mỗi công nghệ sẽ có ưu nhược điểm nhất định, tuy nhiên trước khi đi
vào phân tích ưu nhược điểm của mỗi công nghệ chúng ta cần nhấn mạnh
môi trường triển khai tại Việt Nam như sau:
* Các ứng dụng IP còn rất hạn chế, chủ yếu là WWW và một số dịch
vụ VoIP cơ bản đầu tiên. Mạng Internet cơ bản là mạng các bộ định tuyến.
Khoá luận tốt nghiệp 65
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
* Chưa có hạ tầng cơ sở ATM. Mạng ATM của Việt Nam chưa được
thiết lập mặc dù đã có xuất hiện tại một số địa phương như Hà Nội,…
* Mạng chuyển tiếp khung (FR) không phát triển mạnh, chủ yếu phục
vụ cho dịch vụ kênh thuê riêng.
* Mạng X.25 rất hạn chế
Như vậy có thể khẳng định được:
* Mạng được xây dựng sẽ là một mạng hoàn toàn mới, xây dựng từ
đầu.
* Quy mô và phương thức thực hiện: Quy mô rộng, triển khai từ mạng
đường trục đến mạng truy nhập.
* Các dịch vụ cơ bản ban đầu: Internet tốc độ cao, VoIP, kênh thuê
riêng, VPN, các ứng dụng thương mại điện tử, truyền số liệu, video, đa
phương tiện.
3.1.1 Công nghệ IP
mỗi nút mạng tính toán mạng chuyển tin một cách độc lập. Phương
thức này, do vậy yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả
các nút phải nhất quán với nhau. Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn
đến việc chuyển gói tin sai hướng, điều này đồng nghĩa với việc mất gói tin.
Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng. Ví dụ,
với phương thức này, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ đi qua
cùng một nút thì chúng sẽ được truyền qua cùng một điểm tới đích. Điều
này khiến cho mạng không thể thực hiện một số chức năng khác như định
tuyến theo đích, theo dịch vụ.
Tuy nhiên, bên cạnh đó, phương thức định tuyến và chuyển tin này
nâng cao độ tin cậy cũng như khả năng mở rộng của mạng. Giao thức định
tuyến động cho phép mạng phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến
khi router biết được sự thay đổi về topo mạng qua việc cập nhật thông tin
về trạng thái kết nối. Với các phương thức như CDIR (Classless Inter
Domain Routing), kích thước của bản tin được duy trì ở mức chấp nhận
được, và do việc tính toán định tuyến đều được các nút tự thực hiện nên
mạng có thể mở rộng mà không cần bất cứ thay đổi nào.
Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong
mạng. Do vậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo
Khoá luận tốt nghiệp 66
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
mạng, thông tin về nguyên tắc chuyển tin và nó phải có khả năng hoạt động
trong môi trường mạng gồm nhiều nút. Kết quả tính toán của cơ cấu định
tuyến được lưu trong các bảng chuyển tin (Forwarding table) chứa thông tin
về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới hướng đích.
Dựa trên các bản chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói
IP tới hướng đích. Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng
một. Ở cách này,
Sự phát triển đột biến của IP, sự tăng trưởng theo cấp số nhân của
thuê bao Internet đã là một thực thể không ai có thể phủ nhận. Hiện nay,
lượng dịch vụ lớn nhất trên các mạng đường trục trên thực tế đều là từ IP.
Trong công tác tiêu chuẩn hoá các loại kỹ thuật, việc bảo đảm tốt hơn cho
IP đã trở thành trọng điểm của công tác nghiên cứu.
IP là giao thức chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp gói tin thực hiện
theo cơ chế phi kết nối. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin,
cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gói tin
IP gồm địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và
mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tới đích.
Ưu điểm: Đơn giản, đã chuẩn hóa, mức độ phổ biến rộng, được coi là
công nghệ của tương lai. Những nghiên cứu gần đây chỉ ra khả năng sử dụng
IP trực tiếp trên nền công nghệ quang và những sửa đổi giao thức IP đảm bảo
chất lượng dịch vụ mới đã tạo tiền đồ cho khả năng chiếm lĩnh thị trường của
công nghệ này trong tương lai.
