Nghiên cứu các giải pháp truyền tải ip trên mạng quang và áp dụng vào mạng thế hệ mới ngn

  • Số trang: 149 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 13 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

i MỤC LỤC Trang Mục lục ……..…………………………….……….……………….......………. i Trang Danh mục các từ viết tắt …………..…...…………….…….......……………... v Danh mục hình vẽ và bảng biểu …………….……..……….......…………….. xi MỞ ĐẦU ….…………………………………………….…......………………. 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IP ……………........……...… 3 1.1 Giao thức IP ……...…...……………………..…………….........……….… 3 1.2 IPv4 …………………………………………………...….......…..………… 3 1.3 Đặc tính lưu lượng Internet …………………………........…….....……… 4 1.4 IPv6 giải pháp khắc phục những vấn đề tồn tại trong IPv4 ..................... 4 1.5 Lựa chọn IPv4 hay IPv6 ...……………….….…….........……........……… 7 1.6 IPv6 cho IP/WDM ...………………………...…....……….….......……….. 7 1.7 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong IP ...…………………….…...........……. 8 CHƢƠNG 2 MẠNG QUANG VỚI CÔNG NGHỆ IP …………….........…… 9 2.1 Tổng quan về mạng quang (Lịch sử thông tin quang) ...……..........……. 9 2.2 Nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang …….......……. 10 2.2.1 Giới thiệu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang …..…........…...... 10 2.2.2 Thích ứng IP trên lớp mạng quang (WDM) .………………........………. 13 2.2.2.1 IP/PDH/SDH cho truyền dẫn WDM ………………….........………... 13 2.2.2.2 IP/ATM/SDH cho truyền dẫn WDM ..…………..….........………..… 13 2.2.2.3 IP/ATM trực tiếp trên WDM ..............…………..….........………..… 16 2.2.2.4 Số liệu trên SONET?SDH (DoS) và các giao thức hỗ trợ truyền dẫn SONET/SDH trên mạng quang (WDM) .......................................................... 17 2.2.2.5 IP/SDL trực tiếp trên WDM ................…………..….........………..… 25 2.2.2.6 IP/Gigabit Ethernet cho WDM ……………….......…..……………… 26 2.2.3 Nghiên cứu các giao thức mới ………...…………......…………………. 28 2.2.3.1 Ring gói đàn hồi (Resilient Packet Ring/Spacial Reuse Protocol RPR/SRP) ……………………………………..…......................……………. 28 ii 2.2.3.2 Phƣơng thức truyền tải gói đồng bộ (Dynamic Transfer Mode-DTM) 29 2.2.3.3 Sử dụng MPLS hỗ trợ chức năng định tuyến IP (IP- MPLS)............... 31 2.2.4 Hƣớng đến hạ tầng chuyển mạch quang …..………………….......…….. 35 2.2.4.1 Chuyển mạch kênh quang WDM……………….…..….......………… 35 2.2.4.2 Chuyển mạch gói quang …………………………….........………….. 37 2.2.5 Kết luận ……………..………………………………….......…………… 42 2.3 Nghiên cứu phương thức điều khiển trong mạng truyền tải tích hợp IP quang……………..………………………….…………………...................….. 44 2.3.1 Quá trình phát triển mặt điều khiển …….……………….......………….. 44 2.3.1.1 Sự thay đổi trong cấu trúc mặt điều khiển …………........…...…..…...44 2.3.1.2 Sự thay đổi các giao thức báo hiệu và định tuyến ……….........……... 45 2.3.1.3 Sự cần thiết của GMPLS và ASON………...……….…..........……… 47 2.3.2 G-MPLS ……...………………………………...………….......………... 49 2.3.2.1 Khái niệm …………………………………………..….......………… 49 2.3.2.2 Quá trình phát triển G-MPLS từ MPLS …………….........………….. 50 2.3.2.3 Mục tiêu và các chức năng mặt điều khiển GMPLS ….......……..…... 53 2.3.2.4 Kiến trúc các thành phần của mặt điều khiển GMPLS ….......……..... 55 2.3.2.5 Định tuyến GMPLS …………………………………….......…..……. 58 2.3.2.6 Báo hiệu trong GMPLS …………………...………….......………….. 60 2.3.2.7 Các lợi ích của G-MPLS …………..………………….......…………. 64 2.3.2.8 Một số vấn đề tồn tại của GMPLS ………………..….......………….. 66 2.3.3 Mạng chuyển mạch quang tự động (ASON)……………..........………… 68 2.3.3.1 Khái niệm …………………………..……………….......…………… 68 2.3.3.2 Mô hình ASON…………………….……………….........…………... 68 2.3.3.3 Các chức năng của ASON …………………………......……..……... 71 2.3.3.4 Các mô hình dịch vụ cho kiến trúc ASON ………......………..…….. 77 2.3.4 Kết luận …………………………………………….........……………… 79 iii CHƢƠNG 3 ÁP DỤNG CÁC GIẢI PHÁP TRUYỀN TẢI IP QUA MẠNG QUANG VÀO MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN …………...….....................…… 81 3.1 Giới thiệu chung về mạng thế hệ mới NGN ……...……............................ 