Thiết kế mạng truyền tải cho mạng NGN của VNPT trong giai đoạn 2010 2015

LER Label Edge Router Bộ định tuyến nhãn biên LMP Link Management Protocol Giao thức quản lý tuyến LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LWA Link Weight Assignment Mô

MỤC LỤC

MỤC LỤC I

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ IV

DANH MỤC CÁC BẢNG VI

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỨ VIẾT TẮT VII

MỞ ĐẦU X

CHƯƠNG 1: HIỆN TRẠNG MẠNG THẾ HỆ MỚI (NGN) CỦA VNPT 1

1 Đánh giá hiện trạng mạng 1

1.1 Đánh giá hiện trạng mạng PSTN 1

1.2 Đánh giá hiện trạng mạng IP 3

1.2.1 Hiện trạng mạng VoIP 3

1.2.2 Hiện trạng mạng Internet 8

1.2.3 Đánh giá hiện trạng mạng IP 11

2 Các dịch vụ triển khai trên nền mạng NGN 12

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CHUYỂN MẠCH CHO MẠNG NGN 15

1 Số liệu đầu vào và các yêu cầu 15

2 Xác định công nghệ mạng chuyển mạch – công nghệ MPLS 16

2.1 Tổng quan công nghệ MPLS 16

2.2 Khả năng cung cấp dịch vụ 19

2.3 Khả năng triển khai MPLS/GMPLS 23

3 Phương thức định tuyến IP/MPLS 26

3.1 Giao thức CR-LDP 26

3.2 Giao thức RSVP 27

4 Đảm bảo QoS cho mạng 27

5 Cơ chế bảo vệ mạng IP/MPLS 29

6 Xác định cấu trúc mạng 40

7 Định cỡ mạng 40

8 Cấu hình mạng chuyển mạch IP đến năm 2010 41

8.1 Xác định vấn đề 42

8.2 Mô tả thuật toán 44

8.3 Kết quả cấu hình mạng chuyển mạch IP 50

9 Dung lượng nút và kết nối chuyển mạch/định tuyến 53

9.1 Phương pháp định cỡ mạng chuyển mạch IP 53

9.1.1 Các mô hình tối ưu 56

9.1.2 Heuristic hai pha 62

9.1.3 Định cỡ kết nối kết hợp và .64

9.2 Kết quả định cỡ mạng chuyển mạch IP/NGN 82

9.2.1 Định cỡ kết nối mạng chuyển mạch miền Bắc 83

9.2.2 Định cỡ nút mạng chuyển mạch miền Bắc 83

9.2.3 Định cỡ kết nối mạng chuyển mạch miền Trung 85

9.2.4 Định cỡ nút mạng chuyển mạch miền Trung 85

9.2.5 Định cỡ kết nối mạng chuyển mạch miền Nam 86

9.2.6 Định cỡ nút mạng chuyển mạch miền Nam 86

9.2.7 Định cỡ trục liên kết Hà Nội – Đà Nẵng – TP Hồ Chí Minh 87

9.2.8 Định cỡ các liên kết với quốc tế 87

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN TRUYỀN DẪN CHO MẠNG NGN 88

1 Số liệu đầu vào và các yêu cầu 88

2 Xác định công nghệ mạng truyền dẫn - WDM 89

2.1 Nguyên lý cơ bản của hệ thống WDM 89

2.1.1 Định nghĩa 89

2.1.2 Mục đích 89

2.1.3 Hệ thống WDM 89

2.1.4 Chức năng của hệ thống WDM 91

2.1.5 Ưu nhược điểm của công nghệ WDM 92

2.2 Sự phát triển của WDM trong thời gian qua 93

2.3 Lớp quang 95

2.4 Mạng toàn quang trong suốt (Transparency and All Optical Networks) 98

2.5 Chuyển mạch gói quang (Optical Packet Switching) 100

3 Thực trạng mạng truyền dẫn của VNPT 102

4 Thuật toán tính dung lượng 111

4.1 Định nghĩa một số thuật ngữ như sau 111

4.2 Các tham số cần để tính dung lượng: 112

4.3 Thuật toán 112

4.3.1 Thuật toán tính dung lượng giữa các thùng cấp 1 112

4.3.2 Thuật toán tính dung lượng chưa sử dụng 115

4.4 Kết quả 117

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ II

TÀI LIỆU THAM KHẢO III

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Cấu hình tổng thể mạng NGN hiện tại 7

Hình 1.2 Hiện trạng mạng truy nhập VNN 9

Hình 1.3 Mô hình mạng ISP 10

Hình 1.4 Mô hình mạng VNN IXP 11

Hình 2.1 Mô hình kiến trúc giao thức MPLS/GMPLS 17

Hình 2.2 Ý tưởng về bảo vệ 30

Hình 2.3 Chuỗi các sự kiện để bảo vệ tuyến khi có lỗi xảy ra 30

Hình 2.4 Bảo vệ vòng (p-cycle) 32

Hình 2.5 Bảo vệ khôi phục cục bộ 33

Hình 2.6 Bảo vệ dự phòng động cục bộ 34

Hình 2.7 Tái định tuyến toàn cục 35

Hình 2.8 Bảo vệ tuyến dự phòng đơn 36

Hình 2.9 Bảo vệ tuyến dự phòng đơn và bảo vệ 1+1 37

Hình 2.10 Bảo vệ 1+1 39

Hình 2.11 Ví dụ về thuật toán thu nhỏ 46

Hình 2.12 Ví dụ về thuật toán phân vùng 48

Hình 2.13 Biểu diễn trạng thái ban đầu của thuật toán mở rộng 49

Hình 2.14 Ví dụ về thuật toán mở rộng 50

Hình 2.15 Cấu hình mạng IP miền Bắc 51

Hình 2.16 Cấu hình mạng IP miền Trung 52

Hình 2.17 Cấu hình mạng IP miền Nam 53

Hình 2.18 Đồ thị phân lớp G d 61

Hình 3.1 Hệ thống ghép kênh theo bước sóng song hướng và đơn hướng 90

Hình 3.2 Sơ đồ chức năng hệ thống WDM 91

Hình 3.3 Sự phát triển của các hệ thống WDM 94

Hình 3.4 Mạng WDM định tuyến bước sóng 94

Hình 3.5 Cấu trúc phân lớp của mạng tại mỗi phần tử mạng (NE) 95

Hình 3.6 Phân lớp mạng theo mô hình OSI 97

Hình 3.7 Phân lớp của mạng có lớp mạng quang thế hệ thứ hai hỗ trợ mọi lớp khách hàng khác nhau ở phía trên 97

Hình 3.8 Ví dụ về phân cấp của các lớp ghép kênh điển hình 98

Hình 3.9 Mạng quang gồm có nhiều mạng con toàn quang kết nối với nhau bằng các bộ chuyển đổi O/E/O Các bộ chuyển đổi O/E/O được dùng để thích ứng các tín hiệu bên ngoài với mạng để tái tạo và chuyển đổi bước sóng 100

Hình 3.10 Một nút chuyển mạch gói quang Nút đệm các gói đến, đọc phần tiêu đề của gói, định tuyến gói đến cổng ngõ ra thích hợp dựa vào thông tin trong tiêu đề 101

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1-Định cỡ kết nối mạng chuyển mạch miền Bắc 83

Bảng 2-Định cỡ kết nút mạng chuyển mạch miền Bắc 85

Bảng 3-Định cỡ kết nối mạng chuyển mạch miền Trung 85

Bảng 4-Định cỡ kết nút mạng chuyển mạch miền Trung 86

Bảng 5- Định cỡ kết nối mạng chuyển mạch miền Nam 86

Bảng 6-Định cỡ kết nút mạng chuyển mạch miền Nam 87

Bảng 7- Định cỡ trục liên kết HNI-ĐNG-HCM 87

Bảng 8- Định cỡ các liên kết với quốc tế 87

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỨ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt

APS Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động

ATM Asynchronous Transfer Mode

Phương thức truyền tải không đồng

bộ AWG

CR-LDP

Constrain Routing-Label Distribution Protocol

Giao thức phân bố nhãn định tuyến bắt buộc

ECMP Equal Cost Multi Path Đa đường đi chi phí bằng nhau

EDFA Erbium Doped Fiber Amplifier Bộ khuếch đại quang sợi

ESCON Enterprise Serial Connection

FIS Fault Indication Signal Tín hiệu chỉ thị lỗi

G-LSP

Generalized Label Switching Path

Đường chuyển mạch nhãn tổng quát

IETF Internet Engineering Task Force

IS-IS

Intermediate System Intermediate System ISO

International Standards Organization Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ITU-T

