Tìm hiểu khả năng ứng dụng công nghệ chuyển mạch đa giao thức nhãn MPLS trên mạng đường trục việt nam

Luận văn Tìm hiểu khả ứng dụng cơng nghệ chuyển mạch đa giao thức nhãn MPLS mạng đường trục Việt Nam Khoá luận tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển đất nước, năm gần ngành kinh tế quốc dân phát triển mạnh mẽ, ngành công nghiệp viễn thông không ngoại lệ Số người sử dụng dịch vụ mạng tăng đáng kế, theo dự đoán số tăng theo hàm mũ Ngày có nhiều dịch vụ chất lượng dịch vụ yêu cầu cao Đứng trước tình hình này, vấn đề mạng bắt đầu bộc lộ, nhà cung cấp mạng nhà cung cấp dịch vụ có nhiều nỗ lực để nâng cấp xây dựng hạ tầng mạng Nhiều công nghệ mạng công nghệ chuyển mạch phát triển, số phải kể đến cơng nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) MPLS nghiên cứu áp dụng nhiều nước, tập đoàn BCVT Việt Nam áp dụng công nghệ cho mạng hệ NGN Đứng trước phát triển nhanh chóng cơng nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS, việc tìm hiểu vấn đề công nghệ MPLS vấn đề quan trọng sinh viên Nhận thức điều đó, khố luận tốt nghiệp “ Tìm hiểu khả ứng dụng cơng nghệ chuyển mạch đa giao thức nhãn MPLS mạng đường trục Việt Nam ” giới thiệu trình phát triển dịch vụ công nghệ mạng dẫn tới MPLS, tìm hiểu vấn đề kỹ thuật công nghệ, ứng dụng công nghệ MPLS mạng hệ NGN tập đoàn BCVT Việt Nam Bố cục khoá luận gồm chương  Chương : Giới thiệu tổng quan công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS  Chương : Giới thiệu cấu trúc mạng đường trục Việt Nam  Chương : Ứng dụng MPLS mạng đường trục Việt Nam Công nghệ MPLS công nghệ tương đối mẻ, việc tìm hiểu vấn đề cơng nghệ MPLS địi hỏi phải có kiển thức sâu rộng, lâu dài Do khố luận tốt nghiệp khơng tránh khỏi sai sót Rất mong nhận phê bình, góp ý thầy cô giáo bạn Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Cảnh Tuấn người tận tình hướng dẫn em suốt trình hồn thành khố luận tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Viễn thông giúp đỡ em thời gian qua Xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè người thân - người giúp đỡ động viên tơi q trình học tập Khố luận tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS) 1.1 Quá trình hình thành phát triển 1.1.1 Các động lực đời chuyển mạch nhãn Trong năm gần đây, mạng internet phát triển nhanh trở nên phổ biến Internet trở thành phương tiện thông tin hiệu tiện lợi phục vụ cho giáo dục, thương mại, giải trí, thơng tin giũa cộng đồng, tổ chức… Hiện ngày phát triển ứng dụng thương mại thị trường người tiêu dùng Các ứng dụng vận hành địi hỏi băng thơng rộng nhu cầu dải thông đảm bảo mạng đường trục Cùng với dịch vụ truyền thống cung cấp qua internet dịch vụ thoại đa phương tiện sử dụng phát triển Và lựa chọn cho việc cung cấp tích hợp dịch vụ mong đợi Tuy nhiên, tốc độ giải thông nhu cầu dịch vụ ứng dụng vượt hạ tầng internet Với giao thức định tuyến internet TCP/IP có khả định tuyến truyền gói mềm dẻo linh hoạt rộng khắp toàn cầu Nhưng IP không đảm bảo chất lượng dịch vụ, tốc độ truyền tin theo u cầu, cơng nghệ ATM có tốc độ truyền tin cao, đảm bảo thời gian thực chất lượng dịch vụ theo yêu cầu định trước Hơn dịch vụ thông tin hệ sau chia thành hai xu hướng phát triển là: Hoạt động kết nối định hướng hoạt động không kết nối Hai xu hướng phát triển dần tiệm cận hội tụ với tiến tới đời công nghệ IP/ATM Sự kết hợp IP với ATM giả pháp kỳ vọng cho mạng viễn thông tương lai Sự đời chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) tất yếu giải pháp đáp ứng nhu cầu đó, nhu cầu tốc độ phát triển nhanh mạng internet yêu cầu phải có giao thức đảm bảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu đồng thời phải đơn giản tốc độ xử lý phải cao Chuyển mạch nhãn đa giao thức giải pháp linh hoạt cho việc giải vấn đề mà mạng ngày phải đối mặt, tốc độ, khả mở rộng cấp độ mạng, quản lý chất lượng dịch vụ (QoS) kỹ thuật lưu lượng MPLS xuất để đáp ứng yêu cầu dịch vụ quản lý băng thông cho giao thức internet hệ sau dựa mạng đường trục Tóm lại, chuyển mạch nhãn đa giao thức đóng vai trò quan trọng việc định tuyến (dựa thước đo QoS chất lượng dịch vụ) chuyển mạch, Khoá luận tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com chuyển tiếp gói tin qua mạng hệ sau giải vấn đề liên quan tới khả mở rộng cấp độ hoạt động với mạng Frame Relay chế độ truyền tải không đồng ATM để đáp ứng nhu cầu dịch vụ người sử dụng mạng 1.1.2 Lịch sử phát triển MPLS Việc hình thành phát triển cơng nghệ MPLS xuất phát từ nhu cầu thực tế, nhà công nghiệp viễn thơng thúc đẩy nhanh chóng Sự thành cơng nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường mà cơng nghệ có nhờ vào việc chuẩn hố cơng nghệ Q trình hình thành phát triển cơng nghệ, giải pháp ban đầu hãng Cisco, IBM, Toshiba… Những nỗ lực chuẩn hoá tổ chức tiêu chuẩn IETF việc ban hành tiêu chuẩn MPLS….sẽ cung cấp cho nhận định ban đầu xu hướng phát triển MPLS MPLS đề xuất hãng Ipsilon hãng nhỏ công nghệ thông tin triển lãm công nghệ thông tin, viễn thơng Texas Sau Cisco hàng loạt hãng khác IBM, Toshiba…công bố sản phẩm công nghệ chuyển mạch họ tên khác chung chất công nghệ chuyển mạch nhãn Thiết bị định tuyến chuyển mạch tế bào Toshiba năm 1994 tổng đài ATM điều khiển giao thức IP thay cho báo hiệu ATM Tổng đài Ipsilon ma trận chuyển mạch ATM điều khiển khối xử lý sử dụng công nghệ IP Công nghệ chuyển mạch thẻ Cisco tương tự có bổ xung thêm vài kỹ thuật lớp chuyể tiếp tương đương FEC, giao thức phân phối nhãn Đến năm 1998 nhóm nghiên cứu IETF tiến hành công việc để đưa tiêu chuẩn khái niệm chuyể mạch nhãn đa giao thức Sự đời MPLS dự báo tất yếu nhu cầu tốc độ phát triển nhanh mạng Internet đòi hỏi phải có giao thức đảm bảo chất lượng dịch vụ theo u cầu Có nhiều cơng nghệ xây dựng mạng IP  IP ATM (IPoA)  IP SDH/SONET (IPOS)  IP qua WDM  IP qua cáp quang Mỗi loại có ưu nhược điểm riêng Trong cơng nghệ ATM sử dụng rộng rãi mạng IP đường trục có tốc độ cao đảm bảo dịch vụ, điều khiển luồng số đặc tính khác mà mạng định tuyến truyền thống khơng có được, trường hợp địi hỏi thời gian thực cao IpoA giải pháp tối ưu MPLS hình thành dựa kỹ thuật Khố luận tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MPLS thực số chức sau  Hỗ trợ giải pháp mạng riêng ảo VPN  Định tuyến (điều khiển lưu lượng)  Hỗ trợ cục cho định tuyến IP tổng đài chuyển mạch ATM Khái niệm chuyển mạch nhãn xuất phát từ hai khái niệm: Tổng đài chuyển mạch định tuyến Xét góc độ chuyển mạch, phương thức điều khiển luồng, tỉ lệ giá chất lượng tổng đài chuyển mạch tốt định tuyến Song định tuyến lại có khả định tuyến mềm dẻo mà tổng đài chuyển mạch khơng có Do đó, chuyển mạch nhãn đời kết hợp kế thừa ưu điểm khắc phục nhược điểm tổng đài định tuyến truyền thống 1.1.3 Q trình chuẩn hố MPLS  Đối với cơng nghệ chuyển mạch mới, việc tiêu chuẩn hố khía cạnh quan trọng định khả chiếm lĩnh thị trường nhanh chóng cơng nghệ Các tiêu chuẩn liên quan đến IP ATM xây dựng hoàn thiện thời gian tương đối dài Các tiêu chuẩn MPLS chủ yếu IETF phát triển hoàn thiện  ITEF hoàn thiện tiêu chuẩn MPLS đưa tài liệu RFC năm 1999  Sau năm 1999 liên tục ban hành tiêu chuẩn MPLS quản lý, bảo mật, tính tương thích với cơng nghệ khác Như thấy MPLS phát triển nhanh chóng hiệu Điều chứng minh yêu cầu cấp bách công nghiệp cho công nghệ Hầu hết tiêu chuẩn MPLS ban hành dạng RFC Sau toàn RFC hoàn thiện, chúng tập hợp lại để xây dựng hệ thống tiêu chuẩn MPLS 1.1.4 Nhóm làm việc MPLS IETF MPLS nhóm làm việc IETF cung cấp phác thảo định tuyến, gửi chuyển tiếp chuyển mạch luồng lưu lượng qua mạng sử dụng MPLS Nhóm có chức sau  Xác định chế quản lý luồng lưu lượng phần tử khác nhau, luồng lưu lượng phần cứng, máy móc khác chí luồng lưu lượng ứng dụng khác  Duy trì độc lập giao thức lớp lớp Khoá luận tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com  Cung cấp phương tiện để xếp địa ip thành nhãn có độ dài cố định đơn giản cơng nghệ gửi chuyển tiếp gói tin chuyển mạch gói sử dụng  Giao diện với giao thức định tuyến có sẵn RSVP OSPF…  Hỗ trợ IP, ATM giao thức lớp Frame-Relay Trong MPLS, việc truyền liệu thực theo đường chuyển mạch nhãn (LSP) Các đường chuyển mạch nhãn dãy nhãn nút tất nút dọc theo tuyến từ nguồn tới đích LSP thiết lập trước truyền liệu tìm luồng liệu Các nhãn phân phối sử dụng giao thức LDP RSVP dựa giao thức định tuyến BGP OSPF Mỗi gói liệu nén mang nhãn q trình từ nguồn tới đích Chuyển mạch tốc độ cao chấp nhận nhãn với độ dài cố định chèn vào vị trí đầu gói tin tế bào phần cứng sử dụng dể chuyển mạch gói tin nhanh chóng đường liên kết Nhóm làm việc MPLS chịu trách nhiệm chuẩn hố cơng nghệ sở cho sử dụng chuyển mạch nhãn cho việc thi hành