Thiết kế mạng cáp quang

Theo quanđiểm của thuê bao, dịch vụ E-LAN làm cho MEN trông giống một mạng LAN ảo.Dịch vụ E-LAN Service có thể cung cấp một CIR Committed Information Rate,kết hợp CBS Committed Burst Siz

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

-TRẦN NGỌC HẢI

THIẾT KẾ MẠNG CÁP QUANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN NGỌC HẢI

THIẾT KẾ MẠNG CÁP QUANG Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRƯƠNG THỊ DIỆU LINH

HÀ NỘI - 2016

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC CÁC BẢNG

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: MÔ HÌNH MẠNG MEN CỦA VIỄN THÔNG HÀ NỘI 3

1 Tổng quan về mạng MEN và các dịch vụ triển khai trên nền MEN 3

1.1 Tổng quan về mạng MEN 3

1.2 Cấu trúc của mạng MEN 6

1.3 Các dịch vụ của MEN 7

1.3.1 Mô hình dịch vụ Ethernet 8

1.3.2 Kết nối Ethernet ảo 9

1.3.3 Kiểu dịch vụ Ethernet 10

2 Mô hình mạng MEN của Viễn thông Hà Nội 13

2.1 Cấu trúc mạng MEN của Viễn thông Hà Nội 13

2.2 Các dịch vụ triển khai trên mạng MEN của Viễn thông Hà Nội 16

CHƯƠNG II: CÁC THUẬT TOÁN ĐỂ THIẾT KẾ MẠNG 26

1 Thuật toán K-MEAN 26

2 Thuât toán K-NN 30

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ MẠNG FTTH 35

1.Bài toán mở rộng mạng MENViễn thông Hà Nội 35

1.1 Bài toán thiết kế mạng Ring Core 36

1.2 Bài toán thiết kế Ring Agg 36

2 Xây dựng chương trình thiết kế mạng 37

2.1 Phân tích các chức năng của hệ thống 40

2.2 Kết quả xây dựng chương trình 48

3 Thử nghiệm chương trình và đánh giá kết luận 51

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu viết

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Kết nối thuê bao số bất

đối xứngAON Active Optical Network Mạng quang chủ độngATM Asynchronous Transfer Mod Chế độ truyền không

đồng bộ

CE Customer Equipment Thiết bị khách hàngCIR Committe Information Rate Tốc độ thông tin cam kếtDSL Digital Subscriber Line Kênh thuê bao số

DSLAM Digital Subscriber Line Access

FE Fast Ethernet Cáp cho mạng 100Mbps

FR Frame Relay Dịch vụ truyền số liệu

mạng diện rộngFTTH Fiber To The Home Mạng cáp quang đến tận

nhà

GE Giga Ethernet Cáp cho mạng 1000MbpsHSI High Speed Internet Internet tốc độ cao

IETF Internet Engineering Task Force Tổ chức kỹ thuật đặc biệt

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ

InternetL2VPN Layer 2 Virtual Private Network Mạng riêng ảo lớp 2L3VPN Layer 3 Virtual Private Network Mạng riêng ảo lớp 3LAN Local Area Network Mạng cục bộ

PE Provider Edge Thiết bị biên của nhà

cung cấpQoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

OPSF Open Shortest Path First Giao thức đường đi ngắn

nhất đầu tiên

PE Provider Edge Thiết bị biên của nhà

cung cấpPON Passive Optical Network Mạng quang thụ độngPSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển

mạch công cộngPVC Permanent Virtual Circuit Kênh ảo được thiết lập cố

địnhMEN Metro Ethernet Network Mạng Ethernet đô thị diện

rộngMPLS Multi-Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa

giao thứcNGN Next Generation Network Mạng thế hệ tiếp theoSDH Synchronous Digital Hierarchy Mạng số đồng bộ

SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộSUP Supervisor Engine Khối vi điều khiển

SIP Session Intiation Protocol Giao thức khởi tạo phiênSHDSL Symetric High-Bit rate Digital

Subscriber Loop

Kết nối DSL đối xứng đa tốc độ

WAN Wide Area Network Mạng diện rộng

WDM Wavelength Division Multiplexing Phương pháp ghép kênh

phân chia dải tầnTCP Transission Control Protocol Giao thức điều khiển

truyền dẫnTDM Time Division Access Truy nhập theo thời gianUNI User-Network Interface Giao diện người sử dụngVDC Vietnam Datacommunication Company Công ty điện toán truyền

số liệuVLAN Virtual Local Area Network Mạng Lan ảo

VPN Virtual Private Network Mạng cá nhân ảo

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1: Cấu trúc kết nối liên mạng MEN 3

Hình 2: Cấu trúc mạng MEN điển hình 7

Hình 3: Mô hình cơ bản 9

Hình 4: E-Line Service sử dụng Point-to-Point EVC 10

Hình 5: Sự tương tự giữa Frame Relay và dịch vụ E-Line 11

Hình 6: Sự tương tự giữa kênh thuê riêng và kiểu dịch vụ E-Line 11

Hình 7: E-LAN Service type dùng Multipoint EVC 12

Hình 8: Quá trình thực hiện khi thêm một UNI vào mạng MAN 12

Hình 9: Tổng quan cấu trúc mạng Viễn thông Hà Nội 13

Hình 10: Sơ đồ mạng Metro Ethernet & XDSL của Viễn thông Hà Nội 14

Hình 11: Cấu trúc mạng MEN Viễn thông Hà Nội 15

Hình 12: MetroNet điểm tới điểm 16

Hình 13 : MetroNet Ethernet điểm tới điểm thiết bị đầu cuối khách hàng sử dụng Ethernet Router hoặc Ethernet Switch L3 17

Hình 14: MetroNet cung cấp KTR Ethernet điểm tới đa điểm 18

Hình 15: MetroNet cung cấp kết nối Internet trực tiếp với VDC 18

Hình 16: MetroNet cung cấp kết nối VPN/VNN liên tỉnh với VDC 19

Hình 17: MetroNet cung cấp kết nối VPN/VNN quốc tế với VDC MetroNet cung cấp kết nối MegaWAN nội tỉnh tốc độ cao 19

