Nghiên cứu công nghệ định tuyến phân đoạn và ứng dụng trong mạng viễn thông hiện đại TT

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Nguyễn Tài Lợi NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐỊNH TUYẾN PHÂN ĐOẠN VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG VIỄN THÔNG HIỆN ĐẠI Chuyên ngành: KỸ THUẬT VIỄN THƠNG Mã số: 8.52.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – NĂM 2022 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Tiến Ban Phản biện 1: PGS.TS Bạch Nhật Hồng Phản biện 2: TS Dư Đình Viên Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: 08 30 ngày 02 tháng 07 năm 2022 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng 3 LỜI NĨI ĐẦU Cuộc cách mạng cơng nghiệp 4.0 diễn gần thập kỉ Ngày nay, quen thuộc với thuật ngữ trí tuệ nhân tạo, xe tự hành, thành phố thơng minh…Tất xây dựng nhằm mục đích nâng cao chất lượng sống người tương lai Với phát triển nhanh chóng khơng ngừng nghỉ, công nghệ mang lại cho sống người nhiều lợi ích việc kết nối trao đổi thơng tin, đơn giản hóa nhiều công việc sống hàng ngày tối ưu hóa Do đó, nhu cầu sử dụng ngày tăng dẫn đến yêu cầu phục vụ tốt chất lượng đường truyền tốc độ cao, độ trễ thấp, chi phí băng thơng hợp lý Để đảm bảo yêu cầu vấn đề trên, công nghệ truyền tải vấn đề cần quan tâm Hiện công nghệ chuyển mạch nhãn IP/MPLS sử dụng phổ biến nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thơng lớn Nó giúp cho hệ thống họ hoạt động tốt việc truyền tải nhanh gói tin mạng lõi tính tốn tốt lớp mạng biên so với định tuyến IP thông thường Mặc dù chứng minh ưu điểm vượt trội, cơng nghệ IP/MPLS cịn mặt hạn chế cần nâng cấp cải tiến kiến trúc thiết bị hệ thống mạng phải chứa nhiều thông tin cấu trúc liên kết, liệu bảng định tuyến dịch vụ truyền thông đa phương tiện phát triển liên tục Điều khiến cho lúc hệ thống mạng nhà cung cấp dịch vụ tải dẫn đến hoạt động hệ thống giảm dần Để giải yêu cầu ngày cao mặt định tuyến truyền tải hệ thống mạng viễn thông đại, tổ chức viễn thông giới nhiều nhà cung cấp giải pháp hạ tầng mạng có thảo luận cơng nghệ định tuyến phân đoạn Hiểu tầm quan trọng công nghệ mạng viễn thông ngày nay, lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu công nghệ định tuyến phân đoạn ứng dụng mạng viễn thông đại” Luận văn nhằm mục đích tìm hiểu đặc điểm, tính công nghệ định tuyến phân đoạn, ứng dụng việc đơn giản hóa, tự động hóa quản lý mạng, nâng cao hiệu suất sử dụng hạ tầng mạng để từ tối ưu nguồn nhân lực việc vận hành hạ tầng mạng Về phần nội dung nghiên cứu, luận văn chia thành chương cụ thể sau: - Chương 1: Giới thiệu mạng MPLS công nghệ định tuyến phân đoạn Chương 2: Công nghệ định truyến phân đoạn Chương 3: Ứng dụng công nghệ định tuyến phân đoạn mạng viễn thông đại Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Tiến Ban hướng dẫn tận tình để giúp em hoàn thành luận văn Do lượng kiến thức trình độ chun mơn thân có hạn nên luận văn khơng thể tránh khỏi sai sót Kính mong q thầy, bạn đọc sẵn lịng góp ý để luận văn cải thiện tốt Trân trọng 5 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU MẠNG MPLS VÀ CÔNG NGHỆ ĐỊNH TUYẾN PHÂN ĐOẠN 1.1 Tổng quan mạng MPLS Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) phương thức chuyển tiếp gói tin qua hệ thống mạng dựa vào nhãn thay địa IP nguồn đích MPLS hồn tồn độc lập với bảng định tuyến hay giao thức định tuyến IP khác Mạng MPLS hỗ trợ kĩ thuật lưu lượng (TE) tạo mạng riêng ảo (VPN) MPLS hỗ trợ tính kỹ thuật lưu lượng, VPN, QoS cấp độ nhãn Nhờ MPLS cho phép công ty viễn thông cung cấp cho khách hàng giải pháp ổn định, đảm bảo chất lượng dịch vụ hệ thống mạng có hiệu suất hoạt động lớn 1.2 Các yêu cầu mạng viễn thông đại Mạng viễn thông đại hướng tới kết nối nhanh, liền mạch, đáng tin cậy với số lượng kết nối lớn, yêu cầu chất lượng dịch vụ ngày cao Với việc 5G tiếp tục triển khai, nghiên cứu 6G bắt đầu, dự kiến đến 2030 có khoảng 125 tỷ thiết bị kết nối với nhau, dẫn đến gia tăng