International Telecommunication Union-Telecommunication

Tổ chức viễn thông quốc tế-Viễn thông

LER Label Edge Router Bộ định tuyến nhãn biên

LMP Link Management Protocol Giao thức quản lý tuyến

LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn

LWA Link Weight Assignment Mô hình gán trọng liên kết

MPLS Multi-Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

NDP Network Design Problem Vấn đề thiết kế mạng

NGN Next Generation Network Mạng viễn thông thế hệ mới

OADM Optical Add Drop Multiplexer Trạm xen/rẽ trên tuyến quang

OIF Optical Internetworking Forum

OLT Optical Line Terminal Bộ kết cuối đường quang

OSPF Open Shortest Path First Giao thức tìm đường ngắn nhất

OTN Optical Transport Network) Mạng truyền dẫn quang

OXC Optical Cross Connect Bộ nối chéo quang

PIN p-type, intrinsic, n-type diode

PSLSR Path Source Label Switch Router

Bộ định tuyến chuyển mạch nguồn của tuyến

PSTN

Public Switched Telephone

RSVP-TE

Resource ReSerVation Traffic Engineering Giao thức dành trước tài nguyên SAP Service Access Point Điểm truy nhập dịch vụ

Protocol-SBPP Single Backup Path Protection Bảo vệ tuyến dự phòng đơn

SCCP

Signaling Connection Control

SDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp số đồng bộ

STP Signaling Transfer Point Điểm chuyển giao tin báo

VDC VietNam Data Communication Công ty truyền dữ liệu

VLSI Very-Large-Scale Integration Tích hợp mật độ cao

VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

VTN VietNam Telecom National Công ty viễn thông liên tỉnh

WDM

Wavelength Devision Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bước sóng

MỞ ĐẦU

Cuối thể kỷ 20 nhiều nhà khai thác viễn thông trên thế giới đã chứng

kiến những biến động lớn về bản chất lưu lượng truyền tải trên mạng Lưu

lượng phi thoại lấn lướt lưu lượng thoại truyền thống Nguyên nhân sâu xa

của vấn đề này là do tốc độ phát triển phi thường của lưu lượng Internet và

sự gia tăng không ngừng số người sử dụng Internet Các cuộc gọi truyền

thống đã bị thay bằng cuộc gọi số liệu với đặc tính lưu lượng “bùng nổ”, thời

gian cuộc gọi dài và có tính bất đối xứng (dung lượng lưu lượng đường lên

khác với dung lượng lưu lượng đường xuống),… đã tạo nên những thách thức

mới cho nhà khai thác

Kiến trúc mạng IP ngày nay được xây dựng theo ngăn mạng xếp chồng

những công nghệ như ATM, SDH Do có nhiều lớp liên quan nên đặc trưng của

kiến trúc này là dư thừa tính năng; và chi phí liên quan đến vận hành khai thác

cao Hơn nữa, kiến trúc này trước đây sử dụng để cung cấp chỉ tiêu đảm bảo

cho dịch vụ thoại và thuê kênh, không được thiết kế phù hợp cho mạng số liệu

Do đó nó không thật sự thích hợp đối với các ứng dụng hoạt động dựa trên công

nghệ chuyển mạch gói và đặc biệt là những ứng dụng có nguồn gốc IP Một số

nhà cung cấp và tổ chức tiêu chuẩn đang đề xuất những giải pháp mới khai thác

IP trên kiến trúc mạng đơn giản, ở đó lớp WDM là nơi cung cấp băng tần

truyền dẫn vô cùng lớn Những giải pháp này cố gắng giảm tối đa tính năng dư

thừa, giảm mào đầu giao thức, đơn giản hoá công việc quản lý và qua đó

truyền tải IP trên lớp WDM (lớp mạng quang) càng hiệu quả càng tốt

Đối với VNPT, mạng viễn thông đang trong quá trình chuyển đổi công nghệ

và hướng đến mạng NGN sau một thời gian dài hoạt động hiệu quả Vấn đề đối

với các nhà hoạch định bây giờ là phải tìm được giải pháp mạng phù hợp cho

sự phát triển, đáp ứng được những yêu cầu đặt ra trong tương lai và tìm những

bước đi thích hợp đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế Vì vậy, việc

nghiên cứu các giải pháp và bước chuyển đổi mạng truyền tải là một vấn đề cấp

thiết Luận văn “Thiết kế mạng truyền tải cho mạng NGN của VNPT trong giai

đoạn 2010-2015” hy vọng là một trong những lời giải hữu ích cho bài toán trên

Nội dung luận văn được trình bày gồm ba chương, cụ thể như sau:

Chương 1: Hiện trạng mạng thế hệ mới (NGN) của VNPT Hiện trạng

mạng NGN bao gồm cả mạng PSTN, mạng VoIP, mạng Internet và các dịch vụ

đang được triển khai trên mạng NGN

Chương 2: Thiết kế phần chuyển mạch cho mạng NGN Kết quả là dung

lượng kết nối và dung lượng nút của ba miền Bắc, Trung và Nam

Chương 3: Thiết kế phần truyền dẫn cho mạng NGN Dựa trên mạng

truyền dẫn hiện tại tính ra dung lượng mạng đã sử dụng và còn là bao nhiêu, có

đáp ứng đủ cho nhu cầu phần chuyển mạch không Nếu không thì phải mở rộng

theo hướng nào

Tôi xin trân trọng cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ và hướng dẫn nhiệt tình

của Tiến sỹ Nguyễn Viết Nguyên trong quá trình thực hiện luận văn này

Xin cảm ơn các thầy cô trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình

giảng dạy, trang bị cho tôi kiến thức tổng hợp trong lĩnh vực Kỹ thuật Điện tử

Viễn thông

Xin cảm ơn các đồng nghiệp đã đóng góp cho tôi nhiều ý kiến bổ ích

trong quá trình thực hiện đề tài

Bản thân tôi có nhiều cố gắng, nỗ lực trong quá trình nghiên cứu, thực

hiện đề tài, nhưng do khả năng và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi

những sai sót Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô,

chuyên gia và đồng nghiệp Tôi hy vọng luận văn này sẽ đóng góp một phần nhỏ

vào sự nghiệp phát triển và hiện đại hóa mạng Viễn thông Việt Nam

Hà Nội, tháng 10 năm 2007

Lã Thị Thu Hằng

CHƯƠNG I HIỆN TRẠNG MẠNG THẾ HỆ MỚI (NGN) CỦA VNPT

1 Đánh giá hiện trạng mạng

Hiện tại các mạng cố định PSTN, mạng VoIP, mạng di động, mạng Internet

của VNPT đang hoạt động riêng rẽ và được kết nối vào mạng trục theo các kênh

riêng Đồng thời các mạng viễn thông của các nhà khai thác khác như Viettel,

SPT, … cũng được kết nối với mạng trục của VNPT theo phương án thuê kênh

Do đó việc thu thập số liệu và đánh giá hiện trạng mạng được tiến hành riêng rẽ

cho từng loại mạng như mạng thoại cố định PSTN, mạng VoIP, mạng di động,

mạng IP, và mạng của các nhà khai thác khác

1.1 Đánh giá hiện trạng mạng PSTN

Mạng trục PSTN của VNPT hiện nay đang là mạng trục kênh PSTN riêng rẽ,

chỉ phục vụ cho lưu lượng thoại cố định PSTN Do đó việc sử dụng băng tần

truyền dẫn là tương đối lãng phí, do các kênh dành riêng cho mạng PSTN đã

được cố định, đồng thời có thể gặp phải tắc nghẽn trong các giờ cao điểm Mặt

khác, mạng trục PSTN thường có cấu hình dạng hình sao, do đó việc đảm bảo dự

phòng trong trường hợp có sự cố đường truyền trên mạng cũng gặp nhiều khó

khăn Thông thường tại mỗi tỉnh đều có một đường dự phòng, tuy nhiên dung

lượng của đường dự phòng này cũng rất hạn chế Với nhu cầu phát triển dịch vụ

trên mạng PSTN trong những năm tới thì việc qui hoạch lại mạng trục PSTN và

tích hợp chúng với lưu lượng các mạng khác trên mạng trục thống nhất là vô

cùng cấp thiết Việc tích hợp mạng trục sẽ giải quyết được 2 vấn đề lớn, đó là

dung lượng băng thông và chất lượng dịch vụ thoại như độ tin cậy, dự phòng,

Với các đường truyền dẫn trục hiện nay đã được quang hoá trên toàn quốc, việc

tăng dung lượng mạng PSTN trục có thể được thực hiện tương đối dễ dàng

Đồng thời lưu lượng thoại PSTN cũng sẽ phải tiến tới xu hướng IP hoá để dễ

dàng tích hợp với các loại dịch vụ khác trên mạng trục chung

Hiện tại mạng nội hạt PSTN thường được quản lý trên mô hình cấp tỉnh Tại

mỗi tỉnh, lưu lượng được tập trung tại tổng đài host của tỉnh rồi được kết nối với

mạng đường trục quốc gia do VTN quản lý

Hệ thống tổng đài TOLL gồm có 7 tổng đài AXE-10, hoạt động ổn định; số

cổng trung kế được trang bị như sau:

• Tại Hà Nội: TOLL1: 808 cổng E1; TOLL2: 684 E1 và 8 STM1

• Tại TP.HCM: TOLL1: 724 E1; TOLL2: 1060 E1 và 12 STM1

• Tại Đà Nẵng: TOLL1: 288 E1; TOLL2: 342 E1 và 4 STM1

• Tổng đài Toll/CTO: 334 E1 và 2 STM1

Cụ thể như sau:

• Hệ thống tổng đài Ericsson gồm 03 tổng đài AXE-10 Local 6 (BYB 202),

năng lực xử lý 600.000 BHCA, dung lượng tối đa 24.000 trung kế và 04 tổng

đài AXE-10 Local 7.2 có năng lực xử lý 1.500.000 BHCA, dung lượng tối

đa 60.000 trung kế

• Dung lượng lắp đặt và sử dụng của các loại tổng đài như sau:

- Tại Hà Nội: dung lượng lắp đặt 1.176 trung kế, dung lượng sử dụng 964

Toàn bộ 07 tổng đài AXE-10 đều là các STP quốc gia, có tính năng SCCP sử

dụng kết nối mạng di động cung cấp dịch vụ Roaming, ngoài ra còn có thể cung

cấp dịch vụ ISDN, v.v

Với cơ cấu quản lý hiện nay, mô hình này là hợp lý Tuy nhiên chúng ta cần

phải xem xét lại mạng nội hạt và phương thức kết nối vào mạng trục PSTN với

các lý do sau:

- Nhu cầu các dịch vụ Internet sử dụng đường dây điện thoại để truy nhập

ngày càng phát triển

- Thay đổi cơ cấu tổ chức VNPT thành các tập đoàn

- Nhu cầu về băng thông và yêu cầu về chất lượng thoại ngày càng cao

Cùng với xu hướng tích hợp lưu lượng thoại trên mạng trục, dần dần các tổng

đài host tại các tỉnh sẽ được thay thế bằng các Router/Switch kết nối vào mạng

trục IP

1.2 Đánh giá hiện trạng mạng IP

1.2.1 Hiện trạng mạng VoIP

Mạng VoIP trục hiện nay đang được tích hợp với lưu lượng mạng IP trên

mạng NGN của VNPT Trong những năm gần đây, dịch vụ VoIP ngày càng

được phát triển và mở rộng, chiếm thị phần ngày càng lớn so với thoại cố định,

đồng thời cũng thu hút được nhiều nhà cung cấp và khai thác dịch vụ Tuy nhiên,

dung lượng đường trục của mạng VoIP hiện thời chưa đáp ứng được nhu cầu

phát triển của dịch vụ VoIP cả về băng thông, chủng loại dịch vụ lẫn chất lượng

dịch vụ Dự tính trong những năm tới, VoIP sẽ dần dần thay thế dịch vụ thoại cố

định, do đó mạng trục VoIP sẽ phải tích hợp với mạng IP cả về qui mô phát triển

lẫn chất lượng dịch vụ cung cấp

Hiện tại mạng NGN (VoIP) của Tổng công ty đã và đang xây dựng với mục tiêu:

• Xây dựng cơ sở hạ tầng cho mạng NGN tuân theo định hướng cấu trúc mạng

NGN của Tổng công ty Bưu chính - Viễn thông Việt Nam (VNPT)

• Thiết lập một mạng điện thoại IP rộng khắp, linh hoạt có khả năng mở rộng

cao

• Cung cấp các dịch vụ điện thoại IP đa dạng VoIP trả trước, VoIP thuê bao

trả sau, PC2PC, PC2Phone,… tới mọi đối tượng khách hàng

• Hướng tới cơ sở hạ tầng viễn thông có khả năng cung cấp đa dịch vụ như

xDSL, MLPS VPN, VoATM,…

Mạng VoIP đã được đầu tư theo các giai đoạn như sau:

Quy mô giai đoạn 1

Triển khai mạng lõi IP gồm 03 node (Core IP M160 của Juniper) tại Hà Nội, Tp

Hồ Chí Minh và Đà Nẵng 03 Core IP này kết nối với nhau bằng luồng STM-1

trên cơ sở mạng đường trục quốc gia

Triển khai lắp đặt 13 Egde Router tại:

• (02) Hà Nội, Tp Hồ Chí Minh (ERX-1410 làm Edge Router, ERX-1410 làm

BRAS trong dự án ADSL pha 1 tại mỗi thành phố)

• (02) Đồng Nai, Bình Dương (ERX-1410 có chức năng Edge Router riêng,

ERX-705 làm BRAS trong dự án ADSL pha 1 tại mỗi tỉnh)

• (09) Hải Phòng, Quảng Ninh, Nghệ An, Huế, Đà Nẵng, Khánh Hòa, Vũng

Tàu, Cần Thơ và An Giang (tại mỗi tỉnh lắp đặt 01 thiết bị ERX-1410 thực

hiện cả 2 chức năng Edge Router (dự án VoIP pha 1) và BRAS (dự án

ADSL))

Triển khai mạng điện thoại IP tại 11 điểm chính là Hà Nội, Hải Phòng, Quảng

Ninh, Huế, Đà Nẵng, Khánh Hòa, Tp Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Bình Dương,

Vũng Tàu và Cần Thơ, với tổng số 52 E1 về các node MG

Quy mô giai đoạn 2

• Border Gateway: Bổ sung 03 Border Gateway kết nối mạng NGN và các

mạng bên ngoài

• Voice Center: Mở rộng Voice Center Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh

• Multilayer Switch: Mở rộng Multilayer Switch Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh

• Hệ thống quản lý:

- Bổ sung thiết bị quản lý NetM Craft Terminal tại Đà Nẵng để thuận tiện

trong việc quản lý dòng thiết bị SURPASS

- Thiết bị quản lý cho các ERX mới

• Core Router:

- Nâng cấp dung lượng kết nối giữa các Core Router M160 với nhau bằng

1×STM-16

- Nâng cấp truyền dẫn từ các Edge Router ERX-1410 Hà Nội và Tp Hồ

Chí Minh lên Core Router M160 bằng 1× STM-4

- Các Edge Router ERX-1410 tại các node khác kết nối lên Core bằng 1×

STM-1

• Edge Router:

- Đầu tư mới 11 Edge Router tại các tỉnh Hà Tây (1), Phú Thọ (1), Bắc

Ninh (1), Thái Nguyên (1), Hải Dương (1), Nam Định (1), Gia Lai (1),

Lâm Đồng (1), Tiền Giang (1), Vĩnh Long (1), Bạc Liêu (1) (tại mỗi tỉnh

lắp đặt 01 thiết bị ERX-1410 thực hiện cả 2 chức năng Edge Router (dự

án VoIP pha 2) và BRAS (dự án ADSL))

- Mở rộng 13 Edge Router tại các tỉnh thành trong pha 1

• Media Gateway:

- Đầu tư mới 22 MG 1000 tại 16 tỉnh, thành phố Hà Nội (HNI (1), VTN-1

(2)), Hà Tây (1), Phú Thọ (1), Bắc Ninh (1), Thái Nguyên (1), Hải Dương

(1), Nam Định (1), Nghệ An (1), Gia Lai (1), Đà Nẵng (VTN-3 (1)), Tp

Hồ Chí Minh (HCM (2), VTN2 (3)), Lâm Đồng (1), Tiền Giang (1), Vĩnh

Long (1), Bạc Liêu (1), An Giang (1)

- Mở rộng MG 1000 tại 9 tỉnh trong pha 1: Hải Phòng, Quảng Ninh, Huế,

Đà Nẵng, Khánh Hòa, Đồng Nai, Bình Dương, Vũng Tàu và Cần Thơ

- Đầu tư mới/ mở rộng tổng cộng 1.404 E1 kết nối PSTN về các MG

Quy mô giai đoạn 3

• Edge Router:

- Mở rộng 11 Edge Router tại các tỉnh thành trong pha 2

• Media Gateway:

- Đầu tư mới 02 MG 1200 tại thành phố Hà Nội (1), Tp Hồ Chí Minh (1)

