Nghiên cứu công nghệ mpls trong việc di trú mạng dùng riêng bộ công an sang mạng thế hệ mới (ngn)

  • Số trang: 68 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 16 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ VŨ THỊ THANH HUỆ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MPLS TRONG VIỆC DI TRÚ MẠNG DÙNG RIÊNG BỘ CÔNG AN SANG MẠNG THẾ HỆ MỚI (NGN) Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số : 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN KIM GIAO HÀ NỘI – 2009 iii MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa i Lời cam đoan ii Mục lục iii Bảng ký hiệu các chữ viết tắt Danh mục các hình vẽ v vii MỞ ĐẦU 1 Chương 1 – NHỮNG NGUYÊN TẮC DI TRÚ LÊN MẠNG NGN 3 1.1 YÊU CẦU ĐỐI VỚI MẠNG NGN 3 1.1.1 Sự ra đời của NGN 3 1.1.2 Định nghĩa NGN 4 1.1.3 Các yêu cầu đối với NGN 5 1.2 CÁC NGUYÊN TẮC DI TRÚ LÊN NGN 6 1.3 CÁC CÔNG NGHỆ TRUYỀN TẢI CỦA MẠNG THẾ HỆ MỚI 7 1.3.1 Công nghệ truyền tải IP 8 1.3.2 Công nghệ truyền tải ATM 12 1.3.3 Đánh giá mạng trục IP và ATM 18 Chương 2 - CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS) 2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MPLS 20 20 2.1.1 Giới thiệu về MPLS 20 2.1.2 Quá trình chuẩn hoá MPLS 21 2.1.3 Một số ứng dụng của MPLS 22 2.2 HOẠT ĐỘNG CỦA MPLS 23 2.2.1 Một số khái niệm cơ bản trong MPLS 23 2.2.2 Cấu trúc và các thành phần của mạng MPLS 26 2.2.3 Hoạt động của MPLS 27 2.2.4 Vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ trong MPLS 34 iv 2.3. ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA MPLS 36 Chương 3 - ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MPLS TRONG VIỆC XÂY DỰNG MẠNG TÍCH HỢP ĐA DỊCH VỤ NGÀNH CÔNG AN 40 3.1. THỰC TRẠNG VÀ MỘT SỐ YÊU CẦU ĐỐI VỚI VIỆC PHÁT TRIỂN MẠNG TÍCH HỢP ĐA DỊCH VỤ NGÀNH CÔNG AN 40 3.1.1. Thực trạng về các hệ thống mạng viễn thông Bộ Công an 40 3.1.2 Dịch vụ thông tin trên mạng và hệ thống CSDL nghiệp vụ 43 3.1.3. Yêu cầu phát triển mạng tích hợp đa dịch vụ Ngành Công an 45 3.2. LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ CHO MẠNG LÕI CỦA MẠNG TÍCH HỢP ĐA DỊCH VỤ NGÀNH CÔNG AN 49 3.2.1. So sánh công nghệ ATM với công nghệ MPLS 49 3.2.2. Kinh nghiệm di trú lên NGN tại Việt Nam 51 3.3. GIẢI PHÁP MẠNG LÕI DỰA TRÊN MPLS CỦA MẠNG TÍCH HỢP ĐA DỊCH VỤ NGÀNH CÔNG AN 53 3.3.1 Thực hiện giai đoạn 1 di trú lên NGN 55 3.3.2 Thực hiện các giai đoạn tiếp theo di trú lên NGN 56 3.3.3 Giải quyết vấn đề đảm bảo an ninh an toàn cho mạng tích hợp đa dịch vụ Ngành Công an 3.4. KẾT LUẬN 57 57 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 v BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt API ATM B_ISDN BGP BS Giải thích Application Programming Interface Asynchronous Transfer Moe Band_Integrate Services Digital Network Border Gaterway Protocol Bie- Stack CAC Connection Admission Control CLP Cell Loss Priority COS Class Of Service Diffserv Differentiated Services DLCI Data Link Connection Identifier ETSI Europen Telecommunication Standards Institute FEC Forward Equivarence Class FR Inserv Frame Relay Integrated Services IP Internet Protocol ISP Internet Service Protocol ITU – T LAN LB International Telecommunication UnionTelecommunication Standards Section Local Area Network Label Binding LER Label Edge Router LIB Label Information Base LSP Label Switch Path LSR Label Switch Router vi MPLS MPLS LDP Multiprotocal Label Switching MPLS Label Distribution Protocol MSF Multiservice Switch Forum NGN Next Geuration Networks OSPF Open Shortest Path First PC PSTN/ISDN Priority Control Integrate Services Digital Network QoS Quality of Service RFC Request For Comment RSVP RSVP- TF Resource Resenvation Protocol Resoure Reservation Protocol Traffic Enginerning SLN Ship In The Night TTL Time To Live VC Virtual Connection VCI Virtual Circuit Identifier VoIP Voice over IP VPI Virtual Path Identifier VPN Virtual Private Network vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1.Mô hình kiến trúc dịch vụ tích hợp 10 Hình 1.2. Mô hình Diffserv hỗ trợ QoS 12 