Đồ án tổng quan mạng NGN và ứng dụng

THUẬT NGỮ VIẾT TẮTAPI Application Programming Interface Giao diện chương trình ứng dụngASBR Autonomous System Boudary Router Router biên giới độc lập ARP Address Resolution Protocol Giao

 Chương II : Mạng truyền tải NGN

 Chương III : Giao thức định tuyến OSPF

 Chương IV : Triển khai ứng dụng mạng NGN của VNPT

Ngày giao đồ án : 23/05/2006

Ngày nộp đồ án : 23/10/2006

Ngày 23 tháng 10 năm 2006 Giáo viên hướng dẫn

ThS Dương Văn Thành

Điểm : (Bằng chữ : )

Ngày tháng năm 2006 Giáo viên hướng dẫn

ThS Dương Văn Thành

Điểm : (Bằng chữ : )

Ngày tháng năm 2006

Giáo viên phản biện

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ i

DANH MỤC BẢNG BIỂU iii

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iv

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I 2

TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN 2

1.1 Sự ra đời của mạng NGN 2

1.2 Khái niệm và đặc điểm của NGN 3

1.2.1 Khái niệm 3

1.2.2 Các đặc điểm của NGN 3

1.3 Kiến trúc NGN 4

1.3.1 Kiến trúc chức năng của NGN 4

1.3.2 Cấu trúc vật lý 5

1.4 Các phần tử trong mạng NGN 6

1.4.1 Cổng phương tiện (MG – Media Gateway) 7

1.4.2 Bộ điều khiển cổng phương tiện (MGC) 8

1.4.3 Cổng báo hiệu (SG – Signaling Gateway) 9

1.4.4 Server phương tiện (MS – Media Server) 9

1.4.5 Server ứng dụng/server đặc tính (AS/FS) 9

1.5 Các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN 10

1.6 Một số giải pháp NGN 12

1.6.1 Giải pháp mạng của Siemens 12

1.6.2 Giải pháp NGN của Alcatel 14

1.6.3 Mô hình và giải pháp mạng của Nortel 15

1.6.4 Mô hình và giải pháp mạng của Ericsion 16

CHƯƠNG II 18

MẠNG TRUYỂN TẢI NGN 18

2.1 Bộ giao thức TCP/IP và IPv6 18

2.1.1 Lớp ứng dụng 19

2.1.2 Lớp giao vận 19

2.1.3 Lớp liên mạng 21

2.1.4 Lớp truy cập mạng 22

2.1.5IPv6 22

2.2 Các giao thức về định tuyến và thiết bị kết nối mạng 26

2.2.1 Cơ bản về định tuyến 26

2.2.2 Các giao thức định tuyến cơ bản 28

2.2.3 Router - Thiết bị đấu nối mạng 33

2.3 Các công nghệ lớp 2 và giao thức MPLS 35

2.3.1 Các công nghệ lớp 2 35

2.3.2 Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 39

CHƯƠNG III 45

GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OSPF 45

3.1 Giới thiệu chung 45

3.2 Một số khái niệm sử dụng trong OSPF 46

3.2.1 Gói Hello 46

3.2.3 Phân loại mạng 47

3.2.4 DR và BDR 47

3.3 Khuôn dạng gói tin OSPF 49

3.4 Hàng xóm OSPF 50

3.4.1 Cấu trúc dữ liệu hàng xóm 50

3.4.2 Các trạng thái hàng xóm 51

3.5 Thiết lập kết nối lân cận 54

3.6 Tràn lụt 57

3.6.1 Xác nhận tuyệt đối và xác nhận rõ ràng 59

3.6.2 Số trình tự, tổng kiểm tra, và tuổi 59

3.7 Phân loại Router OSPF 60

3.8 Phân loại LSA 61

3.9 Vùng 65

3.9.1 Vùng có thể phân chia 66

3.9.2 Vùng cụt (Stub Area) 67

3.9.3 Vùng cụt hoàn toàn (Totally Stubby Area) 68

3.10 Phân loại đường 68

3.11 Bảng định tuyến 69

3.12 Khả năng ứng dụng của OSPF trong mạng NGN của VNPT 70

CHƯƠNG IV 71

TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG MẠNG NGN CỦA VNPT 71

4.1 Giải pháp SURPASS của SIEMENS 71

4.1.1 Chuyển mạch thế hệ sau 72

4.1.2 Truy nhập thế hệ sau 73

4.1.3 Truyền tải thế hệ sau 73

4.1.4 Mạng quản lý thế hệ sau 73

4.2 Cấu trúc các thiết bị của Surpass 74

4.2.1 MGC hiQ9200 74

4.2.2 MG-hiG1000 77

4.3 Thiết bị ERX1400 của Juniper 80

4.4 Tình hình triển khai mạng NGN của VNPT 82

KẾT LUẬN 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Cấu trúc phân lớp của mạng NGN 4