đường chuyển mạch nhãn cho việc thi hành đường mạch nhãn loại công nghệ lớp liên kết, Frame Relay, ATM công nghệ LAN (Etherbet, Token Ring,…) Nó bao gồm thủ tục giao thức cho việc phân phối nhãn định tuyến, xem xét đóng gói multicast Các mục tiêu khởi đầu nhóm làm việc gần hồn thành Cụ thể, xây dựng số RFC định nghĩa giao thức phân phối nhãn sở (LDP), kiến trúc MPLS sở đóng gói tin, định nghĩa cho việc chạy MPLS qua đường liên kết ATM, Frame-Relay Các mục tiêu gần nhóm làm việc  Hồn thành mục tồn  Phát triển mục tiêu chuẩn đề nghị nhóm làm việc MPLS thành Dratf Standard bao gồm: LDP, CD-LDP tiêu chuẩn kỹ thuật RSVP-TE vấn đề đóng gói  Định rõ mở rộng phù hợp với LDP RSVP cho việc xác nhận LSP nguồn  Hoàn thành công việc MPLS-TE MIB  Xác định chế chấp nhận lối cải tiến cho LDP Khoá luận tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com  Xác định chế phục hồi MPLS cho phép đường chuyển mạch nhãn sử dụng dự trữ cho tập đường chuyển mạch nhãn khác bao gồm trường hợp cho phép sửa cục  Cung cấp tài liệu phương thức đóng gói MPLS mở rộng cho phép hoạt động đường chuyển mạch nhãn công nghệ lớp thấp hơn, phân chia theo thời gian ( Sonet ADM ) độ dài bước sóng chuyển mạch khơng gian 1.2 Các thành phần MPLS: [1], [2], [4] 1.2.1 Khái quát MPLS Khi gói tin tuân theo phương thức lớp mạng connectionless từ định tuyến đến định tuyến tiếp theo, mối định tuyến phải đưa định gửi chuyển tiếp độc lập gói tin Do đó, định tuyến phân tích mào đầu gói tin định tuyến chạy thuật toán định tuyến lớp mạng Mỗi định tuyến lưa chọn Hop cho gói tin cách hoàn toàn độc lập dựa phân tích củ mào đầu gói tin kết cuả việc chạy thuật toán định tuyến Các mào đầu gói tin chứa đựng nhiều thơng tin thông tin cần thiết để lựa chọn Hop Lựa chọn Hop xem cấu thành hai chức Chức thứ chia tồn gói tin vào tập lớp chuyển tiếp tương đương FEC ( Forwarding Equivalence Clas ) Chức thứ hai xắp xếp FEC cho Hop Khi định gửi chuyển tiếp đưa ra, với gói tin xắp xếp vào FEC giống Tất gói tin FEC cụ thể xuất phát từ nút cụ thể theo tuyến đường theo tập tuyến đường liên kết với FEC Trong gửi chuyển tiếp IP truyền thống, định tuyến cụ thể đưa hai gói tin vào FEC vài tiền tố địa X bảng định tuyến định tuyến phù hợp với địa đích gói tin Khi gói tin truyền qua mạng, Hop kiểm tra lại gói tin ấn định vào FEC Trong MPLS, việc ấn định gói tin cụ thể vào FEC thực lần gói tin vào mạng FEC mà gói tin ấn định mã hố thành giá trị có độ dài cố định gọi nhãn Khi gói tin chuyển tiếp tới Hop nó, nhãn gửi theo gói tin, gói tin dán nhãn trước chúng gửi chuyển tiếp Tại Hop phía sau, khơng có phân tích sâu mào đầu lớp mạng Đúng nhãn sử dụng số bảng mà xác định Hop Khố luận tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nhãn Nhãn cũ thay nhãn gói tin gửi tới Hop Trong mơ hình gửi chuyển tiếp MPLS, gói tin ấn định vào FEC khơng có phân tích mào đầu định tuyến phía sau thực Tất công việc gửi chuyển tiếp điều khiển nhãn điều có số ưu điểm so với việc gửi chuyển tiếp lớp mạng truyền thống Việc gửi chuyển tiếp thực tổng đài có khả tìm kiếm thay nhãn, khơng có khả phân tích mào đầu lớp mạng khơng có khả phân tích mào đầu lớp mạng tốc độ xác định Kể từ lúc gói tin ấn định vào FEC vào mạng, định tuyến đầu vào sử dụng thơng tin mà có gói tin cho dù thơng tin khơng thể lấy từ mào đầu lớp mạng định việc ấn định Ví dụ, gói tin tới cổng khác ấn định cho FEC khác Trong việc gửi chuyển tiếp truyền thống xem xét đến thông tin mang theo với gói tin mào đầu gói tin Một gói tin vào mạng định tuyến cụ thể dán nhãn khác với gói tin tương tự vào mạng định tuyến khác, kết định gửi chuyển tiếp phụ thuộc vào định tuyến nối vào Điều thực việc gửi chuyển tiếp truyền thống, mà định tuyến lối vào gói tin khơng mang theo gói tin Những yếu tố định xem liệu gói tin ấn định cho FEC trở nên ngày phức tạp, khơng có tác động vào định tuyến đơn gửi chuyển tiếp gói tin dán nhãn Đơi muốn bắt gói tin theo tuyến đường xác định chọn trước thời điểm gói tin vào mạng tuyến đường lựa chọn thuật toán định tuyến động gói tin qua mạng Điều thực vấn đề sách để hỗ trợ điều khiển lưu lượng Trong gửi chuyển tiếp truyền thống, điều địi hỏi gói tin mang mã tuyến đường theo Trong MPLS, nhãn sử dụng để đại diện cho tuyến đường không cần phải mang theo gói tin Một vài định tuyến phân tích mào đầu lớp mạng