Thiết kế truyền tải MPLS trong mạng thế hệ mới

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO - TẬP ĐOÀN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG NGUYỄN TRUNG KIÊN THIẾT KẾ TRUYỀN TẢI MPLS TRONG MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ MỚI CHUYÊN NGÀNH: TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ MẠNG MÁY TÍNH MÃ SỐ: 60.48.15 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2010 Luận văn được hoàn thành tại: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: TS. Trịnh Anh Tuấn …………………………………………………… Phản biện 1: …………………………………………………… …………………………………………………… Phản biện 2: …………………………………………………… …………………………………………………… 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……. Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông 1 MỞ ĐẦU Ngày nay, trong ngành công nghiệp viễn thông đang diễn ra sự hội tụ của viễn thông với công nghệ thông tin, hội tụ của các dịch vụ thoại truyền thống và các dịch vụ dữ liệu mới. Điều này có ảnh hưởng lớn đến mạng viễn thông, đòi hỏi mạng viễn thông phải có cấu trúc mở, linh hoạt, cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau cho người sử dụng, hiệu quả khai thác cao, dễ phát triển Để đáp ứng các yêu cầu này, một số nhà sản xuất thiết bị viễn thông và một số tổ chức nghiên cứu về viễn thông đã đưa ra các ý tưởng và mô hình về cấu trúc mạng thế hệ sau NGN. VNPT cũng đã có nhiều đề tài, nhiệm vụ định hướng cho việc nghiên cứu tìm hiểu các giải pháp và xây dựng nguyên tắc thiết kế mạng NGN nói chung và mạng truyền tải trong NGN nói riêng, tuy nhiên việc thiết kế mạng truyền tải cho mạng NGN của VNPT trong giai đoạn bùng nổ băng thông đáp ứng cho các dịch vụ luôn được cập nhật, để phù hợp với thực trạng phát triển. Với xu hướng chuyển dần sang mạng NGN như vậy, một loạt các vấn đề được đặt ra như kiến trúc mạng, phối hợp điều khiển, báo hiệu giữa các phần tử trong mạng, chất lượng dịch vụ… cho mạng thế hệ sau. Trong đó, việc xây dựng thiết kế mạng truyền tải dữ liệu là phần rất quan trọng để đáp ứng được nhu cầu của khách hàng về chất lượng dịch vụ. Trong khuôn khổ luận văn “Thiết kế truyền tải MPLS trong mạng thế hệ mới” tập trung chủ yếu đến một số nội dung cơ bản sau: 2 Chương 1: Tổng quan, phân tích xu hướng công nghệ và hiện trạng triển khai mạng NGN. Chương 2: Giới thiệu kiến trúc và công nghệ cơ bản trong mạng NGN đưa ra những mô tả tổng quan về kiến trúc phân lớp và sơ đồ đấu nối vật lý phổ biến của mạng NGN. Chương 3: Thiết kế truyền tải trong mạng NGN, dựa trên kiến trúc đề xuất và công nghệ được lựa chọn thiết kế mạng truyền tải. 3 CHƯƠNG 1: XU HƯỚNG VIỄN THÔNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ SỰ RA ĐỜI MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ MỚI 1.1 Xu hướng công nghệ viễn thông trên thế giới Các hệ thống viễn thông hiện tại được phát triển từ các hệ thống điện báo và điện thoại từ thế kỷ 19. Hệ thống điện thoại đầu tiên tương đối đơn giản do Alexander Graham Bell phát minh năm 1876. Thời đó, các công ty viễn thông cung cấp dịch vụ cho một số lượng lớn thuê bao thông qua các mạng điện thoại chuyển mạch công cộng PSTN được ghép kênh phân chia theo tần số (FDM: Frequency Division Multiplexing) hoặc ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM: Time Division Multiplexing). Kỹ thuật FDM được sử dụng từ lâu và ngày nay người ta hay dùng kỹ thuật TDM hơn do