Hình 18: MetroNet cung cấp kết nối MegaWAN nội hạt tốc độ cao 20

Hình 19: MetroNet cung cấp kết nối MegaWAN liên tỉnh tốc độ cao 20

Hình 20: MetroNet cung cấp kết nối MegaWAN quốc tế tốc độ cao 21

Hình 21: MetroNet cung cấp kết nối VPN nội tỉnh L2 tốc độ cao 22

Hình 22 : MetroNet cung cấp kết nối dịch vụ FTTH 22

Hình 23: Dịch vụ MyTV 24

Hình 24: Dịch vụ Voice IP IMS 25

Hình 25: Lưu đồ thuật toán K-means 27

Hình 26: Lân cận gần nhất của q là p 31

Hình 27: Minh họa K-NN 32

Hình 28: Sử dụng công cụ Việt bản đồ để tìm đường 38

Hình 29: Sử dụng OpenStreetMap để tìm đường 38

Hình 30: Sử dụng Google Map để tìm đường 39

Hình 31: Biểu đồ phân tích chức năng của công cụ 40

Hình 32: Giao diện chính của chương trình 49

Hình 33: Tab nhập dữ liệu Switch Core 49

Hình 34: Tab nhập dữ liệu Switch Agg 50

Hình 35: Tab nhập dữ liệu Switch Acc 50

Hình 36: Topo mạng tạo bằng chương trình 51

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1: Đặc tả ca sử dụng nhập xuất dữ liệu 41

Bảng 2 Cấu trúc dữ liệu file đầu vào để nhập thiết bị (bước 1 của kịch bản chính) 42

Bảng 3: Đặc tả ca sử dụng tạo topo mạng bằng giải pháp đề xuất 45

Bảng 4: Đặc tả ca sử dụng thiết kế mạng truy nhập 46

Bảng 5: Kết quả thử nghiệm theo kịch bản 1 52

Bảng 6: Kết quả thử nghiệm theo kịch bản 2 52

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cáp quang đang trở thành lựa chọn lý tưởng cho không chỉ mạnglõi mà còn cho cả mạng truy nhập để đáp ứng sự tăng lên nhanh chóng số lượngngười sử dụng đầu cuối cũng như các dịch vụ băng thông rộng như truyền tín hiệuVideo, Chat IP, Video Conference, truyền File dung lượng lớn FTTH (Fiber to theHome) là một giải pháp thiết kế mạng quang cho phép phục vụ nhiều người dùngđầu cuối đồng thời với tốc độ cao FTTH mang tín hiệu từ một nút trung tâm (nútthuộc mạng lõi) tới người dùng đầu cuối thông qua các thiết bị trung gian Côngnghệ triển khai mạng FTTH sử dụng các thiết bị trung gian bị động (không tiêu tốnnăng lượng) gọi là công nghệ PON (Passive Optical Network) và công nghệ sửdụng các thiết bị quang chủ động AON (Active Optical Network) AON có các ưuđiểm như đơn giản khi triển khai, băng thông lớn, ít ảnh hưởng diện rộng khi có lỗi,tính bảo mật cao trong khi PON đòi hỏi chi phí triển khai cũng như chi phí vận hànhthấp

Hiện nay VNPT là một trong những nhà mạng nhà mạng hàng đầu trong lĩnhvực cung cấp dịch vụ băng rộng trong cả nước Theo thống kê cho thấy, ở Viễnthông Hà Nội những năm 2011-1012 là thời điểm bùng nổ dịch vụ băng rông, thuêbao tăng trưởng 160%, trong những năm 2013-1025 thuê bao cũng đều tăng trưởngtrên 100% Như vậy từ năm 2011- nay thuê bao băng rộng của Viễn thông Hà Nộităng trưởng rất mạnh, năm sau gấp đôi năm trước, việc này dẫn đến việc hàng nămđều phải xây dựng mở rộng mạng lưới để đáp ứng như cầu phát triển của dịch vụ.Bài toán thiết kế mở rộng mạng lưới là bài toán cấp thiết hàng năm của Viễn thông

Hà Nội Tuy nhiên việc thiết kế mở rộng mạng ở Viễn thông Hà Nội từ trước đếnnay đều được tiến hành thủ công theo kinh nghiệm của các kỹ sư do thiếu công cụthiết kế chuyên dụng hoặc thuê nhà thầu thiết kế Điều này dẫn đến nhiều sai sót vàlãng phí kinh tế.Vì vậy tác giả nhân thấy sự cần thiết của một công cụ thiết kế mạnggiúp cho việc thiết kế mạng trở nên đơn giản và chính xác hơn Trong khuôn khổ đồ

án này tác giả sẽ xây dựng một công cụ thiết kế mạng và đề xuất lên Viễn thông HàNội để có thể tham khảo và sử dụng vào việc thiết kế mở rộng mạng trong thời giantiếp theo Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên đề tài này không tránh khỏi

thiếu sót, tác giả rất mong nhận được sự quan tâm của các thầy cô, bạn bè và độcgiả Tác giả xin được gửi lời cảm ơn đến:

- PGS.TS Trương Thị Diệu Linh, Giảng viên Viện Công nghệ Thông tin

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội - đã hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn, chỉdạy tận tình để tác giả hoàn thành được đề tài này

- Các bạn lớp cao học CNTT2 khóa 2013B và các đồng nghiêp cùng cơ quan

đã góp ý và giúp đỡ tác giả hoàn thành đề tài này

CHƯƠNG I

MÔ HÌNH MẠNG MEN CỦA VIỄN THÔNG HÀ NỘI

1 Tổng quan về mạng MEN và các dịch vụ triển khai trên nền MEN 1.1 Tổng quan về mạng MEN

MEN (Metro Ethernet Network) là mạng kết nối liên mạng LAN cũng như kếtnối chéo mạng WAN hoặc mạng trục của nhà cung cấp dịch vụ MEN cung cấp cácdịch vụ kết nối trong đô thị dùng Ethernet như là giao thức cốt lõi và có khả năngứng dụng cho mạng diện rộng

