Nghiên cứu công nghệ IPv6 và đề xuất phương án triển khai cho dịch vụ HSI của VNPT

MỞ ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin thì sự bùng nổ về các dịch vụ tiện ích trên mạng viễn thông và internet là tất yếu, đặc biệt đối với thị trường đ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS Hoàng Văn Võ

Phản biện 1: ………

………

Phản biện 2: ………

………

Phản biện 3: ………

………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm 2013

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

Thư viện Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ thông tin thì sự bùng nổ về các dịch vụ tiện ích trên mạng viễn thông và internet là tất yếu, đặc biệt đối với thị trường đầy tiềm năng như Việt Nam Để đáp ứng được sự phát triển vượt bậc đó, mạng truyền thông cần phải có khả năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng, đa dịch vụ đáp ứng mọi nhu cầu trao đổi thông tin của xã hội

Vấn đề lớn nhất của IPv4 mà thế giới phải đối mặt hiện nay chính là sự cạn kiệt của không gian địa chỉ này Điều này là

do hiện nay nhu cầu sử dụng Internet đang bùng nổ mạnh tại các khu vực đông dân cư đặc biệt là khu vực Châu Á

Để giải quyết vấn đề cạn kiệt địa chỉ IPv4, một giải pháp công nghệ mới mang tên IPv6 ra đời IPv6 hay Internet Protocon version 6 ra đời không những giải quyết được vấn

đề cạn kiệt địa chỉ mà còn khắc phục được những hạn chế của IPv4 và cung cấp thêm những thuộc tính vượt trội

Mạng Internet tốc độ cao hiện tại mà VNPT đang cung cấp

có sự góp mặt của rất nhiều các đơn vị như VDC, VTN và các VNPT tỉnh thành phố, cùng với các loại hình cung cấp dịch vụ đa dạng như Megavnn, Fibervnn/FTTH, VNPT đã

và đang ngiên cứu triển khai IPv6 trên mạng NGN của mình

để cung cấp các dịch vụ HSI trên tất cả các đơn vị để tạo nên

một mạng IPv6 thông suốt đối với các dịch vụ mà VNPT đang cung cấp

Xuất phát từ những cơ sở khoa học và thực tiễn đó, em đã

quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu công nghệ IPV6 và

phương án triển khai cho dịch vụ HSI của VNPT” cho luận

Chương 2: nghiên cứu cơ sở hạ tầng mạng mạng Internet tốc

độ cao sử dụng IPv6 để cung cấp các dịch vụ HSI

Chương 3: Xây dựng phương án triển khai dịch vụ HSI trên mạng IPv6 của VNPT Trong chương này tìm hiểu về hiện trạng mạng Internet tốc độ cao sử dụng IPv6 trên mạng viễn thông VNPT Từ đó Xây dựng phương án triển khai dịch vụ HSI trên mạng IPv6 của VNPT và Đề xuất phương lộ trình triển khai dịch vụ HSI trên công nghệ IPv6

Và cuối cùng là phần kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo của luận văn

CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ IPV6

1.1 IP - Giao thức thống nhất cho các mạng truyền tải 1.1.1 Các ưu việt của giao thức IP

Bộ giao thức IP/TCP không chỉ đơn giản, tiện lợi, tạo khả năng kết nối linh hoạt và hiệu quả, mà còn có chi phí thấp Các giao thức IP/TCP đã và đang được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu trong nhiều thập kỷ qua

Một số ưu điểm của giao thức IP:

- Cho phép truyền tải lưu lượng với hiệu suất cao, tận dụng băng thông truyền tải tiết kiệm được dung lượng kênh

- Đa số sản phẩm máy tính cá nhân, máy chủ, thiết bị định tuyến đều được thiết kế chạy trên nên mạng IP

- Các thuật toán định tuyến ứng dụng trao đổi dữ liệu trong mạng liên kết một cách mềm dẻo, linh hoạt

- Có khả năng tích hợp đa dịch vụ

1.1.2 Sự phát triển của giao thức IP

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 được sự phát triển Internet toàn cầu