dễ truyền dữ liệu không lỗi và tin tức tiếng nói có dung lượng cao. Sau khoảng thời gian dài phát triển, công nghệ viễn thông trên thế giới đã có nhiều thay đổi dẫn đến sự ra đời của nhiều mạng viễn thông mới, phổ biến nhất hiện nay là: mạng điện thoại cố định PSTN, mạng điện thoại di động, mạng Internet, hệ thống thông tin vệ tinh. Các mạng trên song song cùng tồn tại. Mỗi mạng yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dưỡng khác nhau. Điều đó dẫn đến một số nhược điểm như sau:  Thiếu tính mềm dẻo  Kém hiệu quả trong việc vận hành, bảo dưỡng và sử dụng tài nguyên  Hạ tầng mạng riêng biệt nên chi phí đầu tư mở rộng mạng lưới tốn kém 1.1.1 Lý do dẫn đến sự ra đời của mạng viễn thông thế hệ mới  Xu thế đổi mới công nghệ viễn thông 4  Tiết kiệm chi phí đầu tư:  Tiết kiệm chi phí vận hành:  Cơ hội kinh doanh mới: 1.1.2 Định nghĩa và đặc điểm mạng viễn thông thế hệ mới Định nghĩa mạng NGN nêu ra dưới đây không thể bao hàm hết mọi chi tiết về mạng thế hệ mới, nhưng nó có thể là khái niệm tương đối chung nhất khi đề cập đến NGN: “Bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng, mạng thông tin thế hệ mới (NGN - Next Generation Network) ra đời là mạng có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa cố định và di động”. Dựa vào đặc điểm của mạng NGN, nó còn có một số tên gọi khác: - Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau). - Mạng hội tụ (hỗ trợ cả thoại, dữ liệu và video, cấu trúc mạng hội tụ). Hình 1.1. Sơ đồ mạng NGN 5 Mạng viễn thông thế hệ mới NGN có 4 đặc điểm chính:  Nền tảng là hệ thống mở.  Linh hoạt trong việc cung cấp dịch vụ.  Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên giao thức thống nhất là giao thức IP.  Mạng NGN có dung lượng ngày càng lớn, đủ đáp ứng nhu cầu trong tương lai. 1.2 Hiện trạng triển khai mạng NGN trên thế giới 1.2.1 Khái quát hiện trạng triển khai NGN tại một số nước Trong khoảng 5 năm trở lại đây, khi các giao thức truyền dữ liệu dùng trong mạng NGN dần được hoàn thiện và tiêu chuẩn hóa, rất nhiều nước đã tiến hành thử nghiệm và triển khai rộng rãi mạng NGN. Các nước đi tiên phong trong việc triển khai mạng NGN là Anh, Pháp, Mỹ, Úc, Nhật Bản, Trung Quốc,…. Mỗi nước đều xây dựng lộ trình chuyển đổi từ mạng cũ sang mạng NGN:  Anh Công ty đầu tiên của Anh triển khai mạng NGN là THUS plc bắt đầu triển khai mạng NGN từ năm 1999 bao gồm 10.600 km cáp quang với hơn 190 POP (Point Of Presences – tạm dịch: điểm kết nối) trên toàn nước Anh. Năm 2004, British Telecom bắt đầu xây dựng hạ tầng mạng NGN. Đến tháng 1/2005, 1000 khách hàng đã được cung cấp dịch vụ thoại trên nền mạng mới. Từ 2006 – 2008, BT triển khai thiết bị all-IP trên mạng của mình. BT bắt đầu chuyển thử nghiệm 1 số khách hàng ở Wales sang mạng NGN vào năm 2007. Mục tiêu năm 2011 hoàn thành chuyển đổi trên toàn nước Anh. 6  Pháp Năm 2005, Tập đoàn France Telecom xây dựng kế hoạch triển khai NGN. Mục tiêu là đến năm 2008 hoàn thành chuyển đổi sang NGN và từ 2008 sẽ giới thiệu các dịch vụ mới trên nền NGN.  Mỹ Khoảng 1/4 số hộ gia đình ở Mỹ được dùng dịch vụ băng rộng thế hệ mới vào cuối năm 2008. AT&T triển khai mạng FTTN (Fiber To The Node) vào năm 2004. Tháng 1/2008, AT&T triển khai được FTTN cho 7,9 triệu thuê bao hộ gia đình. Tháng 3/2009, AT&T tiếp tục mở rộng mạng băng rộng vô tuyến và hữu tuyến. Verizon bắt đầu xây dựng mạng truy nhập cáp quang FTTH vào năm 2004. Trong 4 năm tiếp theo, 11 triệu hộ gia định thuê bao của Verizon đã sử dụng mạng FTTH. Dự kiến đến năm 2010, Verizon mở rộng mạng FTTH trên toàn nước Mỹ và đạt tổng số thuê bao là 18 triệu hộ gia đình.  