Ethernet là một công nghệ nổi tiếng và có hiệu quả chi phí Giao diện Ethernet

có thể phù hợp với các thiết bị viễn thông và truyền số liệu

Trong mạng nội thị MAN (Metropolitan Area Network), tiềm năng và hiệu quảchi phí của Ethernet bao hàm việc tăng dung lượng mạng và mở rộng khoảng dịch

vụ đơn giản và mềm dẻo Mạng MAN với công nghệ Ethernet được gọi là MEN(Metro Ethernet Network)

Trong liên mạng Metro Ethernet được sử dụng cho hai mục đích: Kết nối choInternet cộng cộng và kết nối giữa các vị trí tổ chức ở các vùng địa lý riêng rẽ - mộtứng dụng mở rộng chức năng và hiệu quả của mạng Hình 1 mô tả cấu trúc kết nốiliên mạng MEN

Hình1: Cấu trúc kết nối liên mạng MEN.

- Các kết nối là kết nối điểm-điểm (point – to - point) và kết nối Ethernet với bất

kỳ tốc độ cho phép nào

- Node mạng có thể là chuyển mạch Ethernet hoặc là bộ định tuyến phụ thuộcvào vị trí người sử dụng trong mạng

- Các kết nối diện rộng (WAN) kết nối các mạng MEN trong khoảng cách lớn

- Dịch vụ Ethernet có thể là điểm - điểm (như hình 1), đa điểm - đa điểm hayđiểm - đa điểm Các dịch vụ có thể được phân loại theo băng thông được cungcấp và sử dụng Băng thông có thể dùng riêng hoặc chia sẻ giữa nhiều đầu cuối

và có tốc độ từ 1Mbps đến 1Gbps

- Khả năng phục hồi dịch vụ có thể được cung cấp giữa các đầu cuối khách hàng(như hình 1) hoặc giữa các nút mạng

- Đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS (Quanlity of Service)

Trong vòng ba thập kỷ qua, Ethernet là công nghệ thống lĩnh trong các mạngnội bộ LAN, là công nghệ chủ đạo trong hầu hết các văn phòng trên toàn thế giới vàhiện nay đã được dùng ngay cả trong các hộ gia đình để chia sẽ các đường dây truynhập băng rộng giữa các thiết bị với nhau Lợi thế của Ethernet là công nghệ này đãđược sử dụng phổ biến trên toàn cầu ở các mạng LAN Nhìn chung có khoảng 85%lưu lượng gói số liệu bắt đầu và kết thúc dưới dạng các gói Ethernet Hiện nay trêntoàn thế giới có khoảng 250 triệu cổng Ethernet Do vậy các khách hàng rất quenthuộc và đều cảm thấy tiện ích và dễ tiếp cận với các loại hình dịch vụ được cungcấp bởi công nghệ Ethernet Tác giả xin được điểm qua những ưu nhược điểm củaphát triển Ethernet trong mạng nội thị:

+ Đơn giản về mặt kỹ thuật

- Cung cấp dịch vụ nhanh khi có yêu cầu: Nhìn từ khía cạnh nhà cung cấp dịch

vụ, vận tốc dịch vụ là chìa khóa để cạnh tranh với các đối thủ khác Sự thiếuhụt mềm dẻo của các trung tâm khách hàng cũng như những nổi cộm vềbăng thông của TDM và ATM là những rào cản chính cho việc cung cấp các

dịch vụ hứa hẹn nhằm tăng thu nhập hàng năm Ngoài ra các dịch vụEthernet có tốc độ từ 1Mbps đến 1Gbps.

- Có khả năng hỗ trợ tốt cho việc truyền tải lưu lượng dữ liệu, sử dụng hiệuquả băng thông đối với lưu lượng này Lưu lượng gói đang chiếm ưu thếtrong mạng viễn thông hiện nay, mạng hiện tại truyền tải lưu lượng góikhông linh hoạt và chi phí cao, mạng Ethernet có thể cung cấp băng thôngnhanh theo yêu cầu

- Dễ dàng kết nối: Ethernet loại bỏ được vấn đề kết nối giữa các cơ sở và môitrường khác nhau làm cho việc cung cấp kích hoạt các dịch vụ đơn giản dễdàng hơn Ethernet loại bỏ được một lớp phức tạp (ví dụ SDH, ATM) khỏitruy nhập MAN, do đó giảm được yêu cầu xác định cấu hình

- Ethernet là công nghệ chủ đạo trong các mạng LAN doanh nghiệp trongnhiều năm qua Các giao diện tiêu chuẩn đã có thể sử dụng là 10/100/1000Mbps Ethernet, tiêu chuẩn 10 Giga Ethernet cũng sớm được đưa ra

Nhược điểm: Sử dụng Ethernet trong mạng Metro là khuynh hướng đúng đắnkhi so sánh với ATM và Frame Relay Tuy nhiên do những hạn chế sau mà cácnhà quản lý cũng cần phải thận trọng trong việc quyết định lựa chọn công nghệnày là công nghệ chủ đạo cho xây dựng mạng nội thị

- Không có khả năng giám sát QoS end to end Từ khóa ở đây là “end to end”

vì bất kỳ yếu tố trung gian nào đều ảnh hưởng đến sự giao dịch của kháchhàng tại điểm cuối Ethernet cần các cấu trúc đáp ứng được các yêu cầunhư:quản trị kết nối cho các yêu cầu dịch vụ mới; sắp xếp và quy định duy trì truynhập ổn định; thiết lập đường dẫn tối ưu qua mạng; ưu tiên gói

- Tính khả dụng (độ duy trì) Khi ứng dụng Ethernet trong mạng LAN ta thấyEthernet có nhược điểm đó là khả năng phục hồi lỗi bị hạn chế khi xảy ra đứtmạng Cụ thể:

+ Khôi phục lỗi chậm Các đường đứt trong môi trường Ethernet sẽđược xử lý bởi thuật toán phân đoạn hình cây (Spanning-tree-algorithm) Thuật toán này có thời gian hội tụ dài hơn nhiều sovới thời gian phục hồi đối với cơ chế bảo vệ vòng Ring (tiêuchuẩn là 50ms)

+ Thiếu khả năng cách ly lỗi: Ethernet không có cảnh báo “buit in” cho phép cách ly lỗi khỏi phần đường/tuyến bị lỗi

Vận hành khai thác trong trường hợp hệ thống đang làm việc: Ethernetkhông có khả năng báo tràn cho monitor khi có lỗi bit Khả năng này rất hữudụng cho vòng hồi tiếp kiểm tra tại các điểm ranh giới dịch vụ.