Nhược điểm: Với định tuyến IP truyền thống, chất lượng dịch vụ chỉ
dừng lại ở mức độ nỗ lực tối đa. Không có khả năng hỗ trợ các dịch vụ thời
gian thực như thoại hay video chất lượng cao. Để có thể hỗ trợ các dịch vụ
này cần bổ sung các giao thức điều khiển chất lượng dịch vụ như RSVP hay
chuyển sang IPv6.
3.1.2 Công nghệ ATM
Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói,
thông tin được nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, trong đó vị trí của
gói không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kì của
Khoá luận tốt nghiệp 67
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
kênh trước. Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và
dịch vụ khác nhau.
ATM có hai đặc điểm quan trọng :
- Thứ nhất ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là
các tế bào ATM, các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền
lan và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ
tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn.
- Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường
ảo nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng.
ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm. Nó là công nghệ chuyển
mạch hướng kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập
trước khi thông tin được gửi đi. ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập
bằng nhân công hoặc thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu. Mặt
khác, ATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian. Tuyến kết nối
xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu và được giữ cố định
trong suốt thời gian kết nối. Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng đài
ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn. Việc này thực hiện hai điều:
dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi
tổng đài. Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về
các kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài. Điều này khác với thông tin về
toàn mạng chứa trong bảng chuyển tin của router dùng IP.
Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc
chuyển gói tin qua router. Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn
vì nhãn gắn trên cell có kích thước cố định (nhỏ hơn của IP), kích thước
bảng chuyển tin nhỏ hơn nhiều so với của IP router, và việc này được thực
hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng. Do vậy, thông lượng của
tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP router truyền thống.
Ưu điểm: Là công nghệ trong giai đoạn chín muồi, được chuẩn hóa bởi
ITU-T và Diễn đàn ATM (ATM-forum), có khả năng hỗ trợ IP qua ATM nhưng
chỉ là sự kết hợp mà chưa phải là sự tích hợp IP và ATM.
Khoá luận tốt nghiệp 68
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Nhược điểm: Giá thành cao, giao thức điều khiển (MPOA) phức tạp
hơn so với IP truyền thống. Việc tạo thêm một lớp ATM của các ứng dụng IP
sẽ làm hạn chế rất nhiều khả năng của IP.
3.1.3 Công nghệ MPLS
Đối với các nhà thiết kế mạng mà nói, sự phát triển nhanh chóng, sự
mở rộng không ngừng của mạng Internet, sự tăng vọt của lượng dịch vụ
cũng như sự phức tạp của các loại hình dịch vụ, đã dần dần làm cho mạng
viễn thông hiện tại không còn kham nổi. Một mặt, các nhà khai thác than
phiền khó kiếm được lợi nhuận, nhưng mặt khác thì thuê bao lại kêu ca là
giá cả quá cao, tốc độ thì quá chậm. Thị trường bức bách đòi hỏi có một
mạng tốc độ cao hơn, giá cả thấp hơn. Đây chính là nguyên nhân căn bản
để ra đời một loạt các kỹ thuật mới, trong đó có MPLS.
Bất kể kỹ thuật ATM từng được coi là nền tảng của mạng số đa dịch
vụ băng rộng (B-ISDN), hay là IP đạt thành công lớn trên thị trường hiện
nay, đều tồn tại nhược điểm khó khắc phục được. Sự xuất hiện của MPLS -
kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức đã giúp chúng ta có được sự chọn
lựa tốt đẹp cho cấu trúc mạng thông tin tương lai. Phương pháp này đã
dung hợp một cách hữu hiệu năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị
chuyển mạch với tính linh hoạt của bộ định tuyến. Hiện nay, càng có nhiều
người tin tưởng một cách chắc chắn rằng MPLS sẽ là phương án lý tưởng
cho mạng đường trục trong tương lai.