Hình 1.3. Mô hình đánh dấu luồng Cell theo phương pháp thùng rò rỉ 14 Hình 1.4. Luồng Cell được đánh dấu mức ưu tiên 15 Hình 1.5. Đánh dấu luồng Cell theo phương pháp cửa sổ trượt và nhảy 16 Hình 1.6. Mô hình điều khiển chấp nhận kết nối 17 Hình 2.1. Định dạng chung của nhãn MPLS 24 Hình 2.2. Cơ cấu báo hiệu của nhãn MPLS 26 Hình 2.3. Cấu trúc và các thành phần cơ bản của mạng MPLS 26 Hình 2.4. Mạng MPLS trong hoạt động chế độ khung 28 Hình 2.5. Các thành phần trong mạng ATM-MPLS 31 Hình 2.6. LFIB trong môi trường ATM 32 Hình 2.7. Quá trình thiết lập nhãn trong MPLS qua ATM 33 Hình 2.8. Kết nối MPLS qua mạng ATM-PVC 34 Hình 3.1. Sơ đồ kết nối mạng dữ liệu dùng riêng của Bộ - Ngành 42 Hình 3.2. Mô hình NGN của VNPT 52 Hình 3.3. Sơ dồ kết nối mạng dùng riêng của Bộ Ngành 54 1 MỞ ĐẦU Sự cạnh tranh khốc liệt giữa các nhà khai thác trên phạm vi toàn cầu, sự bùng nổ của lưu lượng thông tin truyền trên các mạng viễn thông do việc sử dụng rộng rãi các dịch vụ Internet, các thuê bao đòi hỏi các dịch vụ đa phương tiện mới, sự tăng nhanh của nhu cầu về các dịch vụ thông tin di động đã đặt ra cho ngành viễn thông thế giới những thách thức mới và mở ra xu hướng tích hợp các mạng thoại truyền thống, mạng Internet và mạng thông tin di động thành một mạng hợp nhất đa dịch vụ hay còn gọi là mạng thế hệ mới NGN. Trong bối cảnh Việt Nam đang hội nhập khu vực và quốc tế, các nhà cung cấp dịch vụ Viễn thông Việt Nam cũng đã kịp thời đi trước, đón đầu và triển khai xây dựng mạng thế hệ mới NGN. Trước xu thế và thực tiễn đó, các mạng Viễn thông dùng riêng của một số bộ ngành trong đó có Bộ Công an cần phải tính đến các giải pháp phát triển mạng dùng riêng theo hướng di trú một cách thích hợp lên NGN để tránh lãng phí trong quá trình đầu tư và nhanh chóng tiếp cận công nghệ mới. Đồng thời, cho phép cung cấp được các dịch vụ mới cũng như có thể hoà mạng dễ dàng với các mạng công cộng. Tuy nhiên, để có một giải pháp di trú thích hợp nhằm bảo toàn vốn đầu tư vừa tránh lãng phí trong quá trình đầu tư vừa có điều kiện tiếp cận công nghệ mới, cần phải có những cân nhắc, tính toán hợp lý tùy theo hoàn cảnh thực tế cụ thể của từng bộ, ban ngành. Là một người cán bộ công tác trong lĩnh vực viễn thông, tin học của Bộ Công an, có trách nhiệm tham mưu cho Lãnh đạo cấp trên về định hướng phát triển mạng máy tính, tôi rất mong muốn nghiên cứu để tìm ra một hướng phát triển phù hợp cho mạng máy tính Bộ Công an trong điều kiện thực tiễn hiện nay. Vì vậy, sau khi xin ý kiến và được sự đồng ý của Thầy giáo hướng dẫn, tôi đã chọn đề tài "Nghiên cứu công nghệ MPLS trong việc di trú mạng dùng riêng Bộ Công an sang mạng thế hệ mới (NGN)" làm Luận văn tốt nghiệp với mong muốn đem những kiến thức mà tôi nghiên cứu được trong quá trình thực hiện Luận văn tốt nghiệp này để ứng dụng vào thực tế. Để đáp ứng được những mong muốn trên, Luận văn sẽ nghiên cứu một cách tổng quan về các yêu cầu và các nguyên tắc di trú lên mạng NGN, các công nghệ truyền dẫn được sử dụng cho mạng lõi. Từ đó đi sâu nghiên cứu về công nghệ MPLS là công nghệ hiện đang được lựa chọn cho hầu hết các mạng lõi. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu trên, Luận văn đi vào xây dựng giải pháp “Ứng dụng công nghệ MPLS trong việc xây dựng mạng tích hợp đa dịch vụ 2 ngành Công an” trong quá trình di trú lên mạng NGN của mạng Viễn thông dùng riêng cho Bộ Công an. Luận văn được chia làm 3 chương: - Chương 1: Những nguyên tắc di trú lên mạng NGN. Trong đó đưa ra những khái niệm, định nghĩa, những đặc điểm, những yêu cầu đối với NGN và cấu trúc mạng NGN. - Chương 2: Phân tích một số Công nghệ chuyển mạch gói cho mạng lõi và các vấn đề liên quan đến QoS. Đặc biệt là triển khai MPLS trong mạng IP và mạng ATM. Trong chương 2 này luận văn còn đề cập đến các giải pháp di trú sang NGN từ mạng hiện tại. - Chương 3: Đề xuất giải pháp ứng dụng công nghệ MPLS trong việc xây dựng mạng tích hợp đa dịch vụ Ngành Công an. Trong chương này tập trung phân tích để lựa chọn các tiêu chuẩn kết nối, công