- Tận dụng tài nguyên và khả năng của mạng Một trong những ưu điểm củaEthernet trong phạm vi một xí nghiệp là khả năng phân chia logic các nhómngười sử dụng phân biệt trong cùng mạng vật lý sử dụng khái niệm VLAN.Tuy nhiên khi nhóm người sử dụng là các công ty khác nhau thì việc sử dụngVLAN trong mạng lại gặp những thách thức như:

+ Hạn chế thẻ VLAN: Theo khuyến nghị IEEE801.Q trường địa chỉcho phép 4096 thẻ Điều này sẽ dẫn đến kém hiệu quả cho các nhàcung cấp dịch vụ lớn

+ Vấn đề định tuyến phân đoạn hình cây: Mỗi cây định tuyến chỉdùng cho 1 vòng hồi tiếp rỗi

- Ethernet được thiết kế tối ưu cho cấu hình điểm điểm hoặc Mesh mà khôngđược thiết kế tối ưu cho cấu hình Ring, rất khó để triển khai Ethernet trongcác cấu hình Ring, không có khả năng sử dụng lại hiệu quả các vòng Ringquang sẵn có

1.2 Cấu trúc của mạng MEN

Kiến trúc mạng Metro dựa trên công nghệ Ethernet điển hình có thể mô tảnhư hình 2 Phần mạng truy nhập Metro tập hợp lưu lượng từ các khu vực (cơ quan,toà nhà, ) trong khu vực của mạng Metro Mô hình điển hình thường được xâydựng xung quanh các vòng Ring quang với mỗi vòng Ring truy nhập Metro gồm từ

5 đến 10 node Những vòng Ring này mang lưu lượng từ các khách hàng khác nhauđến các điểm POP mà các điểm này được kết nối với nhau bằng mạng lõi Metro.Một mạng lõi Metro điển hình sẽ bao phủ được nhiều thành phố hoặc một khu vựctập trung nhiều doanh nghiệp

Hình 2: Cấu trúc mạng MEN điển hình

Một khía cạnh quan trọng của những mạng lõi Metro này là các trung tâm dữliệu, thường được đặt node quan trọng của mạng lõi Metro có thể truy nhập dễ dàng.Những trung tâm dữ liệu này phục vụ chủ yếu cho nội dung các host gần người sửdụng Đây cũng chính là nơi mà các dịch vụ từ nhà cung cấp dịch vụ khác(Outsourced services) được cung cấp cho các khách hàng của mạng MEN Quátrình truy nhập đến đường trục Internet được cung cấp tại một hoặc một số điểmPOP cấu thành nên mạng lõi Metro Việc sắp xếp này có nhiều ưu điểm phụ liênquan đến quá trình thương mại điện tử Hiện tại cơ sở hạ tầng cho mục đích phốihợp thương mại điện tử cũng gần giống như lõi của mạng Internet, có nhièu phiêngiao dịch hơn được xử lý và sau đó giảm dần - đây là hai ưu điểm nổi trội khi tổchức một giao dịch thành công dựa trên sự thực hiện của Internet

1.3 Các dịch vụ của MEN

Nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã cung cấp dịch vụ Metro Ethernet Một số nhàcung cấp đã mở rộng dịch vụ Ethernet vuợt xa phạm vi mạng nội thị (MAN) vàvuơn đến phạm vi mạng diện rộng (WAN).Hàng ngàn thuê bao đã được sử dụngdịch vụ Ethernet và số lượng thuê bao đang tăng lên một cách nhanh chóng Nhữngthuê bao này bị thu hút bởi những lợi ích của dịch vụ Ethernet đem lại, bao gồm:

- Tính dễ sử dụng: Dịch vụ Ethernet dựa trên một giao diện Ethernet (Ethernet

interface) chuẩn, phổ biến dùng rộng rãi trong các hệ thống mạng cục bộ(LAN) Hầu như tất cả các thiết bị và máy chủ trong LAN đều kết nối dùngEthernet, vì vậy việc sử dụng Ethernet để kết nối với nhau sẽ đơn giản hóaquá trình hoạt động và các chức năng quản trị, quản lí và cung cấp

- Hiệu quả về chi phí : Dịch vụ Ethernet làm giảm chi phí đầu tư và chi phí

vận hành):

+ Một là do sự phổ biến của Ethernet trong hầu hết tất cả các sảnphẩm mạng nên giao diện Ethernet có chi phí không đắt.

+ Hai là ít tốn kém hơn những dịch vụ cạnh tranh khác do giáthành thiết bị thấp, chi phí quản trị và vận hành thấp hơn

+ Ba là nhiều nhà cung cấp dịch vụ Ethernet cho phép những

thuê bao tăng thêm băng thông một cách khá mềm dẻo Điềunày cho phép thuê bao thêm băng thông khi cần thiết và họ chỉtrả cho những gì họ cần

- Tính linh hoạt : Dịch vụ Ethernet cho phép những thuê bao thiết lập mạng

của họ theo những cách hoặc là phức tạp hơn hoặc là không thể thực hiện vớicác dịch vụ truyền thống khác Ví dụ: một công ty thuê một giao tiếpEthernet đơn có thể kết nối nhiều mạng ở vị trí khác nhau để thành lập mộtIntranet VPN của họ, kết nối những đối tác kinh doanh thành Extranet VPNhoặc kết nối Internet tốc độ cao đến ISP Với dịch vụ Ethenet, các thuê baocũng có thể thêm vào hoặc thay đổi băng thông trong vài phút thay vì trongvài ngày ngày hoặc thậm chí vài tuần khi sử dụng những dịch vụ mạng truynhập khác Ngoài ra, những thay đổi này không đòi hỏi thuê bao phải muathiết bị mới hay ISP cử cán bộ kỹ thuật đến kiểm tra, hỗ trợ tại chỗ