MPLS tách chức năng của IP router làm hai phần riêng biệt : chức
năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói
tin, với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn
tương tự như ATM. Trong MPLS, nhãn là một số có độ dài cố định và
không phụ thuộc vào lớp mạng. Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc
tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói
và tìm nhãn mới của nó. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói
tin theo kiểu thông thường, do vậy cải thiện được khả năng của thiết bị. Các
router sử dụng kỹ thuật này được gọi là LSR (Label Switch Router). Phần
chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp
Khoá luận tốt nghiệp 69
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn
để chuyển thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển
mạch. MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet
khác như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Bateway
Protocol). Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập
tuyến cố định, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn
khả thi. Đây là một điểm vượt trội của MPLS so với các định tuyến cổ điển.
Ngoài ra MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến (Fast rerouting). Do
MPLS là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, khả năng bị ảnh hưởng
bởi lỗi đường truyền thường cao hơn các công nghệ khác. Trong khi đó,
các dịch vụ tích hợp mà MPLS phải hỗ trợ lại yêu cầu dung lượng cao. Do
vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của
mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên dưới.
Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến cho việc quản lý
mạng được dễ dàng hơn. Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng
thông tin, các gói tin thuộc một FEC có thể được xác định bởi một giá trị của
nhãn. Do vậy, trong miền MPLS, các thiết bị đo lượng mạng có thể dựa trên
nhãn để phân loại các gói tin. Lưu lượng đi qua các tuyến chuyển mạch
nhãn (LSP) được giám sát một cách dễ dàng dùng RTFM (Real Time Flow
Measurement). Bằng cách giám sát lưu lượng tại các LSR, nghẽn lưu
lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể được xác
định nhanh chóng. Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương pháp này
không đưa ra được toàn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ như trễ từ
điểm đầu đến điểm cuối của miền MPLS)
Ưu điểm: Đơn giản, tích hợp định tuyến và chuyển mạch, điều khiển
định tuyến trên nền tảng IP, chuyển mạch trên nền ATM, hỗ trợ chất lượng
dịch vụ chấp nhận được (cao hơn DiffServ, thấp hơn ATM). Giá thành hợp lý.
Nhược điểm: Giá thành cao hơn IP truyền thống, thấp hơn ATM,
chuẩn hóa đang trong giai đoạn tiếp tục phát triển.
Theo dự kiến, quá trình phát triển của giao thức trong mạng lõi được dự
báo như sau:
Khoá luận tốt nghiệp 70
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Giai đoạn 2003-2005: IP/MPLS qua SONET/SDH sang cáp
quang
Giai đoạn sau 2005: IP/MPLS qua cáp quang trực tiếp
3.2 Các giải pháp ứng dụng MPLS
Chúng ta sẽ phân tích giải pháp ứng dụng công nghệ MPLS trên nền
mạng NGN của tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT). Điều này
cũng không làm giảm đi tính tổng quát bởi đây là nhà khai thác lớn nhất Việt
Nam và trong tương lai vẫn sẽ là công ty giữ vai trò chủ lực quyết định đến
hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia.
Từ những phân tích trên chúng ta có thể nhận thấy:
- Công nghệ MPLS hoàn toàn phù hợp với định hướng phát triển của
mạng Viễn thông VNPT đến năm 2010.
- Việc lựa chọn MPLS sẽ giải quyết rất tốt những ứng dụng IP và
chuyển mạch, định tuyến; các thiết bị chuyển mạch, định tuyến sẽ thực hiện
chức năng chuyển mạch, định tuyến thuần túy. Phần điều khiển sẽ liên
quan trực tiếp đến các giao thức điều khiển như UNI, PNNI cho ATM; CR-
LDP, RSVP cho MPLS; RIP, BGP, OSPF,… cho IP. Các chức năng liên
quan đến diều khiển phương tiện truy nhập và điều khiển cuộc gọi đều do
chuyển mạch mềm đảm nhận.