nghệ chuyển mạch được sử dụng trong mạng NGN để áp dụng cho mạng Viễn thông dùng riêng trong quá trình di trú tới NGN. Đây chính là mục tiêu chính của Luận văn này. 3 Chương 1 NHỮNG NGUYÊN TẮC DI TRÚ LÊN MẠNG NGN 1.1 Những yêu cầu đối với mạng NGN Mạng NGN được đưa ra với mong muốn sẽ cho phép giảm thiểu thời gian đưa dịch vụ mới ra thị trường, nâng cao hiệu suất sử dụng truyền dẫn, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ tăng cường khả năng kiểm soát, bảo mật thông tin của khách hàng. Ngoài ra, NGN còn phải đáp ứng được hầu hết các nhu cầu của nhiều đối tượng sử dụng như cá nhân, văn phòng, doanh nghiệp... với các giao thức chuẩn và giao diện thân thiện và với tính thông minh của mình cho phép tạo tiền đề cho các bước phát triển của công nghệ và các dịch vụ mới trong tương lai. 1.1.1 Sự ra đời của NGN Khái niệm về các mạng thế hệ sau NGN bắt đầu xuất hiện vào những năm cuối thập kỷ 90 của thế kỷ 20. Cho đến nay, các nhà khai thác, cung cấp dịch vụ viễn thông, các hãng sản xuất thiết bị viễn thông trên thế giới vẫn còn có những quan điểm khác nhau về NGN. Vào tháng 1 năm 2002, tại cuộc họp của nhóm nghiên cứu 13 của ITU-T đã nhất trí được rằng NGN phải được xem như là sự cụ thể hoá các khái niệm đã được định nghĩa cho cấu trúc hạ tầng thông tin toàn cầu GII (Global Information Infrastructure). Trong khuôn khổ của đề án GII của ITU-T (được bắt đầu từ 1995), một loạt các khuyến nghị Yxx đã được đưa ra, trong đó những khuyến nghị quan trọng nhất là: - ITU Rec. Y110 “Nguyên lý và cấu trúc tổ chức của GII” (GII principles and framework architectures) - ITU Rec. Y120 “Phương pháp luận và viễn cảnh của GII” (GII scenario and methodology) - ITU Rec. Y130 “Cấu trúc truyền tin “ (Information communication architecture) - ITU Rec. Y140 “Các điểm chuẩn cho cơ cấu kết nối” (Reference points for the interconnection framework) Tuy nhiên các khuyến nghị Yxx chỉ đưa ra các định nghĩa về các khái niệm của cấu trúc hạ tầng thông tin toàn cầu GII chứ chưa đề cập đến các vấn đề liên quan tới việc triển khai mạng. Vì vậy tháng 1 năm 2002, ITU đã quyết định bắt đầu nghiên cứu chuẩn hoá NGN và tổ chức một đề án ITU-T mới, gọi là đề án NGN 2004, do nhóm nghiên cứu SG13 của ITU-T thực hiện. Nhiệm vụ của NGN 2004 là tổ chức nghiên cứu về NGN trong khuôn khổ ITU-T. Mục tiêu của 4 đề án này là chuẩn bị và đưa ra các khuyến nghị về NGN vào năm 2004 để các nhà khai thác có thể triển khai NGN từ năm 2005 trở đi. 1.1.2 Định nghĩa NGN Vào thời điểm hiện nay, khi mà đề án NGN 2004 vẫn còn đang được triển khai, các khuyến nghị của ITU-T chưa được hoàn thành, rất khó có thể tìm được một định nghĩa của NGN được tất cả các nhà khai thác, cung cấp dịch vụ viễn thông, các hãng sản xuất thiết bị viễn thông trên thế giới chấp nhận. Nhóm nghiên cứu về NGN của ETSI (Europen Telecommunication Standards Institute) đã đưa ra định nghĩa sau cho NGN: “NGN là một khái niệm mô tả các mạng có sự phân chia hình thức thành các lớp, các mặt phẳng khác nhau và sử dụng các giao diện mở, cung cấp cho các nhà cung cấp dịch vụ một nền tảng có thể phát triển từng bước để tạo ra, triển khai và quản lý các dịch vụ mới” Theo hiệp hội viễn thông quốc tế ITU thì Next Generation Networks (NGN) là một thuật ngữ mô tả kiến trúc hệ thống mạng mà nó sẽ cho phép phát triển những dịch vụ tiên tiến mới trong mạng di động và mạng cố định trong tương lai, trong khi đó mạng vẫn phải đảm bảo hỗ trợ các dịch vụ đang tồn tại ngày nay. Để đạt được khả năng hoạt động liên mạng đối với các dịch vụ khác nhau, các công nghệ phải tuân theo tổ chức chuẩn toàn cầu như tổ chức ITU-T. Khái niệm NGN thường được đề cập thông qua các đặc tính như: - Sử dụng kỹ thuật truyền dẫn trên cơ sơ gói, - Phân chia thêm các chức năng điều khiển cho nguồn tài nguyên, cuộc gọi/phiên và dịch vụ/ứng dụng, - Tách riêng phần cung cấp dịch vụ ra khỏi phần mạng, - Hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ thông tin (bao gồm dịch vụ thời gian thực/ streaming/non-real time, point-to-point, multipoint, broadcast và các ứng dụng multicast voice, data, video and multi-media applications), - Không còn ranh giới giữa các mạng, - Hỗ trợ các mạng di động nói chung, - Cung cấp không giới hạn cho người sử dụng truy nhập, cung cấp các công nghệ truy nhập tốc độ cao qua Modem. 