Hình 1.2: Cấu trúc vật lý của NGN 6

Hình 1.3: Kiến trúc tổng thể của mạng NGN 6

Hình 1.4: Cấu trúc của MG 7

Hình 1.5: Vai trò của MGC trong NGN 8

Hình 1.7: Mô hình NGN của Siemens 13

Hình 1.8: Mô hình NGN của Alcatel 14

Hình 1.9: Kết hợp mạng ATM/IP với mạng hiện thời 15

Hình 1.10: Cấu trúc mạng thế hệ sau của Ericsson 16

Hình 2.1: Mô hình OSI và TCP/IP 18

Hình 2.2: Mô hình phân lớp chức năng của bộ giao thức TCP/IP 19

Hình 2.2: Các lớp địa chỉ IPv4 23

Hình 2.3: Cấu trúc địa chỉ IPv6 23

Hình 2.4: Định tuyến trong mạng sử dụng RIP 28

Hình 2.5: Các khu vực trong một hệ thống tự trị 31

Hình 2.6: Ví dụ mô hình cây đường đi ngắn nhất 32

Hình 2.7: Nguồn cấu hình Router 34

Hình 2.8: Mạng Frame Relay trên phương diện truyền dẫn ổn định 37

Hình 2.9: Truyền thông qua ATM 38

Hình 2.10: Các kiểu node trong mạng MPLS 40

Hình 2.11: Khuôn dạng tiêu đề nhãn 42

Hình 2.12: FR tại lớp liên kết dữ liệu 42

Hình 2.13: ATM tại lớp liên kết dữ liệu 43

Hình 3.1: Quá trình tràn lụt LSA 48

Hình 3.2: Quá trình bầu cử DR 48

Hình 3.3: Quá trình đóng gói OSPF 49

Hình 3.4: Quá trình chuyển đổi trạng thái từ hủy sang hoàn thiện 52

Hình 3.5: Ví dụ một quá trình đồng bộ cơ sở dữ liệu 57

Hình 3.6: Quá trình truyền các gói cập nhật trạng thái liên kết 58

Hình 3.7: Tràn lụt gói trong mạng quảng bá 59

Hình 3.8: Phân bố các Router trong mạng 61

Hình 3.9: Gói quảng bá trạng thái liên kết router 62

Hình 3.10: Gói quảng bá trạng thái liên kết mạng 63

Hình 3.11: Gói quảng bá trạng thái liên kết bên ngoài mạng 64

Hình 3.13: Hoạt động gói quảng bá trạng thái liên kết bên ngoài hệ thống tự trị 65

Hình 3.14: Quá trình phân chia vùng 66

Hình 3.15: Quá trình phân chia mạng đường trục 67

Hình 3.16: Cấu hình vùng 2 là một vùng cụt 67

Hinh 3.17: Định tuyến theo từng loại đường 68

Hình 4.1: Giải pháp Surpass của Siemens 71

Hình 4.2: Các họ sản phẩm SURPASS của Siemens 72

Hình 4.3: Cấu trúc chức năng của hiQ 9200 75

Hình 4.4: Giao diện báo hiệu của Surpass hiQ 9200 76

Hình 4.5: Mô hình chức năng của hiG1000 78

Hình 4.6: Vị trí của hệ thống thiết bị ERX trong mạng NGN 81

Hình 4.7: Mô hình NGN của VNPT 84

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: So sánh 2 giao thức chủ/tớ và ngang hàng 11

Bảng 2: Bảng định tuyến vectơ khoảng cách 29

Bảng 3: Bảng định tuyến trạng thái liên kết của Router A 32

Bảng 4: Ví dụ về bảng định tuyến vectơ đường đi 33

Bảng 5: Các biến cố của hàng xóm 52

Bảng 6: Các quyết định của hàng xóm 54

Bảng 7: Phân loại LSA 61

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

API Application Programming Interface Giao diện chương trình ứng dụngASBR Autonomous System Boudary Router Router biên giới độc lập

ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ

ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng

bộBICC Bearer Independent Call Control Giao thức điều khiển cuộc gọi

độc lập kênh mang

ETSI European Telecommunications

IETF Internet Engineering Task Force Nhóm kỹ thuật Internet

INAP Intelligent Network Application Part Phần ứng dụng của mạng thông

minh

ISDN Integrated Services Digital Network Mạng số đa dịch vụ tích hợp

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ internet

ITU International Telecommunications

LDP Label Distribute Protocol Giao thức phân bổ nhãn

LSA Link State Advertisement Gói quảng cáo trạng thái liên kết.LSR Label Switch Router Router chuyển mạch nhãn

M2UA MTP level 2 User Adaptaion Tương thích với người dùng mức

2

MGC Media Gateway Controller Thiết bị điều khiển cổng phương

MPLS Multi Protocol Lable Switch Chuyển mạch nhãn đa giao thức

NAT Network Address Translation Biên dịch địa chỉ mạng

NBMA Non Broadcast Multiaccess Đa truy nhập không quảng báNGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

OSI Open Systems Interconnection Mô hình liên kết hệ thống đấu nối

mởOSPF Open Shortest Path First Giao thức ưu tiên đường đi ngắn

nhất

PBX Private Branchthay đổi Tổng đài nhánh nội hạt

POTS Plain Old Telephone System Hệ thống điện thoại truyền thốngPPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm tới điểm