Các mô hình mạng đường trục ứng dụng công nghệ chuyển
mạch nhãn đa giao thức ( MPLS ).
Đối với việc triển khai công nghệ MPLS về cơ bản có thể chia làm 3
giải pháp chính như sau.
- Triển khai MPLS cho mạng lõi ( các tổng đài chuyển tiếp vùng ).
- Triển khai MPLS cho các tổng đài đa dịch vụ tại các vùng lưu lượng,
mạng lõi sử dụng tổng đài ATM.
- Mạng lõi và các tổng đài đa dịch vụ sử dụng MPLS.
3.2.1 Mô hình 1: MPLS trong mạng lõi.
Triển khai các thiết bị MPLS tại lớp trục của mạng thế hệ sau cho các
giai đoạn phát triển theo định hướng tổ chức mạng viễn thông của VNPT
đến năm 2010. Kế hoạch được tiến hành như sau.
* Giai đoạn đến năm 2003:
Triển khai các thiết bị chuyển mạch nhãn ( LSR ) tại Hà Nội, Đà Nẵng
và TP Hồ Chí Minh với hai trung tâm điều khiển ở Hà Nội và TP Hồ Chí
Minh. Tất cả các trung kế của các nút này đều sử dụng MPLS. Như vậy các
nút truyền tải này đóng vai trò LSR lõi
Khoá luận tốt nghiệp 71
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Tại một số tỉnh thành phố trọng điểm như: Hải Phòng, Quảng Ninh,
Đà Nẵng, Khánh Hoà, Vũng Tàu, Bình Dương, Cần Thơ…ta trang bị các
tổng đài đa dịch vụ ATM+IP hỗ trợ cổng MPLS..
* Giai đoạn 2004-2005.
Triển khai thêm 2 LSR lõi tại 2 vùng lưu lượng mới xuất hiện, hình
thành hoàn chỉnh 2 mặt chuyển tải MPLS ( A và B ).
Bổ xung nút điều khiển tại Đà Nẵng, tạo 3 vùng điều khiển riêng biệt.
Không mở rộng phạm vi mạng MPLS xuống cấp vùng.
* Giai đoạn 2006-2010.
Hoàn chỉnh các nút điều khiển ( 5 vùng điều khiển ).
Mở rộng phạm vi MPLS xuống cấp vùng.
Hình 3.1: Cấu hình tổ chức mạng MPLS phương án 1 đến 2005
Các ưu, nhược điểm của mô hình này.
- Ưu điểm :
+ Đơn giản trong tổ chức và triển khai.
Khoá luận tốt nghiệp 72
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
+ Thống nhất được với phương án tổ chức mạng NGN là tách biệt
chức năng lớp truyền tải và điều khiển.
+ Sản phẩm thương mại đã có trên thị trường.
+ Kết nối với cấp vùng ( các tổng đài đa dịch vụ ) thông qua giao diện
+ + MPLS hay ATM 155 Mbit/s hay 622 Mbit/s rất đơn giản do bản thân các
thiết bị có thể khai báo MPLS hay ATM trên cùng một cổng vật lý
- Nhược điểm :
+ Chi phí đầu tư ban đầu cao.
+ Cần xác định rõ hơn chất lượng dịch vụ QoS đặc biệt đối với các
dịch vụ thoại khi lưu lượng thoại ( PSTN ) được chuyển tiếp qua mạng
MPLS.
3.2.2 Mô hình 2: ATM lõi, MPLS ở các tổng đài đa dịch vụ
Công nghệ chuyển mạch ATM được sử dụng trong mạng đường trục,
công nghệ MPLS được sử dụng tại các tổng đài đa dịch vụ của mạng thế
hệ sau cho các giai đoạn phát triển theo định hướng tổ chức mạng Viễn
thông của VNPT đến năm 2010.