1.1.3 Các yêu cầu đối với NGN Nhìn chung xu thế mạng tương lai sẽ dựa trên nền chuyển mạch gói. Nền tảng chuyển mạch gói này sẽ được sử dụng để cung cấp các dịch vụ đa phương tiện và di dộng cũng như các dịch vụ thoại theo kiểu truyền thống (PSTN/ISDN) hay kiểu mới (IP/ATM). Để thiết kế mạng NGN phục vụ cho mục đích trên, đầu 5 tiên cần phải xác định rõ những yêu cầu theo quan điểm dịch vụ và quan điểm mạng. Nhóm nghiên cứu SG13 của ITU-T đã xác định các yêu cầu sau cho NGN: - Để thích ứng với môi trường hoàn toàn mở và có tính cạnh tranh, cấu trúc chức năng của mạng cần cung cấp các giao diện mở tại đó các giao diện lập trình ứng dụng AIP (application programming interface) cho phép tạo ra và khai thác các loại dịch vụ khác nhau. - Để đáp ứng được sự bùng nổ về nhu cầu dịch vụ mới, NGN phải hỗ trợ cung cấp tất cả các loại hình dịch vụ (ví dụ như đa phương tiện, dữ liệu, video, thoại). Các dịch vụ này sẽ dựa trên các công nghệ chuyển tải có tính chất rất đa dạng: thời gian thực và phi thời gian thực, các tốc độ bit từ thấp đến cao, chất lượng dịch vụ (QoS) khác nhau, phương thức truyền dẫn điểm-điểm/điểm-đa điểm/quảng bá/đối thoại/hội nghị... - Việc cung cấp các dịch vụ cần được tách biệt khỏi mạng, điều này có nghĩa là các chức năng cung cấp dịch vụ sẽ được tách biệt khỏi các chức năng chuyển tải để đảm bảo rằng các dịch vụ sẽ được phát triển độc lập với hạ tầng mạng lưới. - Sự tương tác và liên thông với các mạng cũ (ví dụ như PSTN) cần được đảm bảo để các mạng này có thể phát triển dần lên thành NGN. - Tính năng di động là một đặc tính của NGN. Đối với người sử dụng và với các nhà cung cấp dịch vụ, các yêu cầu trên được cụ thể hóa như sau: - Các yêu cầu đối với người sử dụng: + Dễ dàng sử dụng dịch vụ không có bất cứ giới hạn nào. + Các thiết bị đầu cuối tích hợp cho các dịch vụ vô tuyến và hữu tuyến dễ sử dụng. + Sử dụng cùng một hệ thống đánh số và đặt tên. + Có các cơ cấu tính cước khác nhau tùy theo chất lượng dịch vụ. - Các yêu cầu đối với nhà cung cấp dịch vụ : + Giá đầu tư hợp lý với khả năng tối đa dùng chung mạng giữa các nhà cung cấp dịch vụ. + Cung cấp giao diện mở giữa các dịch vụ và tài nguyên mạng cho các nhà cung cấp dịch vụ khác. + Cung cấp hệ thống tính cước tích hợp giữa các nhà cung cấp dịch vụ. 6 + Hỗ trợ tính di động và chuyển vùng. 1.2 Các nguyên tắc di trú lên NGN Trong quá trình di trú lên NGN, yêu cầu đặt ra đối với các giải pháp là phải quan tâm giải quyết đến 3 vấn đề sau: - Chất lượng dịch vụ (QoS) trong mạng NGN. - An ninh an toàn dữ liệu. - Hiệu quả trong đầu tư. Hiện nay có rất nhiều khuyến cáo, nguyên tắc và các bước khi di trú lên NGN. Dưới đây là những nguyên tắc cơ bản trong quá trình di trú lên NGN: - Dịch vụ dữ liệu truyền qua mạng gói đa dịch vụ: Khả năng tích hợp đa dạng dịch vụ dữ liệu mà ngày nay thường được chạy trên nền IP, ATM, FR và LL, cho phép chúng được truyền thông suốt qua nhiều mạng khác nhau (mạng tích hợp) nhưng phải đảm bảo QoS. - Hợp nhất các mạng khác nhau: Các bước di trú có thể hoàn thành sự hợp nhất giữa các mạng khác nhau tiến đến một mạng gói đa dịch vụ thống nhất - Không làm nhiễu loạn đến các dịch vụ đang tồn tại. Liên tục cải tiến hệ thống mạng, như mở rộng khả năng, năng lực của mạng. Từng bước tăng cường dịch vụ quản lý mà không làm xáo trộn đến các chức năng đang tồn tại để giữ được các khách hàng hiện tại. - Những node truy nhập đa dịch vụ (gateway) phải đảm bảo các yêu cầu: Đơn giản hoá phần truy cập mạng và thực hiện một cách mềm dẻo để duy trì những giao diện khách hàng đang tồn tại. Đồng thời trong khi đó phải hỗ trợ các công nghệ truy nhập tiên tiến. - Sử dụng lại một cách tối đa các thiết bị đang tồn tại: Để bảo vệ vốn đầu tư việc sử dụng lại các thiết bị còn