81 3.1.1 Nguyên tắc tổ chức mạng thế hệ mới NGN ...………….......…...………. 81 3.1.2 Cấu trúc mạng thế hệ mới NGN ……..........................................……….. 81 3. 2 Các thiết bị liên quan .................................................................................. 83 3.2.1 Các thiết bị liên quan đến truyền tải lƣu lƣợng IP trong mạng VNPT ...... 83 3.2.1.1 Thiết bị định tuyến ............................................................................... 83 3.2.1.2 Thiết bị chuyển mạch Lớp 2 ................................................................. 87 3.2.1.3 Thiết bị truyền dẫn ............................................................................... 88 3.2.2 Các dòng sản phẩm chuyển mạch thử nghiệm và thƣơng mại của chuyển mạch quang ......................................................................................................... 91 3.2.2.1 Các dòng sản phẩm chuyển mạch OEO ............................................... 92 3.2.2.2 Các dòng sản phẩm chuyển mạch OOO ............................................... 97 3.3 Phương án áp dụng chuyển mạch quang cho mạng viễn thông của VNPT ................................................................................................................... 98 3.3.1 Mục tiêu phát triển chiến lƣợc của mạng viễn thông Việt nam ................ 98 3.3.1.1 Quan điểm chiến lƣợc .......................................................................... 98 3.3.1.2 Mục tiêu của chiến lƣợc ....................................................................... 99 3.3.1.3 Sơ lƣợc mục tiêu phát triển chiến lƣợc viễn thông .............................. 99 3.3.1.4 Định hƣớng phát triển các lĩnh vực ...................................................... 100 3.3.2 Mục tiêu phát triển mạng viễn thông của VNPT ...................................... 100 3.3.2.1 Các yêu cầu đối với mạng NGN của VNPT ........................................ 101 3.3.2.2 Tổ chức mạng NGN ............................................................................. 102 3.3.3 Phân tích hiện trạng mạng viễn thông của VNPT ..................................... 104 3.3.3.1 Mạng chuyển mạch .............................................................................. 104 3.3.3.2 Mạng truyền dẫn .................................................................................. 105 3.3.3.3 Mạng truy nhập .................................................................................... 107 3.3.4 Định hƣớng phát triển mạng quang đƣờng trục của VNPT ...................... 107 iv 3.3.5 Vai trò của các tuyến cáp quang trục Bắc-Nam ........................................ 109 3.3.5.1 Các tuyến cáp quang trên quốc lộ 1A .................................................. 110 3.3.5.2 Tuyến cáp quang trên đƣờng dây điện lực 500 KV ............................. 110 3.3.5.3 Tuyến cáp quang đƣờng mòn Hồ Chí Minh ......................................... 110 3.3.5.4 Tuyến cáp quang biển trục Bắc-Nam (dự kiến hoàn thành năm 2008) 114 3.3.6 Các phƣơng án tổ chức mạng chuyển mạch quang cho mạng VNPT....... 114 3.3.6.1 Phƣơng án triển khai chuyển mạch quang theo topo WDM điểmđiểm .................................................................................................................. 115 3.3.6.2 Phƣơng án triển khai chuyển mạch quang theo topo ring WDM ......... 116 3.3.6.3 Phƣơng án triển khai chuyển mạch quang theo topo mesh .................. 117 3.3.7 Xây dựng lộ trình chuyển đổi ứng dụng chuyển mạnh quang cho mạng trục VNPT .......................................................................................................... 120 3.3.7.1 Mục tiêu ứng dụng mạng chuyển mạch quang của VNPT ........... 120 3.3.7.2 Lộ trình cho ứng dụng chuyển mạch quang trong giai đoạn 20062010 .................................................................................................................. 130 3.3.7.3 Lộ trình cho ứng dụng chuyển mạch quang trong giai đoạn 20102015 .................................................................................................................. 131 3.3.7.4 Giai đoạn sau năm 2015 ....................................................................... 132 KẾT LUẬN ......................................................................................................... 133 Tài liệu tham khảo ......................................... ....................................................135 .................................................................... .................................................. v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AAL ATM Adaptation Layer Lớp thích ứng ATM ADM Add-Drop Multiplexer Bộ xen rẽ APS Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân chia địa chỉ ATC ATM Transfer Capability Năng lực chuyển giao ATM ATM Asynchronous Transfer Mode Phƣơng thức truyền tin không đồng bộ AU Administrative Unit Đơn vị quản trị BER Bit Error Rate Tỷ lệ lỗi bit BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên CAC Call Admission Control Điều khiển nhận cuộc gọi CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit không đổi CIDR Classless Inter-Domain Routing Định tuyến liên vùng không phân lớp CLP Cell Loss Priority Độ ƣu tiên mất tế bào CoS Class of Services Lớp dịch vụ CPU Central Processing Unit Đơn vị xử lý trung tâm CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra độ dƣ thừa theo chu kỳ CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detect Đa truy nhập phân biệt theo sóng mang tránh xung đột DNS Domain Name System Hệ thống chuyển đổi tên miền DPT Dynamic Packet Transport Truyền tải gói động DTM Dynamic Transfer Mode Chế độ truyền tải động DVMRP Distance Vector Multicast Routing Protocol Giao thức định tuyến vecto khoảng cách DWDM Density Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bƣớc sóng mật độ cao DXC Digital Cross-Connect Kết nối chéo kênh EGP Exterior Gateway Protocol Giao thức cổng ngoài vi EPD Early Packet Discard Loại bỏ gói đến sớm FCS Frame Check Sequence Chuỗi kiểm tra khung FDDI Fiber Distributed Data Interface Giao diện số phân bố theo cáp quang FDL Fibre Delay Line Trễ đƣờng cáp quang FEC Forward Equivalence Class (in MPLS) Lớp phát chuyển tƣơng ứng FEC Forward Error Correction (in error correction) Sửa lỗi trƣớc FIS Failure Indication Signal Tín hiệu chỉ thị trạng thái thất bại FR Frame Relay Công nghệ Frame Relay FTTO Fiber To The Office Cáp quang đến Văn phòng FTTH Fiber To The Home Cáp quang đến hộ gia đình GbE Gigabit Ethernet Ethernet tốc độ Gigabit GUI Graphical User Interface Giao diện đồ họa ngƣời sử dụng HDLC High-level Data Link Control Điều khiển tuyến dữ liệu số mức cao HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức chuyển đổi siêu văn bản ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức bản tin điểu khiển Internet ID Identity Mã nhận dạng IEEE Institute of Electrical and ElectronicViện đào tạo các kỹ sƣ điện và điện tử Engineers IGP Interior Gateway Protocol Giao thức cổng trong IP Internet Protocol Giao thức Internet IPng IP next generation IP kế tiếp IPS Intelligent Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ thông minh IPv4 IP version 4 Giao thức Internet phiên bản 4 IPv6 IP version 6 (=IPng) Giao thức Internet phiên bản 6 ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số đa truy nhập ISO International Standards Organisation Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet vii ITU International Telecommunication Union Hiệp hội viễn thông quốc tế L2 Layer 2 Lớp 2 L3 Layer 3 Lớp 3 LAN Local Area Network Mạng cục bộ LANE LAN Emulation Mô phỏng LAN LAPS Hỗ trợ giao thức đáp ứng LAN LCP LAN Adapter Protocol Support Program Link Control Protocol LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn LF Link Failure Sự cố tuyến LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn LLC Logical Link Control Điều khiển đƣờng logic LOF Loss of Frame Mất khung LOP Loss Of Packet Mất gói LOS Loss Of Signal Mất tín hiệu LSP Lable Switched Path Đƣờng chuyển mạch nhãn LSR Lable Switch Router Định tuyến chuyển mạch nhãn MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập MAPOS Multiple Access Protocol Over Giao thức đa truy nhập qua SONET