* Giai đoạn đên năm 2003:
Triển khai 3 tổng đài ATM lõi cho 3 vùng ở Hà Nội, Đà Nẵng và TP
Hồ Chí Minh. Các kết nối có thể là PVC hoặc SVC.
Tại một số tỉnh thành, thành phố trọng điểm như: Hải Phòng, Quảng
Ninh, Huế, Đà Nẵng, Khánh Hoà, Vũng Tàu, Bình Dương, Cần Thơ…trang
bị các tổng đài đa dịch vụ. Các tổng đài này sử dụng công nghệ MPLS.
* Giai đoạn 2004-2005:
Trang bị thêm 2 nút tổng đài ATM tại 2 vùng lưu lượng Hà Nội và TP
Hồ Chí Minh hình thành hoàn chỉnh 2 mảng chuyển tải ATM ( A và B ).
Bổ sung nút điều khiển tại Đà Nẵng, tạo thành 3 vùng điều khiển
riêng biệt.
* Giai đoạn 2006-2010:
Hoàn chỉnh các nút điều khiển cho 5 vùng lưu lượng ( 5 vùng điều
khiển)
Khoá luận tốt nghiệp 73
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Hình 3.2: Cấu hình tổ chức mạng MPLS phương án 2 đến 2005
Các ưu nhược điểm của mô hình:
- Ưu điểm:
+ Thống nhất được với phương án tổ chức mạng NGN là tách biệt
chức năng lớp điều khiển và chuyển tải.
+ Sản phẩm thương mại đã có trên thị trường, đặc biệt các tổng đài
ATM loại mới có khả năng nâng cấp hỗ trợ MPLS chỉ bằng phần mềm.
+ Kết nối với cấp vùng ( các tổng đài đa dịch vụ MPLS ) thông qua
giao diện ATM 155Mbit/s hay 622Mbit/s.
- Nhược điểm:
+ Không phát huy hết ưu điểm của công nghệ MPLS trên toàn mạng
+ Cần giải quyết vấn đề hợp nhất VC và bộ đệm của các tổng đài
ATM trên mạng đường trục khi triển khai MPLS tại các thành phố trọng
điểm.
+ Giá thành các thiết bị MPLS nói chung vẫn còn cao nên nếu đầu tư
quy mô lớn thì chi phí ban đầu cao.
Khoá luận tốt nghiệp 74
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
+ Việc triển khai MPLS ở lớp đa truy cập đa dịch vụ làm phức tạp quá
trình điều khiển cuộc gọi bởi nút điều khiển sẽ phải chuyển đổi hoặc sử
dụng nhiều giao thức thiết lập cuộc gọi.
3.2.3 Mô hình 3: Mạng MPLS hoàn toàn:
Sử dụng công nghệ MPLS trong mạng chuyển tiếp cấp đường trục và
cấp vùng của mạng NGN cho các giai đoạn phát triển theo định hướng tổ
chức mạng Viễn thông của VNPT đến năm 2010 được dự kiến triển khai
như sau.
* Giai đoạn đến năm 2003:
Triển khai 3 LSR lõi tạiu Hà Nội, Đà Nẵng và tp Hồ Chí Minh. Tất cả
các trung kế của tổng đài này đều sử dụng MPLS.
Tại một số tỉnh thành phố trọng điểm như: Hải Phòng, Quảng Ninh,
Đà Nẵng, Khánh Hoà, Vũng Tàu, Bình Dương, Cần Thơ…trang bị các tổng
đài đa dịch vụ, các tổng đài này được coi là các LSR biên.
* Giai đoạn 2004-2005:
Chuyển 2 LSR vùng Hà Nội và TP Hồ Chí Minh trở thành 2 lõi, hình
thành hoàn chỉnh 2 mảng truyền tải MPLS ( A và B ).
Bổ xung nút điều khiển tại Đà Nẵng, tạo 3 vùng điều khiển riêng biệt.
* Giai đoạn 2006-2010:
Hoàn chỉnh 5 nút điều khiển cho 5 vùng lưu lượng ( 5 vùng điều khiển
)
Mở rộng phạm vi MPLS tại các vùng mới xuất hiện.
Khoá luận tốt nghiệp 75
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Hình 3.3: Cấu hình tổ chức mạng MPLS phương án 3 đến 2005
- Ưu điểm:
+ Đơn giản trong tổ chức và triển khai.
+ Thống nhất được với phương án tổ chức mạng NGN là tách biệt
chức năng lớp điều khiển và chuyển tải.
+ Sản phẩm thương mại đã có trên thị trường
+ Đảm bảo mạng MPLS xuyên suốt đối với các dịch vụ như Internet,
truyền số liệu, VPN tại một số địa phương có nhu cầu cao.
+ Phương án tổ chức mạng điều khiển tương đối đơn giản vì ít hoặc
không có yêu cầu thay đổi giao thức điều khiển.
+ Khả năng nâng cấp thiết bị được dự báo trước nên hiệu quả đầu tư
và khai thác thiết bị cao.
- Nhược điểm:
Khoá luận tốt nghiệp 76
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Chi phí đầu tư ba đầu cao.
3.3 Một số nhận xét:
- Giải pháp 1 tương đối hợp lý về tổ chức mạng cũng như khả năng
tương thích với công nghệ hiện đang sử dụng cho mạng Internet, mạng
PSTN. Tuy nhiên, cần lưu ý đến vấn đề MPLS hoặc ATM được hỗ trợ chủ
yếu bởi phần điều khiển và các thủ tục đi kèm.
- Giải pháp 2 phức tạp về tổ chức và nâng cấp mà cũng không giảm
được chi phí đầu tư.
- Giải pháp 3 có nhiều ưu điểm hơn, phát huy khả năng điều khiển
lưu lượng ưu việt của công nghệ MPLS, dịch vụ VPN chất lượng xuyên
suốt có thể được cung cấp ngay. Tuy nhiên chi phí đầu tư ban đầu cao
nhưng có thể xem xét triển khai các tổng đài đa dịch vụ công nghệ MPLS
theo từng vùng hoặc có chọn lựa để bảo đảm cấp truy cập cho MPLS để
giảm chi phí đầu tư ban đầu.
- Với mô hình 1 và 3, do mạng đường trục của VNPT phải đảm nhận
chức năng kết nối cổng quốc tế nên cần giải quyết kết nối quốc tế khi mạng
MPLS quốc tế chưa hình thành, có thể giải quyết bằng việc bổ sung khố
TGW để kết nối đến cổng quốc tế hiện nay cho các dịch vụ PSTN, các dịch
vụ Internet hay truyền số kiệu IP có thể được kết nối trực tiếp đi quốc tế qua
cổng ATM. Với mô hình 2 cần xác định ché độ hoạt động tế bào cho các
tổng đài đa dịch vụ sử dụng MPLS vì mạng đường trục đã sử dụng công
nghệ ATM, các tổng đài ATM phả có khả năng hỗ trợ MPLS trở thành các
ATM-LSR
Khoá luận tốt nghiệp 77
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
KẾT LUẬN
Với những ưu điểm vượt trội, MPLS được xem là công nghệ đầy hứa
hẹn trong mạng viễn thông thế hệ kế tiếp NGN. Sau một thời gian học tập
tìm hiểu, bản khoá luận tốt nghiệp đã tổng kết được một số vấn đề sau:
Xu hướng phát triển dịch vụ và công nghệ mạng trong đó chỉ ra
ưu nhược điểm của các mạng IP và ATM dẫn tới sự xuất hiện
công nghệ MPLS, những sở cứ để lụa chọn công nghệ MPLS.
Các vấn đề kỹ thuật của công nghệ MPLS.
Khả năng ứng dụng của MPLS trong mạng NGN của Tổng
công ty BCVT Việt Nam.
Công việc nghiên cứu về công nghệ MPLS vẫn đang được các tổ
chức tiếp tục nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện tiêu chuẩn. Việc hoàn
thiện các tiêu chuẩn có vai trò quan trọng đối với các nhà sản xuất thiết bị,
cũng như các nhà cung cấp mạng.