tồn tại trong mạng là một điều rất quan trọng để giảm thiểu vốn đầu tư cũng như đảm bảo hiệu quả kinh tế. - Hệ thống quản lý mạng trên cơ sở TMN: Mạng và hệ thống quản lý mạng nên dựa trên tiêu chuẩn TMN, với chuẩn mở, cung cấp cho khách hàng với các cấp độ dịch vụ mềm dẻo. Kiến trúc mở này cũng cho phép tích hợp cơ chế quản lý cũ, những hệ thống điều hành và hệ thống kinh doanh đang tồn tại và giá thành dịch vụ phải giảm đáng kể. - Hợp nhất điều khiển: Thiết bị hợp nhất điều khiển như là Softswitch và các Gateway đảm nhiệm hoạt động xuyên suốt giữa các mạng khác nhau đang tồn tại để tiến tới NGN. Sự tiến triển này đảm bảo duy trì dịch vụ thoại cũng như phát triển nhanh hơn và hiệu quả hơn các dịch vụ mới. 7 - Server ứng dụng đa phương tiện: Cùng với sự bắt tay với Softswitch, sẽ có nhiều server ứng dụng đa phương tiện để cung cấp các dịch vụ mới trên cơ sở gói, cũng như việc thực hiện trên giao diện ứng dụng trình mở (API) để cho phép thực hiện các dịch vụ mới và các ứng dụng mới. - Tích hợp các OSS đang tồn tại: Sự mềm dẻo phải đạt đến mức độ tối đa, kiến trúc mục tiêu đã được kế hoạch để cung cấp giao diện mở cho phép làm việc trong môi trường mạng đa nhà cung cấp và dễ dàng hơn trong việc tích hợp OSS đang tồn tại. - Tích hợp tài nguyên: Cho phép tích hợp và tối ưu hoá các nguồn tài nguyên khác nhau và các nền dịch vụ đang tồn tại. Chẳng hạn như sự kết nối với nhau giữa nguồn tài nguyên thư thoại của PSTN, Email internet, dịch vụ trên nền mạng thông minh qua giao thức chuẩn (INAP, H248) với Gateway thích hợp. - Hỗ trợ trên nền mạng thông minh: Được sử dụng bởi hầu hết các nhà sản xuất hệ thống mạng thông minh. Điều này rất cần thiết để di trú từ dịch vụ mạng thông minh sang mạng NGN. Để phát triển các khả năng trên cần xây dựng các bước di trú thích hợp để tối thiểu hoá chi phí đầu tư nhưng vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS. 1.3 Các công nghệ truyền tải của mạng thế hệ mới Cấu trúc chức năng của mạng NGN về cơ bản gồm bốn lớp: - Lớp kết nối: Truy nhập (Access) và truyền tải (Transport/ Core) - Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media) - Lớp điều khiển (Control) - Lớp quản lý (Management) Lớp truyền tải trong cấu trúc mạng NGN bao gồm cả chức năng truyền dẫn và chức năng chuyển mạch. Trong đó, phần truyền (truyền dẫn) được xây dựng trên nền tảng vật lý là truyền dẫn quang với kỹ thuật ghép kênh quang đa bước sóng DWDM. Tại lớp 2 và lớp 3 của mạng truyền dẫn lõi (core network), kỹ thuật gói được sử dụng cho tất cả các dịch vụ với chất lượng dịch vụ QoS tùy yêu cầu cho từng loại dịch vụ. ATM hay IP/MPLS có thể được sử dụng làm nền cho truyền dẫn trên mạng lõi để đảm bảo QoS 8 1.3.1 Công nghệ truyền tải IP IP là giao thức chính của kiến trúc mạng Internet. Trong kiến trúc này, IP đóng vai trò lớp 3. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Mạng truyền tải IP hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển mạch gói. Dữ liệu được truyền tải dưới dạng các gói IP ở lớp mạng (network layer). Mỗi gói là một chuỗi bit bao gồm các bit của dữ liệu cần chuyển và các bit do giao thức mạng gắn thêm. 40 byte đầu tiên (tức là 320 bit đầu tiên) của gói IP mang thông tin của các giao thức, ví dụ như địa chỉ IP của máy gửi và máy nhận, chủng loại giao thức lớp truyền tải (transport layer) đang dùng vv... Phần này thường được nhắc đến dưới tên gọi phần đầu gói. Cần nhấn mạnh rằng mọi xử lý liên quan đến gói IP, như xác định đường truyền, phân loại gói, đều dựa hoàn toàn vào những thông tin nằm trong phần đầu gói. Mạng IP có tính chất chuyển mạch không kết nối. Trong mạng IP, không có đường truyền nối nào được thiết lập và cố định giữa đầu gửi và đầu nhận từ đầu cuộc kết nối. Thay vì thế, đầu gửi chỉ đơn giản bắt đầu đẩy các gói IP dữ liệu vào mạng. Việc các gói IP đi theo đường truyền nào đến đầu gửi hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái lưu lượng nhất thời và sự quyết định của các bộ định tuyến trong mạng. Các gói IP vì thế có thể đi theo nhiều đường