1.3.1 Mô hình dịch vụ Ethernet

Để xác định các loại hình dịch vụ cung cấp qua môi trường Ethernet, trướchết cần xem xét mô hình tổng quát Mô hình dịch vụ Ethernet là mô hình chung chocác dịch vụ Ethernet, được xây dựng trên dựa trên cơ sở sử dụng các thiết bị kháchhàng để truy cập các dịch vụ Trong mô hình này sẽ định nghĩa các thành phần cơbản cấu thành dịch vụ cũng như một số đặc tính cơ bản cho mỗi loại hình dịch vụ.Nhìn chung các dịch vụ Ethernet đều có chung một số đặc điểm, tuy nhiên vẫn cómột số đặc tính đặc trưng khác nhau cho từng dịch vụ riêng Mô hình cơ bản chocác dịch vụ Ethernet Metro như chỉ ra trên hình 3

Dịch vụ Ethernet được cung cấp bởi mạng Metro Ethernet Network (MEN)của nhà cung cấp Thiết bị khách hàng CE (Customer Equipment) gắn vào mạngMEN qua giao tiếp người sử dụng-mạng UNI (User-Network Interface) sử dụngchuẩn giao diện Ethernet chuẩn với tốc độ 10Mbit/s, 100Mbit/s, 1Gbit/s hoặc10Gbit/s

Trong mô hình này chủ yếu đề cập đến các kết nối mạng mà trong đó thuêbao được xem là một phía của kết nối khi trình bày về các ứng dụng thuê bao Tuynhiên cũng có thể có nhiều thuê bao kết nối đến mạng MEN từ cùng một vị trí.

Trên cơ sở các dịch vụ chung được xác định trong mô hình, nhà cung cấpdịch vụ có thể triển khai các dịch vụ cụ thể tuỳ theo nhu cầu khách hàng Nhữngdịch vụ này có thể được truyền qua các môi trường và các giao thức khác nhautrong mạng MEN Tuy nhiên, xét từ góc độ khách hàng thì các kết nối mạng xuấtphát từ phía khách hàng của giao diện UNI là các kết nối Ethernet

Hình 3: Mô hình cơ bản

1.3.2 Kết nối Ethernet ảo

Một thuộc tính cơ bản của dịch vụ Ethernet là kết nối Ethernet Ethernet Virtual Connection) EVC được định nghĩa bởi MEF là “một sự kết hợpcủa hai hay nhiều UNIs”, trong đó UNI là một giao diện Ethernet, là điểm ranh giớigiữa thiết bị khách hàng và mạng MEN của nhà cung cấp dịch vụ

ảo(EVC-Nói một cách đơn giản, EVC thực hiện 2 chức năng:

- Kết nối hai hay nhiều vị trí thuê bao (chính xác là UNIs), cho phép truyềncác Frame Ethernet giữa chúng

- Ngăn chặn dữ liệu truyền giữa những vị trí thuê bao (UNI) không cùng EVCtương tự Khả năng này cho phép EVC cung cấp tính riêng tư và sự bảo mậttương tự Permanent Virtual Circuit (PVC) của Frame Relay hay ATM

Hai quy tắc cơ bản chi phối, điều khiển việc truyền các Ethernet frame trênEVC gồm:

- Các Ethernet frame đi vào MEN không bao giờ được quay trở lại UNI mà

nó xuất phát

- Các địa chỉ MAC của trong Ethernet frame giữ nguyên không thay đổi từnguồn đến đích Ngược lại với mạng định tuyến (routed network), các tiêu

đề (header) Ethernet frame bị thay đổi khi qua router

Dựa trên những đặc điểm này, EVC có thể được sử dụng để xây dựng mạngriêng ảo lớp 2 (Layer 2 Virtual Private Network-VPN)

MEF định nghĩa 2 kiểu của EVCs:

- Điểm - điểm (Point-to-point)

- Đa điểm - điểm (Multipoint-to-Multipoint)

Ngoài những điểm chung này, dịch vụ Ethernet có thể thay đổi với nhiều cáchkhác nhau

1.3.3 Kiểu dịch vụ Ethernet

Hiện tại các dịch vụ Ethernet được chia thành 2 loại lớn: Các đường Ethernetriêng, chạy trên hạ tầng SONET/SDH hoặc trên mạng LAN trong suốt qua cácchuyển mạch và sợi quang hiện chưa sử dụng Các chuẩn mới được phát triển đểchọn công nghệ phù hợp cho phép người khai thác chuyển đến vùng có phổ thíchhợp và luân chuyển các dịch vụ một cách mềm dẻo trong các công nghệ hiện cóđồng thời hỗ trợ thoả thuận mức dịch vụ

Kiểu dịch vụ đường Ethernet (Ethernet Line): cung cấp kết nối ảo điểm-điểm

(point-to-point) Ethernet Virtual Connection (EVC) giữa 2 UNIs (hình 5).E-Line

Service được dùng cho việc kết nối Ethernet điểm-điểm Dạng đơn giản nhất, dịch

vụ E-Line có thể cung cấp băng thông đối xứng cho dữ liệu gửi nhận trên hai hướngkhông có các đảm bảo tốc độ giữa hai UNI 10 Mbps…

Hình 4: E-Line Service sử dụng Point-to-Point EVC

Một dịch vụ E-Line có thể cung cấp point-to-point EVCs giữa UNIs tương tự nhưviệc sử dụng Frame Relay PVCs để nối liền các site với nhau

Hình 5: Sự tương tự giữa Frame Relay và dịch vụ E-Line

Một dịch vụ E-Line cũng cung cấp việc kết nối point-to-point giữa UNIs tương tựvới một dịch vụ thuê kênh riêng TDM

Dịch vụ E-Line cũng có một vài đặc điểm cơ bản như Frame Delay, Fram Jitter vàFrame Loss tối thiểu và không có ghép dịch vụ (Service Multiplexing), tức là yêucầu giao diện vật lý UNI riêng biệt cho mỗi EVC (hình 7)