- Mở rộng MG 1000 tại các tỉnh trong pha 2: Hà Tây, Phú Thọ, Bắc Ninh,

Thái Nguyên, Hải Dương, Nam Định, Nghệ An, Gia Lai, Đà Nẵng, Lâm

Đồng, Tiền Giang, Vĩnh Long, Bạc Liêu, An Giang

- Đầu tư mới/ mở rộng tổng cộng 1.673E1 kết nối PSTN về các MG

Quy mô giai đoạn 4

• Edge Router:

- Đầu tư mới 13 Edge Router tại các tỉnh Hà Nam, Hưng Yên, Thanh Hóa,

Hòa Bình, Hải Phòng, Khánh Hòa, Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Trị,

Đắc Lắc, Kiên Giang, Bình Dương, Bình Thuận (tại mỗi tỉnh lắp đặt 01

thiết bị ERX-1410 thực hiện cả 2 chức năng Edge Router và BRAS

• Media Gateway:

- Đầu tư mới MG 1100 tại thành phố Hà Nội (26), Hà Tây (01), Nam Định

(02), Thái Nguyên (01), Nghệ An (03), Thanh Hóa (07), Hà Nam (05),

Phú Thọ (03), Hưng Yên (02), Hòa Bình (02), Bắc Ninh (01), Quảng Ninh

(01), Hải Phòng (01), Khánh Hòa (02), Gia Lai (01), Đà Nẵng (11), Đắc

Lắc (02), Quảng Nam (05), Quảng Trị (03), Tp Hồ Chí Minh (29), Cần

Thơ (01), Bình Dương (01), Tiền Giang (02), Vĩnh Long (01), Kiên Giang

(01), Bình Thuận (01)

- Đầu tư mới/ mở rộng tổng cộng 6.208E1 kết nối PSTN về các MG

Cấu hình tổng thể mạng NGN tính đến thời điểm hiện tại như sau:

Hình 1.1 Cấu hình tổng thể mạng NGN hiện tại

Mạng trục backbone với 02 Softswitch điều khiển, 3 Core M160 tại ba trung tâm

1, 2, 3 kết nối với nhau bởi các luồng 2.5 Gbps Các Media Gateway vùng tại

tỉnh, thành phố kết nối với các hướng Mạng NGN đã đưa vào hoạt động từ 01

tháng 07 năm 2004, toàn bộ lưu lượng VoIP 171 và khoảng 30% lưu lượng

PSTN

1.2.2 Hiện trạng mạng Internet

• Dung lượng kênh Internet quốc tế: VDC mới đưa vào khai thác kênh 155

Mbps đi Singapore, nâng tổng dung lượng kênh Internet quốc tế lên

6,2Gbps

• Trung kế Internet BackBone trong nước: HNI-HCM: 2,5Gbps; HNI-ĐNG:

2,5Gbps, HCM-ĐNG: 2,5Gbps

• Trung kế Internet liên tỉnh, không kể mạng phân tải của Hà Nội và TP.HCM,

tổng số kênh trung kế Internet liên tỉnh trên mạng hiện là 327 E1 và 06 E3

(qui đổi tương đương với 429E1)

• Phát triển thuê bao 1260: Tổng số Account đã mở: 237050; số thuê bao đang

khai thác: 221456 (Trong đó Hà Nội: 30972; Đà Nẵng: 15379; Tp Hồ Chí

Minh: 103145; Số thuê bao nghiệp vụ là: 262)

• Tổng số thẻ Internet card VNN1260-P đã sử dụng: 544593 với tổng thời

lượng truy nhập thực tế: 720628312 phút,

• Phát triển thuê bao ADSL: ADSL được triển khai rộng khắp cả nước

Hình 1.2 Hiện trạng mạng truy nhập VNN

Hình 1.3 Mô hình mạng ISP

Hình 1.4 Mô hình mạng VNN IXP

1.2.3 Đánh giá hiện trạng mạng IP

Cùng với sự phát triển mạnh của các dịch vụ IP, mạng trục IP hiện nay đang

trên đà phát triển rất nhanh và cả về dung lượng lẫn chất lượng, phương thức, thủ

tục Hiện tại các Router/Switch trục đã có mặt ở một số các tỉnh thành và trung

tâm phát triển, tuy nhiên một số các tỉnh thành khác việc phát triển Internet vẫn

còn nhỏ, qui mô manh mún, tạm thời Mạng trục IP hiện thời cũng chưa đáp ứng

được nhu cầu của người sử dụng, chất lượng và tốc độ vẫn còn hạn chế Do đó

theo nhu cầu phát triển của dịch vụ trong những năm tới chúng ta cần phát triển

đường trục IP rộng khắp tới tất cả các tỉnh thành Với tốc độ phát triển dịch vụ IP

như hiện nay thì vấn đề cần quan tâm đầu tiên sẽ là dung lượng đường truyền

Do đó công tác dự báo cho các dịch vụ IP sẽ vô cùng quan trọng Ngoài ra việc

thiết kế mạng trục IP hợp lý, đảm bảo chất lượng dịch vụ cung cấp sẽ trở thành

một bài toán cần phải giải quyết Vấn đề tiếp theo đối với mạng trục IP là nó sẽ

phải tích hợp lưu lượng của tất cả các loại mạng khác trên nền IP Do đó vấn đề

quản lý, điều khiển dịch vụ, phân chia các loại hình dịch vụ và chất lượng cũng

phải được xem xét

2 Các dịch vụ triển khai trên nền mạng NGN

Tính đến thời điểm hiện này T09/2007, mạng NGN đã và đang cung cấp các

dịch vụ sau:

• Thoại truyền thống PSTN và 171 Lưu lượng thoại từ các host của Bưu điện

Tỉnh được chuyển đổi từ TDM sang IP nhờ thiết bị Media Gateway và

ngược lại

• Điện thoại thẻ trả trước 1719

- Là dịch vụ cho phép người sử dụng thẻ 1719 với các mệnh giá khác nhau

(từ 30000 đến 500000) có thời hạn 02 năm, gọi bất kỳ từ máy điện thoại

cố định nào và có thể lựa chọn cuộc gọi tiết kiệm hoặc cuộc gọi chất

lượng để thực hiện cuộc gọi nội hạt, liên tỉnh, quốc tế và di động Cước

phí sẽ được trừ trực tiếp trên tài khoản của thẻ 1719

- Ngoài ra, khách hàng có thể lựa chọn gọi 1719 theo phương thức “Gán tài

khoản trả trước” tức là cung cấp cho khách hàng khả năng sử dụng dịch

vụ từ máy điện thoại cố định mà không cần nhập mã pin code

• Dịch vụ miễn cước người gọi 1800 (Freephone)

- Cho phép người sử dụng thực hiện cuộc gọi miễn phí tới nhiều đích khác

nhau thông qua một số điện thoại duy nhất trên toàn quốc Cước phí của

dịch vụ sẽ tính cho thuê bao đăng ký dịch vụ 1800

- Lợi ích của dịch vụ:

ƒ Đối với người sử dụng dịch vụ: Không phải trả cước cuộc gọi Có

thể gọi từ bất kỳ nơi nào mà chỉ cần nhớ một số điện thoại duy nhất

ƒ Đối với thuê bao đăng ký sử dụng dịch vụ: Khuyến khích khách

hàng gọi tới trung tâm hỗ trợ và giới thiệu sản phẩm Dễ dàng quảng bá với một số điện thoại duy nhất trên toàn quốc Thuê bao

có thể tổ chức nhiều đích đến khác nhau linh hoạt theo thời gian (ngày trong tuần, giờ trong ngày hoặc theo vị trí xuất phát của cuộc gọi)

• Dịch vụ thông tin giải trí 1900 (Premium Service)

- Là loại dịch vụ đặc biệt cho phép thực hiện cuộc gọi tới nhiều đích khác

nhau thông qua một số truy nhập thống nhất trên toàn quốc

- Người sử dụng dịch vụ gọi đến số điện thoại này để nghe thông tin về thời

tiết, thể thao, tư vấn, thương mại hay tham gia các chương trình bình chọn

văn hóa, thể thao

• Dịch vụ Internet: Lưu lượng Internet từ DSLAM của các Bưu điện Tỉnh

được chuyển đến các Edge Router (ERX1410) qua Core Router (M160) sang

VDC

• Dịch vụ mạng riêng ảo VPN – Virtual Private Network

- Là dịch vụ cung cấp kết nối mạng riêng ảo cho khách hàng trên nền mạng

IP/MPLS

- Lợi ích của dịch vụ

ƒ Linh hoạt, ổn định theo yêu cầu riêng biệt

ƒ Khai thác hiệu quả mềm dẻo Người sử dụng có thể vừa thực hiện

kết nối mạng riêng ảo vừa có thể truy cập Internet

ƒ Dễ dàng nâng cấp tốc độ đường truyền, kiểm soát được chất lượng

dịch vụ và mở rộng các site

ƒ Dễ dàng cấu hình và quản lý mạng

ƒ Kiểm soát được chất lượng dịch vụ

ƒ Cung cấp cho người sử dụng các kênh thuê riêng được bảo mật

theo tiêu chuẩn quốc tế

ƒ Triển khai nhanh chóng, thuận tiện với chi phí thấp

• Dịch vụ truyền hình hội nghị (Video Conference)