1.1.3 Sự bùng nổ của lưu lượng IP

Sự tăng trưởng lưu lượng IP được kết hợp với sự tăng trưởng lớn mạnh liên tục của việc sử dụng mạng Internet và intranet diện rộng, sự hội tụ nhanh chóng của các dịch vụ IP tiên tiến,

khả năng kết nối đơn giản, dễ dang và linh hoạt đã tạo ra một

sự dịch chuyển mang tính đột biến

1.1.4 IPv6 - Giao thức truyền tải của mạng viễn thông, Internet thế hệ mới

IP phiên bản 6 được thiết kế bao gồm những chức năng và định dạng mở rộng hơn IP phiên bản 4 IP phiên bản 6 sử dụng tới 128 bit, do đó đựa số địa chỉ Internet có thể được sử dụng lên tới 3.4*1038

hay khoảng 340 tỷ tỷ tỷ tỷ địa chỉ

1.2 Giao thức IPv6

1.2.1 Ưu điểm của giao thức IPv6

Giao thức IPv6 sẽ kế thừa toàn bộ sự thành công của IPv4 trong quá trình triển khai vừa qua, và một số đặc điểm mới:

- Độ dài địa chỉ tăng lên 128 bit, các phương pháp đánh số địa chỉ của IPv6 cũng linh hoạt

- Quản lý định tuyến tốt hơn

- Địa chỉ IPv6 được thiết kế có cấu trúc đánh địa chỉ và phân cấp định tuyến thống nhất

- Các trường tin trong phần tiêu đề gói tin IP mà sử dụng không hiệu quả trong IPv4 được đưa vào phần mở rộng

- Hỗ trợ đa phương tiện

- Khả năng tự động cấu hình

- Bảo mật

- Dễ dàng thực hiện unicast và multicast

- Khả năng hỗ trợ di động

- Hỗ trợ cho quản lý chất lượng mạng

1.2.2 Các đặc tính công nghệ của IPv6

- Phát hiện máy lân cận

- Plug and Play

- Đóng gói IPv6 trên mạng LAN

- Tính di động

- An toàn

1.3 Tình hình chuẩn hóa IPv6 tại IETF

1.4 Sự chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6

Một trong những bước quan trọng khi chuyển tiếp sẽ là sự quản lý song song địa chỉ IPv4 và IPv6

1.5 Các công nghệ triển khai IPv6 hiện nay

1.5.1 Dual Stack

Dualstack các node được thực thi và kết nối tới cả mạng IPv4

và IPv6 Cơ chế Dual-stack còn gọi là cơ chế Dual IP layer

Cơ chế này cho phép mỗi Host/Router được hỗ trợ cả hai giao thức IPv4 và IPv6

Có 3 trường hợp riêng có thể sử dụng là:

- Node IPv4/IPv6 không kết hợp sử dụng cơ chế Tunnel

- Node IPv4/IPv6 sử dụng kết hợp với Configured Tunnel

- Node IPv4/IPv6 sử dụng kết hợp với cả Configured

Tunnel và Automatic Tunnel

Công nghệ Dualstack

1.5.2 Tunneling

Công nghệ đường hầm là một phương pháp sử dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng IPv4 để thực hiện các kết nối IPv6 bằng cách sử dụng các thiết bị mạng có khả năng hoạt động dual-stack tại hai điểm đầu và cuối nhất định Các thiết bị này “bọc” gói tin IPv6 trong gói tin IPv4 và truyền tải đi trong mạng IPv4 tại điểm đầu và gỡ bỏ gói tin IPv4, nhận lại gói tin IPv6 ban đầu tại điểm đích cuối đường truyền IPv4

Công nghệ đường hầm

Có nhiều công nghệ tạo đường hầm:

- Đường hầm bằng tay (manual tunnel)

- Đường hầm tự động (automatic tunnel)

- Đường hầm cấu hình (configured tunnel)