Hình 6: Sự tương tự giữa kênh thuê riêng và kiểu dịch vụ E-Line

Tóm lại, một E-Line Service có thể được dùng để xây dựng những dịch vụ tương tựnhư Frame Relay hay thuê kênh riêng Tuy nhiên, băng thông Ethernet và việc kếtnối thì tốt hơn nhiều… Một E-Line Service có thể được dùng để xây dựng các dịch

vụ tương tự như Frame Relay hay kênh thuê riêng

Kiểu dịch vụ Ethernet LAN: Kiểu dịch vụ Ethernet LAN (E-LAN) cung cấp

kết nối đa điểm, tức là nó có thể kết nối 2 hoặc hơn nhiều UNIs (hình 8) Dữ liệucủa thuê bao được gửi từ một UNI có thể được nhận tại một hoặc nhiều dữ liệu của

UNIs khác Mỗi site (UNI) được kết nối với một multipoint EVC Khi những site

mới (UNIs) được thêm vào, chúng sẽ được liên kết với multipoint EVC nêu trên do

vậy nên đơn giản hóa việc cung cấp và kích hoạt (activation) dịch vụ Theo quanđiểm của thuê bao, dịch vụ E-LAN làm cho MEN trông giống một mạng LAN ảo.Dịch vụ E-LAN Service có thể cung cấp một CIR (Committed Information Rate),kết hợp CBS (Committed Burst Size), EIR (Excess Information Rate) với EBS(Excess Burst Size) (xem phần Bandwidth Profile sau) và độ trễ, jitter, và tổn thấtkhung (frame lost).

Hình 7: E-LAN Service type dùng Multipoint EVC

Dịch vụ E-LAN với cấu hình điểm - điểm (point-to-point): được sử dụng để

kết nối chỉ hai UNI, điều này dường như tương tự với dịch vụ E - Line nhưng ở đây

có một số khác biệt đáng kể Với dịch vụ E - Line, khi một UNI được thêm vào,một EVC cũng phải được bổ sung để kết nối UNI mới đến một trong các UNI đãtồn tại Hình 9 minh hoạ khi một UNI được thêm vào và sẽ có một EVC mới được

bổ sung để tất cả các UNI có thể kết nối được với nhau khi dùng dịch vụ E - Line

Hình 8: Quá trình thực hiện khi thêm một UNI vào mạng MAN

Với dịch vụ E-LAN, khi UNI mới cần được thêm vào ta không cần thêm EVC mới

mà đơn giản chỉ thêm UNI mới vào EVC đa điểm cũ Vì thế, E-LAN Service đòihỏi chỉ một EVC để hoàn tất việc kết nối multi-site Nói chung, dịch vụ E-LAN có

thể kết nối nhiều địa điểm (Multi-site) với nhau MEF định nghĩa hai kiểu dịch vụchính E-Line và E-LAN, tuy nhiên các hãng, tổ chức tham gia MEF có cách sửdụng tên cho hai lọai dịch vụ này khác nhau

2 Mô hình mạng MEN của Viễn thông Hà Nội

2.1 Cấu trúc mạng MEN của Viễn thông Hà Nội.

Hạ tầng MEN của Viễn thông Hà Nội được tổ chức theo nguyên tắc sau:

 Cấu trúc Ring ở lớp core

 Cấu trúc cây có bảo vệ 2 hướng ở lớp aggregation

 Cấu trúc Ring ở lớp access

Hình 9: Tổng quan cấu trúc mạng Viễn thông Hà Nội

 Sử dụng MPLS kết nối giữa các core switch

 Sử dụng MPLS kết nối các core switch và các aggregation switch

 Sử dụng MPLS kết nối các aggregation switch và các access switch

 Mạng MEN của Viễn thông Hà Nội sử dụng để tập trung lưu lượng, đảm bảo tậptrung lưu lượng từ các thiết bị truy nhập tới BRAS, PE/VTN, PE/VDC

 Lớp mạng truy cập (Access): cung cấp kết nối dịch vụ tới khách hàng thông quacác thiết bị truy cập như DSLAM, ETTx, Wimax hay Ethernet Switches…

 Lớp mạng biên khách hàng (Switch, Router, Modem…): đóng vai trò biên mạngphía khách hàng, cung cấp kết nối tới lớp truy cập của nhà cung cấp dịch vụ vàcung cấp dịch vụ cho các người sử dụng bên trong mạng

Hình 10: Sơ đồ mạng Metro Ethernet & XDSL của Viễn thông Hà Nội

Mạng MEN được tổ chức như sau:

 Core Switch đặt tại các trung tâm lớn là Đinh Tiên Hoàng, Cầu Giấy,Thượng Đình và Đức Giang Các Core Switch này được kết nối theo cấu trúcRing bằng một đôi sợi cáp quang trực tiếp, băng thông lên đến 30Gbps

 20 Aggregation Switch Cisco 7609, thực hiện chức năng thu gom, tập hợplưu lượng và đáp ứng nhu cầu truyền tải lưu lượng từ các thiết bị mạng truynhập (IPDSLAM, MSAN), trung chuyển nội mạng hoặc đẩy lên BRAS; Hiệntại các CES gom được đặt ở các nơi đông dân cư, trung tâm huyện, thị trấnkết nối bằng 2 luồng cáp quang theo hai hướng với băng thông lên đến10Gbps lên 2 node chuyển mạch phần lõi khác nhau

 67 Access Switch 7606 được kết nối bằng 2 luồng cáp quang với băng thông2x1 Gbps lên node chuyển mạch phần tập trung theo đúng phân vùng 16Access Switch 4924, 10 Access Switch 3400 được xây dựng phục vụ kết nối

và truyền tải lưu lượng cho các thiết bị core NGN, thiết bị truy nhập DSLAM/MSAN/PON/Wimax nhằm để cung cấp đa dịch vụ trên hạ tầng IP

IP-thống nhất của VNPT Hà Nội Chi tiết về cấu trúc mạng MEN của Viễnthông Hà Nội được thể hiện rõ trong hình dưới.