gói tin khơng phải đơn để kựa chọn Hop mà cịn để định quyền ưu tiên gói tin Sau áp dụng ngưỡng loại bỏ lịch trình khác cho gói tin khác MPLS cho phép khơng u cầu quyền ưu tiên xác định hồn tồn phần từ nhãn Khố luận tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MPLS chuyển mạch nhãn đa giao thức, đa giao thức có nghĩa cơng nghệ áp dụng giao thức lớp mạng IP, IPX… 1.2.2 Các khái niệm mạng MPLS 1.2.2.1 Nhãn (Lable): Nhãn thực thể có độ dài ngắn cố định khơng có cấu trúc bên Nhãn khơng trực tiếp mã hố thơng tin mào đầu lớp mạng địa mạng Nhãn gắn vào gói tin cụ thể đại diện cho FEC (Forwarding Equivalence Classes: Nhóm chuyển tiếp tương đương) mà gói tin ấn định Thường gói tin ấn định FEC (hoàn toàn phần) dựa địa đích lớp mạng Tuy nhiên nhãn khơng phải mã hố địa Nhãn dạng đơn giản xác định đường mà gói tin truyền qua Nhãn mang hay đóng gói tiêu đề lớp với gói tin Bộ định tuyến kiểm tra gói tin qua nội dung nhãn để xác định bước chuyển Khi gói tin gán nhãn, chặng đường cịn lại gói tin thơng qua mạng đường trục dựa chuyển mạch nhãn Giá trị nhãn có ý nghĩa cục nghĩa chúng liên quan đến bước chuyển tiếp LSR Dạng nhãn phụ thuộc vào phương thức truyền tin mà gói tin đóng gói Kiểu khung (Frame mode): Kiểu khung thuật ngữ chuyển tiếp gói nhãn gán trước tiêu đề lớp ba Một nhãn mã hoá với 20 bỉt, nghĩa có mũ 20 giá trị khác Một gói có nhiều nhãn gọi chồng nhãn (Lable stack) Ở chặng mạng có nhãn bên ngồi xem xét LABLE EXP S TTL STACK LABLE=20 bits EXP (EXPERIMENTAL)=3 bits S (BOTTOM OF STACK)=1 bit TTL (TIME TO LIVE)=8 bits Trong đó:  EXP: dành cho thực nghiệm Khi gói tin xếp hàng dùng bít tương tự bit IP ưu tiên (IP Precedence) Khoá luận tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com  S: bít cuối chồng Nhãn cuối chồng bit thiết lập lên 1,các nhãn khác có giá trị bít  TTL: thời gian sống IP TTL Giá trị giảm chặng để tránh lặp IP Thường dùng người điều hành mạng muốn che dấu cấu hình mạng bên tìm đường từ mạng bên Kiểu tế bào (Cell mode): Thuật ngữ dùng có mạng gồm ATM LSR dùng mặt phẳng điều khiển để trao đổi thơng tin VPI/VCI thay dùng báo hiệu ATM Trong kiểu tế bào, nhãn trường VPI/VCI tế bào Sau trao đổi nhãn mặt phẳng điều khiển, mặt phẳng chuyển tiếp, router cổng vào phân tách gói thành tế bào ATM, dùng giá trị VCI/CPI tương ứng trao đổi mặt phẳng điều khiển truyền tế bào Các ATM LSR phía hoạt động chuyển mạch ATM-chúng chuyển tiếp tế bào dựa VPI/VCI vào thông tin cổng tương ứng Cuối cùng, router cổng xếp tế bào thành gói Kiểu khung PPP Ethernet, giá trị nhận dạng giao thức P-ID (hoặc Ethernet type) chèn vào mào đầu khung tương ứng để thông báo khung MPLS đơn hướng hay đa hướng Hình 1.1: Lớp liên kết liệu ATM Khoá luận tốt nghiệp 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Thứ hai, ATM có khả nhóm vài kênh ảo thành đường ảo nhằm giúp cho việc định tuyến dễ dàng ATM khác với định tuyến IP số điểm Nó công nghệ chuyển mạch hướng kết nối Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải thiết lập trước thông tin gửi ATM yêu cầu kết nối phải thiết lập nhân công thiết lập cách tự động thông qua báo hiệu Mặt khác, ATM không thực định tuyến nút trung gian Tuyến kết nối xuyên suốt xác định trước trao đổi liệu giữ cố định suốt thời gian kết nối Trong trình thiết lập kết nối, tổng đài ATM trung gian cung cấp cho kết nối nhãn Việc thực hai điều: dành cho kết nối số tài nguyên xây dựng bảng chuyển tế bào tổng đài Bảng chuyển tế bào có tính cục chứa thông tin kết nối hoạt động qua tổng đài Điều khác với thơng tin tồn mạng chứa bảng chuyển tin router dùng IP Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM tương tự việc chuyển gói tin qua router Tuy nhiên, ATM chuyển mạch nhanh nhãn gắn cell có kích thước cố định (nhỏ IP), kích thước bảng chuyển tin nhỏ nhiều so với IP router, việc thực thiết bị phần cứng chuyên dụng Do vậy, thông lượng tổng đài ATM thường lớn thông lượng IP router truyền thống Ưu điểm: Là công nghệ giai đoạn chín muồi, chuẩn hóa ITU-T Diễn đàn ATM (ATM-forum), có khả hỗ trợ IP qua ATM kết hợp mà chưa phải tích hợp IP ATM Nhược điểm: Giá thành cao, giao thức điều khiển (MPOA) phức tạp so với IP truyền thống Việc tạo thêm lớp ATM ứng dụng IP làm hạn chế nhiều khả IP 3.1.3 Công nghệ MPLS Đối với nhà thiết kế mạng mà nói, phát triển nhanh chóng, mở rộng