Kết nối IPv6 với Tunnel Broker

1.5.3 NAT-PT

Để một thiết bị chỉ hỗ trợ IPv6 có thể giao tiếp với một thiết

bị chỉ hỗ trợ IPv4, chúng ta cần công nghệ biên dịch Công nghệ biên dịch thực chất là một dạng công nghệ NAT, thực hiện biên dịch địa chỉ và dạng thức của mào đầu gói tin, cho

phép thiết bị chỉ hỗ trợ IPv6 có thể nói chuyện với thiết bị chỉ hỗ trợ IPv4

-

Công nghệ biên dịch NAT-PT

1.6 Tình hình triển khai IPv6 trên thế giới

1.7 Tình hình triển khai IPv6 tại Việt Nam

1.7.1 Các chính sách, tiêu chuẩn quốc gia liên quan đến IPv6

Bảng dưới đây liệt kê các chính sách liên quan đến tài nguyên Internet trong nước

Phạm vi áp dụng

Chính sách của Bộ Thông tin và Truyền thông

Bảng 2.1: Các chính sách liên quan đến tài nguyên

Internet trong nước Theo quyết định của bộ thông tin và truyền thông tháng 3/2011 về kế hoạch triển khai IPv6 với mục tiêu chung: Bảo đảm trước năm 2020 toàn bộ mạng lưới và dịch vụ internet Viêt Nam được chuyển đổi để hoạt động một cách an toàn, tin cậy với địa chỉ IPv6 (tương thích với địa chỉ IPv6)

1.7.2 Tình hình triển khai IPv6 trong nước

Cụ thể, trong chỉ thị tháng 5/2008 của bộ thông tin và truyền thông đã đề ra hướng nghiên cứu cần thực hiện bao gồm :

- Nghiên cứu về các giải pháp triển khai ứng dụng và các dịch vụ trên nền IPv6

- Nghiên cứu về thiết bị ứng dụng và các giải pháp chuyển đổi IPv4 sang IPv6

Trung tâm Internet Việt Nam VNNIC cũng xác định rõ hướng nghiên cứu bao gồm:

- Nghiên cứu IPV6, khả năng hỗ trợ IPV6 của mạng DNS

- Nghiên cứu hỗ trợ IPV6 trên mạng VNIX

- Chủ động hợp tác với các ISP về thử nghiệm địa chỉ IPV6 tại Việt Nam

CHƯƠNG II MẠNG INTERNET IPV6 TỐC ĐỘ CAO - MẠNG INTERNET THẾ HỆ MỚI (NGI)

Để cung cấp các dịch vụ HSI trên giao thức IPv6, cần phải phải xây dựng hạ tầng mạng truyền tải Internet tốc độ cao, dung lượng lớn với giao thức truyền tải IPv6 Đó chính là mạng Internet thế hệ mới NGI (New Generation Internet)

2.1 Sự ra đời của mạng Internet thế hệ mới

2.1.1 Hiện trạng mạng Internet trên thế giới

2.1.2 Sự ra đời của của mạng Internet thế hệ mới (NGI)

Để phân biệt mạng Internet thế hệ mới với mạng Internet truyền thống, người ta cần quan tâm tới công nghệ mạng được sử dụng Về công nghệ mạng Internet, người ta cần quan tâm đến hai công nghệ then chốt: công nghệ bộ giao thức truyền tải (TCP/IP) và công nghệ mạng truyền tải

2.1.2.1 Về công nghệ bộ giao thức truyền tải (TCP/IP) Vấn đề lựa chọn IPv6 cho mạng internet trong tương lai

Một đặc tính khác lôi cuốn các nhà khai thác có cơ sở hạ tầng phát triển nhanh đó là: cắm–và–chạy, mạng IPv6 dễ dàng trong việc cấu hình và bảo dưỡng so với mạng IPv4

2.1.2.2 Về công nghệ mạng truyền tải

Khi công nghệ truyền dẫn quang ghép kênh theo bước sóng –WDM, mà giai đoạn tiếp theo của nó là ghép kênh quang theo bước sóng mật độ cao-DWDM, ra đời với những ưu

điểm vượt trội về chất lượng truyền dẫn cao, đặc biệt là băng thông rộng/tốc độ lớn (tới hàng ngàn Terabit) đã là một cuộc các mạng trong truyền tải lưu lượng