- Là dịch vụ truyền dẫn tín hiệu hình ảnh và âm thanh giữa hai hay nhiều

điểm khác nhau, cho phép nhiều người tham dự tại các địa điểm có thể

trao đổi trực tiếp bằng hình ảnh, âm thanh qua màn hình và loa

- Lợi ích của dịch vụ:

ƒ Với việc sử dụng tiết kiệm băng thông, truyền hình hội nghị mang

lại cho khách hàng nhiều loại hình đa dạng với chi phí thấp

ƒ Dịch vụ có thể giúp các tổ chức, doanh nghiệp thực hiện hội thảo

giữa các chi nhánh, văn phòng khác nhau thông qua màm hình Tivi

ƒ Là công cụ hiệu quả, hữu ích trong việc phục vụ công tác đào tạo,

giảng dạy hoặc trợ giúp y tế từ xa

• Dịch vụ IP Centrex: Là dịch vụ cung cấp các chức năng của tổng đài PBX

(Private Branch Exchange) cho hệ thống điện thoại nôi bộ của khách hàng

dựa trên nền IP mà không cần có thiết bị chuyển mạch PBX

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ PHẦN CHUYỂN MẠCH CHO MẠNG NGN

Mục tiêu qui hoạch mạng chuyển mạch IP đến năm 2015 là xây dựng mạng

chuyển mạch IP bao gồm các phần: xác định cấu trúc mạng, xác định phương

pháp định tuyến, định cỡ các nút chuyển mạch IP, định cỡ các kết nối IP Mục

tiêu của phương pháp tối ưu hoá mạng IP là giảm thiểu giá thành chung đầu tư

cho mạng (bao gồm cả mạng chuyển mạch và truyền dẫn), trong khi vẫn phải

đảm bảo chất lượng dịch vụ (trễ, tổn thất gói), độ tin cậy và dự phòng của mạng

cho tất cả các loại hình dịch vụ và thoả mãn đáp ứng nhu cầu lưu lượng của tất

cả các mạng riêng rẽ (PSTN, VoIP, di động, IP, số lượng thuê kênh từ các nhà

khai thác khác) Do đó để giải bài toán tối ưu hoá thống nhất cho toàn mạng việc

xác định cấu trúc và định cỡ mạng chuyển mạch IP sẽ phải nằm trong một thể

thống nhất với tối ưu hoá mạng truyền dẫn Tôi sẽ trình bày tóm tắt qui trình và

phương pháp thực hiện định xác định cấu trúc, định cỡ mạng chuyển mạch IP

1 Số liệu đầu vào và các yêu cầu

• Số liệu đầu vào cho qui hoạch mạng chuyển mạch IP bao gồm bảng ma

trận lưu lượng dự báo nhu cầu lưu lượng và dịch vụ của mạng tính đến

năm 2015 vị trí các điểm đặt các nút chuyển mạch IP (theo mô hình quản

lý mạng hiện thời và chính sách cơ cấu tổ chức mạng của VNPT), khoảng

cách giữa các nút mạng (theo đường truyền dẫn)

• Bảng lưu lượng dự báo được tính trên giá trị trung bình lưu lượng tại giờ

bận

• Các yêu cầu về chất lượng mạng: Yêu cầu về chất lượng end-to-end các

dịch vụ đầu cuối, chất lượng của mạng trục trên các tham số trễ, tỉ lệ tổn

thất gói tin Ngoài ra còn có các yêu cầu về độ tin cậy, dự phòng

• Các số liệu khác cần có phục vụ cho qui hoạch mạng: số liệu về mẫu lưu

lượng trên mạng trục để phục vụ công tác mô hình hoá lưu lượng, tính

băng tần cần thiết đảm bảo các tham số chất lượng dịch vụ mạng Các số

liệu này được lấy từ đo kiểm lưu lượng IP mạng trục của VNPT hoặc

tham khảo từ các nguồn mẫu lưu lượng nước ngoài

• Dự phòng trên lớp IP được thiết kế thống nhất với dự phòng trên lớp

truyền dẫn

2 Xác định công nghệ mạng chuyển mạch – công nghệ MPLS

Cấu trúc mạng IP sẽ gắn liền với việc lựa chọn công nghệ sử dụng và kèm

theo đó là các phương pháp định tuyến cũng như công nghệ truyền dẫn sử dụng

Công nghệ mạng IP lựa chọn sẽ phải nằm trong kế hoạch mạng tổng thể và công

nghệ mạng mục tiêu NGN Tuy nhiên với xu hướng công nghệ mạng thế giới

hiện nay và tình hình, chính sách phát triển mạng của VNPT, tôi đưa ra một vài

kết luận sau về công nghệ mạng IP cũng như truyền dẫn liên quan đến việc qui

hoạch mạng:

• Xu hướng công nghệ sẽ bỏ bớt các lớp thủ tục trung gian giữa lớp

IP-Optical và tiến tới mô hình IP Over IP-Optical

• Các thủ tục truyền tải có định hướng như MPLS, GMPLS đang có ưu thế

trên mạng trục nhờ một loạt các ưu điểm hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS

• Công nghệ truyền dẫn sẽ tập trung chủ yếu vào công nghệ thông tin quang

WDM, DWDM, với khả năng về băng thông lớn và tiết kiệm tài nguyên

sợi quang

• Các phương pháp định tuyến vẫn sẽ tập trung vào các phương pháp định

tuyến sử dụng trên mạng IP hiện thời như OSPF, IS-IS

2.1 Tổng quan công nghệ MPLS

Sự phát triển đa dạng của các ứng dụng dựa trên công nghệ gói điển hình là

giao thức IP đã kéo theo sự bùng nổ lưu lượng và làm thay đổi bản chất lưu

lượng truyền tải trên mạng Định tuyến IP đã phát triển thêm tính năng mới, dưới

ảnh hưởng của công nghệ mới, đó là chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS)

MPLS được hướng thành một mảng điều khiển không chỉ đơn thuần sử dụng cho

bộ định tuyến mà còn với công nghệ cũ như SDH và thiết bị mới như OXC

Những nỗ lực này đã tạo ra mảng điều khiển chung chuẩn hoá, một phần tử thiết

yếu trong sự phát triển mạng mở và tương hợp Trước hết, một mảng điều khiển

chung sẽ làm đơn giản hoá hoạt động khai thác và bảo dưỡng, do đó giảm được

chi phí vận hành mạng Tiếp đến, mảng điều khiển chung cung cấp một loạt giải

pháp phát triển từ mô hình chồng đến mô hình đồng cấp Một số sửa đổi và thêm

tính năng vào giao thức định tuyến và báo hiệu MPLS để thích ứng với mạng

chuyển mạch quang đã được thực hiện bởi IETF GMPLS là tên gọi mới của

giao thức MPLS đã được mở rộng thành mảng điều khiển chung cho mạng

truyền tải thế hệ sau

Hình 2.1 Mô hình kiến trúc giao thức MPLS/GMPLS

Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là một công nghệ mới xuất hiện

nhưng đã chiếm được lòng tin của người sử dụng, nhờ sự tích hợp mô hình phát

chuyển trao đổi nhãn với định tuyến lớp mạng Những nỗ lực ban đầu của MPLS

tập trung vào IPv4 để hỗ trợ các giao thức định tuyến IP tìm đường kết nối trong

mạng Tuy nhiên, MPLS cũng cung cấp khả năng thiết kế lưu lượng: chuyển

luồng lưu lượng từ các tuyến ngắn nhất được xác định theo thuật toán của giao

thức định tuyến đến tuyến có tiềm ẩn nghẽn thấp nhất qua mạng

Nguyên lý hoạt động chủ yếu trong công nghệ MPLS là thực hiện gán nhãn

cho các loại gói tin cần chuyển đi tại các bộ định tuyến nhãn biên LER, sau đó

các gói tin này sẽ được trung chuyển qua các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn

LSR Các đường chuyển mạch nhãn LSP được thiết lập bởi người điều quản lý

mạng trên cơ sở đảm bảo một số yêu cầu kỹ thuật nhất định như là mức độ

chiếm dụng đường thông, khả năng tắc nghẽn, chức năng kiến tạo đường

hầm….Như vậy, sự hoạt động chuyển mạch các LSP cho phép MPLS có khả

năng tạo ra các kết nối đầu cuối tới đầu cuối như đối với công nghệ ATM hoặc

Frame Relay và cho phép truyền lưu lượng qua các tiện ích truyền tải khác nhau

mà không cần phải bổ sung thêm các giao thức truyền tải hoặc cơ cấu điều khiển

ở phân lớp 2 Những chức năng chủ yếu của công nghệ MPLS đã được mô tả và

định nghĩa trong các tài liệu của tổ chức IETF (RFC 3031, 3032) Phương pháp

chuyển mạch nhãn ứng dụng trong công nghệ MPLS cho phép các bộ định tuyến

thực hiện định tuyến gói tin nhanh hơn do tính đơn giản của việc xử lý thông tin

định tuyến chứa trong nhãn Một chức năng quan trọng nữa được thực hiện trong

MPLS đó là thực hiện các kỹ thuật lưu lượng, các kỹ thuật này cho phép thiết lập

các đường thông các thông số thực hiện mạng để có thể truyền tải lưu lượng với

các cấp dịch vụ và chất lượng dịch vụ khác nhau (RFC 2702) Một chức năng

quan trọng nữa được cung cấp trong MPLS đó là khả năng kiến tạo các kết nối

đường hầm để cung cấp dịch vụ mạng riêng ảo (VPN) Mạng thực hiện trên cơ

sở công nghệ MPLS cho phép giảm độ phức tạp điều khiển và quản lý mạng do

việc truyền tải lưu lượng xuất phát từ nhiều loại hình giao thức khác nhau Công

nghệ MPLS hiện tại đang được phát triển theo hai hướng: MPλS (Multi Protocol

lamda Switching) và GMPLS (Generalized Multiprotocol Label Switching)

MPλS tập trung vào xây dựng ứng dụng truyền tải IP qua mạng quang, cụ thể là

tìm kiếm các giải pháp chuyển tải luồng lưu lượng IP vào các bước sóng quang

Trong khi đó GMPLS tập trung vào việc xây dựng nền tảng điều khiển cho mạng

MPLS nhằm tích hợp chức năng quản lý của các phương thức truyền tải khác

nhau như là IP, SDH, Ethernet … trên một nền tảng quản lý thống nhất

Mặc dù về cơ bản có thể hài lòng về MPLS nhưng các đặc tính tiên tiến như

VPN và thiết kế lưu lượng hiện vẫn đang còn nhiều tranh luận Việc thực thi các

đặc tính này là hoàn toàn đúng đắn tuy nhiên rất có thể sẽ không liên kết hoạt

động với những công nghệ khác

GMPLS chủ yếu tập trung vào mảng điều khiển để thực hiện quản lý kết nối

cho mảng số liệu (lưu lượng số liệu thực tế) cho cả giao diện chuyển mạch kênh

và chuyển mạch gói Mảng điều khiển này đảm nhiệm bốn chức năng cơ bản

sau:

• Điều khiển định tuyến: cung cấp chức năng định tuyến, thiết kế lưu lượng

và tìm kiếm topo

• Tìm kiếm tài nguyên: cung cấp cơ chế lưu vết tài nguyên khả dụng của hệ

thống như băng tần, dung lượng ghép kênh và cổng lưu lượng

• Quản lý kết nối: cung cấp dịch vụ đầu cuối đến đầu cuối cho dịch vụ khác

Chức năng này gồm tạo, thay đổi, chất vấn và xoá kết nối

• Khôi phục kết nối: cung cấp mức độ bảo vệ phụ cho mạng

2.2 Khả năng cung cấp dịch vụ

Một trong những dịch vụ cơ bản là cung cấp kết nối đầu cuối đến đầu cuối

Nhà khai thác chỉ cần mô tả các tham số kết nối và gửi chúng đến nút vào mạng

Nút vào mạng sẽ xác định đường kết nối tương ứng với những tham số người sử

dụng cung cấp và báo hiệu cho những nút liên quan để thiết lập kết nối Toàn bộ

thủ tục này chỉ thực hiện mất vài giây thay vì vài giờ như trước đây

Một dịch vụ quan trọng khác đó là cung cấp băng tần theo yêu cầu Đây là sự

mở rộng tính năng của dịch vụ trên bằng cách cho phép thiết bị lớp cuối (client)

kết nối vào mạng quang để thiết lập kết nối theo thời gian thực như yêu cầu

Dịch vụ chính mang lại sự mềm dẻo nhất cho người sử dụng đó là mạng riêng

ảo (VPN) Dịch vụ này cho phép người sử dụng có quyền kiểm soát toàn bộ tài

nguyên của mạng trong phân vùng mạng đã định nghĩa trong mạng truyền tải

Mặc dù có quyền kiểm soát tài nguyên mạng nhưng VPN chỉ là phân vùng mạng

logic và người sử dụng kết cuối không thể truy nhập và có thể thấy mạng của

nhà cung cấp Dịch vụ này tiết kiệm tài nguyên cho nhà cung cấp thông qua việc

trao quyền thiết lập thủ tục và kênh thông tin cho khách hàng

GMPLS được phát triển với mục đích tạo ra một bộ giao thức mà có thể áp

dụng cho tất cả các kiểu giao thức Nó mở rộng kiến trúc của MPLS cho các kiểu

giao tiếp hơn là giao tiếp dựa trên công nghệ gói GMPLS cũng duy trì khả năng

sẵn có của MPLS là tạo thành G-LSP G-LSP sẽ tạo thành cấp phát chuyển: trên

cùng là giao diện chuyển mạch sợi (FSC), kế đến là giao diện chuyển mạch

lamda (LSC), giao diện chuyển mạch TDM và cuối cùng là giao diện chuyển

mạch gói (PSC)

Cung cấp các giao thức báo hiệu

Giao thức báo hiệu là một giao thức quan trọng được sử dụng trong mạng

điều khiển Hiện thời chỉ có hai giao thức được sử dụng rộng rãi đó là: Giao thức

phân bố nhãn định tuyến bắt buộc (CR-LDP) và mở rộng thiết kế lưu lượng -

Giao thức dành trước tài nguyên (RSVP-TE) Bất cứ đối tượng nào được

GMPLS định nghĩa cũng có thể mang trong các bản tin báo hiệu của những giao

thức này Giao thức báo hiệu có trách nhiệm đối với tất cả những hoạt động quản

lý kết nối Nó dùng để thiết lập và gỡ bỏ LSP, thay đổi LSP và truy tìm thông tin

LSP

Cung cấp chức năng định tuyến gắn với kỹ thuật lưu lượng

Như đã trình bày trên, các chức năng của mảng điều khiển bao gồm quản lý

kết nối, chức năng định tuyến, thiết kế lưu lượng và tìm kiếm topo và tài nguyên

Các giao thức báo hiệu và GMPLS chỉ thực hiện những vấn đề liên quan đến

quản lý kết nối Do đó phải cần đến một số giao thức khác để đảm nhiệm những

phần còn lại

Định tuyến thiết kế lưu lượng mở rộng giao thức định tuyến truyền thống để

cung cấp toàn bộ những chức năng định tuyến sẵn có và thêm năng lực thiết kế

Sự khác biệt chính giữa hai kiểu giao thức này đó là định tuyến thiết kế lưu

lượng phân bố gói tùy theo chu kỳ qua mạng; những gói này chứa thông tin khả

dụng về tài nguyên và các tham số thiết kế lưu lượng Khi các phần tử mạng

nhận được những gói này thì chúng sẽ sử dụng dữ liệu trong đó để thực hiện tính

toán định tuyến và quyết định luồng phát chuyển đáp ứng yêu cầu thiết kế lưu

lượng của người sử dụng

Do đó giao thức mở rộng định tuyến thiết kế lưu lượng có thể hỗ trợ cho việc

tìm kiếm tài nguyên và topo, thiết kế lưu lượng Tương tự như giao thức báo

hiệu, hiện nay cũng mới chỉ có hai giao thức định tuyến IS-IS và OSPF được sử

dụng rộng rãi

Cung cấp giao thức quản lý tuyến (LMP)