Mạng viễn thông Vi ệt Nam đã kịp thời ứng dụng công nghệ MPLS tr
ên mạng lõi NGN, đang mở rộng ra những ứng dụng MPLS ở mạng biên và
mạng riêng ảo bởi nhiều ưu điểm của công nghệ này.
Vì thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế bản luận v ăn này chắc
còn nhiều thiếu sót mong được các thầy cô chỉ bảo. Xin trân trọng cảm ơn
Khoá luận tốt nghiệp 78
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
TÀI LIỆU THAM KH ẢO
[1]: Phùng Văn Vận, Đỗ Mạnh Quyết, Nguyễn Tất Đắc “ Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ”. Nhà sản xuất bưu điện Hà Nội năm 2003.
[2]: Ngô Thị Khánh Ly “Xây dựng mô hình mạng đường trục ứng dụng công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ”, luận văn thạc sĩ Hà Nội- 2005.
[3]: Học viện công nghệ Bưu chính-Viễn thông trung tâm đào tạo Bưu chính Viễn thông I. Bài giảng “ Tổ chức mạng viễn thông và các dịch vụ ” Hà Nội-2005.
[4]: Tổng hợp tài liệu từ Internet.
[5]:Tạp chí “Bưu chính viễn thông và công nghệ thông tin” “2004,2005”-Bộ bưu chính viễn thông
Khoá luận tốt nghiệp 79
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
MỤC LỤC
Lời mở đầu .................................................................................................1
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa
giao thức MPLS........................................................................................... . .2
1.1. Quá trình hình thành và phát triển.........................................................2
1.1.1. Các động lực ra đời của chuyển mạch nhãn................................2
1.1.2. Lịch sử phát triển của MPLS.........................................................3
1.1.3. Quá trình chuẩn hoá MPLS...........................................................4
1.1.4. Nhóm làm việc MPLS trong IETF..................................................4
1.2. Các thành phần của MPLS...................................................................6
1.2.1. Khái quát MPLS............................................................................. . .6
1.2.2. Các khái niệm cơ bản của MPLS..................................................8
1.2.3. Các thành phần cơ bản của mạng MPLS
13
1.3. Các giao thức của MPLS
15
1.3.1. Giao thức phân phối nhãn
15
1.3.2. Giao thức phân phối nhãn dựa trên ràng buộc
22
1.3.3. Giao thức giành trước tài nguyên
24
1.3.4. Giao thức MPLS – BGP
27
1.4. Hoạt động của MPLS............................................................................
27
1.4.1. Chế độ hoạt động khung
29
1.4.2. Chế độ hoạt động tế bào
31
1.4.3. Hoạt động của MPLS khung trong mạng ATM – LSR
34
Khoá luận tốt nghiệp 80
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
1.5. Các ưu điểm của MPLS
35
1.6. Ứng dụng của MPLS.............................................................................