khơng ngừng mạng Internet, tăng vọt lượng dịch vụ phức tạp loại hình dịch vụ, làm cho mạng viễn thông không kham Một mặt, nhà khai thác than phiền khó kiếm lợi nhuận, mặt khác thuê bao lại kêu ca giá cao, tốc độ q chậm Thị Khố luận tốt nghiệp 66 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trường bách địi hỏi có mạng tốc độ cao hơn, giá thấp Đây nguyên nhân để đời loạt kỹ thuật mới, có MPLS Bất kể kỹ thuật ATM coi tảng mạng số đa dịch vụ băng rộng (B-ISDN), IP đạt thành công lớn thị trường nay, tồn nhược điểm khó khắc phục Sự xuất MPLS - kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức giúp có chọn lựa tốt đẹp cho cấu trúc mạng thông tin tương lai Phương pháp dung hợp cách hữu hiệu lực điều khiển lưu lượng thiết bị chuyển mạch với tính linh hoạt định tuyến Hiện nay, có nhiều người tin tưởng cách chắn MPLS phương án lý tưởng cho mạng đường trục tương lai MPLS tách chức IP router làm hai phần riêng biệt : chức chuyển gói tin chức điều khiển Phần chức chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi gói tin router, sử dụng chế hoán đổi nhãn tương tự ATM Trong MPLS, nhãn số có độ dài cố định khơng phụ thuộc vào lớp mạng Kỹ thuật hoán đổi nhãn chất việc tìm nhãn gói tin bảng nhãn để xác định tuyến gói tìm nhãn Việc đơn giản nhiều so với việc xử lý gói tin theo kiểu thông thường, cải thiện khả thiết bị Các router sử dụng kỹ thuật gọi LSR (Label Switch Router) Phần chức điều khiển MPLS bao gồm giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin LSR, thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành bảng định tuyến cho việc chuyển mạch MPLS hoạt động với giao thức định tuyến Internet khác OSPF (Open Shortest Path First) BGP (Border Bateway Protocol) Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng cho phép thiết lập tuyến cố định, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ tuyến hoàn toàn khả thi Đây điểm vượt trội MPLS so với định tuyến cổ điển Ngồi MPLS cịn có chế chuyển tuyến (Fast rerouting) Do MPLS công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, khả bị ảnh hưởng lỗi đường truyền thường cao công nghệ khác Trong đó, dịch vụ tích hợp mà MPLS phải hỗ trợ lại yêu cầu dung lượng cao Do vậy, khả phục hồi MPLS đảm Khoá luận tốt nghiệp 67 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com bảo khả cung cấp dịch vụ mạng không phụ thuộc vào cấu khôi phục lỗi lớp vật lý bên Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS khiến cho việc quản lý mạng dễ dàng Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo luồng thơng tin, gói tin thuộc FEC xác định giá trị nhãn Do vậy, miền MPLS, thiết bị đo lượng mạng dựa nhãn để phân loại gói tin Lưu lượng qua tuyến chuyển mạch nhãn (LSP) giám sát cách dễ dàng dùng RTFM (Real Time Flow Measurement) Bằng cách giám sát lưu lượng LSR, nghẽn lưu lượng phát vị trí xảy nghẽn lưu lượng xác định nhanh chóng Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương pháp khơng đưa tồn thơng tin chất lượng dịch vụ (ví dụ trễ từ điểm đầu đến điểm cuối miền MPLS) Ưu điểm: Đơn giản, tích hợp định tuyến chuyển mạch, điều khiển định tuyến tảng IP, chuyển mạch ATM, hỗ trợ chất lượng dịch vụ chấp nhận (cao DiffServ, thấp ATM) Giá thành hợp lý Nhược điểm: Giá thành cao IP truyền thống, thấp ATM, chuẩn hóa giai đoạn tiếp tục phát triển Theo dự kiến, trình phát triển giao thức mạng lõi dự báo sau:  Giai đoạn 2003-2005: IP/MPLS qua SONET/SDH sang cáp quang  Giai đoạn sau 2005: IP/MPLS qua cáp quang trực tiếp 3.2 Các giải pháp ứng dụng MPLS Chúng ta phân tích giải pháp ứng dụng cơng nghệ MPLS mạng NGN tập đồn Bưu Viễn thơng Việt Nam (VNPT) Điều không làm giảm tính tổng quát nhà khai thác lớn Việt Nam tương lai cơng ty giữ vai trị chủ lực định đến hạ tầng sở thông tin quốc gia Từ phân tích nhận thấy: - Cơng nghệ MPLS hồn tồn phù hợp với định hướng phát triển mạng Viễn thông VNPT đến năm 2010 - Việc lựa chọn MPLS giải tốt ứng dụng IP chuyển mạch, định tuyến; thiết bị chuyển mạch, định tuyến thực chức chuyển mạch, định tuyến túy Phần điều khiển liên quan trực tiếp đến giao thức điều khiển UNI, PNNI cho ATM; CR-LDP, RSVP cho MPLS; RIP, Khoá luận tốt nghiệp 68 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com BGP, OSPF,… cho IP Các chức liên quan đến diều khiển phương tiện truy nhập điều khiển gọi