khác nhau đến đầu gửi. Một số gói có thể bị mất trong quá trình đi qua mạng. Hơn thế nữa, các gói có thể đi đến đầu nhận theo thứ tự khác với thứ tự chúng được gửi đi ở đầu gửi. Sự chuyển mạch không kết nối với tính chất cơ bản là không có sự chiếm giữ đường truyền cố định dẫn đến việc bảo đảm chất lượng đường truyền, hay nói rộng hơn là đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng IP trở nên không đơn giản. Những biện pháp QoS (Quality of Service) đã được sử dụng hiệu quả trong mạng điện thoại như điều khiển số lượng cuộc gọi đầu vào phần lớn không áp dụng được trong mạng IP. Mạng Internet hiện nay cung cấp dịch vụ trên cơ sở phục vụ theo khả năng tối đa (best-effort). Tức là không có bất cứ một cam kết nào được đưa ra từ phía nhà khai thác về chất lượng của dịch vụ. Thay vào đó, tuỳ thuộc vào trạng thái cụ thể của mạng, mạng chủ sẽ thực hiện những khả năng tốt nhất của mình để phục vụ lưu lượng của dịch vụ. Đây chính là nguyên nhân chủ yếu thúc đẩy sự nghiên cứu mạnh mẽ về QoS trên nền mạng IP trong những năm gần đây. Hiện nay có ba kỹ thuật chính hỗ trợ QoS trong mạng IP, bao gồm: − Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort). 9 − Dịch vụ tích hợp - Integrated Services (IntServ). − Dịch vụ Differentiated Services (DiffServ). 1.3.1.1 Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort) Đây là dịch vụ phố biến trên mạng Internet hay mạng IP nói chung. Các gói thông tin được truyền đi theo nguyên tắc “đến trước được phục vụ trước” mà không quan tâm đến đặc tính lưu lượng của dịch vụ là gì. Điều này dẫn đến rất khó hỗ trợ các dịch vụ đòi hỏi độ trễ thấp như các dịch vụ thời gian thực hay video. Cho đến thời điểm này, đa phần các dịch vụ được cung cấp bởi mạng Internet vẫn sử dụng nguyên tắc Best Effort này. 1.3.1.2 Dịch vụ tích hợp - Integrated Services (IntServ) Đứng trước nhu cầu ngày càng tăng trong việc cung cấp dịch vụ thời gian thực (thoại, video) và băng thông cao (đa phương tiện), dịch vụ tích hợp IntServ đã ra đời. Đây là sự phát triển của mạng IP nhằm đồng thời cung cấp các dịch vụ truyền thống Best Effort và các dịch vụ thời gian thực. Nguyên lý căn bản của mô hình InServ là dành riêng tài nguyên mạng (băng thông, độ trễ…) cho từng luồng thông tin xuyên suốt từ nguồn đến đích. Tài nguyên này được chiếm dụng và không được tận dụng cho bất kỳ một luồng thông tin nào. Nếu tài nguyên bị chiếm dụng mà không dùng thì hiện tượng lãng phí tài nguyên sẽ xảy ra. Một đặc điểm nữa của mô hình InServ là đảm bảo chất lượng dịch vụ theo luồng (flow). Một luồng được xác định bởi các tham số như: địa chỉ IP nguồn, IP đích, cổng nguồn, cổng đích….InServ sử dụng giao thức để báo hiệu. Khi một luồng được thiết lập thì tương ứng với 1 phiên RSVP được thiết lập, điều này dẫn đến một hạn chế là: đối với mạng có lưu lượng cao như mạng ISP hoặc các tổ chức doanh nghiệp lớn thì số lượng luồng có thể lên đến hàng trăm ngàn luồng trong một thời điểm và dẫn đến hiện tượng lãng phí tài nguyên do bandwidth sử dụng để thiết lập kênh RSVP lên rất nhiều (RSVP không phải là luồng thoại mà chỉ là thông tin điều khiển, báo hiệu). 10 Hình 2.2. Mô hình kiến trúc dịch vụ tích hợp - IntServ Một số thành phần chính tham gia trong mô hình như: Giao thức thiết lập xử lý: cho phép các máy chủ và các router dự trữ động tài nguyên mạng để xử lý các yêu cầu của các luồng lưu lượng riêng. RSVP, Q.2391 là một trong những giao thức đó. Đặc tính luồng: xác định chất lượng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho các luồng xác định. Luồng ở đây được định nghĩa như một luồng các gói từ nguồn đến đích có cùng yêu cầu về QoS. Về nguyên tắc có thể đặc tính luồng như băng tần tối thiểu mà mạng bắt buộc phải cung cấp để đảm bảo QoS cho các luồng yêu cầu. Điều khiển lưu lượng: trong các thiết bị mạng (máy chủ, router, chuyển mạch) có thành phần điều khiển và quản lý tài nguyên mạng cần thiết để hỗ trợ QoS theo yêu cầu. Các thành phần điều khiển lưu lượng này có thể được khai báo bởi giao thức báo hiệu RSVP hay