Công nghệ mạng truyền dẫn thế hệ mới IP WDM

Các công nghệ đang được sử dụng cho mạng truyền dẫn thế hệ mới tại Việt Nam..... Các công nghệ truyền dẫn thế hệ mới được đưa vào sử dụng như : Mạng SDH thế hệ sau sử dụng WDM cho phép p

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội

-

luận văn thạc sĩ khoa học

công nghệ mạng truyền dẫn thế hệ mới

IP/WDM

ngành: xử lý thông tin và truyền thông

M∙ số:

tiêu xuân hùng

Người hướng dẫn khoa học: PGS -TS Đặng văn chuyết

Lêi cam ®oan

Em xin cam ®oan luËn v¨n nµy lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña chÝnh b¶n th©n C¸c nghiªn cøu trong luËn v¨n nµy dùa trªn nh÷ng tæng hîp lý thuyÕt

vµ hiÓu biÕt thùc tÕ cña em, kh«ng sao chÐp

T¸c gi¶ luËn v¨n

Tiªu Xu©n Hïng

- - I

Môc lôc

Môc lôc I ThuËt ng÷ viÕt t¾t IV danh môc c¸c h×nh vÏ VIII

më ®Çu 1

Ch−¬ng 1: giíi thiÖu vÒ m¹ng truyÒn dÉn thÕ hÖ míi hiÖn nay vµ xu h−íng ph¸t triÓn 2