Giao thức điều khiển đƣờng SONET MBGP Multicast Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên quảng bá MPS Multi Protocol Lambda Switching Chyển mạch Lamda đa giao thức MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPOA Multi Protocol Over ATM Đa giao thức theo ATM MSP Multiplex Section Protection Bảo vệ đa vùng NE Network Element Phần tử mạng NGN Next Generation Network Mạng thế hệ mới OADM Optical Add Drop Multiplexer Bộ ghép xen rẽ quang OAM Operation, Administration and Maintenance Khai thác, Quản trị và Bảo dƣỡng viii OBS Optical burst switching Chuyển mạch cụm quang OC Optical Carrier Sóng mang quang OCH Optical Channel Kênh quang OCHP Optical Channel Protection Bảo vệ kênh quang OE Opto-electronic conversion Chuyển đổi quang-điện ODL Optical Delay Line Trễ đƣờng quang OEO Optical- Electronical- Optical Quang-Điện-Quang OEXC Opto-Electric Cross-Connect Kết nối chéo quang-điện OL Optical Label Nhãn quang OLA Optical Line Amplifier Bộ khuếch đại đƣờng quang OLC Optical Label Channel Kênh nhãn quang OLS Optical Label Switching Chuyển mạch nhãn quang OMS Optical Multiplex Section Ghép vùng quang OMSP Optical Multiplex Section Protection Bảo vệ ghép vùng quang ON Optical Network Mạng quang OOO Optical- Optical- Optical Quang-Quang-Quang OP Optical Packet Gói quang OPS Optical Packet Switching Chuyển mạch gói quang OS Operating System Hê Hệ thống khai thác OSC Optical Supervisory Channel Kênh giám sát quang OSI Open System Interconnection Liên kết nối hệ thống mở OSPF Open Shortest Path First Thuật toán tìm đƣờng ngắn nhất OTDM Optical Time Division Multiplexing Ghép quang theo thời gian OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang PDH Plesiochronous Digital Hierachy Phân cấp số cận đồng bộ POL Packet Over Lightwave Chuyển mạch gói qua bƣớc sóng POS Packet Over SONET/SDH Gói qua SONET/SDH PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm điểm ix QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ QoSig quality of signal Chất lƣợng tín hiệu RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RSVP Resource ReSerVation Protocol Giao thức dự trữ tài nguyên SCM sub-carrier multiplexing Ghép sóng mang phụ SDH Synchronous Digital Hierarchy Truyền dẫn đồng bộ SDL Simple Data Link Đƣờng dữ liệu đơn giản SDLC Synchronous Data Link Control Điều khiển tuyến dữ liệu đồng bộ SIT Simple Internet Transition Bộ đệm Internet đơn giản SLA Service Level Agreement Sự thỏa thuận mức dịch vụ SNAP Sub Network Access Point Điểm truy nhập mạng con SNCP Sub-Network Connection Protection Bảo vệ kết nối mạng con SNMP Simple Network Management Protocol Giao thức quản lý mạng đơn giản SNR signal to noise ratio Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ SPRing Section Protection Ring Vòng bảo vệ miền STM Synchronous Transport Module Chế độ truyền tải đồng bộ SVC Switched Virtual Channels Kênh chuyển mạch ảo TC Traffic Class Lớp thông tin TCA Traffic Conditioning Agreement Sự thỏa thuận điều kiện lƣu lƣợng TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thờigian TOS Type Of Service Kiểu dịch vụ UBR Unspecified Bit Rate Tốc độ bit không xác định UDP User Datagram Protocol Giao thức gói ngƣời sử dụng VC Virtual Connection (in ATM) Kết nối ảo (trong ATM) VC Virtual Container (in SDH) Gói ảo (trong SDH) VCI Virtual Channel Identifier Bộ nhận dạng kênh ảo x VP Virtual Path Đƣờng ảo VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WC Wavelength conversion Chuyển đổi bƣớc sóng WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bƣớc sóng xi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. Tiến trình phát triển công nghệ mạng WDM trên thế giới ………...... 9 Hình 2. Các kịch bản phân lớp mạng ………………………………………… 11 Hình 3. Ví dụ IP/ATM/SDH cho truyền tải qua mạng WDM ...……………... 15 Hình 4. Ví dụ về mạng IP/SDH/WDM ...…………………………………….. 18 Hình 5. khung MAPOS Phiên bản 1 và Phiên bản 2 ...………………………. 20 Hình 6. Ngăn giao thức/lớp cho IP trên STM-n sử dụng LAPS X.85 (Ngăn TCP/UDP/IP đƣợc thay bằng Ethernet đối với X.86) ..……………………… 21 Hình 7. Định dạng khung LAPS theo X.85 ...………………………………... 