lớn lưu lượng dự liệu so với năm trước Trong mạng 5G được xem tảng để phát triển tích hợp cơng nghệ Mục tiêu mạng 5G đáp ứng phổ rộng cho dịch vụ Tốc độ mà mạng 5G đạt nhanh 10 lần so với 4G LTE Và có nhiều dịch vụ, cơng nghệ triển khai giới thiệu Như dự báo từ trước liệu tăng nhanh 5G đưa vào áp dụng Nó tiết kiệm đến 90% lượng cho dịch vụ, tạo hệ thống mạng lưới an toàn, đáng tin cậy Như với xu hướng cơng nghệ ảo hóa mạng, kết nối vạn vật, liệu lớn trí tuệ nhân tạo mạng viễn thơng hệ phải đáp ứng u cầu tính tốn biên tốt, dễ dàng lập trình, kết hợp mạng vệ tinh, hệ thống truyền dẫn tốc độ cao dung lượng lớn để cung cấp nhiều nhu cầu dịch vụ tương lai 6 1.3 Các vấn đề tồn mạng MPLS hướng phát triển công nghệ định tuyến phân đoạn Dù mạng MPLS nhiều hạn chế cần cải tiến Cụ thể giao thức LDP, RSVP-TE giao thức phức tạp triển khai, bảo dưỡng, vận hành xử lý lỗi xảy Chúng tạo nhiều lưu lượng báo hiệu mạng, thơng tin cấu trúc mạng gửi nhiều liệu đường hầm MPLS Các nhà điều hành mạng cần nhiều nhân lực có tay nghề cao để hỗ trợ việc vận hành mạng Do mở rộng quy mơ hệ thống mạng nhanh chóng trở thành nhiệm vụ sức Để đáp ứng yêu cầu cho mạng viễn thông đại, tổ chức viễn thông nhiều hãng cung cấp giải pháp tập trung nghiên cứu định tuyến phân đoạn Đây xem công nghệ truyền tải kế cận phù hợp dần thay cho IP/MPLS truyền thống 1.4 Kết luận chương Chương giới thiệu tổng quan kĩ thuật mạng viễn thơng đại đề cập đến công nghệ IP/MPLS giải pháp ứng dụng rộng rãi mạng lõi nhà cung cấp dịch vụ Tuy nhiên công nghệ cịn số hạn chế có nhiều lưu lượng báo hiệu mạng, yêu cầu nhân lực trình độ cao để vận hành, việc mở rộng mạng nhiều phức tạp Do đó, cơng ty cung cấp giải pháp công ty cung cấp dịch vụ viễn thông hướng đến sử dụng định tuyến phân đoạn việc phát triển hệ thống mạng Công nghệ kì vọng đáp ứng yêu cầu khắt khe việc truyền tải mạng viễn thơng đại Chương trình bày chi tiết công nghệ định tuyến phân đoạn 7 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ ĐỊNH TUYẾN PHÂN ĐOẠN 2.1 Giới thiệu 2.1.1 Định nghĩa Định tuyến phân đoạn xu hướng việc đơn giản hóa mạng IP Định tuyến phân đoạn chia đường dẫn mạng thành nhiều phân đoạn gán mã định danh phân đoạn (Segment ID - SID) cho phân đoạn nút chuyển tiếp Các mã xếp thành danh sách để tạo thành đường chuyển tiếp SID mã hoá nhãn MPLS, thứ tự SID mã hoá giống ngăn xếp nhãn SID định tuyến tra cứu trước gỡ sau hoàn thành phân đoạn mạng Kĩ thuật kết hợp ý tưởng kĩ thuật định tuyến nguồn IP chuyển mạch nhãn 2.1.2 Lợi ích định tuyến phân đoạn Lợi ích định tuyến phân đoạn khả đơn giản hóa mạng giảm việc sử dụng tài nguyên, giúp quản lý vận hành mạng dễ dàng Định tuyến phân đoạn không yêu cầu triển khai giao thức LDP RSVP-TE Thay vào đó, sử dụng IGP để phân phối nhãn tính tốn đường dẫn mà khơng thay đổi kiến trúc chuyển tiếp MPLS có 2.2 Thành phần cách hoạt động định tuyến phân đoạn Định tuyến phân đoạn cho phép tạo đường dẫn từ đầu đến cuối mạng Một đường dẫn bao gồm nhiều thực thể cấu thành nên gọi phân đoạn Do đó, đường dẫn bao gồm chuỗi phân đoạn Gói tin định tuyến nguồn có nghĩa định tuyến đầu đường dẫn gắn chồng tiêu đề vào gói tin, tiêu đề biểu thị phân đoạn tuyến đường gói tin Trong MPLS, phân đoạn mã hoá nhãn Một ngăn xếp nhãn đại diện cho danh sách phân đoạn Nhãn xử lý trước tiên Trong xử lý gói tin, nhãn gỡ khỏi ngăn xếp 8 Trong IPv6, tiêu đề định tuyến định nghĩa cho định tuyến phân đoạn Một phân đoạn mã hoá địa IPv6 Một danh sách theo thứ tự địa IPv6 đại diện cho danh sách phân đoạn 2.2.1 Các loại phân đoạn 2.2.1.1 Phân đoạn liền kề Mỗi định tuyến mạng quảng bá nhãn liên kết với kết nối IGP với định tuyến lân cận Những phân đoạn liền kề có ý nghĩa chuyển tiếp nghiêm ngặt Điều có nghĩa mặt phẳng liệu, gói tin xuất với nhãn liền kề, định tuyến gỡ gửi gói tin vào kết nối liên kết với nhãn 2.2.1.2 Phân đoạn nhóm liền kề Ngồi việc cấp nhãn riêng cho kết nối, gom nhiều kết nối trực tiếp định tuyến cấp nhãn chung cho chúng