1.1 Giíi thiÖu chung 2

1.2 CÊu tróc m¹ng thÕ thÖ míi hiÖn nay 2

1.3 Líp truyÒn dÉn vµ truy nhËp hiÖn nay 3

1.3.1 PhÇn truyÒn dÉn: 3

1.3.2 PhÇn truy nhËp: 4

1.4 C¸c c«ng nghÖ sö dông cho m¹ng thÕ hÖ míi hiÖn nay 5

1.4.1 C«ng nghÖ IP 5

1.4.2 C«ng nghÖ ATM 7

1.4.3 C«ng nghÖ IP / ATM 8

1.4.4 MPLS 10

1.4.5 GhÐp kªnh ph©n chia theo b−íc sãng WDM vµ DWDM 11

1.5 Xu h−íng tÝch hîp IP/quang trong m¹ng NGN 12

Ch−¬ng 2: M¹ng IP/WDM 14

2.1 Giíi thiÖu m¹ng IP/WDM 14

2.1.1 Giíi thiÖu m¹ng quang WDM 14

2.1.2 M¹ng IP/WDM 16

2.2 C¸c kiÕn tróc m¹ng IP/WDM 18

2.2.1 C¸c kiÓu kiÕn tróc m¹ng 18

2.2.1.1 M¹ng IP/ WDM §iÓm-§iÓm 19

2.2.1.2 M¹ng IP/WDM cã kh¶ n¨ng cÊu h×nh l¹i 19

2.2.1.3 M¹ng IP/WDM cã kh¶ n¨ng chuyÓn m¹ch 20

- - II

2.2.2 Các mô hình liên kết mạng IP/WDM 24

2.2.2.1 IP/ WDM có thể cấu hình 24

2.2.2.2 IP/WDM có khả năng chuyển mạch 28

2-3 Kết luận 32

Chương 3: Điều khiển mạng trong mạng IP /WDM 34

3.1 Địa chỉ mạng IP/WDM 36

3.2 Nhận biết topo mạng 39

3.3 Định tuyến IP/WDM 41

3.3.1 Xây dựng và duy trì cơ sở thông tin định tuyến OSPF 41

3.3.2 Tính toán đường đi và những ràng buộc chuyển mạch WDM 43

3.3.3 Hoạt động định tuyến 46

3.4 Báo hiệu trong mạng IP/WDM 48

3.4.1 Khái niệm RSVP 48

3.4.2 RSVP trong mạng quang 51

3.4.3 Kiến trúc triển khai RSVP 52

3.4.4 Bản tin RSVP trong mạng quang 53

3.4.5 Cơ chế phát nhãn lai cho mạng quang (Hybrid Label) 57

3.5 GMPLS (Generalized-Multiprotocol Label Switching) 60

3.6 Phục hồi IP/WDM 62

3.6.1 Trường hợp có dự phòng: 67

3.6.2 Trường hợp phục hồi: 69

3.7 Điều khiển mạng liên miền: 71

3.7.1 Độ khả dụng và khả năng đến đích của mạng IP/WDM 73

3.7.2 Trao đổi thông tin định tuyến liên miền: 76

3.8 Kết luận về điều khiển trong mạng IP/WDM 81

Chương 4:Kỹ thuật điều khiển lưu lượng trong mạng IP/WDM 82

4.1 Phương pháp và mô hình 82

- - III

4-2 Điều khiển lưu lượng mạng IP/WDM theo mô hình chồng lấn 83

4-3 Điều khiển lưu lượng mạng IP/WDM tích hợp 86

4.3.1 Kỹ thuật điều khiển lưu lượng- định tuyến tích hợp 87

4.3.2 Khái niệm liên kết ảo 88

4.3.3 Thuật toán định tuyến tích hợp: 89

Chương 5: phát triển mạng truyền dẫn thế hệ mới tại Việt Nam 92 5.1 Các công nghệ đang được sử dụng cho mạng truyền dẫn thế hệ mới tại Việt Nam 92

5.1.1 Mạng IP/ATM/SDH/WDM: 92

5.1.2 Mạng IP/POS (Packet over Sonet)/WDM : 93

5.1.3 Mạng IP/WDM điểm-điểm: 94

5.1.4 Triển khai mạng NGN của VNPT 94

5.2 Khả năng ứng dụng lý thuyết IP/WDM vào mạng viễn thông 95

5.3 Đề xuất ứng dụng mạng IP/WDM cho mạng thế hệ mới của VNPT trong tương lai 99

5.4 Kết luận về triển khai mạng truyền dẫn thế hệ mới 100

Kết luận 102

tài liệu tham khảo 103

Tóm tắt luận văn 104

- - IV

ThuËt ng÷ viÕt t¾t

ADM

ADSL

API

APS

ARP

AS

ATM

BASE

BE

BER

BGMP

BGP

CDMA

CLI

DCC

DCN

DEMUX

Diffserv

DLC

DLCI

DM

DNS

DSL

DWDM

EBGP

EGP

Add/Drop Multiplexer Asymmetrical Digital Subcriber Line Application Programme Interface Automatic Protection Switching Address Resolution Protocol Autonomous System

Asynchronous Transfer Mode Baseband

Best Effort Bit Error Rate Border Gateway Multicast Protocol Border Gateway Protocol

Code Division Multiple Access Command Line Interface Data Communication Chanel Data Communication Network Demultiplexer

Differentiated Service Digital Loop Carrier Datalink Connection Identifier Domain Manager

Domain Name System Digital Sucriber Line Dense Wavelength Divison Mutiplexing Exterior Border Gateway Protocol Exterior Gateway Protocol

- - V

EMS

FDM

FEC

FIFO

FTP

GbE

GMPLS

HDLC

HTML

HTTP

IAB

IBGP

ICMP

ID

IDMR

IDRP

IETF

IGMP

IGP

Intserv

IPng

IpSec

IPv4

ISDN

IS-IS

ISP

LAN

Element Management System Frequency Divison Multiplexing Forward Error Correction

Firt In Firt Out File Tranfer Protocol Gigabit Ethernet Generalised Multiprotocol Label Switching High Level Data Link Control

Hypertext Marup Langugage Hypertext Tranfer Protocol Internet Architecture Board Interior Border Gateway Protocol Interior Control Message Protocol Identifier

Interdomain Multicast Routing Interdomain Routing Protocol Internet Engineering Management Protocol Internet Group Management Protocol Interior Gateway Protocol

Intergrated Service

IP Next Generation

IP Security Internet Protocol Vesion 4 Intergrated Service Digital Network Intermediate System to Intermediate System routing protocol

InternetService Provider Local Area Network

- - VI

LBS

LDP

LIB

LMP

LSA

LSP

LSR

LSU

LTE

MAC

MIB

MPλS

MPLS

NE

NGN

NMS

NNI

OADM

OAM

OBS

OLS

OLSR

OPR

OSPF

OXC

PON

POS

PPP

Label-Based Switching Label Distribution Protocol Label Information Base Link Management Protocol Link State Advertisement Label Switched Path Label Switched Router Link State Update Link Terminating Equipment Media Access Control