21 Hình 8. Mối quan hệ GFP với tín hiệu client và luồng truyền tải ..………….. 22 Hình 9. Khung sử dụng GFP ..……………………………………………….. 23 Hình 10. Ví dụ kết chuỗi ảo trong hệ thống SDH .....……………………….. 24 Hình 11. Cấu trúc mào đầu SDL ......………………………………………… 26 Hình 12. Ví dụ về truyền tải IP trên vòng ring WDM bằng khung Gigabit Ethernet ………………………………………………………………………. 27 Hình 13. Khung Gigabit Ethernet ...........…………………………………….. 28 Hình 14. Topo RPR/SRP ...…………………………………………………... 29 Hình 15. Trong mạng lõi MPLS có 3 kiểu nút đƣợc sử dụng: 1) Nút lối vào thực hiện gán nhãn. 2) Nút trung gian thực hiện tìm kiếm, trao đổi và phát chuyển nhãn. 3) Nút lối ra thực hiện gỡ bỏ nhãn .............……………………. 32 Hình 16. Hoạt động MPLS: tráo đổi và phát chuyển nhãn trong mạng lõi ...... 33 Hình 17. Chuyển mạch điện sử dụng trong miền quang ..…………………… 36 Hình 18. Hệ thống định tuyến bƣớc sóng sử dụng ma trận chuyển mạch quang …………………………………………….………………………........ 37 Hình 19. Kịch bản chung cho chuyển mạch gói ...…………………………… 38 Hình 20. Kiến trúc chuyển mạch chùm quang ...……………………………... 39 Hình 21. Kiến trúc chuyển mạch gói quang …………………………………. 40 xii Hình 22. Sự thay đổi cấu trúc mặt điều khiển của mạng …………………….. 45 Hình 23. Quá trình phát triển các giao thức báo hiệu, định tuyến ...…………. 47 Hình 24. Ngăn xếp giao thức G-MPLS ...……………………………………. 53 Hình 25 a) Topo IP gốc b) Topo IP đƣợc cấu hình lại ……………………… 65 Hình 26. Kiến trúc mạng ASON ....…………………………………………... 69 Hình 27. Sơ đồ đƣờng biên mạng ...………………………………………….. 73 Hình 28. Mô hình dịch vụ xếp chồng ..………………………………………. 78 Hình 29. Mô hình dịch vụ đồng cấp ..………………………………………... 78 Hình 30. Cấu trúc mạng viễn thông thế hệ mới ..…………………………….. 82 Hình 31. Cấu trúc mạng viễn thông thế hệ mới góc độ kinh doanh ..………... 83 Hình 32. Cấu trúc phân cấp mạng viễn thông quốc gia hiện tại ...................... 105 Hình 33. Mạng quang đƣờng trục DWDM 20 Gbit/s ...................................... 106 Hình 34.Cấu hình hệ thống cáp quang biển trục Bắc Nam .............................. 108 Hình 35. Cấu trúc hệ thống truyền dẫn liên tỉnh của VNPT giai đoạn 20012005 .................................................................................................................. 111 Hình 36. Mạch vòng thứ 6 của hệ thống cáp quang đƣờng trục ...................... 112 Hình 37. Mạch vòng tuyến liên tỉnh Cần Thơ - Cà Mau – Long Xuyên ......... 113 Hình 38. Mạch vòng tuyến liên tỉnh HCM – Vĩnh Long – Cần Thơ - Cao Lãnh .................................................................................................................. 113 Hình 39. Phƣơng án triển khai chuyển mạch quang theo topoWDM điểmđiểm .................................................................................................................. 115 Hình 40. Phƣơng án triển khai chuyển mạch quang theo topo ring WDM ..... 117 Hình 41. Topo điểm-điểm và ring có thể kết nối thành topo mesh ................. 118 Hình 42. Phƣơng án triển khai chuyển mạch quang theo topo mesh .............. 119 Hình 43. Vòng Ring Hà nội-Vinh .................................................................... 122 Hình 44. Vòng Ring WDM Vinh -Đà nẵng ..................................................... 123 Hình 45. Vòng Ring WDM Đà nẵng-Qui Nhơn .............................................. 124 Hình 46. Vòng Ring WDM Qui nhơn- TP. Hồ Chí Minh ............................... 125 xiii Hình 47. Lộ trình ứng dụng chuyển mạch quang trong mạng VNPT ............. 127 Hình 48. Mạng chuyển mạch quang mạng trục mục tiêu ................................ 128 Hình 49. Mạng chuyển mạch quang vùng/metro mục tiêu .............................. 129 Hình 50. Mạng chuyển mạch quang mạng truy nhập mục tiêu ....................... 129 Hình 51. Kiến trúc mạng chuyển mạch quang mục tiêu cho mạng trục 20062010 .................................................................................................................. 130 Hình 52. Chuyển mạch quang vùng 1 giai đoạn 2006-2010 ........................... 131 Hình 53. Chuyển mạch quang vùng 2 giai đoạn 2006-2010 ........................... 