chuyển mạch mềm đảm nhận Các mơ hình mạng đường trục ứng dụng công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức ( MPLS ) Đối với việc triển khai công nghệ MPLS chia làm giải pháp sau - Triển khai MPLS cho mạng lõi ( tổng đài chuyển tiếp vùng ) - Triển khai MPLS cho tổng đài đa dịch vụ vùng lưu lượng, mạng lõi sử dụng tổng đài ATM - Mạng lõi tổng đài đa dịch vụ sử dụng MPLS 3.2.1 Mơ hình 1: MPLS mạng lõi Triển khai thiết bị MPLS lớp trục mạng hệ sau cho giai đoạn phát triển theo định hướng tổ chức mạng viễn thông VNPT đến năm 2010 Kế hoạch tiến hành sau * Giai đoạn đến năm 2003: Triển khai thiết bị chuyển mạch nhãn ( LSR ) Hà Nội, Đà Nẵng TP Hồ Chí Minh với hai trung tâm điều khiển Hà Nội TP Hồ Chí Minh Tất trung kế nút sử dụng MPLS Như nút truyền tải đóng vai trị LSR lõi Tại số tỉnh thành phố trọng điểm như: Hải Phòng, Quảng Ninh, Đà Nẵng, Khánh Hồ, Vũng Tàu, Bình Dương, Cần Thơ…ta trang bị tổng đài đa dịch vụ ATM+IP hỗ trợ cổng MPLS * Giai đoạn 2004-2005 Triển khai thêm LSR lõi vùng lưu lượng xuất hiện, hình thành hồn chỉnh mặt chuyển tải MPLS ( A B ) Bổ xung nút điều khiển Đà Nẵng, tạo vùng điều khiển riêng biệt Không mở rộng phạm vi mạng MPLS xuống cấp vùng * Giai đoạn 2006-2010 Hoàn chỉnh nút điều khiển ( vùng điều khiển ) Mở rộng phạm vi MPLS xuống cấp vùng Khoá luận tốt nghiệp 69 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3.1: Cấu hình tổ chức mạng MPLS phương án đến 2005 Các ưu, nhược điểm mơ hình - Ưu điểm : + Đơn giản tổ chức triển khai + Thống với phương án tổ chức mạng NGN tách biệt chức lớp truyền tải điều khiển + Sản phẩm thương mại có thị trường + Kết nối với cấp vùng ( tổng đài đa dịch vụ ) thông qua giao diện + + MPLS hay ATM 155 Mbit/s hay 622 Mbit/s đơn giản thân thiết bị khai báo MPLS hay ATM cổng vật lý - Nhược điểm : + Chi phí đầu tư ban đầu cao + Cần xác định rõ chất lượng dịch vụ QoS đặc biệt dịch vụ thoại lưu lượng thoại ( PSTN ) chuyển tiếp qua mạng MPLS Khoá luận tốt nghiệp 70 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3.2.2 Mơ hình 2: ATM lõi, MPLS tổng đài đa dịch vụ Công nghệ chuyển mạch ATM sử dụng mạng đường trục, công nghệ MPLS sử dụng tổng đài đa dịch vụ mạng hệ sau cho giai đoạn phát triển theo định hướng tổ chức mạng Viễn thông VNPT đến năm 2010 * Giai đoạn đên năm 2003: Triển khai tổng đài ATM lõi cho vùng Hà Nội, Đà Nẵng TP Hồ Chí Minh Các kết nối PVC SVC Tại số tỉnh thành, thành phố trọng điểm như: Hải Phòng, Quảng Ninh, Huế, Đà Nẵng, Khánh Hồ, Vũng Tàu, Bình Dương, Cần Thơ…trang bị tổng đài đa dịch vụ Các tổng đài sử dụng công nghệ MPLS * Giai đoạn 2004-2005: Trang bị thêm nút tổng đài ATM vùng lưu lượng Hà Nội TP Hồ Chí Minh hình thành hồn chỉnh mảng chuyển tải ATM ( A B ) Bổ sung nút điều khiển Đà Nẵng, tạo thành vùng điều khiển riêng biệt * Giai đoạn 2006-2010: Hoàn chỉnh nút điều khiển cho vùng lưu lượng ( vùng điều khiển) Hình 3.2: Cấu hình tổ chức mạng MPLS phương án đến 2005 Khoá luận tốt nghiệp 71 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Các ưu nhược điểm mơ hình: - Ưu điểm: + Thống với phương án tổ chức mạng NGN tách biệt chức lớp điều khiển chuyển tải + Sản phẩm thương mại có thị trường, đặc biệt tổng đài ATM loại có khả nâng cấp hỗ trợ MPLS phần mềm + Kết nối với cấp vùng ( tổng đài đa dịch vụ MPLS ) thông qua giao diện ATM 155Mbit/s hay 622Mbit/s - Nhược điểm: + Không phát huy hết ưu điểm cơng nghệ MPLS tồn mạng + Cần giải vấn đề hợp VC đệm tổng đài ATM mạng đường trục triển khai MPLS thành phố trọng điểm + Giá thành thiết bị MPLS nói chung cịn cao nên đầu tư quy mơ lớn chi phí ban đầu cao + Việc triển khai MPLS lớp đa truy cập đa dịch vụ làm phức tạp trình điều khiển gọi nút điều khiển phải chuyển đổi sử dụng nhiều giao thức thiết lập gọi 3.2.3 Mơ hình 3: Mạng MPLS hồn tồn: Sử dụng cơng nghệ MPLS mạng chuyển tiếp cấp đường trục cấp vùng mạng NGN cho giai đoạn phát triển theo định hướng tổ chức mạng Viễn thông VNPT đến năm 2010 dự kiến triển khai sau * Giai đoạn đến năm 2003: Triển khai LSR lõi tạiu Hà Nội, Đà Nẵng Hồ Chí Minh Tất trung kế tổng đài sử dụng MPLS Tại số tỉnh thành phố trọng điểm như: Hải Phịng, Quảng Ninh, Đà Nẵng, Khánh Hồ, Vũng Tàu, Bình Dương, Cần Thơ…trang bị tổng đài đa dịch vụ, tổng đài coi LSR biên * Giai đoạn 2004-2005: Chuyển LSR vùng Hà Nội TP Hồ Chí Minh trở thành