Management Information Base Multiprotocol Lambda Switching Multiprotocol Label Switching Network Element

Next Generation Network Network Management System Network to Network Interface Optical Add/Drop Multiplexer Operations and Maintenance Optical Burst Switching Optical Label Switching Optical Label Switching Router Optical Packet Router

Open Short Path First Optical Cross Connect Passive Optical Network Packet Over Sonet Point to Point Protocol

- - VII

QoS

RIP

RSpec

RSVP

RTP

SDH

SMTP

SNMP

SPF

SRLG

SS7

TE

TNM

TTL

UDP

UNI

VPN

WADM

WAMP

WAN

WDM

Quality of Service Routing Information Protocol Resource Specification

Resource Revervation Protocol Real time Transport Protocol Synchronous Digital Hierarchy Simple Mail Tranfer Protocol Simple Network Management Protocol Short Path First

Shared Risk Link Group Signaling System No 7 Traffic Engineering Telecommunication Management Network Time to Live

User Datagram Protocol User Network Interface Vitural Private Network Wavelength Add/Drop Multiplexer Wavelength Amplifier

Wide Area Network Wavelength Division Multiplexing

- - VIII

danh mục các hình vẽ

Hình 1-1: Xu hướng tích hợp các lớp giao thức IP/quang 12

Hình 2-1: Tiến trình phát triển mạng WDM 16

Hình 2-2: Truyền dẫn gói tin trên các bước sóng 17

Hình 2-3: Chuyển mạch chùm quang 21

Hình 2-4: Chuyển mạch gói quang 22

Hình 2-5: IP qua mạng chuyển mạch WDM 23

Hình 2-6: Mô hình điều khiển NMS chồng lấn 25

Hình 2-7: Mô hình điều khiển gia tăng 26

Hình 2-8: Mô hình điều khiển ngang hàng 27

Hình 2-9: Mạng IP over OLSR 29

Hình 2-10: Mạng IP over OPR 32

Hình 3-1:Điều khiển lưu lượng và điển khiển mạng IP/WDM 34

Hình 3-2: Cơ chế flooding OSPF 42

Hình 3-3: Vòng lặp định tuyến 46

Hình 3-4: RSVP cho mạng quang WDM 51

Hình 3-5: Kiến trúc phần mềm RSVP 52

Hình 3-6: Định dạng bản tin PATH đối tượng yêu cầu nhãn 54

Hình 3-7: Định dạng bản tin PATH đối tượng yêu cầu nhãn cho thiết lập đường đi và cấp phát bước sóng nội bộ 54

Hình 3-8: Định dạng bản tin RESV đối tượng nhãn 57

Hình 3-9: Phục hồi mạng IP/ WDM 63

Hình 3-10: Dự phòng lightpath và dự phòng liên kết 68

Hình 3-11: Phục hồi mạng và phục hồi phân đoạn con 70

Hình 3-12: Điều khiển liên miền IP/WDM 71

Hình 4-1 Mô hình mạng chồng lấn 84

- - IX

Hình 4-2: Ví dụ về định tuyến IP không lựa chọn link cung cấp bởi mạng

WDM 85

Hình 4-3:Mô hình ngang hàng- Điều khiển lưu lượng tích hợp 86

Hình 4-4: Cấu trúc node định tuyến tích hợp 87

Hình 4-5: Ví dụ mạng với các liên kết ảo 89

Hình 5-1: Mạng IP/POS (Packet over Sonet)/WDM 93

Hình 5.2 - Mô hình mạng NGN của VNPT 95

Hình 5-3: Đề xuất ứng dụng mạng IP/WDM cho mạng thế hệ mới của VNPT 99

Hình 5-4: Tiến trình phát triển mạng IP/WDM 101

Hình 5-5: Tiến trình phát triển mạng IP/WDM của Siemens 101

- - 1

mở đầu

Hiện nay mạng viễn thông đang từng bước thực hiện chuyển dịch từ mạng viễn thông hiện có sang mạng thế hệ mới Các công nghệ truyền dẫn thế hệ mới được đưa vào sử dụng như :