Nhằm đảm bảo thông tin nhãn GMPLS chính xác giữa các phần tử mạng

(NE) cần phải xác định các cổng kết nối giữa chúng LMP hoạt động giữa các hệ

thống lân cận cho việc cung cấp tuyến và cô lập lỗi LMP cũng được sử dụng

cho bất cứ phần tử mạng nào, tuy nhiên nó thường được hướng cho chuyển mạch

quang

Những chức năng như QoS, khôi phục và VPN thường được cung cấp từ lớp

ATM và SDH sẽ được thay thế bằng GMPLS qua lớp IP và WDM Nhu cầu

VPN với QoS xác định được thực hiện qua ATM nay được đảm nhiệm bởi QoS

IP và VPN IP Tương tự như vậy chức năng bảo vệ Ring được thực hiện bởi

SDH cũng được thay thế bằng khôi phục quang và IP Chúng ta sẽ cùng kiểm

chứng những điều này qua việc phân tích tính năng lớp IP và WDM dưới sự hỗ

trợ của công nghệ điều khiển mạng GMPLS

Hỗ trợ IP QoS

IP QoS được sử dụng để đảm bảo truyền dẫn chính xác lưu lượng theo những

yêu cầu bắt buộc đã được xác định như trễ hoặc jitter Nó có thể chia thành

những nội dung sau:

• Phân lớp dịch vụ qua phần mô tả lưu lượng để phân loại gói thành nhóm

và tạo khả năng truy nhập cho xử lý QoS trên mạng

• Quản lý nghẽn tạo hàng chờ, phân chia gói vào hàng chờ theo loại gói và

lập kế hoạch truyền dẫn gói trong hàng chờ

• Kỹ thuật tránh nghẽn, giám sát tải lưu lượng mạng để tiên liệu trước và

tránh nghẽn tại những nút cổ chai chung của mạng

• Cả hai cơ chế chính sách và sửa dạng lưu lượng sử dụng phần mô tả lưu

lượng của gói (qui định bởi phân loại gói) để đảm bảo chất lượng dịch vụ

• Báo hiệu QoS là một dạng thông tin của mạng mà đưa ra cách thông tin

của nút mạng với nút lân cận để yêu cầu xử lý đặc biệt cho lưu lượng nào

đó

Kiến tạo VPN IP

VPN IP cung cấp dung lượng dành trước qua mạng với một băng tần đảm

bảo và các bộ định tuyến được phân cách trước Dịch vụ này cung cấp một số

mức độ bảo mật kết hợp với sự đảm bảo về QoS nghiêm ngặt cho thông lượng

đầu ra, độ sẵn sàng, mất gói, trễ và jitter

Khôi phục IP

Có một số lợi ích rõ ràng từ khôi phục lớp IP đó là tính mềm dẻo cao khi

cung cấp luồng khôi phục và biểu thị mức khôi phục Ví dụ, lưu lượng thoại rất

nhạy với trễ và jitter có thể được phân biệt và khôi phục ở một cấp độ cao nhất

Ngược lại, lưu lượng Internet chỉ được khôi phục ở mức thấp nhất vì nó có thể

lưu lại và định tuyến qua mạng dễ dàng

Bảo vệ và khôi phục quang

Chức năng khôi phục quang bị giới hạn trong kết nối điểm - điểm hoặc phân

mạng Ring Nguyên tắc chính của bảo vệ quang trong mạng đa bước sóng là

cung cấp kết nối điểm - điểm tin cậy dùng để liên kết các nút lớp dịch vụ (IP)

ITU-T đã định nghĩa lớp mạng quang theo ba phân lớp, và bảo vệ quang cũng

được áp dụng tại ba phân lớp này

• Bảo vệ đường truyền quang: cung cấp khả năng chống lại sự cố tại lớp

đoạn truyền dẫn theo cơ chế bảo vệ 1+1 hoặc 1:1

• Bảo vệ kênh quang: cung cấp bảo vệ 1:1 cho các kênh quang dựa trên cơ

sở kênh này đến kênh kia tại lớp kênh quang

• Bảo vệ đoạn ghép kênh quang: OADM cung cấp khả năng phân bổ kênh

bước sóng động và chuyển mạch bảo vệ để bảo vệ kênh quang chống lại

sai hỏng mạng

2.3 Khả năng triển khai MPLS/GMPLS

MPLS/GMPLS sẽ được triển khai rộng khắp trong vài năm tới Có hai lý do

để tin vào điều này:

• Thứ nhất, chúng ta cùng nhìn lại một số công nghệ trụ cột hiện thời như

ATM hay SDH, chúng cũng phải mất một thời gian (khoảng 5 năm) để có

được chỗ đứng vững chắc trong mạng của nhà khai thác MPLS/GMPLS

cũng sẽ đi theo con đường đó

• Thứ hai, một điều dễ thấy là sẽ không thể liên kết mạng nếu như sản phẩm

được thực thi theo những cách riêng (độc quyền) của từng hãng Do đó,

MPLS/GMPLS trở thành một mảng điều khiển chuẩn là vô cùng quan

trọng Hiện tại nhiều tổ chức công nghiệp như IETF và OIF đã bắt tay với

nhau dưới sự hỗ trợ mạnh mẽ từ các nhà cung cấp dịch vụ truyền tải và

Internet Bởi vậy, trong vài năm tới nhất định MPLS/GMPLS sẽ trở thành

đối tượng thu hút nhiều nhà kinh doanh trong lĩnh vực viễn thông, và chỗ

đứng của nó được đảm bảo bằng nguồn tài chính đổ vào trong những năm

tới

Hiện nay đã có nhiều công ty quảng cáo sản phẩm MPLS/GMPLS thương

mại của mình trên mạng Tuy nhiên cũng chưa có đánh giá đầy đủ nào về hiệu

quả của MPLS/GMPLS thực tế trên mạng

MPLS/GMPLS hiện đang được phát triển như một chuẩn mở cho phép nhà

cung cấp dịch vụ phát triển và triển khai dịch vụ mới một cách nhanh chóng Và

cũng nhờ đó tránh được vấn đề không tương hợp thiết bị của các nhà sản xuất

khác nhau trên cùng phân đoạn mạng

MPLS/GMPLS là một giải pháp chuẩn mở mà hợp nhất các mạng khác nhau

làm đơn giản, mở rộng và tăng tốc độ dịch vụ giá trị cao IETF và OIF là hai

nhóm công nghiệp dẫn đầu trong nỗ lực chuẩn hoá GMPLS IETF tập trung vào

xây dựng khung tổng thể và các giao thức cho GMPLS còn OIF phát triển tính

phối hợp cụ thể của từng giao thức

Một vài vấn đề mang tính đặc trưng riêng của mạng quang đã được kết hợp

trong phiên bản tiêu chuẩn nháp GMPLS hiện thời Tuy nhiên hiện vẫn còn rất

nhiều việc cần làm để chuẩn hoá GMPLS

GMPLS sẽ là một phần không thể tách rời khi triển khai mạng số liệu thế hệ

sau Công nghệ này cung cấp cầu nối giữa lớp mạng IP và quang để cho phép

phát triển đồng thời khả năng mở rộng và tương hợp trong hai lớp mạng này

Với GMPLS, khoảng trống giữa hạ tầng truyền thống và lớp IP đang được thu

hẹp, mở đường cho việc triển khai dịch vụ nhanh chóng và hiệu quả

Qua nghiên cứu trên cho thấy MPLS/GMPLS hoàn toàn có thể đảm nhiệm

được chức năng của ATM và SDH thể hiện ở QoS, khôi phục, VPN và bảo vệ

Ring nhờ QoS IP, VPN IP, khôi phục IP và khôi phục lớp quang Nhà cung cấp

dịch vụ có thể tích hợp giao thức báo hiệu trong MPLS/GMPLS để thiết lập hạ

tầng truyền tải dung lượng cao, xử lý lượng dung lượng lớn theo cách hiệu quả,

nâng cao tốc độ dịch vụ và giải quyết được ảnh hưởng của nghẽn mạng

Trong vài năm tới, MPLS/GMPLS sẽ là một trong những công nghệ không

thể thiếu trong hạ tầng mạng truyền tải thế hệ sau

Ưu điểm

• MPLS có thể áp dụng phù hợp với hầu hết các cấu trúc tô-pô mạng (mesh

hoặc ring) Bởi vì các tuyến MPLS dựa trên tô pô và sử dụng nhãn để

nhận diện nên tuyến dễ dàng được định tuyến lại

• MPLS cho phép truyền tải đa dịch vụ với hiệu suất truyền tải cao Chức

năng điều khiển quản lý lưu lượng trong MPLS cho phép truyền tải lưu

lượng các loại hình có yêu cầu về QoS

• MPLS cho phép định tuyến gói tin với tốc độ nhanh do giảm thiểu việc xử

lý thông tin định tuyến

• MPLS cho có khả năng kiến tạo kết nối đường hầm Dựa trên khả năng

này nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp các dịch vụ kết nối ảo (ví dụ

như TLS ở mức 2, VPN ở mức 3) Thêm nữa sử dụng nhãn, lưu lượng

riêng có thể tách ra khỏi mạng công cộng

• MPLS có khả năng phối hợp tốt với IP để cung cấp các dịch vụ mạng

riêng ảo trong môi trường IP và kết hợp với chức năng RSVP để cung cấp

dịch vụ thỏa mãn QoS trong môi trường IP (RSVP-TE LSPs)