Hình 11: Cấu trúc mạng MEN Viễn thông Hà Nội

Mạng MEN của Viễn thông Hà Nội kết nối đi quốc tế qua VDC bằng haiSwitch Đinh Tiên Hoàng và Cầu Giấy Tổng băng thông kết nối tới mạng lõi củaVDC lên đến 70 Gbps Luồng lưu lượng kết nối từ mạng MEN của Viễn thông HàNội lên mạng lõi của VDC đi theo 2 hướng

 Hướng kết nối tại Đinh Tiên Hoàng: 30 Gbps

 Hướng kết nối tại Cầu Giấy: 40 Gbps

Mạng MEN của Viễn thông Hà Nội kết nối liên tỉnh qua VTN.Tổng băng thôngkết nối tới mạng lõi của VTN là 20 Gbps Kết nối tải mạng MEN Viễn thông HàNội lên mạng lõi của VTN được đi theo 2 hướng tại Đinh Tiên Hoàng và Cầu Giấymỗi hướng là 10 Gbps

 Kết nối bằng cáp quang đến địa điểm khách hàng

 Giao tiếp Ethernet 100 Mbps – 1Gbps

 Kết nối với mang IP quốc gia và quốc tế với băng thông 90Gbps

 Cung cấp đa dịch vụ: Voice, Video, Data trên một tuyến kết nối tới kháchhàng.

 Tốc độ dịch vụ cung cấp:

- Từ 1 Mbps đến 1 Gbps

- Tốc độ cam kết CIR và tốc độ lớn nhất PIR

Mạng MENđược kết nối sử dụng công nghệ IP/MPLS kết nối giữa các CoreSwitch, công nghê được chứng nhận là tiêu chuẩn mạng lõi của mạng thế hệ mớiNGN Công nghệ này thay thế cho thế hệ mạng TDM truyền thống hiện đang được

sử dụng, vừa đáp ứng được băng thông lớn, linh hoạt vừa đảm bảo độ an toàn vàtính bảo mật cao Kết nối giữa các Core Switch và Aggregation Switch cũng sửdụng công nghệ IP/MPLS

2.2 Các dịch vụ triển khai trên mạng MEN của Viễn thông Hà Nội

Dịch vụ truy cập mạng MetroNet cung cấp khả năng kết nối băng rộng vớidải băng thông lớn hơn so với mạng xDSL và mạng leased – line TDM; cụ thểmạng MEN của Viễn thông Hà Nội cung cấp các khả năng kết nối sau

MetroNet cung cấp kết nối kênh thuê riêng Ethernet điểm tới điểm

 Sử dụng công nghệ Ethernet over MPLS (EoMPLS) trên hạ tầng mạngMENcủa VNPT Hà Nội để cung cấp kết nối trực tiếp giữa 2 điểm của kháchhàng

 Mở rộng mang LAN, kết nối WAN… cho khách hàng

 Mô hình kết nối:

Hình 12: MetroNet điểm tới điểm.

 Giao diện tại nhà khách hàng: Fast Ethernet/Gigabit Ethernet quang (FE/GEquang) hoặc Fast Ethernet/Gigabit Ethernet đồng (FE/GE đồng).

MetroNet cung cấp kết nối kênh thuê riêng Ethernet điểm tới điểm ( thiết bị đầucuối khách hàng sử dụng Ethernet Router hoặc Ethernet Switch L3)

 Sử dụng công nghệ Ethernet over MPLS (EoMPLS) trên hạ tầng mạngMENcủa Viễn thông Hà Nội để cung cấp kết nối trực tiếp giữa 2 điểm củakhách hàng

 Kết nối mạng LAN, kết nối WAN… cho khách hàng

 Mô hình kết nối

Hình 13 : MetroNet Ethernet điểm tới điểm thiết bị đầu cuối khách hàng

sử dụng Ethernet Router hoặc Ethernet Switch L3

MetroNet cung cấp kết nối kênh thuê riêng Ethernet điểm tới đa điểm

 Sử dụng công nghệ Ether net over MPLS (EoMPLS) trên hạ tầng mạngMENcủa Viễn thông Hà Nội để cung cấp kết nối điểm tới đa điểm cho kháchhàng

 Kết nối trụ sở chính với các chi nhánh nằm trên địa bàn Hà Nội; Kết nốiLAN, kết nối WAN…cho khách hàng

 Giao diện tại nơi sử dụng: Fast Ethernet/ Gigabit Ethernet quang (FE/GEquang) hoặc Fast Ethernet/Gigabit Ethernet đồng (FE/GE đồng)

Hình 14: MetroNet cung cấp KTR Ethernet điểm tới đa điểm

MetroNet cung cấp kết nối Internet trực tiếp với VDC

 Sử dụng công nghệ Ethernet over MPLS (EoMPLS) trên hạ tầng mạngMENcủa Viễn thông Hà Nội để cung cấp kết nối Internet trực tiếp tốc độ caovới VDC

 Ứng dụng được cung cấp cho nộ dung số (Game online, giao dịch trựctuyến), dịch vụ Web, Mail, FTP Server, doanh nghiệp cần truy nhập Internetchất lượng cao

 Mô hình kết nối:

Hình 15: MetroNet cung cấp kết nối Internet trực tiếp với VDC.