Mạng SDH thế hệ sau sử dụng WDM cho phép phân phát dữ liệu ở tốc

độ cao và băng thông rộng đối với mạng Ethernet, cho phép truyền lưu lượng

IP trực tiếp trên mạng SDH

Công nghệ IP làm nền cho thế hệ sau trong đó công nghệ ghép kênh bước sóng quang WDM chiếm lĩnh ở lớp vật lý; IP/MPLS làm nền cho lớp 3, truyền dẫn trên mạng lõi dựa vào kỹ thuật gói cho tất cả các dịch vụ với chất lượng dịch vụ QoS tùy yêu cầu cho từng loại dịch vụ ATM hay IP/MPLS hiện tại được sử dụng làm nền cho truyền dẫn trên mạng lõi để đảm bảo QoS

Trong tương lai do sự bùng nổ lưu lượng IP dẫn đến cơ sở hạ tầng mạng nên được tối ưu cho IP Bên dưới lớp IP, sợi quang sử dụng kỹ thuật WDM là

kỹ thuật truyễn dẫn hữu tuyến có nhiều hứa hẹn nhất, cung cấp một dung lượng mạng khổng lồ đòi hỏi để tồn tại trong sự phát triển liên tục mạng viễn thông Chính vì lý do trên hiện nay công nghệ IP/WDM là xu hướng cho mạng truyền dẫn thế hệ mới, trong thời gian không xa sẽ được chuẩn hoá và đưa vào

sử dụng

Dựa trên những hiểu biết về công nghệ mạng IP và công nghệ truyền dẫn quang và các nghiên cứu về công nghệ mạng IP/WDM trong phạm vi luận

văn em đưa ra những nghiên cứu lý thuyết, khả năng ứng dụng của “Công

nghệ mạng truyền dẫn thế hệ mới IP/WDM” bao gồm: Cấu trúc mạng, mô

hình liên kết, điều khiển mạng và điều khiển lưu lượng trong mạng IP/WDM

Do hiểu biết, thời gian nghiên cứu hạn chế rất mong các thầy, cô và các đồng nghiệp giúp đỡ, đóng góp ý kiến để luận văn của em được hoàn thiện hơn

Luận văn cao học - 2 - Tiêu Xuân Hùng

_

Chương 1: giới thiệu về mạng truyền dẫn thế hệ mới

hiện nay và xu hướng phát triển

1.1 Giới thiệu chung

Chúng ta nhận thấy mạng viễn thông hiện tại gồm nhiều mạng riêng lẻ kết hợp lại với nhau thành một mạng hỗn tạp, chỉ được xây dựng ở cấp quốc gia, nhằm đáp ứng được nhiều loại dịch vụ khác nhau Xét đến mạng Internet,

đó là một mạng đơn lớn, có tính chất toàn cầu, thường được đề cập theo một loạt các giao thức truyền dẫn hơn là theo một kiến trúc đặc trưng Internet hiện tại không hỗ trợ QoS cũng như các dịch vụ có tính thời gian thực (như thoại truyền thống) Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ mới (NGN) cần tuân theo các chỉ tiêu:

NGN phải có khả năng hỗ trợ cả cho các dịch vụ của mạng Internet và của mạng hiện hành

Một kiến trúc NGN khả thi phải hỗ trợ dịch vụ qua nhiều nhà cung cấp khác nhau Mỗi nhà cung cấp mạng hay dịch vụ là một thực thể riêng lẻ với mục tiêu kinh doanh và cung cấp dịch vụ khác nhau, và có thể sử dụng những

kỹ thuật và giao thức khác nhau Một vài dịch vụ có thể chỉ do một nhà cung cấp dịch vụ đưa ra, nhưng tất cả các dịch vụ đều phải được truyền qua mạng một cách thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối

Mạng thế hệ mới phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối (hay còn gọi là cuộc gọi), thiết lập đường truyền trong suốt thời gian chuyển giao, cả cho hữu tuyến cũng như vô tuyến

Vì vậy, mạng NGN sẽ tiến hóa lên từ mạng truyền dẫn hiện tại (phát triển thêm chuyển mạch gói) và từ mạng Internet công cộng (hỗ trợ thêm chất lượng dịch vụ QoS)