Nhóm kết nối gọi nhóm liền kề (Adj-Set) 2.2.1.3 Nhãn cho kết liên kết vật lý nhóm kết nối Trong trường hợp này, R1 R2 kết nối với nhiều liên kết vật lý, cấu hình thành kết nối ảo Kết nối ảo liên kết với nhãn, ví dụ 12 Khi gói tin đến R1 có nhãn 12 cùng, R1 thực bóc nhãn 12 đẩy gói tin qua kết nối vật lý kết nối ảo với tỷ lệ Tuy nhiên, vài trường hợp, yêu cầu dịch vụ mong muốn luồng lưu lượng vào kết nối vật lý cụ thể nhóm Hồn tồn đạt điều cách cấp nhãn cụ thể cho kết nối vật lý 2.2.1.4 Phân đoạn nút Mỗi nút hệ thống mạng có phân đoạn nút liên kết với địa IP Loopback Một nút mạng gửi gói tin đến nút khác theo tuyến đường IGP tốt cách sử dụng phân đoạn nút Điều có điểm giống với giao thức phân phối nhãn LDP, nhiên phân đoạn nút cung cấp vài ưu điểm so với LDP mà phần 9 2.2.1.5 Phân đoạn anycast Ở phần trước, trường hợp xem xét định tuyến có SID nút liên kết với địa loopback SID nút thực trường hợp đặc biệt SID tiền tố (prefix SID) SID tiền tố tiền tố IP liên kết với nút Một ứng dụng SID tiền tố giúp thực truyền gói tin đến định tuyến gần nhóm định tuyến cụ thể Có thể đăng ký địa IP định danh phân đoạn anycast liên kết cho nhiều nút Trong mặt phẳng liệu, gói tin có nhãn anycast đến nút, nút chuyển tiếp gói tin tới thành viên gần nhóm liên kết với nhãn anycast Trong triển khai thực tế, định tuyến nhóm anycast quảng bá SID nút thông thường 2.2.2 Kết hợp định tuyến phân đoạn LDP Phần trước mô tả cách thức chuyển tiếp đường ngắn đạt cách sử dụng phân đoạn nút Phần xem xét kết hợp định tuyến phân đoạn giao thức LDP, phương án hữu ích trường hợp số định tuyến mạng không hỗ trợ định tuyến phân đoạn lại hỗ trợ LDP Cách tiếp cận nhằm vào tình số định tuyến mạng không hỗ trợ định tuyến phân đoạn tiếp tục sử dụng LDP tương lai gần Sử dụng phân đoạn nút kết hợp với LDP giải pháp thuận tiện để giải tình số nút mạng hỗ trợ LDP không hỗ trợ định tuyến phân đoạn 2.2.3 Cơ chế tái định tuyến nhanh định tuyến phân đoạn Khi nói đến việc xây dựng mạng IP/MPLS để bảo vệ lưu lượng lỗi mạng khác nhau, có hai cách tiếp cận chính: - Bảo vệ dựa sửa lỗi toàn cục Bảo vệ dựa sửa lỗi cục 10 Hai cách tiếp cận đưa khác biệt khái niệm giải vấn đề lỗi mạng cách mà mạng phải chuẩn bị trước để xử lý lỗi Chúng khác cơng cụ sử dụng để xử lý chuyển hướng lưu lượng mạng bị lỗi thời gian chuyển đổi dự phịng đạt Trong hầu hết mạng ngày nay, hai phương pháp sử dụng song song, nói cách khác, chúng bổ sung cho 2.2.3.1 Khái niệm sửa lỗi toàn cục Trong kiện lỗi mạng, hành động sau dẫn đến chuyển hướng lưu lượng truy cập qua đường dẫn để tránh liên kết nút bị lỗi: Bước Phát lỗi cục Bước Truyền bá trạng thái Bước Cập nhật sở liệu định tuyến tính tốn đường dẫn (và nhãn) Bước Thiết lập cài đặt bước nhãn bảng liệu sở thông tin chuyển tiếp 2.2.3.2 Khái niệm sửa lỗi cục Ý tưởng sửa lỗi cục bỏ qua hầu hết bước phải xảy với sửa lỗi toàn cục có lỗi mạng Nói cách xác, sửa lỗi cục bổ sung thay cho sửa lỗi tồn cục Chính xác sửa lỗi cục sửa lỗi toàn cục diễn song song Sửa lỗi cục nhanh chóng định tuyến lại lưu lượng vòng qua điểm lỗi cách sử dụng đường dẫn dự phòng tạm thời tính tốn từ trước cài đặt sẵn sửa lỗi tồn cục tính tốn đường dẫn hội tụ cuối Trong việc tính tốn dự phịng mạng cho hội tụ toàn cục thường đơn giản (về điều chỉnh số tham số), việc sửa lỗi cục lại khó nhiều Do đó, nút tin đường ngắn đến đích thơng qua liên kết nút bị lỗi Như vậy, thách thức làm để đảm bảo vòng lặp trạng thái khơng xảy điều thảo luận phần chương 11 2.2.3.3 Các khái niệm phục hồi lưu lượng nhanh Ý tưởng tính bảo vệ kĩ thuật định tuyến nguồn IP đơn giản Phương án truyền thống chuyển tạm hướng lưu lượng truy cập vòng qua điểm lỗi số đường dẫn tạm thời sau hội tụ toàn cục xảy ra, chuyển hướng trở lại lưu lượng truy cập cách sử dụng đường dẫn tốt tính tốn Giải pháp nút sửa lỗi cục tạo đường dẫn dự phòng, từ điểm đầu đường ngắn sau hội tụ Bảo vệ kết nối bảo vệ nút mạng TI-LFA mặc định sử dụng tính bảo vệ kết nối Ví dụ hình 2.9, lưu lượng