lõi, hình thành hồn chỉnh mảng truyền tải MPLS ( A B ) Bổ xung nút điều khiển Đà Nẵng, tạo vùng điều khiển riêng biệt * Giai đoạn 2006-2010: Hoàn chỉnh nút điều khiển cho vùng lưu lượng ( vùng điều khiển ) Mở rộng phạm vi MPLS vùng xuất Khoá luận tốt nghiệp 72 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3.3: Cấu hình tổ chức mạng MPLS phương án đến 2005 - Ưu điểm: + Đơn giản tổ chức triển khai + Thống với phương án tổ chức mạng NGN tách biệt chức lớp điều khiển chuyển tải + Sản phẩm thương mại có thị trường + Đảm bảo mạng MPLS xuyên suốt dịch vụ Internet, truyền số liệu, VPN số địa phương có nhu cầu cao + Phương án tổ chức mạng điều khiển tương đối đơn giản khơng có u cầu thay đổi giao thức điều khiển + Khả nâng cấp thiết bị dự báo trước nên hiệu đầu tư khai thác thiết bị cao - Nhược điểm: Khoá luận tốt nghiệp 73 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chi phí đầu tư ba đầu cao 3.3 Một số nhận xét: - Giải pháp tương đối hợp lý tổ chức mạng khả tương thích với cơng nghệ sử dụng cho mạng Internet, mạng PSTN Tuy nhiên, cần lưu ý đến vấn đề MPLS ATM hỗ trợ chủ yếu phần điều khiển thủ tục kèm - Giải pháp phức tạp tổ chức nâng cấp mà khơng giảm chi phí đầu tư - Giải pháp có nhiều ưu điểm hơn, phát huy khả điều khiển lưu lượng ưu việt công nghệ MPLS, dịch vụ VPN chất lượng xuyên suốt cung cấp Tuy nhiên chi phí đầu tư ban đầu cao xem xét triển khai tổng đài đa dịch vụ cơng nghệ MPLS theo vùng có chọn lựa để bảo đảm cấp truy cập cho MPLS để giảm chi phí đầu tư ban đầu - Với mơ hình 3, mạng đường trục VNPT phải đảm nhận chức kết nối cổng quốc tế nên cần giải kết nối quốc tế mạng MPLS quốc tế chưa hình thành, giải việc bổ sung khố TGW để kết nối đến cổng quốc tế cho dịch vụ PSTN, dịch vụ Internet hay truyền số kiệu IP kết nối trực tiếp quốc tế qua cổng ATM Với mơ hình cần xác định ché độ hoạt động tế bào cho tổng đài đa dịch vụ sử dụng MPLS mạng đường trục sử dụng cơng nghệ ATM, tổng đài ATM phả có khả hỗ trợ MPLS trở thành ATM-LSR Khoá luận tốt nghiệp 74 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com KẾT LUẬN Với ưu điểm vượt trội, MPLS xem công nghệ đầy hứa hẹn mạng viễn thông hệ NGN Sau thời gian học tập tìm hiểu, khố luận tốt nghiệp tổng kết số vấn đề sau:  Xu hướng phát triển dịch vụ công nghệ mạng ưu nhược điểm mạng IP ATM dẫn tới xuất công nghệ MPLS, sở để lụa chọn công nghệ MPLS  Các vấn đề kỹ thuật công nghệ MPLS  Khả ứng dụng MPLS mạng NGN Tổng công ty BCVT Việt Nam Công việc nghiên cứu công nghệ MPLS tổ chức tiếp tục nghiên cứu, phát triển hoàn thiện tiêu chuẩn Việc hồn thiện tiêu chuẩn có vai trò quan trọng nhà sản xuất thiết bị, nhà cung cấp mạng Mạng viễn thông Vi ệt Nam kịp thời ứng dụng công nghệ MPLS tr ên mạng lõi NGN, mở rộng ứng dụng MPLS mạng biên mạng riêng ảo nhiều ưu điểm công nghệ Vì thời gian có hạn kiến thức cịn hạn chế luận v ăn nhiều thiếu sót mong thầy bảo Xin trân trọng cảm ơn Khoá luận tốt nghiệp 75 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KH ẢO [1]: Phùng Văn Vận, Đỗ Mạnh Quyết, Nguyễn Tất Đắc “ Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ” Nhà sản xuất bưu điện Hà Nội năm 2003 [2]: Ngô Thị Khánh Ly “Xây dựng mô hình mạng đường trục ứng dụng cơng nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ”, luận văn thạc sĩ Hà Nội- 2005 [3]: Học viện cơng nghệ Bưu chính-Viễn thơng trung tâm đào tạo Bưu Viễn thơng I Bài giảng “ Tổ chức mạng viễn thông dịch vụ ” Hà Nội2005 [4]: Tổng hợp tài liệu từ Internet [5]:Tạp chí “Bưu viễn thơng cơng nghệ thơng tin” “2004,2005”-Bộ bưu viễn thơng Khố luận tốt nghiệp 76 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC Lời mở đầu Chương 1: Giới thiệu tổng quan công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS .2 1.1 Quá trình hình thành phát triển 1.1.1 Các động lực đời chuyển mạch nhãn 1.1.2 Lịch sử phát triển MPLS 1.1.3 Q trình chuẩn hố MPLS 1.1.4 Nhóm làm việc MPLS IETF 1.2 Các thành phần MPLS 1.2.1 Khái quát MPLS 1.2.2 Các khái niệm MPLS 1.2.3 Các thành phần mạng MPLS .13 1.3 Các giao thức MPLS 15 1.3.1 Giao thức phân phối nhãn .15 1.3.2 Giao thức phân phối nhãn dựa ràng buộc .22 1.3.3 Giao thức giành trước tài nguyên 24 1.3.4 Giao thức MPLS – BGP 27 1.4 Hoạt động MPLS 27 1.4.1 Chế độ hoạt động khung 29 1.4.2 Chế độ hoạt động tế bào 31 1.4.3 Hoạt động MPLS khung