132 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Ngăn giao thức cho tích hợp IP/ATM/SDH …….....………………….. 14 Bảng 2. Các giao thức sử dụng cho IP/SDH …………..………………………... 19 Bảng 3. Một số cấu trúc của G-MPLS ……...………………………………….... 51 Bảng 4. Các giao thức và các mở rộng của GMPLS …….…………………….. 53 1 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 lƣu lƣợng truyền tải trên mạng. Lƣu lƣợng phi thoại lấn lƣớt lƣu lƣợng thoại truyền thống. Nguyên nhân sâu xa của vấn đề này là do tốc độ phát triển phi thƣờng của lƣu lƣợng Internet và sự gia tăng không ngừng số ngƣời sử dụng Internet. Các cuộc gọi truyền thống đã bị thay bằng cuộc gọi số liệu với đặc tính lƣu lƣợng “bùng nổ”, thời gian cuộc gọi dài và có tính bất đối xứng (dung lƣợng lƣu lƣợng đƣờng lên khác với dung lƣợng lƣu lƣợng đƣờng xuống),… đã tạo nên những thách thức mới cho nhà khai thác. Đối với Tổng Công ty Bƣu chính Viễn thông Việt Nam, mạng viễn thông đang trong quá trình chuyển đổi công nghệ và chuyển hƣớng đến mạng thế hệ mới NGN sau một thời gian dài hoạt động hiệu quả. Vấn đề đối với các nhà hoạch định bây giờ là phải tìm đƣợc giải pháp mạng phù hợp cho sự phát triển, đáp ứng đƣợc những yêu cầu đặt ra trong tƣơng lai và tìm những bƣớc đi thích hợp đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế. Từ yêu cầu cấp thiết thực tế thì luận văn “Nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang và áp dụng vào mạng thế hệ mới NGN” nhƣ là một trong những lời giải hữu ích cho bài toán trên. Luận văn bao gồm 3 chƣơng: - Chƣơng 1 Tổng quan về công nghệ IP Giới thiệu chung về công nghệ IP, xu hƣớng phát triển công nghệ IP. - Chƣơng 2 Mạng quang với công nghệ IP Nội dung chƣơng này đề cập đến các phƣơng pháp truyền tải IP qua mạng quang sử dụng các công nghệ mới, cách thức điều khiển, báo hiệu,... - Chƣơng 3 Áp dụng các phương pháp truyền tải IP qua mạng quang vào mạng thế hệ mới NGN Chƣơng này lấy mạng NGN đang phát triển của Tổng Công ty Bƣu chính Viễn thông Việt Nam nhƣ một ví dụ thực tế khi áp dụng các phƣơng pháp truyền tải IP qua mạng quang. 2 Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô giáo tại Khoa Điện tử Viễn thông – Trƣờng Đại học Công nghệ, đặc biệt là PGS.TS Nguyễn Kim Giao - ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn tôi. 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IP 1.1 Giao thức IP Sự phát triển của công nghệ IP gắn liền với sự phát triển của mạng Internet. Rất nhiều vấn đề nảy sinh trong mạng Internet cần đƣợc giải quyết. Sức mạnh của Internet có thể thuyết phục đƣợc chính phủ hầu hết các nƣớc, các công ty lớn nên những dự án liên quan đến Internet đƣợc đầu tƣ thoả đáng. Ngoài ra, bản thân những nhà nghiên cứu đều sử dụng Internet trong công việc hàng ngày. Đó là những nhân tố thúc đẩy Internet phát triển, hoàn thiện dịch vụ, mở rộng các tính năng mới… Phiên bản IPv4 đã và đang đƣợc sử dụng rộng rãi trên toàn cầu trong hơn 20 năm qua nhờ thiết kế linh hoạt và hiệu quả. Tuy vậy với sự bùng nổ các dịch vụ và các thiết bị trên Internet hiện nay IPv4 đã bộc lộ những hạn chế. Không gian địa chỉ 32 bit của IPv4 không còn đáp ứng đƣợc sự phát triển Internet toàn cầu đến năm 2020. Ngoài ra một số yếu tố khác thúc đẩy việc thay đổi IPv4 là ứng dụng thời gian thực và bảo mật. IETF đã tốn khá nhiều công sức và thời gian để đƣa ra phiên bản mới là Ipv6. Giao thức IPv6 giữ lại nhiều đặc điểm làm nên thành công của IPv4: hỗ trợ phi kết nối, khả năng phân đoạn, định tuyến nguồn... Trong nội dung tiếp theo sẽ đề cập đến các đặc tính chính của từng giao thức. 1.2 IPv4 IPv4 tổ chức thiết bị/ngƣời sử dụng của nó theo kiến trúc địa chỉ 2 lớp đơn giản, bao gồm địa chỉ mạng và địa chỉ Host (ID). Nhằm thích ứng cho kích thƣớc mạng khác nhau, độ dài địa chỉ 32 bit đƣợc chia thành 3 lớp cho các ứng dụng quảng bá; lớp A, B và C tƣơng ứng với kích thƣớc mạng lớn, vừa và nhỏ. Việc đánh địa chỉ hàng triệu triệu máy tính trên toàn thế giới chỉ sử dụng kiến trúc 2 lớp nhƣ định nghĩa trong IPv4 sẽ tạo ra những bảng định tuyến khổng lồ. Mặt khác, đối với các bộ định tuyến nội bộ kết quả này tạo nên mào đầu kích thƣớc lớn. Từ năm 1992 các vấn đề cơ chế địa chỉ của IPv4 đã bộc lộ những yếu điểm (số lƣợng địa chỉ đã tiến gần giới hạn) do thiếu địa chỉ lớp B và kích thƣớc của các bảng định tuyến. Một 4 giải pháp tạm thời là sát nhập các mạng (tên chuẩn tắc là Định tuyến liên vùng không phân lớp – CIDR) theo cách chia các địa chỉ lớp C còn lại thành các khối có kích thƣớc thay đổi. Tiếp đến, định nghĩa 4 vùng địa lý để làm cơ sở gán một phần không gian địa chỉ lớp C đó. Đặc biệt việc gán địa chỉ lớp C cho các vùng trên sẽ giúp giảm kích thƣớc các bảng định tuyến một cách đáng kể. Do sự phát triển của IPv4 là từ những năm 1970 nhƣng đến nay công suất và kích thƣớc bộ nhớ của các máy tính cùng với bản chất của các ứng dụng đã thay đổi đáng kể. Do sự phát triển của công nghệ và sự thành công của IP (nhƣ một giao thức chung), một số hạn chế khác ngoài vấn đề địa chỉ cũng đã nảy sinh trong IPv4, ví dụ nhƣ định tuyến thiếu hiệu quả và thiếu sự hỗ trợ cho dịch vụ Multimedia. 1.3 Đặc tính lưu lượng Internet Các đặc tính miêu tả lƣu lƣợng Internet đƣợc tạo bởi các ứng dụng cũng nhƣ là độ trễ và suy hao từ mạng phân bố. Chúng ta cũng xem xét cách lƣu lƣợng vận hành trên các tuyến trục Internet mẫu và minh họa các đặc tính của chúng từ quá trình hoạt động của mạng. IFTF ISA chia lƣu lƣợng thành 2 loại chính là mềm dẻo và không mềm dẻo. Loại mềm dẻo gồm lƣu lƣợng dữ liệu truyền thống linh hoạt với độ trễ. Chúng tận dụng băng tần có thể tuy nhiên chúng có yêu cầu về độ tắc nghẽn thấp hơn. Loại thứ hai là các lƣu lƣợng tƣơng tác thoại, Video thời gian thực nhạy với trễ. Loại này yêu cầu QoS đảm bảo. ISA định nghĩa 3 loại với QoS: - Dịch vụ đảm bảo. - Dịch vụ tải đƣợc điều khiển. - Dịch vụ dạng nỗ lực tối đa. 1.4 IPv6 giải pháp khắc phục những vấn đề tồn tại trong IPv4 Đặc điểm cơ bản của IPv6 có thể tóm tắt nhƣ sau:  Không gian địa chỉ lớn hơn.Khả năng địa chỉ hoá và chọn đƣờng rộng. IPv6 tăng kích thƣớc địa chỉ từ 32 bit (IPv4) lên 128 bit, do đó cho phép nhiều lớp địa chỉ với số lƣợng các nút đƣợc địa chỉ hoá tăng lên rất lớn, cùng với khả năng tự 5 động trong việc đánh địa chỉ. Mở rộng khả năng chọn đƣờng bằng cách thêm trƣờng “Scop” vào địa chỉ quảng bá (Multicast).  Phân cấp địa chỉ được mở rộng. IPv6 sử dụng không gian địa chỉ lớn hơn để tạo thêm nhiều mục hơn trong phân cấp địa chỉ. IPv6 có thể định nghĩa sự phân cấp của các ISP cũng nhƣ là phân cấp bên trong mỗi ISP này.  Định dạng header đơn giản. IPv6 sử dụng định dạng hoàn toàn mới cho datagram. Một số trƣờng trong Header của IPv4 đã bị bỏ hoặc chuyển thành các trƣờng tuỳ chọn. Để giảm thời gian xử lý và tăng thời gian truyền, Header của IPv6 đƣợc giảm đến mức thấp nhất có thể, mặc dù kích thƣớc địa chỉ tăng lên. Địa chỉ của IPv6 lớn gấp 4 lần địa chỉ của IPv4, nhƣng Header của IPv6 chỉ lớn hơn hai lần so với Header của IPv3.  Hỗ trợ việc tự động cấu hình và đánh số lại. IPv6 cung cấp các phƣơng tiện cho phép các máy tính trên một mạng cô lập tự động gán địa chỉ bản thân và bắt đầu thực hiện thông tin mà không phụ thuộc bộ định tuyến.  Tăng thêm các tùy chọn. Thay đổi các tuỳ chọn trong IP Header cho phép gói tin đƣợc chuyển đi hiệu quả hơn, mở rộng hơn các giới hạn về độ dài các tuỳ chọn và có thể mở rộng các tuỳ chọn một cách dễ dàng hơn trong tƣơng lai.  Khả năng chất lượng của dịch vụ QoS. Một khả năng mới đƣợc thêm vào cho phép đánh địa chỉ các Packet phụ thuộc vào dòng dữ liệu đặc biệt mà nơi gửi có thể yêu cầu cách liên lạc đặc biệt nhƣ các dịch vụ thời gian thực.  Khả năng bảo mật và xác nhận. IPv6 còn định nghĩa các phần mở rộng cho phép hỗ trợ khả năng xác nhận, toàn vẹn dữ liệu và bảo mật.  Địa chỉ IPv6 dài 128 bit đƣợc dùng để định danh các giao diện đơn và tập các giao diện. Địa chỉ IPv6 đƣợc gán cho các giao diện chứ không phải cho các nút. Nếu mỗi giao diện thuộc về một nút đơn thì bất kỳ địa chỉ Unicast của giao diện của nút đó có thể đƣợc sử dụng nhƣ là định danh cho nút đó. Có 3 loại địa chỉ IPv6. Đó là Unicast, Anycast và Multicast.  