từ R4 đến R9 qua R6 Có thể thấy kết nối kết nối dự phịng đến R6, khác kết nối vật lý Do đó, kết nối bị đứt, kết nối thứ hai sử dụng Một trường hợp khác cần đặc biệt lưu ý cấu trúc liên kết mạng khơng có định tuyến R7 hình 2.10 Trong cấu trúc liên kết này, bảo vệ nút TI-LFA bật khơng có tuyến dự phịng bảng chuyển tiếp, qua nút R6 cách để đến R9 Do đó, tốt quay lại sử dụng bảo vệ liên kết dùng bảo vệ nút TI-LFA cung cấp lựa chọn, sử dụng bảo vệ nút nghiêm ngặt nới lỏng Dự phòng đa hướng Mặc định có hai hướng dự phịng sử dụng Vì cần phải kích hoạt chế độ dự phịng đa hướng để cài đặt nhiều tuyến đường dự phịng vào bảng chuyển tiếp Nhờ đó, liên kết hướng tới R3 bị gián đoạn, lưu lượng truy cập chuyển hướng qua hai hướng dự phòng R2 R4 Chia sẻ trạng thái Để đường dẫn dự phịng hoạt động hiệu quả, khơng dùng chung tài nguyên vật lý với đường dẫn chính, đảm bảo xảy lỗi khơng ảnh hưởng đồng thời đến đường dẫn đường dẫn dự phòng 12 Chia sẻ trạng thái cho phép mở rộng sở liệu cục (mặc định không phân phối định tuyến) mà TI-LFA sử dụng để tính tốn đường dẫn dự phịng Các mục chia sẻ trạng thái mơ tả mối quan hệ phần tử mạng, chẳng hạn định tuyến liên kết Mỗi nhóm chia sẻ trạng thái việc liên kết với hai phần tử mạng chia sẻ trạng thái, liên kết với số giá trị chi phí cấu hình (mặc định 1, khơng cấu hình rõ ràng) Khi TI-LFA tính tốn đường dẫn dự phịng, giá trị chi phí tất phần tử mạng chia sẻ trạng thái với phần tử mạng đường dẫn tăng lên thêm giá trị Do đó, việc sử dụng phần tử mạng chia sẻ trạng thái khơng khuyến khích (nếu giá trị chi phí chia sẻ trạng thái cấu hình cao lên), phần tử mạng coi dự phịng khơng có lựa chọn khác Do đó, thơng qua chia sẻ trạng thái, cấu hình đường dẫn dự phịng để giảm thiểu nhiều tốt số lượng liên kết chia sẻ chung tài ngun với đường dẫn Điều đảm bảo sợi quang bị lỗi, lượng liệu tối thiểu bị tồn đường dẫn khác đến đích Ngăn xếp nhãn cho tuyến đường dự phòng TI-LFA Trong số trường hợp, bước dự phòng sử dụng nhãn Nhưng vài trường hợp khác, chồng nhãn gồm hai nhãn liên kết với bước dự phòng Lúc ngăn xếp nhãn cho đường dẫn dự phòng xác định cách sử dụng mã định danh phân đoạn liền kề cho liên kết dọc theo đường dẫn dự phòng để thực thi định tuyến đường dẫn nghiêm ngặt qua mạng Cách tiếp cận gặp số vấn đề triển khai mạng thực tế Khó khăn lớn với cách tiếp cận tạo ngăn xếp nhãn lớn (chứa số lượng lớn SID điều chỉnh) mà định tuyến đẩy lên gói tin Bây giờ, quay lại kĩ thuật định tuyến nguồn IP TI-LFA Cách tiếp cận đơn giản (điều chỉnh SID cho liên kết đường dẫn dự phịng) khơng sử dụng Trong tất ví dụ thảo luận trước đó, tìm thấy đường dẫn dự phòng qua 3, định tuyến Tuy nhiên, ngăn xếp nhãn 13 liên kết với bước dự phịng ví dụ có nhãn – chắn kích thước ngăn xếp nhãn khơng phản ánh độ dài đường dẫn dự phòng Phương pháp thực tế để xác định danh sách phân đoạn có độ dài tối thiểu, đáp ứng yêu cầu tránh vòng lặp độc quyền nhà cung cấp giải pháp Mỗi nhà cung cấp có cách riêng họ để xác định Điều khơng u cầu tiêu chuẩn hóa cần ý nghĩa hành động nhãn ngăn xếp nhãn đáp ứng, gói tin chuyển tiếp thành công qua mạng Không cần bổ sung nhãn cho đường dẫn dự phòng TI-LFA Theo định nghĩa không gian P P mở rộng, lưu lượng truy cập từ nút đến nút khác khơng gian (bao gồm nút đích) mà khơng cần vượt qua liên kết bảo vệ - sử dụng sở liệu IGP cũ trước xảy cố Vì vậy, khơng có ý đặc biệt liên quan đến việc ngăn chặn vịng lặp Nói cách khác, không cần danh sách bước rõ ràng cho đường dẫn dự phịng TI-LFA chuyển hướng lưu lượng truy cập cách đơn giản Bổ sung nhãn đơn cho đường dẫn dự phịng TI-LFA Ví dụ thứ hai hình 2.13 sử dụng cấu trúc liên kết mạng trình thảo luận bước dự phịng ECMP tiếp theo, nhận nút đích R6 khơng thuộc khơng gian P khơng gian P mở rộng Có nghĩa là, từ R1 từ hàng xóm trực tiếp R1 (R2 R4), tiếp cận R6 mà không cần qua liên kết R1-R3 Do đó, chuyển hướng đơn giản trường hợp trước khơng hữu ích lưu lượng bị quay vịng lặp lại phía R1 Giải pháp vấn đề