Nhược điểm

• Khả năng hồi phục mạng không nhanh khi xảy ra sự cố hư hỏng trên

mạng Cơ chế bảo vệ lớp mạng quang có thể không đủ hiệu quả để bảo vệ

cho luồng MPLS

• MPLS chỉ quan tâm đến lưu lượng tổng thể và như vậy thì rất khó hiện

thực các luồng nhỏ Chú ý có thể gán nhãn cho mỗi luồng nhưng sẽ không

thể mở rộng trong mạng lõi do số lượng luồng là rất lớn

• Do MPLS là topo định hướng nên nhãn cần được gán cho mỗi tuyến Đây

lại trở thành điểm yếu của MPLS khi tuyến không sử dụng thì coi như

lãng phí nhãn

• Khi triển khai một công nghệ mới như MPLS đòi hỏi các nhân viên quản

lý và điều hành mạng cần được đào tạo và cập nhật kiến thức về công

nghệ mới, nhất là các kiến thức mới về quản lý và điều khiển lưu lượng

trên toàn mạng

• Giá thành xây dựng mạng dựa trên công nghệ MPLS nói chung còn khá

đắt

Nhận xét: Công nghệ MPLS phù hợp cho việc xây dựng mạng với mục tiêu

truyền tải dịch vụ tích hợp và đạt được hiệu suất truyền tải cao, đảm bảo QoS

của dịch vụ Công nghệ MPLS/IP sẽ là công nghệ chủ đạo trong mạng NGN và

là công nghệ chủ đạo để xây dựng mạng lõi, mạng biên lớn, có quy mô cỡ một

thành phố hay quốc gia Tuy nhiên các dịch vụ sử dụng công nghệ MPLS sẽ phải

triển khai dần dần theo từng giai đoạn

3 Phương thức định tuyến IP/MPLS

3.1 Giao thức CR-LDP

Giao thức CR-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

3.2 Giao thức RSVP

RSVP là giao thức cho phép các ứng dụng thông báo các yêu cầu về QoS với

mạng và mạng sẽ đáp ứng bằng những thông báo thành công hoặc thất bại

RSVP phải mang các thông tin sau:

• Thông tin phân loại, nhờ nó mà các luồng 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

• Chỉ tiêu kỹ thuật của luồng lưu lượng và các yêu cầu QoS, theo khuôn dạng

TSpec và RSpec, bao gồm các dịch vụ yêu cầu (có bảo đảm hoặc tải điều

khiển)

Rõ ràng là RSVP phải mang những thông tin này từ các máy chủ tới tất cả

các tổng đài chuyển mạch và các bộ định tuyến dọc theo đường truyền từ bộ gửi

đến bộ nhận, vì vậy tất cả các thành phần mạng này phải tham gia vào việc đảm

bảo các yêu cầu QoS của ứng dụng

4 Đảm bảo QoS cho mạng

Một trong những vấn đề quan trọng trong công tác qui hoạch là phải định cỡ

các đường định tuyến và các nút mạng sao cho hạ tầng truyền tải có thể đáp ứng

các yêu cầu về chất lượng dịch vụ Các tham số về chất lượng dịch vụ đầu cuối

cho mạng IP được xác định theo Khuyến nghị của ITU-T là độ trễ trung bình, độ

trễ lớn nhất, độ vi sai trễ, tỉ lệ tổn thất gói tin Mỗi một dịch vụ cụ thể (như thoại,

video, dữ liệu Internet, …) sẽ đòi hỏi một cấp chất lượng dịch vụ khác nhau Để

thoả mãn các điều kiện về QoS này, ngoài việc phải xác định và phân bố tài

nguyên của mạng, như băng tần, bộ đệm, … còn phải áp dụng các cơ chế phân

chia và ưu tiên, các thuật toán và thủ tục (như DiffServ) cho các lớp lưu lượng

ứng với các dịch vụ đầu cuối Trong bài toán qui hoạch chúng tôi sẽ giới hạn

việc tính toán qui hoạch mạng chuyển mạch IP dựa trên yêu cầu về trễ gói tin

trung bình và tỉ lệ tổn thất gói tin Để tính được chính xác băng thông yêu cầu

cho mạng trục trên mỗi đường kết nối thoả mãn các tham số về QoS như trễ, tỉ lệ

tổn thất gói tin chúng ta phải mô hình hoá lưu lượng Hiện nay các nghiên cứu về

lưu lượng mạng cho thấy lưu lượng IP tập trung trên mạng trục sẽ phải có dạng

Long-Range Dependent (LRD) Do đó các tham số như giá trị trung bình, vi sai,

tham số Hurst sẽ phải được tính đến dựa trên các mẫu về lưu lượng thu được trên

mạng Dựa trên các tham số về lưu lượng, lưu lượng đầu vào của một node sẽ

được mô hình hoá Đồng thời sử dụng kỹ thuật mô phỏng node bằng một hàng

đợi, chúng ta sẽ tính băng thông yêu cầu cho mỗi node đảm bảo độ trễ trung bình

và tỉ lệ tổn thất gói tin cho trước Tuy nhiên với sự thay đổi và không ổn định

của các tham số lưu lượng, nhất là đối với các lưu lượng mạng trong tương lai,

việc xác định các tham số lưu lượng mạng trục gần như không có khả năng Do

đó chúng ta có thể sử dụng các kết quả đã đạt được từ các nghiên cứu sẵn có để

phân bổ tài nguyên cần thiết cho các kết nối và ước tính giá trị băng thông cho

các kết nối cụ thể Băng thông cần thiết để đảm bảo QoS có thể được tính dựa

trên tỉ lệ với lưu lượng trung bình – là tham số đã có được từ bảng dự báo lưu

lượng

Trên mạng trục, lưu lượng của các dịch vụ khác nhau được chia ra thành các lớp,

ứng với các lớp lưu lượng đòi hỏi chất lượng dịch vụ khác nhau theo Khuyến

nghị của ITU-T Trong bài toán qui hoạch này tôi chia lưu lượng mạng thành 3

lớp QoS theo Rem Y 1541:

− Lớp 0 (class 0): Các dịch vụ thời gian thực, thoại VoIP, video

− Lớp 2 (class 2): Lưu lượng điều khiển, báo hiệu

− Lớp 3 (class 3): Lưu lượng dữ liệu

Để đảm bảo độ trễ đầu cuối trung bình, tôi cũng hạn chế số lượng hop trên mỗi

đường định tuyến (path) Thí dụ, với độ trễ đầu cuối cho các dịch vụ thời gian

thực là 100 ms (Rem Y 1541), tạm tính cho độ trễ trên mỗi path không vượt

quá 20 ms trên mạng trục (tham khảo phân bổ trễ đầu cuối trong Rem Y 1541,

giải pháp NGN của các hãng như Erisson, …), giá trị trễ trung bình trên mỗi

node thường vào khoảng 2 ms, thì trên mỗi path không được có quá 10 node

5 Cơ chế bảo vệ mạng IP/MPLS

Xác định cấu trúc mạng phụ thuộc vào cơ chế bảo vệ mạng Với mỗi cơ chế

bảo vệ sẽ có một cấu trúc mạng tương ứng đảm bảo cho yêu cầu an toàn mạng

Một trong các cách bảo vệ khi có lỗi xảy ra là sử dụng cơ chế bảo vệ tuyến

Khái niệm bảo vệ tuyến có nghĩa là làm cách nào đó dự phòng đủ băng thông

trên một tuyến khác dành cho trường hợp có một link bị lỗi trong bất kỳ đường

nào của mạng Nếu lỗi xảy ra trên tuyến truyền dữ liệu, mạng sẽ sử dụng tuyến

dự phòng

Ở hình 2.2, dữ liệu được truyền trên tuyến dự phòng khi có lỗi xảy ra nhưng

để sử dụng tuyến này cần phải xác định tuyến này và phải đảm bảo có đủ dung

lượng trên tuyến mới để xử lý luồng dữ liệu Cần có thời gian và nếu ta muốn

chuyển sang tuyến mới mà không làm ngắt quãng kết nối, tuyến dự phòng cần

được xác định trước