MetroNet cung cấp kết nối VPN/VNN liên tỉnh với VDC

 Sử dụng công nghệ Ethernet over MPLS (EoMPLS) trên hạ tầng mạng củaViễn thông Hà Nội để cung cấp kết nối tốc độ cao cho mạng riêng ảo VPNcủa VDC

 Cung cấp kết nối WAN liên tỉnh cho các khách hàng sử dụng dịch vụ mạngriêng ảo VPN/VNN của VDC

 Mô hình kết nối:

Hình 16: MetroNet cung cấp kết nối VPN/VNN liên tỉnh với VDC

MetroNet cung cấp kết nối VPN/VNN quốc tế với VDC

 Sử dụng công nghệ Ethernet over MPLS trên hạ tầng mạng MENcủa VNPT

Hà Nội để cung cấp kết nối tốc độ cao cho mạng riêng ảo VPN/VNN củaVDC

 Cung cấp kết nối WAN quốc tế cho các khách hàng sử dụng dịch vụ mạngriêng ảo VPN/VNN của VDC

 Mô hình kết nối:

Hình 17: MetroNet cung cấp kết nối VPN/VNN quốc tế với VDC

MetroNet cung cấp kết nối MegaWAN nội tỉnh tốc độ cao

 Sử dụng công nghệ Ethernet over MPLS (EoMPLS) trên hạ tầng mạngMENcủa Viễn thông Hà Nội để cung cấp kết nối cho dịch vụ MegaWAN nộitỉnh tốc độ cao

 Cung cấp dịch vụ MegaWAN nội tỉnh tốc độ cao cho các doanh nghiệp trênđịa bàn Hà Nội Làm nhánh chính cho dịch vụ MegaWAN nội tỉnh ( sử dụngcáp quang kết nối đến mạng MENcho nhánh chính yêu cầu tốc độ của khách

hàng, nhánh phụ tốc độ thấp hơn 2 Mbps sử dụng cồng ADSL/SHDSL củamạng xDSL)

 Mô hình kết nối:

Hình 18: MetroNet cung cấp kết nối MegaWAN nội hạt tốc độ cao

MetroNet cung cấp kết nối MegaWAN liên tỉnh tốc độ cao

 Sử dụng công nghệ Ethernet over MPLS trên hạ tầng mạng MENcủa VNPT

Hà Nội để cung cấp các kết nối tốc độ cao cho dịch vụ MegaWAN liên tỉnhcủa VTN

 Cung cấp các kết nối tốc độ cao lên VTN phục vụ các khách hàng sử dụngdịch vụ MegaWAN liên tỉnh Làm nhánh chính cho dịch vụ MegaWAN liêntỉnh (sử dụng cáp quang kết nối đến mạng MAN – E cho nhánh chính yêucầu tốc độ cao của khách hàng, nhánh phụ tốc độ thấp hơn 2 Mbps sử dụngcổng ADSL/SHDSL của mạng xDSL)

 Mô hình kết nối:

Hình 19: MetroNet cung cấp kết nối MegaWAN liên tỉnh tốc độ cao

MetroNet cung cấp kết nối MegaWAN quốc tế tốc độ cao

 Sử dụng công nghệ Ethernet over MPLS trên hạ tầng mạng MENcủa VNPT

Hà Nội để cung cấp các kết nối tốc độ cao cho dịch vụ MegaWAN quốc tếVTN

 Cung cấp các kết nối tốc độ cao lên VTN phục vụ các khách hàng sử dụngdịch vụ MegaWAN quốc tế

 Mô hình kết nối:

Hình 20: MetroNet cung cấp kết nối MegaWAN quốc tế tốc độ cao.

MetroNet cung cấp kết nối VPN nội tỉnh L2 tốc độ cao

 Sử dụng công nghệ Ethernet over MPLS trên hạ tầng mạng MENcủa Viễnthông Hà Nội để cungc cấp kết nối đa điểm cho các site của khách hàng

 Kết nối các chinh nhánh nằm trên địa bàn Hà Nội; Kết nối LAN cho kháchhàng

 Mô hình kết nối: cổng trên thiết bị MEN Switch sẽ được cấu hình hạn chếhọc địa chỉ MAC (chỉ cho 01 địa chỉ MAC của Router phía khách hàng điqua)

Hình 21: MetroNet cung cấp kết nối VPN nội tỉnh L2 tốc độ cao

MetroNet cung cấp kết nối dịch vụ FTTH

 Sử dụng công nghệ Ethernet over MPLS (EoMPLS) trên hạ tầng mạngMENcủa Viễn thông Hà Nội để cung cấp kết nối truy cập Internet đối xứngtốc độ cao trên cáp sợi quang cho khách hàng

 Dịch vụ cung cấp cho doanh nghiệp cần truy cập Internet tốc độ cao, ổnđịnh, khách hàng sử dụng dịch vụ Web, Mail, FTP Server

mạng băng rộng của VNPT đến thiết bị đầu cuối STB ( Set-top-box ) và tới

TV của khách hàng

 Mô hình dịch vụ MyTV được cung cấp như sau :

- IPTV Center (VASC) gồm các Server: DHCP Server, EPG Server, VoDServer và BTV Serer kết nối với mạng VN2-VTN

- Mạng VN2 kết nối với MENCore Router sử dụng 2 kết nối logic: 1 kết nốicho dịch vụ VoD và 1 kết nối cho dịch vụ BTV Multicast VN2 vàMENđóng vai trò mạng truyền tải dịch vụ MENsử dụng 2 VLAN choIPTV: VLAN 8 cho dịch vụ VoD và VLAN 9 cho dịch vụ BTV Multicast

- ST khách hàng được kết nối với MENthông qua DSLAM (DSL) hoặcAccess Switch

- Với dịch vụ VoD, yêu cầu truyền Unicast giữa Server với STB Do vậy giữaMENvà VN2 cần có sự định tuyến để trao đổi thông tin giữa các mạng này.Trên MENsử dụng MPLS Layer 3 VPN, các STB và PE VN2 sẽ được đưavào cùng một VPN và đóng vai trò là CE trong VPN này Giao diện trênCore kết nối lên VTN (Ten1/1.8) và giao diện trên Agg kết nối đến STBđược gán các VRF Định tuyến PE-CE giữa MENvới STB sử dụng địnhtuyến tĩnh ; tương tự định tuyến PE-CE giữa MENvà PE-VN2 cũng sử dụngđịnh tuyến tĩnh

- Dịch vụ TV Multicast được triển khai sử dụng PIM SSM trong mạng truyềntải, yêu cầu các MENRouter và PE-VN2 Router phải hỗ trợ PIM SSM GiữaMAN Core Router và PE-VN2 sử dụng giao thức định tuyến động trênMENthực hiện redistribute vào IGP hiện tại và redistribute thông tin của cácCore Router cho PE-VN2 để các router xây dựng multicast tree đến BTVServer