2.1.2.3 Về giải pháp kiến túc truyền tải IP trên quang

Từ sự bùng nổ lưu lượng IP cùng sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ IP và công nghệ thông tin quang đã tạo nên một cuộc cách mạng trong mạng truyền tải Trong hầu hết các kiến trúc mạng đề xuất cho tương lai đều là sự thống trị của công nghệ truyền dẫn IP trên quang

Sợi quang vật lý Mạng ghép kênh bước sóng quang DWDM SDH

IP

IP

Ngăn giao thức của các kiểu kiến trúc

Các phương thức tích hợp IP trên quang bao gồm:

Từ phân tích về sự phát triển công nghệ bộ giao thức truyền tải (TCP/IP) và công nghệ mạng truyền tải lưu lượng đã trình bầy ở trên, người ta phân mạng Internet làm 2 loại:

- Mạng Internet truyền thống,

- Mạng Internet thế hệ mới

Trong mạng NGI, người ta sử dụng: Bộ giao thức truyền tải IPv6 và công mạng truyền tải tốc độ cao theo các kiến trúc: kiến trúc IP/NG-SDH/DWDM, kiến trúc IP/MPLS/DWDM, kiến trúc IP/GMPLS/DWDM và kiến trúc IP/DWDM

2.2 Mục tiêu và yêu cầu của mạng Internet thế hệ mới 2.2.1 Mục tiêu hướng tới của mạng Internet thế hệ mới

Để đáp ựng được nhu cầu đó, mạng NGI cần phải đạt được các mục tiêu sau:

- Khắc phục tồn tại: gian địa chỉ, không hỗ trợ bảo mật, hỗ trợ di động kém, hỗ trợ các dịch vụ mới, đa phương tiện

- Cấu trúc của mạng phải được đơn giản hóa và tối ưu hóa: khả năng mở rộng linh hoạt cho các phát triển sau này

- Về dung lượng: dung lượng lớn, có khả năng truyền tải đa dịch vụ tốc độ cao/ băng thông rộng

- Có khả năng cung cấp các loại hình dịch vụ khác nhau như: thoại, âm thanh, hình ảnh …

- Hỗ trợ đa phương tiện, khả năng tự động hóa cấu hình, dễ dàng thực hiện unicast và multicast

- Có cơ chế bảo mật

- Có khả năng hỗ trợ di động

- Hỗ trợ cho quản lý chất lượng mạng

2.2.2 Yêu cầu đối với mạng Internet thế hệ mới

2.2.2.1 Yêu cầu về cấu trúc mạng

NGI cần phải có một khối lượng địa chỉ cực lớn Sử dụng giao thức IPv6 có khả năng đánh số được tới 3,4x1038 địa chỉ (340 tỷ tỷ tỷ tỷ địa chỉ)

2.2.2.2 Yêu cầu về khả năng cung cấp dịch vụ

- Truyền tệp với các loại hình đa dạng và phức tạp bao gồm

cả file dữ liệu đa phương tiện với nhiều loại thiết bị đầu cuối

- Cung cấp các dịch vụ thương mại điện tử, y tế từ xa, truy xuất dữ liệu, tính toán chuyên dụng

- Có khả năng phân tách giữa các loại hình dịch vụ khác

nhau để có các cơ chế ưu tiên theo từng loại hình dịch vụ

Dưới đây là ba tham số chất lượng dịch vụ chính cần phải được đảm bảo trong mạng Internet thế hệ mới:

- Giảm tối thiểu độ trễ trong quá trình truyền gói tin

- Giảm tối thiểu sự biến đổi về độ trễ của gói tin

- Cung cấp thông lượng truyền dữ liệu ổn định

2.3 Các dịch vụ internet tốc độ cao (HSI)

- Truyền hình qua Internet

- Thương mại điện tử

- Y tế từ xa, chăm sóc sức khoẻ và nghiên cứu y học

- Chính phủ điện tử

- Công dân điện tử

- Doanh nghiệp điện tử

- Nghiên cứu và giảng dạy từ xa

- Thư viện kỹ thuật số

- Bảo tàng số (Digital Museums)

- Ứng dụng trong khoa học vũ trụ, thiên văn học, vật lý học

- Ứng dụng trong khoa học địa lý và nghiên cứu hoá lý

- Mô hình kiến trúc mạng Internet thế hệ mới

- Mô hình kiến trúc

2.4.1 Xu hướng tích hợp viễn thông và truyền số liệu thành một mạng thống nhất thế hệ kế tiếp với giao thức truyền tải IP (IP NGN)

Hội tụ các mạng truyền thông là tạo ra một mạng thống nhất

có thể cung cấp các dịch vụ đa phương tiện trên các lĩnh vực viễn thông, internet và quảng bá

2.4 Cơ sở hạ tầng của mạng NGI

2.5.1 Tổng quan về cơ sở hạ tầng mạng NGI

Thế giới có rất nhiều quan điểm về mạng NGI Nhiều nước coi mạng internet sử dụng giao thức truyền tải IPv6 đã là mạng NGI

2.5.2 Các công nghệ sử dụng trong mạng NGI

2.5.2.1 Giao thức IPv6 (đã được chỉ ra ở chương 1)

2.5.2.2 Các công nghệ truyền tải IP tốc độ cao

Xu hướng phát triển của mạng truyền tải IP là từng bước thay thế hoặc chuyển lưu lượng IP từ mạng sử dụng công nghệ TDM sang mạng sử dụng truyền tải hoàn toàn IP

2.5.2.3 Các công nghệ trong mạng truyền tải quang

Xu hướng các công nghệ được lựa chọn áp dụng để xây dựng mạng truyền tải quang thế hệ mới chủ yếu tập trung vào các loại công nghệ chính, đó là:

Công nghệ SONET/SDH-NG

Công nghệ GMPLS

GMPLS thực chất là sự mở rộng chức năng điều khiển của mạng MPLS, nó cho phép kiến tạo mặt phẳng điểu khiển quản lý thống nhất không chỉ ở lớp mạng mà còn thực hiện đối với các lớp ứng dụng, truyền dẫn và lớp vật lý

Công nghệ ghép kênh theo bước sóng

DWDM là bước phát triển tiếp theo của WDM, nó tương tự như WDM chỉ khác là khoảng cách giữa các kênh bước sóng gần hơn, tức là số kênh ghép được nhiều hơn

CHƯƠNG III PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI CHO DỊCH VỤ HSI TRÊN MẠNG NGI CỦA VNPT 3.1 Mạng NGI của VNPT

3.1.1 Mô hình kiến trúc tổng thể mạng NGI cho VNPT

Mô hình kiến trúc tổng thể mạng NGI của VNPT

Mô hình kiến trúc tổng thể mạng NGI của VNPT gồm:

- Mạng đường trục: kết nối các POP-trục theo topo dạng ring hoặc mesh tuỳ theo các yêu cầu thực tế

- Mạng vùng: kết nối POP-truy cập dịch vụ vào mạng trục, topo có thể dạng ring hoặc mesh tuỳ theo các yêu cầu thực tế

- Mạng truy nhập: cung cấp phương tiện truy cập vào truy cập dịch vụ, topo triển khai có thể là ring, điểm-điểm, điểm-đa điểm (ví dụ mạng PON)

POP-Mạng NGI của VNPT gồm 2 mặt phẳng: Mặt phẳng 1 (VN1)

và Mặt phẳng 2 (VN2) Hiện nay dự án VN2 đã được đưa vào khai thác, lưu lượng trên mặt phẳng 1 (VN1) đang từng bước chuyển sang mặt phẳng 2

3.1.2 Mạng VN2 của VNPT

Mạng VN2 sử dụng công nghệ IP trên DWDM được thiết lập theo mô hình xếp chồng và hiện tại để truyền tải lưu lượng IP qua mạng DWDM qua các khâu trung gian như IP/SDH/DWDM, IP/NG - SDH/DWDM, IP/MPLS/ SDH/DWDM, IP/MPLS/NG - SDH/DWDM

Sơ đồ logic mạng IP Core VN2

Mạng truyền tải VN2 gồm 3 lớp: Lớp truyền tải, Lớp gom, Lớp truy nhập

ASBR HCM

ASBR DNG