Địa chỉ Unicast xác định một giao diện đơn. 6  Địa chỉ Anycast xác định một tập các giao diện sao cho một Packet gửi đến một địa chỉ Anycast sẽ đƣợc phát tới một thành viên của nó.  Địa chỉ Multicast xác định một nhóm các giao diện, sao cho một Packet gửi đến một địa chỉ Multicast sẽ đƣợc phát tới tất cả mọi giao diện của nhóm. Không có địa chỉ Broadcast trong IPv6, nó đã đƣợc thay thế bằng địa chỉ Multicast. Tuy nhiên, IPv6 không đƣợc phát triển theo hƣớng giải quyết thích đáng vấn đề địa chỉ Internet bởi vì nó có thể thực hiện chuyển đổi địa chỉ này tại ranh giới mạng Internet, và cho phép mọi ngƣời mọi tổ chức kết nối sử dụng các địa chỉ không phải là IPv4. Một đặc tính mới của IPv6 so với IPv4 đó là khả năng hỗ trợ QoS tại lớp mạng. Tuy nhiên, điều này đƣợc thực hiện gián tiếp qua nhãn luồng và chỉ thị ƣu tiên, và không có sự đảm bảo nào về QoS từ đầu đến cuối cũng nhƣ không thực hiện chức năng dành trƣớc tài nguyên mạng. Dù sao khi các tính năng của IPv6 đƣợc sử dụng với các giao thức dành trƣớc tài nguyên mạng nhƣ RSVP chất lƣợng dịch vụ từ đầu đến cuối đƣợc đảm bảo. Đặc tính bảo mật của IPv6 hỗ trợ cho tính hợp pháp và bí mật cá nhân. Chúng cũng cung cấp chức năng cơ bản cho việc tính cƣớc dịch vụ và lƣu lƣợng tƣơng lai theo cƣớc phí. Nhằm cải thiện vấn đề định tuyến, định dạng mào đầu (cơ sở) của IPv6 sẽ đƣợc cố định; điều này cho phép giảm thời gian xử lý ở phần mềm do phần cứng thực hiện nhanh hơn nên định tuyến cũng sẽ nhanh hơn. Nhiều thay đổi chủ yếu tập trung ở phần phân tách số liệu. Trong IPv6, phân tách số liệu đƣợc thực hiện tại phía nguồn và khác với IPv4, bộ định tuyến có dung lƣợng kích thƣớc gói giới hạn. Kết hợp với những thay đổi này bộ định tuyến IPv6 phải hỗ trợ tối thiểu 576 byte so với 68 byte của bộ định tuyến IPv4. Tất cả thông tin về phân tách đƣợc chuyển từ mào đầu IP tới phần mào đầu mở rộng nhằm đơn giản hóa giao thức và nâng tốc độ xử lý số liệu IP trong bộ định tuyến. Kiểm tra lỗi ở mức IP không đƣợc thực hiện trong IPv6 để giảm khối lƣợng xử lý và cải thiện định tuyến. Kiểm tra lỗi tiêu tốn nhiều thời gian, mất nhiều bit 7 mào đầu và dƣ thừa khi cả lớp định tuyến và lớp truyền tải đều có chức năng kiểm tra tin cậy. 1.5 Lựa chọn IPv4 hay IPv6 Cho đến nay, chúng ta có thể khẳng định chắc một điều là IPv6 sẽ không thể thay thế IPv4 chỉ trong một sớm một chiều. Hai phiên bản IP này sẽ cùng tồn tại trong nhiều năm nữa. Về nguyên lý, có thể thực thi IPv6 bằng cách nâng cấp phần mềm thiết bị IPv4 hiện thời và đƣa ra một giai đoạn chuyển đổi để giảm thiểu chi phí mua sắm thiết bị mới và bảo vệ vốn đầu tƣ quá khứ. Tuy nhiên, có một điều chƣa chắc chắn đó là liệu tất cả các nhà khai thác Internet sẽ chuyển sang công nghệ IPv6 hay không? Điều này phụ thuộc rất lớn vào lợi ích mà nhà khai thác thu đƣợc khi chuyển sang nó. Hiện tại, vây quanh các nhà khai thác vẫn là các bộ định tuyến IPv4 và phần lớn lƣu lƣợng trên mạng thích ứng cho IPv4, đây không chỉ là một yếu tố làm hạn chế sự thay đổi. Một đặc tính khác lôi cuốn các nhà khai thác có cơ sở hạ tầng phát triển nhanh đó là đặc tính cắm và chạy (Plug and Play), nó làm cho mạng IPv6 dễ dàng trong việc cấu hình và bảo dƣỡng hơn so với mạng IPv4. Để dễ dàng khi chuyển sang IPv6 thì các ứng dụng của IPv4 và IPv6 phải có khả năng liên kết và phối hợp hoạt động với nhau (ví dụ các nhà sản xuất Internet Browser cần phân phối cho các Client khả năng thông tin với cả IPv4 và IPv6). Một điều quan trọng và tiên quyết cho việc phối hợp họat động đó là IPv6 cần hoạt động theo kiểu Host ngăn kép: một cho ngăn giao thức IPv4 và một cho ngăn giao thức IPv6. Nhƣ vậy, chúng ta có thể thấy rằng trƣớc mắt sự xuất hiện IPv6 chỉ làm cho sự lựa chọn thêm khó khăn (cũng giống nhƣ lợi ích của việc định tuyến hiệu quả còn tùy thuộc vào liệu các nhà khai khác có sử dụng IPv6 không). Về lâu dài, sự nghi ngại về độ phức tạp và hiệu quả của IPv6 so với IPv4 sẽ đƣợc loại bỏ vì đến nay các ứng dụng IP đang cố thu nạp những điểm mạnh của IPv6 chẳng hạn nhƣ QoS. 1.6 IPv6 cho IP/WDM Vấn đề chính của chúng ta là phải xác định xem những gì cần cho mạng và những gì nên loại bỏ để làm cho truyền tải IP trên mạng WDM hiệu quả hơn. Trong
- Xem thêm -