nhân công. Thành phần điều khiển lưu lượng bao gồm: + Điều khiển chấp nhận (Admission control): xác định các thiết bị mạng có khả năng hỗ trợ QoS theo yêu cầu hay không. + Thiết bị phân loại (Classifier): nhận dạng và chọn lựa lớp dịch vụ trên nội dung của một số trường nhất định trong mào đầu gói. Thiết bị phân phối (Scheduler): cung cấp các mức chất lượng dịch vụ QoS qua kênh ra của thiết bị mạng. + Các mức chất lượng dịch vụ cung cấp bởi IntServ gồm: 11 - Dịch vụ đảm bảo GS: băng tần dành riêng, trễ có giới hạn và không bị thất thoát gói tin trong hàng. Các ứng dụng cung cấp thuộc loại này có thể kể đến: hội nghị truyền hình chất lượng cao, thanh toán tài chính thời gian thực,… - Dịch vụ kiểm soát tải: không đảm bảo về băng tần hay trễ, nhưng khác với best effort ở điểm không giảm chất lượng một cách đáng kể khi tải mạng tăng lên. Dịch vụ này phù hợp cho các ứng dụng không nhạy cảm lắm với độ trễ hay mất gói như truyền hình multicast audio/video chất lượng trung bình. Nhận xét: + Đảm bảo QoS từ đầu cuối đến đầu cuối trên cơ sở mỗi luồng thông qua báo hiệu QoS trên từng chặng. + Các Router dọc theo đường truyền phải duy trì trạng thái cho mỗi luồng thông tin. + Tối ưu về sử dụng tài nguyên mạng, nhưng kéo theo đó là gánh nặng xử lý và tăng kích cỡ mạng + Một trong những vấn đề chính đối với giải pháp công nghệ thực hiện việc dành sẵn tài nguyên đó là gánh nặng duy trì thông tin trạng thái cho mỗi luồng. + Số lượng các bản tin để duy trì thông tin trạng thái luồng là không khả thi trong mạng lõi vì số lượng luồng thông tin là quá lớn. 1.3.1.3 Differentiated Services (DiffServ): Việc đưa ra mô hình IntServ có vẻ như giải quyết được nhiều vấn đề liên quan đến QoS trong mạng IP. Tuy nhiên trong thực tế mô hình này đã không đảm bảo được QoS xuyên suốt (end to end). Đã có nhiều cố gắng nhằm thay đổi điều này nhằm đạt một mức QoS cao hơn cho mạng IP, và một trong những cố gắng đó là sự ra đời của DiffServ. Diffserv sử dụng việc đánh dấu gói và xếp hàng theo loại để hỗ trợ dịch vụ ưu tiên qua mạng IP. Hiện tại IETF đã có một nhóm làm việc DiffServ để đưa ra các tiêu chuẩn RFC về DiffServ. Thay vì thực hiện chất lượng dịch vụ xuyên suốt và thống nhất trên cả đường truyền như mô hình InServ, mô hình DiffServ thực hiện chất lượng dịch vụ riêng lẻ trên từng Router, với cách thực hiện như vậy mô hình DiffServ không cần phải tiến hành báo hiệu theo từng luồng nên tiết kiệm băng thông và có khả năng mở rộng lớn. 12 Hình 2.3. Mô hình Diffserv hỗ trợ QoS Nguyên tắc cơ bản của Diffserv như sau: − Định nghĩa một số lượng nhỏ các lớp dịch vụ hay mức ưu tiên. Một lớp dịch vụ có thể liên quan đến đặc tính lưu lượng (băng tần min-max) − Phân loại và đánh dấu các gói riêng biệt tại biên của mạng vào các lớp dịch vụ. − Các thiết bị chuyển mạch, Router trong mạng lõi sẽ phục vụ các gói theo nội dung của các bit đã được đánh dấu trong mào đầu của gói. Nhận xét: − Chỉ đảm bảo QoS trên từng chặng thông qua việc đánh dấu mức ưu tiên. − Gánh nặng xử lý của các Router nhẹ hơn và đơn giản hơn, nhưng không đảm bảo về QoS từ đầu cuối đến đầu cuối. − Không có khả năng cung cấp băng tần và độ trễ đảm bảo như GS của IntServ hay ATM. − Thiết bị biên vẫn yêu cầu bộ Classifier chất lượng cao cho từng gói giống như trong mô hình IntServ. − Vấn đề quản lý trạng thái Classifier của một số lượng lớn các thiết bị biên là một vấn đề không nhỏ cần quan tâm. 1.3.2 Công nghệ chuyển tải ATM 1.3.2.1 Tổng quan về công nghệ ATM ATM (Asynchronous Transfer Mode) được nghiên cứu tại Trung tâm CNET của France Telecom năm 1983 và được phát triển ở nhiều Trung tâm khác. ATM công cộng đầu tiên được triển khai ở Mỹ năm 1993. ATM có thể kết nối đến tất cả các loại mạng hiện hữu.và có thể thích nghi với nhiều chủng loại tốc độ. 13 ATM là phương thức truyền tải mang đặc tính của chuyển mạch gói, sử dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia không đồng bộ. ATM ghép các luồng dữ liệu vào các khối có kích thước cố định và được gọi là tế bào (Cell). Tế bào ATM