Australia 11/2005, Telstra – công bố kế hoạch chuyển mạng sang NGN. Kế hoạch chia thành các bước sau: - Xây dựng mạng lõi (core) NGN sử dụng công nghệ IP, dự kiến hoàn thành vào năm 2007. - Thay thế mạng di động CDMA bằng mạng GSM 3G với độ phủ sóng tương đương hoặc rộng hơn hiện tại. - Kết nối 1/3 số lượng thuê bao (khoảng cách đến tổng đài là 1,5 km) bằng công nghệ ADSL 2+, 2/3 số lượng thuê bao còn lại dùng công nghệ FTTN. 7 - Giảm số lượng hệ thống kinh doanh và hỗ trợ vận hành. Số điểm full-time equivalent (FTE) của Telstra là 52000, dự kiến giảm 6000 đến 8000 điểm trong 3 năm, giảm 10000 điểm sau 5 năm. Mục tiêu của Telstra là cấu trúc lại toàn bộ mạng lưới của họ từ mạng lõi đến mạng di động, sắp xếp lại mạng truy nhập cố định, sắp xếp lại hệ thống hỗ trợ và vận hành.  Nhật Bản Nhật Bản bắt đầu triển khai công nghệ FTTH vào năm 2005. Tháng 12/2006, NTT (Nippon Telegraph and Telephone Corporation Corp.) thử nghiệm các dịch vụ của mạng NGN. Mục tiêu của NTT là xây dựng được mạng NGN full-IP truy nhập cáp quang trước năm 2010 để phục vụ được 30 triệu thuê bao. Công ty NTT East đã triển khai cáp quang đến 75% số hộ gia đình trong vùng phục vụ. Khoảng 100.000 thuê bao đăng ký sử dụng dịch vụ FTTH của NTT mỗi tháng. Đến cuối tháng 3/2007, NTT có 6,08 triệu thuê bao cáp quang. NTT đạt được 10 triệu thuê bao cáp quang vào tháng 9/2008. Dự kiến toàn bộ thuê bao sẽ có kết nối cáp quang trước năm 2010. Hình vẽ sau đây cho chúng ta thấy sự thay đổi về công nghệ trong thị trường viễn thông Nhật Bản. Năm 2005, công nghệ truy nhập FTTH đã vượt qua truy nhập băng rộng cable và ngày càng bám sát DSL. 8 Hình 1.2. Thị trường băng rộng ở Nhật Vào năm 2007, số lượng thuê bao băng rộng FTTH của NTT đã lớn hơn số lượng thuê bao DSL. Hình 1.3. Số lượng thuê bao băng rộng của NTT  Trung Quốc Trung Quốc đã xây dựng diễn đàn về NGN và hoạt động tương đối sớm. Một trong những mục tiêu của diễn đàn NGN là nghiên cứu xu hướng phát triển và các công nghệ NGN mới nhất. Hội nghị đầu tiên của diễn đàn NGN Trung Quốc diễn ra vào năm 2000. Hội thảo tập trung vào công nghệ và xu hướng phát triển mạng [...]... mạng trục Mạng cấp vùng thường được gọi là mạng MAN (Metropolitan Area Network) - Mạng IP Core là mạng trục truyền tải lưu lượng liên tỉnh giữa các vùng Mạng IP Core có các gateway kết nối đến các nhà cung cấp dịch vụ trong nước, có gateaway kết nối đến Internet Một vấn đề đặt ra khi thiết kế mạng truyền tải MPLS: toàn mạng là một miền MPLS chung hay chia tách thành các miền MPLS riêng biệt kết nối với... các mạng truy nhập khác bằng kết nối cáp quang hoặc vô tuyến Hình 1.12 Cấu trúc vật lý mạng NGN 2.3 Công nghệ dùng trong mạng NGN 2.3.1 Công nghệ truy nhập Trên mạng NGN sẽ tồn tại nhiều công nghệ truy nhập, có thể được phân loại theo môi trường truyền tín hiệu: - Vô tuyến: Wifi, Wimax, GSM, 3G, LTE - Cáp đồng: xDSL - Cáp quang: AON, PON 21 2.3.2 Công nghệ truyền dẫn Trong cấu trúc mạng thế hệ mới, truyền. .. lựa chọn công nghệ xây dựng mạng NGN của một nhà cung cấp dịch vụ viễn thông 24 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠNG TRUYỀN TẢI NGN VÀ TRIỂN KHAI MỘT SỐ DỊCH VỤ TRÊN MẠNG NGN VNPT 3.1 Kiến trúc mạng truyền tải NGN Theo đó, mạng NGN sẽ được chia thành 3 lớp vật lý:  Lớp ứng dụng:  Lớp truyền tải:  Lớp truy nhập: 3.2 Định tuyến trong mạng NGN Định tuyến là quá trình lựa chọn đường đi tốt nhất trên mạng viễn thông... năng mạng NGN 2.2 Kiến trúc vật lý của mạng NGN NGN không phải là mạng được xây dựng hoàn toàn mới mà được phát triển dựa trên các công nghệ hiện có, nên về bản chất mạng NGN là các mạng viễn thông hiện tại được kết nối với nhau 20 thông qua mạng lõi IP, tận dụng các thiết bị hiện có trên mạng để đạt được hiệu quả khai thác tối đa Do đó, cấu trúc vật lý của mạng NGN bao gồm mạng lõi IP kết nối với mạng. .. hệ mới, truyền dẫn là một thành phần của lớp truyền tải Có thể phân loại công nghệ truyền dẫn theo môi trường truyền tín hiệu là truyền dẫn vô tuyến và truyền dẫn hữu tuyến - Truyền dẫn vô tuyến - Truyền dẫn hữu tuyến 2.3.3 Công nghệ chuyển mạch MPLS MPLS kết hợp năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch với tính linh hoạt của bộ định tuyến MPLS tách chức năng của router thành 2 phần riêng... phục mạng không ảnh hưởng đến dịch vụ thời gian thực, MPLS có cơ chế tự khôi phục là Fast Reroute phù hợp yêu cầu của dịch vụ thời gian thực: thời gian khôi phục nhỏ hơn 50ms 3.3.7 Triển khai MPLS trên mạng NGN  Cấu trúc Thông thường, mạng truyền tải NGN của các nhà cung cấp dịch vụ sẽ được chia thành hai cấp chính: - Mạng cấp vùng: truyền tải lưu lượng nội tỉnh, truyền tải lưu lượng liên tỉnh qua mạng. .. 14: Giao thức định tuyến trong mạng NGN 25 3.2.1 Định tuyến IGP 3.2.1.1 Ý nghĩa của định tuyến IGP đối với mạng truyền tải NGN Các gói tin gửi đến/đi sẽ được router kiểm tra thông qua bảng định tuyến để tìm và gửi tới mạng đích hoặc router chuyển tiếp theo trong mạng Như vậy, có thể thấy rằng định tuyến IGP là một trong những thành phần chức năng cơ bản nhất của mạng truyền tải NGN 3.2.1.2 Các giao... cách khắc phục  Khả năng mở rộng iBGP  Không ổn định  Sự phát triển quy mô bảng định tuyến  Vấn đề cân bằng tải 3.3 Thiết kế MPLS cho mạng truyền tải NGN 3.3.1 Hạn chế của giao thức định tuyến IP truyền thống Với các hệ thống mạng hoạt động theo giao thức định tuyến IP truyền thống, mỗi node mạng (router) đều phải thực hiện hai chức năng chính là định tuyến (routing) và chuyển mạch (switching) / chuyển... các tuyến MPLS riêng biệt cho mỗi loại lưu lượng 3.3.5 MPLS và IP MPLS không thể so sánh với IP như một thực thể độc lập vì nó hoạt động kết hợp với IP và các giao thức định tuyến IGP MPLS LSP giúp tạo mạng ảo hỗ trợ điều khiển lưu lượng, có khả năng truyền tải VPN lớp 3 với không gian địa chỉ chồng lấn, hỗ trợ pseudowire lớp 2, truyền tải lưu lượng IPv4, IPv6, ATM, frame relay,… LSR chạy MPLS có khả... hiện nay MPLS là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối nên khả năng bị ảnh hưởng do lỗi đường truyền thường cao hơn các công nghệ khác Trong khi đó, các dịch vụ tích hợp mà MPLS phải hỗ trợ lại yêu cầu dung lượng cao Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên dưới Bên cạnh độ tin cậy, MPLS cũng quản lý mạng dễ . nguyên tắc thiết kế mạng NGN nói chung và mạng truyền tải trong NGN nói riêng, tuy nhiên việc thiết kế mạng truyền tải cho mạng NGN của VNPT trong giai. biến của mạng NGN. Chương 3: Thiết kế truyền tải trong mạng NGN, dựa trên kiến trúc đề xuất và công nghệ được lựa chọn thiết kế mạng truyền tải.