1.2 Cấu trúc mạng thế thệ mới hiện nay

Luận văn cao học - 3 - Tiêu Xuân Hùng

_

Để thực hiện việc chuyển dịch một cách thuận lợi từ mạng viễn thông hiện có sang mạng thế hệ mới, việc chuyển dịch phải phân ra làm ba mức ở hai lớp: kết nối và chuyển mạch Trước hết là chuyển dịch ở lớp truy nhập và truyền dẫn Hai lớp này bao gồm lớp vật lý, lớp 2 và lớp 3, chọn công nghệ IP làm nền cho mạng thế hệ mới Trong đó:

Công nghệ ghép kênh bước sóng quang DWDM sẽ chiếm lĩnh ở lớp vật

lý IP/MPLS làm nền cho lớp 3

Cấu trúc mạng NGN bao gồm các lớp chức năng sau:

• Lớp nết nối (Access + Transport/ Core)

• Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media)

• Lớp điều khiển (Control)

• Lớp quản lý (Management)

Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay đang rất phức tạp với nhiều loại giao thức, khả năng tương thích giữa các thiết bị của hãng là vấn đề đang

được các nhà khai thác quan tâm

Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu

Nó phân chia các khối vững chắc của tổng đài hiện nay thành các lớp mạng riêng lẻ, các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn

Trong phạm vi luận văn này chúng ta đi sâu nghiên cứu lớp truyền dẫn

và truy nhập trong mạng thế hệ mới

1.3 Lớp truyền dẫn và truy nhập hiện nay

1.3.1 Phần truyền dẫn:

Trong lớp vật lý truyền dẫn quang với kỹ thuật ghép kênh bước sóng quang DWDM được sử dụng

Trong lớp 2 và lớp 3 truyền dẫn trên mạng lõi (Core Network) dựa vào

kỹ thuật gói cho tất cả các dịch vụ với chất lượng dịch vụ QoS tùy yêu cầu cho từng loại dịch vụ ATM hay IP/MPLS hiện tại được sử dụng làm nền cho

Luận văn cao học - 4 - Tiêu Xuân Hùng

_

truyền dẫn trên mạng lõi để đảm bảo QoS Mạng lõi có thể thuộc mạng MAN hay mạng đường trục

Thành phần của mạng bao gồm các nút chuyển mạch/ Router (IP/ATM hay IP/MPLS), các chuyển mạch kênh của mạng PSTN, các khối chuyển mạch

ở mạng đường trục, kỹ thuật truyền tải chính là IP hay IP/ATM

Chức năng của lớp truyền tải trong cấu trúc mạng NGN bao gồm cả chức năng truyền dẫn và chức năng chuyển mạch

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 Nó có khả năng lưu trữ lại các sự kiện xảy ra trên mạng (kích thước gói, tốc độ gói, độ trì hoãn, tỷ lệ mất gói và Jitter cho phép,… đối với mạng chuyển mạch gói; băng thông, độ trì hoãn đối với mạng chuyển mạch kênh TDM) Lớp ứng dụng sẽ đưa ra các yêu cầu về năng lực truyền tải và nó sẽ thực hiện các yêu cầu đó

1.3.2 Phần truy nhập:

Trong lớp vật lý gồm các loại cáp hữu tuyến như cáp đồng sử dụng xDSL hiện đang sử dụng Tuy nhiên trong tương lai truyền dẫn quang DWDM, PON (Passive Optical Network) sẽ dần dần chiếm ưu thế và thị trường xDSL, modem cáp dần dần thu hẹp lại Truy nhập vô tuyến bao gồm thông tin di động - công nghệ GSM hoặc CDMA, truy nhập vô tuyến cố định,

vệ tinh

Trong lớp 2 và lớp 3: Công nghệ IP sẽ làm nền cho mạng truy nhập Thành phần của mạng truy nhập gồm các thiết bị truy nhập đóng vai trò giao diện để kết nối các thiết bị đầu cuối vào mạng qua hệ thống mạng ngoại

vi cáp đồng, cáp quang hoặc vô tuyến Các thiết bị truy nhập tích hợp IAD.Thuê bao có thể sử dụng mọi kỹ thuật truy nhập (tương tự, số, TDM, ATM, IP,…) để truy nhập vào mạng dịch vụ NGN

Chức năng lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối

và mạng đường trục ( thuộc lớp truyền dẫn) qua cổng giao tiếp MGW thích