có kích thước cố định là 53 byte. Nhờ có kích thước Cell cố định, nên các cơ chế chuyển mạch hoạt động truyền thông của mạng ATM hiệu quả cao, tốc độ cao. Một số mạng ATM có thể hoạt động tới tốc độ 622 Mbps, tốc độ chung 155 Mbps. ATM là một kỹ thuật truyền tin tốc độ cao. ATM nhận thông tin ở nhiều dạng khác nhau như thoại, số liệu, video và cắt ra thành nhiều phần nhỏ gọi là tế bào. Các tế bào này, sau đó được truyền qua các kết nối ảo VC (virtual connection). Vì ATM có thể hỗ trợ thoại, số liệu và video với chất lượng dịch vụ trên nhiều công nghệ băng rộng khác nhau, nó được coi là công nghệ chuyển mạch hàng đầu và thu hút được nhiều sự quan tâm. ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm. Nó là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được gửi đi. ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu. Một điểm khác biệt nữa là ATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian [3]. Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu và được giữ cố định trong thời gian kết nối. Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng đài ATM trung gian cấp cho kết nối một nhãn. Việc này thực hiện hai điều: dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổng đài. Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài. Điều này khác với thông tin về toàn mạng chứa trong bảng chuyển tin của router dùng IP. Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc chuyển gói tin qua router. Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên các cell có kích thước cố định (nhỏ hơn của IP), kích thước của bảng chuyển tin nhỏ hơn nhiều so với của IP router, và việc này được thực hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng. Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP router truyền thống. Mặt khác, ATM không xử lý chuyển mạch phát hành khung liên tục theo thứ tự chúng được đệm, mà chuyển mạch ATM dựa vào sự ưu tiên để truyền dẫn: khung có độ ưu tiên cao hơn sẽ được truyền dẫn trước và ngược lại. Do đó ATM có thể tạo ra đồng thời nhiều hàng dịch vụ độc lập nhau với sự ưu tiên truyền dẫn khác nhau dựa trên loại dịch vụ mà vẫn cung cấp một tốc độ phân 14 chia không đổi. Đây chính là thế mạnh và sự “thông minh” của ATM. Ngoài cơ chế chuyển mạch nhanh do nhãn trên Cell có kích thước nhỏ và kích thước bảng định tuyến nhỏ, để đảm bảo chất lượng dịch vụ, ATM còn đảm bảo QoS bằng việc điều khiển lưu lượng và chống tắc nghẽn trong mạng ATM. 1.3.2.2 Một số biện pháp bảo đảm QoS trong ATM − Điều khiển thông số người sử dụng: Có hai phương pháp điều khiển tham số người sử dụng: Phương pháp thùng rò rỉ và phương pháp cửa sổ trượt. + Phương pháp thùng rò rỉ (Leaky Bucket): Sử dụng bộ đếm có giá trị tăng lên khi có tế bào mới xuất hiện và giảm theo chu kỳ. Đây là một giải thuật đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm tra sự phù hợp của luồng cell dựa vào các thông số trong hợp đồng lưu lượng. Thuật toán có nghĩa là một cái thùng với một cái lỗ ở đáy và chất lỏng trong thùng sẽ được rỉ ra với một tốc độ nào đó tương ứng với tốc độ lưu thông của của luồng cell. Chiều sâu của thùng tương ứng với một thông số lưu lượng. Khi một Cell đến Gremlin sẽ kiểm tra lưu lượng của thùng còn lại và xem lưu lượng của Cell đến có làm tràn thùng không. Luoàng cell vaøo Dung löôïng thuøng 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 6 4 Cell time 2 Luoàng cell phuø hôïp Caùc cell vi phaïm Luoàng cell vaøo 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Cell time Cell time 6 Dung löôïng thuøng 4 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Luoàng cell khoâng phuø hôïp Cell time Hình 2.6 Mô hình đánh dấu luồng Cell theo phương pháp thùng rò rỉ. Đối với luồng cell phù hợp, cell đầu tiên tới thấy thùng trống nên chất lỏng từ cell này được đổ vào thùng làm nội dung của thùng tăng lên 4 đơn vị. Đến cell time thứ 3, hai đơn vị được rút ra khỏi thùng và đồng thời có một cell tới. Gremlin xác định rằng chất lỏng từ cell này sẽ rót vào thùng vừa tới
- Xem thêm -