tìm định tuyến đường dẫn dự phòng TI-LFA sau mạng hội tụ thuộc không gian P, P mở rộng Q Các định tuyến gọi nút PQ Trong ví dụ trên, nút PQ định tuyến R5, R7 R9 Từ nút PQ, dựa định nghĩa không gian Q, đường ngắn đến đích khơng sử dụng liên kết bảo vệ Bổ sung nhãn đôi cho đường dẫn dự phòng TI-LFA 14 Ở trường hợp hình 2.14, khơng có chồng chéo khơng gian P P mở rộng với không gian Q Do đó, khơng có nút PQ Lưu lượng truy cập chuyển tiếp kịch khác Tóm lại, ba trường hợp sử dụng để bảo vệ liên kết TI-LFA thảo luận là: - Trường hợp1: đường dẫn dự phòng TI-LFA qua nút P - không cần - thêm nhãn dự phòng MPLS để bảo vệ Trường hợp 2: đường dẫn dự phịng TI-LFA qua nút PQ - cần có thêm - nhãn dự phòng MPLS để bảo vệ Trường hợp 3: đường dẫn dự phòng TI-LFA ngang qua nút P nút Q liền kề (được kết nối trực tiếp) - hai nhãn dự phòng MPLS (mã định danh phân đoạn nút nút P mã định danh phân đoạn liền kề liên kết với kết nối trực tiếp nút P nút Q liền kề) cần thêm vào để bảo vệ lưu lượng Bổ sung thêm nhiều nhãn cho đường dẫn dự phòng TI-LFA Về bản, lần đường dẫn dự phịng mã hóa dạng chuỗi ba bước nghiêm ngặt, đại diện ba mã định danh Nếu nhìn vào cấu trúc mạng, đặc biệt ý đến số chi phí, thực khơng có khả khác để mã hóa đường dẫn dự phòng cách sử dụng số bước nhảy nới lỏng Do số chi phí thấp R5/R7/R9 đến R6, việc sử dụng bước nới lỏng dẫn đến lưu lượng chuyển hướng ngược trở lại nút R6 từ nút R5/R7/R9 2.3 Kết luận chương Chương giới thiệu định nghĩa khái niệm cơng nghệ định tuyến phân đoạn Bên cạnh so sánh định tuyến phân đoạn công nghệ sử dụng hệ thống mạng nay, từ nhìn lợi ích triển khai cơng nghệ định tuyến phân đoạn mạng lưới đơn giản hóa, tăng tính linh hoạt, tạo điều kiện để tăng tính tự động hóa Ngồi nội dung phần sau chương trình bày chi tiết thành phần cách hoạt động cơng nghệ ví dụ kèm Chương đề cập đến số ứng dụng bật định tuyến phân đoạn mạng viễn thông đại 15 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐỊNH TUYẾN PHÂN ĐOẠN TRONG MẠNG VIỄN THÔNG HIỆN ĐẠI 3.1 Ứng dụng định tuyến phân đoạn xu hướng sử dụng SDN để quản lý mạng 3.1.1 Yêu cầu mạng kỉ nguyên điện toán đám mây Theo liệu số đám mây toàn cầu Cisco, theo dõi lưu lượng IP trung tâm liệu trung tâm liệu đám mây trung tâm liệu truyền thống, liệu đám mây chiếm 2/3 lưu lượng truy cập IP trung tâm liệu vào năm 2015 tăng lên 80% IP trung tâm liệu vào năm 2019 Xu hướng ban đầu thúc đẩy công ty Internet mạng (Google, Facebook, Amazon, v.v.), ngày gần tất người sử dụng điện toán đám mây bao gồm nhà cung cấp dịch vụ, nhà khai thác viễn thông truyền thống doanh nghiệp Theo nhận định chuyên gia, SDN NFV chìa khóa để làm cho mạng tự động hóa lập trình SDN NFV mục tiêu Mục tiêu mạng linh hoạt, tự động lập trình để giảm chi phí vận hành phân phối nhanh thị trường Đó mục tiêu, SDN NFV công cụ để đạt điều 3.1.2 Các thử thách mạng kỷ ngun SDN Mặc dù kỷ nguyên SDN ảo hóa đến cịn nhiều khó khăn Trong khảo sát toàn cầu nhà khai thác mạng, 74% người hỏi báo cáo họ giai đoạn tiền thương mại hóa việc triển khai SDN Hiện nay, nhà khai thác thương mại hóa SDN, việc triển khai có xu hướng bị hạn chế phạm vi dấu ấn thương hiệu Sự phức tạp mạng lý việc triển khai bị hạn chế SDN ảo hóa triển khai thương mại Thách thức cuối xuất phát từ thực tế nhà khai thác không chọn OpenFlow làm giao thức SDN phổ biến cho tất ứng dụng 16 Như phân tích phần trước, với kỹ thuật lưu lượng MPLS truyền thống, sử dụng RSVP-TE, tất định tuyến dọc theo tuyến đường phải trì cập nhật thông tin trạng thái đường dẫn đầu cuối tới đầu cuối nút Tuy nhiên, định tuyến phân đoạn loại bỏ giới hạn khả mở rộng, độ phức tạp cách yêu cầu định tuyến đầu vào giữ liệu trạng thái 3.1.3 Hoạt động với điều khiển dựa SDN Mặt phẳng điều khiển cho định tuyến phân đoạn quản lý theo cách phân tán tập trung Phần tập trung vào cách tiếp cận tập trung, kết hợp định tuyến phân đoạn với SDN Định tuyến phân đoạn không yêu cầu điều khiển SDN mạng, thực chất hai công nghệ bổ sung lẫn Cụ thể hơn, nhà khai thác đạt lợi ích cách sử dụng định tuyến phân đoạn mạng mà mặt phẳng điều khiển định tuyến phân đoạn phân tán, khơng có điều khiển SDN tập trung Một trường hợp sử dụng định tuyến phân đoạn đánh giá cao hoạt động đơn giản hóa giao thức so với MPLS truyền thống Trường hợp thứ hai bảo vệ dịch vụ gián đoạn 50 ms lớp Việc kết hợp định tuyến phân đoạn với điều khiển SDN mở rộng trường hợp sử dụng có sẵn cho phép nhà khai thác đạt lợi ích tối đa từ công nghệ định tuyến nguồn Đối với đa số nhà khai thác, điều khiển SDN mục tiêu cuối cần đạt họ sử dụng kiểm soát phân tán cho triển khai ban đầu họ 3.2 Ứng dụng định tuyến phân đoạn kiến trúc lát cắt mạng 3.2.1 Công nghệ 5G mạng viễn thông đại Nếu 5G đạt đầy đủ tiềm nó, chắn cách mạng hóa nhiều lĩnh vực ngành cơng nghiệp Cơng nghệ hứa hẹn khả kết nối, dung lượng, độ tin cậy độ trễ tốt nhiều, với loạt dịch vụ hoàn toàn vượt trội hẳn so với thứ có trước Nhưng với bước nhảy vọt cơng nghệ vậy, mức độ phức tạp hồn tồn - từ tính tốn truy cập lớp biên đồng hóa đến bảo mật Cơng nghệ 5G cho phép loạt 17 dịch vụ ứng dụng mà trước sử dụng với 4G Không cho người tiêu dùng, mà cho doanh nghiệp, dịch vụ công cộng tất nhiên ngành công nghiệp Những dịch vụ mở hội cho tất nhà khai thác mạng di động mở rộng danh mục đầu tư tạo dòng doanh thu Nhiều nhà khai thác mạng di động có tầm nhìn tương lai nắm bắt thực tế hội 5G (và thách thức nó) Tuy nhiên, có nhiều phức tạp liên quan dễ có nhầm lẫn Và vài thuật ngữ hỗn hợp công nghệ 5G dường gây nhiều bối rối khó hiểu hơn, ví dụ: 'tính tốn truy cập lớp biên', 'Xhaul' 'đồng hóa' … đặc biệt “lát cắt mạng’ 3.2.2 Lát cắt mạng Lát cắt mạng khái niệm mặt kiến trúc cho phép cắt sở hạ tầng vật lý thành nhiều mạng ảo Mỗi phần sau tùy chỉnh để đáp ứng nhu cầu cụ thể ứng dụng, dịch vụ tài nguyên cần chạy Trong nhiều trường hợp, điều tương đương với xây dựng mạng khác cho loại dịch vụ cung cấp Nhưng giới 5G, điều đắt đỏ bất khả thi mặt thương mại Thay vào đó, ý tưởng đưa phân bổ tập hợp tài nguyên mạng theo loại hình dịch vụ cung cấp Có số câu hỏi đặt không dùng QoS để phân loại lưu lượng chạy mạng, không dùng VPN, IP tunneling để tách lưu lượng mạng hay không dùng NFV để cung cấp phần tử mạng riêng hạ tầng ảo hoá “Cắt mạng” đưa với hai lý chính: - Vấn đề kinh doanh; Vấn đề kỹ thuật Vấn đề kinh doanh “Cắt mạng” mạng 5G kỳ vọng mở hội kinh doanh sinh lời cho nhà khai thác mạng Nhà khai thác mạng cắt nhỏ mạng lưới thành mạng ảo cho thuê lát cắt mạng “Cắt mạng” kỳ vọng cho phép mơ hình kinh doanh thâm nhập vào thị trường di động Ví dụ nhà cung cấp hạ tầng đám mây Google, 18 Amazon thơng qua “cắt mạng” để tham gia chơi thị trường di động “Cắt mạng” cho phép nhà khai thác mạng cho thuê mạng lưới tập trung vào mạnh tập trung làm tăng trải nghiệm khách hàng Điều khác với nhà khai thác tách phần mạng tối ưu cho mạng di động ảo khác nhau, chạy chung mạng với nhà khai thác Vấn đề kỹ thuật Sự khác biệt cách ứng dụng “cắt mạng” cung cấp mạng ảo đầu cuối tới đầu cuối cho khách hàng cụ thể kỹ thuật QoS thực điều Ví dụ giải pháp QoS phân biệt loại lưu lượng VoIP, HD Video, Web nhiên lại phân biệt ứng xử khác loại lưu lượng (ví dụ VoIP) từ khách hàng khác 3.2.3 Các công nghệ hỗ trợ cắt mạng Cơng nghệ 1: OTN cắt theo bước sóng (cắt cứng) Sử dụng hệ thống truyền tải quang hay cắt theo bước sóng sử dụng để tạo lát mạng trực tiếp mạng truyền tải quang mơ tả hình 3.4 Cơng nghệ 2: Ethernet linh hoạt (FlexE) (cắt mềm) FlexE cung cấp khả vận chuyển xác định cách sử dụng nguyên tắc ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) để loại bỏ điều khiển luồng ánh xạ dịch vụ gói IP lên lớp quang Cơng nghệ 3: Cung cấp dịch vụ (cắt lớp 3) định tuyến phân đoạn VPN nâng cao Định tuyến phân đoạn yếu tố quan trọng để phân chia mạng bổ sung cách cắt mạng để đảm bảo độ trễ độ tin cậy Nó sử dụng định tuyến nguồn kiểm sốt phần tử tính tốn đường dẫn tập trung (PCE) cho phép tạo đường dẫn xác định, xác tồn