36
Chương 2: Giới thiệu cấu trúc mạng đường trục của Việt Nam...........38
2.1. Cấu trúc vật lý mạng viễn thông ...........................................................38
2.1.1. Khái niệm về mạng viễn thông......................................................38
2.1.2. Các đặc điểm của mạng viễn thông hiện nay...............................39
2.1.3. Mạng viễn thông công cộng (PSTN).............................................40
2.2. Cấu trúc mạng viễn thông NGN............................................................44
2.2.1. Định nghĩa mạng NGN..................................................................44
2.2.2. Các yếu tố thúc đẩy tiến tới mạng NGN........................................45
2.2.3. Yêu cầu để phát triển NGN...........................................................46
2.2.4. Cấu trúc chức năng.......................................................................47
2.2.5. Các thành phần của NGN.............................................................50
2.2.6. Kết nối mạng NGN với mạng truyền thống ..................................54
2.2.7. Lộ trình chuyển đổi........................................................................56
2.2.8. Hệ thống quản lý mạng và dịch vụ................................................58
2.2.9. Kết luận.........................................................................................61
Chương 3: Ứng dụng MPNS trên mạng đường trục NGN.....................62
3.1. Các công nghệ và triển vọng triển khai.................................................62
3.1.1. Công nghệ IP.................................................................................63
3.1.2. Công nghệ ATM............................................................................64
3.1.3. Công nghệ MPLS..........................................................................65
3.2. Các giải pháp ứng dụng MPLS.............................................................67
3.2.1. Mô hình 1 MPLS trong mạng lõi....................................................68
3.2.2. Mô hình 2 ATM lõi.........................................................................70
3.2.3. Mô hình 3 mạng MPLS hoàn toàn.................................................71
3.3. Một số nhận xét.....................................................................................73
Kết luận toàn bài.........................................................................................74
Tài liệu tham khảo......................................................................................75
Khoá luận tốt nghiệp 81
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT
ATM Asynchronous Transfer Mode
Chế độ truyền dẫn không đồng bộ
ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉATMARP ATM Address Resolution
ProtocolGiao thức phân giải địa chỉ ATM
BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng đường biên
CoS Class of Service Lớp dịch vụCLIP Classical IP IP trên ATM CR Constrained Routing Định tuyến cưỡng bứcCR-LDP Constrained Routing-LDP Định tuyến cưỡng bức-LDPCR-LSP Constrained Routing-LSP Định tuyến cưỡng bức-LSPDLCI Data Link Connection Identifer Nhận dạng kết nối liên kết
dữ liệuER Explicit Routing Định tuyến hiệnEGP Edge Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng
biênFR Frame Relay Chuyển tiếp khungFEC Fowarding Equivalent Class Lớp chuyển tiếp tương
đươngIETF Internet Engineering Task
ForceNhóm tác vụ kỹ thuật Internet
IP Internet Protocol Giao thức Internet ISDN Integrated Service Digital
NetworkMạng số tích hợp đa dịch vụ
LAN Local Area Network Mạng cục bộLANE LAN Emulation Mô phỏng LANLDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãnLER Label Edge Router Router biên nhãnLIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãnLSP Label Switched Path Đường dẫn chuyển mạch
nhãnLSR Label Switch Router Router chuyển mạch nhãn
Khoá luận tốt nghiệp 82
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
MG Media Gateway Cổng đa phương tiệnMPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao
thứcMPOA Multiprotocol Over ATM Đa giao thức trên ATM NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếpOSPF Open Shortest Path First Giao thức đường đi ngắn
nhất đầu tiênPID Protocol Identifier Nhận dạng giao thứcPSTN Public Switch Telephone
Network
M¹ng chuyÓn m¹ch tho¹i c«ng céng
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụRESV Resevation Bản tin dành trướcRFC Request For Comment Yêu cầu ý kiếnRSVP Resource Resevation Protocol Giao thức dành trước tài
nguyên SPF Shortest Path First Đường đi ngắn nhất đầu
tiênSTM Synchronous Transmission
ModeChế độ truyền dẫn đồng bộ
SVC Signaling Virtual Circuit Kênh ảo báo hiệuTCP Transission Control Protocol Giao thức điều khiển
truyền dẫnTGW Traffic Gateway Cổng lưu lượngTLV Time To Live Thời gian sốngTLV Type-Leng-Value Kiểu-Chiều dài-Giá trịToS Type of Service Kiểu dịch vụUDP User Datagram Protocol Giao thức lược đồ dữ liệu VC Virtual Circuit Kênh ảoVCI Virtual Circuit Identifier Nhận dạng kênh ảoVNPT Vietnam Post &
TelecommunicationsTổng công ty BCVT Việt Nam
VP Virtual Path Đường ảoVPN Virtual Private Network Mạng riêng ảoVPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảoWAN Wide Area Network Mạng diện rộng
Khoá luận tốt nghiệp 83
Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ
Khoá luận tốt nghiệp 84