mạng ATM – LSR 34 1.5 Các ưu điểm MPLS 35 1.6 Ứng dụng MPLS 36 Chương 2: Giới thiệu cấu trúc mạng đường trục Việt Nam .38 2.1 Cấu trúc vật lý mạng viễn thông 38 2.1.1 Khái niệm mạng viễn thông .38 2.1.2 Các đặc điểm mạng viễn thông 39 2.1.3 Mạng viễn thông công cộng (PSTN) .40 2.2 Cấu trúc mạng viễn thông NGN 44 2.2.1 Định nghĩa mạng NGN 44 2.2.2 Các yếu tố thúc đẩy tiến tới mạng NGN 45 Khoá luận tốt nghiệp 77 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.2.3 Yêu cầu để phát triển NGN 46 2.2.4 Cấu trúc chức .47 2.2.5 Các thành phần NGN .50 2.2.6 Kết nối mạng NGN với mạng truyền thống 54 2.2.7 Lộ trình chuyển đổi 56 2.2.8 Hệ thống quản lý mạng dịch vụ 58 2.2.9 Kết luận 61 Chương 3: Ứng dụng MPNS mạng đường trục NGN 62 3.1 Các công nghệ triển vọng triển khai 62 3.1.1 Công nghệ IP 63 3.1.2 Công nghệ ATM 64 3.1.3 Công nghệ MPLS 65 3.2 Các giải pháp ứng dụng MPLS .67 3.2.1 Mô hình MPLS mạng lõi 68 3.2.2 Mơ hình ATM lõi 70 3.2.3 Mơ hình mạng MPLS hồn tồn 71 3.3 Một số nhận xét 73 Kết luận toàn 74 Tài liệu tham khảo .75 Khoá luận tốt nghiệp 78 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ATM ARP ATMARP BGP CoS CLIP CR CR-LDP CR-LSP DLCI ER EGP FR FEC IETF IP ISDN LAN LANE LDP LER LIB LSP LSR MG MPLS MPOA Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa ATM Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa ATM Border Gateway Protocol Giao thức cổng đường biên Class of Service Lớp dịch vụ Classical IP IP ATM Constrained Routing Định tuyến cưỡng Constrained Routing-LDP Định tuyến cưỡng bức-LDP Constrained Routing-LSP Định tuyến cưỡng bức-LSP Data Link Connection Identifer Nhận dạng kết nối liên kết liệu Explicit Routing Định tuyến Edge Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng biên Frame Relay Chuyển tiếp khung Fowarding Equivalent Class Lớp chuyển tiếp tương đương Internet Engineering Task Nhóm tác vụ kỹ thuật Force Internet Internet Protocol Giao thức Internet Integrated Service Digital Mạng số tích hợp đa dịch vụ Network Local Area Network Mạng cục LAN Emulation Mô LAN Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn Label Edge Router Router biên nhãn Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn Label Switched Path Đường dẫn chuyển mạch nhãn Label Switch Router Router chuyển mạch nhãn Media Gateway Cổng đa phương tiện Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức Multiprotocol Over ATM Đa giao thức ATM Khoá luận tốt nghiệp 79 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com NGN OSPF Next Generation Network Open Shortest Path First PID PSTN QoS RESV RFC RSVP Protocol Identifier Public Switch Telephone Network Quality of Service Resevation Request For Comment Resource Resevation Protocol SPF STM SVC TCP Shortest Path First Synchronous Transmission Mode Signaling Virtual Circuit Transission Control Protocol TGW TLV TLV ToS UDP VC VCI VNPT Traffic Gateway Time To Live Type-Leng-Value Type of Service User Datagram Protocol Virtual Circuit Virtual Circuit Identifier Vietnam Post & Telecommunications Virtual Path Virtual Private Network Virtual Path Identifier Wide Area Network VP VPN VPI WAN Khoá luận tốt nghiệp Mạng hệ Giao thức đường ngắn Nhận dạng giao thc Mạng chuyển mạch thoại công cộng Cht lng dch vụ Bản tin dành trước Yêu cầu ý kiến Giao thức dành trước tài nguyên Đường ngắn Chế độ truyền dẫn đồng Kênh ảo báo hiệu Giao thức điều khiển truyền dẫn Cổng lưu lượng Thời gian sống Kiểu-Chiều dài-Giá trị Kiểu dịch vụ Giao thức lược đồ liệu Kênh ảo Nhận dạng kênh ảo Tổng công ty BCVT Việt Nam Đường ảo Mạng riêng ảo Nhận dạng đường ảo Mạng diện rộng 80 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... tổng quan công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS  Chương : Giới thiệu cấu trúc mạng đường trục Việt Nam  Chương : Ứng dụng MPLS mạng đường trục Việt Nam Công nghệ MPLS công nghệ tương... giao thức MPLS, việc tìm hiểu vấn đề công nghệ MPLS vấn đề quan trọng sinh viên Nhận thức điều đó, khố luận tốt nghiệp “ Tìm hiểu khả ứng dụng công nghệ chuyển mạch đa giao thức nhãn MPLS mạng đường. .. chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) MPLS nghiên cứu áp dụng nhiều nước, tập đoàn BCVT Việt Nam áp dụng công nghệ cho mạng hệ NGN ? ?ứng trước phát triển nhanh chóng cơng nghệ chuyển mạch nhãn đa giao