mạng Bộ điều khiển có đầy đủ thơng tin tài ngun truyền tải 19 3.2.4 Thuật toán linh hoạt Thuật toán linh hoạt (Flex-Algo) công nghệ bật định tuyến phân đoạn Nó tối ưu hóa mạng vật lý với lát cắt dựa ràng buộc khác tự động điều hướng lưu lượng thông qua cấu trúc liên kết/đường dẫn dựa sách nhà điều hành xác định Thuật toán linh hoạt bổ sung cho kỹ thuật lưu lượng định tuyến phân đoạn Thuật toán linh hoạt cho phép giao thức IGP độc lập tính tốn đường dẫn dựa ràng buộc qua mạng lưới Nó cho phép tính tốn đường dẫn kỹ thuật lưu lượng mà không liên quan đến điều khiển mạng Nó đơn giản hóa hoạt động cách cung cấp đường dẫn bị giới hạn theo sách dựa nhãn định tuyến phân đoạn Mỗi thuật toán linh hoạt định nghĩa kết hợp ba tham số 3.2.5 Hoạt động thuật toán linh hoạt Quảng bá định nghĩa thuật toán linh hoạt (FAD): FAD tham số TLV phụ Không phải tất định tuyến yêu cầu xác định FAD Chỉ định tuyến cần xác định quảng bá tràn ngập ISIS Thơng báo việc tham gia thuật toán linh hoạt: định tuyến muốn tham gia vào thuật toán linh hoạt cần phải quảng bá thuật tốn linh hoạt TLV phụ Cài đặt thuộc tính liên kết: thuật tốn linh hoạt sử dụng vài số cấu hình liên kết Tính tốn thuật tốn linh hoạt: nút chạy nhiều thuật toán Dijkhsetra, thuật toán cho thuật toán linh hoạt Cài đặt ECMP đường dẫn dự phịng: định tuyến tính tốn ECMP đường dẫn dự phòng bao gồm đường dẫn TI-LFA dựa cấu trúc liên kết thu gọn Hoạt động VPN thuật toán linh hoạt: phần mô tả cách IGP sử dụng để thiết lập mạng định tuyến phân đoạn lớp Hình 3.11 mơ tả 20 cách BGP sử dụng để cung cấp dịch vụ VPN lớp định tuyến phân đoạn thuật toán linh hoạt 3.3 Đề xuất mơ hình mạng thị truyền tải 5G sử dụng định tuyến phân đoạn Hiện công ty cung cấp mạng viễn thông sử dụng phổ biến công nghệ IP/MPLS kết hợp LDP/RSVP Việc xây dựng mạng hoàn toàn chạy định tuyến phân đoạn khó khả thi Vì áp dụng cách tiếp cận theo giai đoạn để chuyển đổi sang công nghệ định tuyến phân đoạn kết hợp SDN Bước giữ lại mạng MPLS vận hành bắt đầu thêm định tuyến phân đoạn để nhóm kiến trúc, kỹ sư quản lý vận hành bắt đầu làm quen với cơng nghệ Bước bắt đầu giới thiệu kiểm sốt tập trung, thơng qua PCEP, số phân vùng độc lập mạng để bắt đầu thử nghiệm tính Bước triển khai định tuyến phân đoạn toàn sở hạ tầng Với định tuyến phân đoạn thiết lập mạng, giao thức đơn giản hóa cách loại bỏ LDP RSVP-TE Tiếp theo bước triển khai IPv6 vào mạng lõi, với định tuyến phân đoạn chạy IPv6 mạng MPLS kế thừa Giai đoạn cuối loại bỏ hoàn toàn MPLS Nội dung phần tập trung vào bước bước – giải pháp để đưa định tuyến phân đoạn vào chạy song song với mạng MPLS/LDP/RSVP 3.3.1 Mơ hình mạng thị chạy cho dịch vụ di động 2G/3G/4G Mạng đô thị cung cấp hạ tầng để kết nối trạm di động đặt tỉnh thành hệ thống quản lý (BSC, RNC, MME,…) mạng lõi di động đặt thành phố lớn Hà Nội, Hồ Chí Minh Các dịch vụ 2G,3G chạy kênh L3VPN riêng, dịch vụ 4G chạy hai kênh L3VPN, bao gồm kênh L3VPN kết nối cho phần dịch vụ 4G, kênh L3VPN kết nối cho phần giám sát 4G Như hạ tầng mạng thị có ba kênh L3VPN cho dịch vụ di động 21 3.3.2 Đề xuất mơ hình mạng sử dụng định tuyến phân đoạn đồng thời với LDP/RSVP để truyền tải mạng 5G Công nghệ 5G với yêu cầu độ linh hoạt có nhiều yêu cầu chất lượng dịch vụ nên mơ hình mạng khơng thể đáp ứng Hình 3.13 mơ tả mơ hình mạng đề xuất sử dụng định tuyến phân đoạn để truyền tải 5G 3.3.3 Hoạt động mơ hình Báo hiệu định tuyến PE1 PE2 thiết lập phiên BGP với RR miền VN2 RR mạng đô thị, nên PE1/PE2 có thơng tin định tuyến BGP phần dịch vụ hai miền Thông qua PE, hai miền mạng đô thị VN2 học thông tin định tuyến BGP Các thông tin tuyến đường từ VN2 PE quảng bá vào mạng đô thị với địa PE1/PE2, ngược lại tuyến đường mạng đô thị PE1/PE2 quảng bá vào VN2 với địa PE Báo hiệu truyền tải Về mặt truyền tải, mô hình chia làm hai miền hình 3.14 Ở mạng đô thị truyền tải định tuyến phân đoạn VN2 truyền tải MPLS/LDP/RSVP Cắt mạng cho dịch vụ khác Để thực chia mạng thành lát cắt cho dịch vụ khác nhau, thuật toán linh hoạt sử dụng 3.4 Kết luận chương Ứng dụng SDN quản lý hệ thống mạng viễn thông xu hướng Việc triển khai định tuyến phân đoạn giúp tận dụng nhiều ưu điểm SDN Việc kết hợp định tuyến phân đoạn SDN hỗ trợ tích cực cho việc lập trình mạng tối ưu mạng cách tự động hóa, giúp tối ưu nhân lực vận hành mạng Lát cắt mạng khái niệm trừu tượng mô tả việc chia hạ tầng mạng vật lý chung thành nhiều cấu trúc mạng khác đáp ứng yêu cầu khác Định tuyến phân đoạn cơng nghệ thực hóa khái niệm Qua 22 giúp giải yêu cầu hạ tầng mạng linh hoạt cho nhiều dịch vụ khác Trong mơ hình mạng truyền tải 5G đề xuất giới thiệu giải pháp kết hợp triển khai định tuyến phân đoạn vào kiến trúc mạng MPLS tạo đơn giản quản lý thông tin nhãn kỹ thuật lưu lượng ứng dụng trực tiếp đến mạng MPLS mà không cần tác động nhiều thay đổi kiến trúc Định tuyến phân đoạn tận dụng khả mở rộng giao thức định tuyến trạng thái liên kết để mang thông tin mà trường hợp giao thức IS-IS Từ loại bỏ cần thiết sử dụng giao thức báo hiệu thông tin nhãn LDP/RSVP để giảm thiểu lượng lớn trạng thái giao tiếp định tuyến mạng lõi Bên cạnh đó, kết hợp định tuyến nguồn quản lý nút mạng tập trung điều khiển SDN định tuyến phân đoạn giúp cho mạng MPLS dể dàng quản lý Tuy nhiên, phạm vi mơ hình đề xuất dừng lại giới thiệu giải pháp triển khai định tuyến phân đoạn vào kiến trúc mạng MPLS Hạn chế cịn tồn ứng dụng giả lập hệ thống mạng lớn cần hệ điều hành kèm thiết bị phần cứng có cấu hình cao, chưa thử nghiệm hết tính quan trọng định tuyến phân đoạn 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Mạng IP/MPLS cung cấp nhiều ứng dụng cho mạng nhà cung cấp giảm thiểu kết nối BGP, VPN, kỹ thuật lưu lượng, Song song với phát triển hạ tầng mạng để hỗ trợ cho dịch vụ mới, mạng MPLS cần phải phát triển để không làm tăng thêm phức tạp cấu trúc chi phí vận hành Nội dung luận văn đề cập đến kết hợp MPLS định tuyến phân đoạn nhằm giảm số lượng thông tin mạng quản lý, loại bỏ phức tạp số ứng dụng hữu ích khác Ngoài ra, SDN ngày phát triển mạnh mẽ khả quản lý tập trung tối ưu phần cứng mạng Bộ điều khiển SDN có khả quản lý tập trung cấu hình nút mạng biên để tạo tuyến đường phục vụ cho kỹ thuật lưu lượng Hơn nữa, khả SDN cịn quản lý tất thơng tin VPN, sách định tuyến, giao thức báo hiệu mạng để giám sát SMNP, quản lý băng thông liên kết, báo hiệu mức hiệu suất thiết bị, Sự đóng góp SDN định tuyến phân đoạn vào kiến trúc mạng IP/MPLS trình bày làm tăng lợi ích đáng kể việc nâng cao hiệu đơn giản hoá mạng IP/MPLS Hai công nghệ mạng tác động trực tiếp cách tích cực vào mạng MPLS hệ thống lớn với khả thích ứng với cơng nghệ mới, khả ảo hoá tự động hoá hạ tầng mạng Đó thách thức IP/MPLS mạng viễn thông đại Hướng phát triển cho đề tài tiếp tục khai thác tận dụng tối đa SDN định tuyến phân đoạn kiến trúc mạng IP/MPLS Thêm vào đó, mở rộng thêm khả lập trình cho mạng nhằm cung cấp tự động hố, khả thích ứng triển khai nhanh chóng dịch vụ Ngồi ra, kết hợp SDN cơng nghệ ảo hố chức mạng thúc đẩy mạnh mẽ Hệ thống mạng đại hoạt động NFV lựa chọn khơng thể thiếu NFV ứng dụng cơng nghệ mạng ảo hố, điện tốn đám mây dựa tảng máy chủ thiết bị mạng để triển khai Điều giúp giảm số lượng thiết bị chuyên dụng mà cung cấp đủ dịch vụ truyền thống Sự kết 24 hợp SDN, NFV, định tuyến phân đoạn MPLS hướng tiếp cận đáng quan tâm  ... cơng nghệ ví dụ kèm Chương đề cập đến số ứng dụng bật định tuyến phân đoạn mạng viễn thơng đại 15 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ ĐỊNH TUYẾN PHÂN ĐOẠN TRONG MẠNG VIỄN THÔNG HIỆN ĐẠI 3.1 Ứng dụng định. .. Chương 1: Giới thiệu mạng MPLS công nghệ định tuyến phân đoạn Chương 2: Công nghệ định truyến phân đoạn Chương 3: Ứng dụng công nghệ định tuyến phân đoạn mạng viễn thông đại Em xin chân thành... truyền tải mạng viễn thông đại Chương trình bày chi tiết cơng nghệ định tuyến phân đoạn 7 CHƯƠNG 2: CƠNG NGHỆ ĐỊNH TUYẾN PHÂN ĐOẠN 2.1 Giới thiệu 2.1.1 Định nghĩa Định tuyến phân đoạn xu hướng