PSTN Public Switched Telephone Network Mạng thoại chuyển mạch công

cộngQoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

RARP Reverse Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ngược

RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyếnRIP-2 Routing Information Protocol version

dòngSDH Synchronous Digital Herachea Phân cấp số đồng bộ

SDP Session Discription Protocol Giao thức mô tả phiên

SGCP Simple Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển cổng đơn

giản

SIP Session Intiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SIP-T Session Intiation Protocol for

Telephony

Phần mở rộng giao thức SIP dành cho thoại

SNMP Simple Network Management

SPF Shortest Path First Thuật toán ưu tiên đường đi ngắn

nhất

SS7 Signalling System number 7 Hệ thống báo hiệu số 7

SSF Service Switching Function Chức năng chuyển mạch dịch vụSTP Signalling Transfer Point Điểm chuyển tiếp báo hiệu

TCAP Transaction Capabilities Application

TCP Transfer Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tảiTDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời

gian

UDP User Datagram Protocol Giao thức gói tin gnười dùng

VLSM Variable Length Subnet Mask Mặt nạ mạng con có chiều dài

thay đổiWDM Wave Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo bước

sóng

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của đất nước, những năm gần đây, các ngành công nghiệp đều phát triển mạnh mẽ và ngành công nghiệp viễn thông cũng không là ngoại

lệ Ngày càng có nhiều các dịch vụ mới và chất lượng dịch vụ cũng được yêu cầu cao hơn: Internet nhanh chóng được phổ biến, những đòi hỏi về dịch vụ IP (IP VPN ), xu thế tích hợp IP/ATM/MPLS cho mạng thông tin trục đã dẫn đến sự cần thiết phải thay đổi công nghệ mạng Đứng trước xu hướng đó, việc phát triển theo cấu trúc mạng thế hệ sau (NGN) với các công nghệ phù hợp là bước đi tất yếu của viễn thông thế giới

và mạng viễn thông Việt nam NGN không phải là một mạng có cơ sở hạ tầng được xây dựng hoàn toàn mới mà nó được hình thành và phát triển trên nền tảng của các mạng thế hệ trước đó kết hợp với kỹ thuật chuyển mạch gói theo giao thức IP

Với xu hướng chuyển dần sang NGN như vậy, việc tìm hiểu các vấn đề về mạng NGN trở nên quan trọng đối với sinh viên Nhận thức được điều đó, đồ án tốt nghiệp

“Mạng NGN và ứng dụng” sẽ giới thiệu về tổng quan về công nghệ mạng NGN, tìm hiểu các vấn đề kỹ thuật truyền tải trong NGN, giao thức định tuyến OSPF và tình hình triển khai mạng của Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam Bố cục của đồ án gồm chương

 Chương I : Tổng quan về mạng NGN

 Chương II : Mạng truyền tải NGN

 Chương III : Giao thức định tuyến OSPF

 Chương IV : Triển khai ứng dụng mạng NGN của VNPT

NGN là công nghệ tuy không còn mới mẻ, song việc tìm hiểu về các vấn đề của công nghệ NGN là cần thiết, đòi hỏi phải có kiển thức sâu rộng, và lâu dài Do vậy đồ

án không tránh khỏi những sai sót Rất mong nhận được sự phê bình, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn

Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS Dương Văn Thành, người đã tận tình

hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án này

Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông đã giúp đỡ em trong thời gian qua

Xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và người thân - những người đã giúp đỡ động viên tôi trong quá trình học tập

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN

1.1 Sự ra đời của mạng NGN

Mạng PSTN của VNPT đã được xây dựng và phát triển khá toàn diện, cung cấp dịch vụ thoại truyền thống chất lượng tốt tới khách hàng Tuy nhiên, sau nhiều năm hoạt động, PSTN đã bộc lộ một số hạn chế hầu như không thể khắc phục được Chuyển mạch dựa trên công nghệ TDM cứng nhắc trong việc phân bổ băng thông (Nx64kb/s) và gặp nhiều khó khăn khi đưa ra các dịch vụ mới, nhất là khi triển khai mạng NGN Mạng PSTN cần sự đầu tư lớn, giá thành thiết bị cao và chi phí vận hành mạng lớn Hơn nữa, mạng PSTN có nhiều cấp khác nhau (Gateway quốc tế, Toll, tandem, Host) nên rất phức tạp trong việc phối hợp hệ thống báo hiệu, đồng bộ và triển khai dịch vụ mới

Trong khi đó, nhu cầu về các dịch vụ dữ liệu phát triển mạnh: Internet ngày càng phổ biến, những đòi hỏi về dịch vụ IP, xu thế tích hợp IP/ATM/MPLS cho mạng đường trục cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và viễn thông thế giới đã dẫn đến sự cần thiết phải thay đổi công nghệ mạng Mạng mới ra đời phải có băng tần rộng, hiệu suất cao, hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ, đơn giản về cấu trúc và quản lý, dễ dàng phát triển dịch vụ và nhanh chóng cung cấp cho khách hàng

Như vậy, để dáp ứng các yêu cầu đặt ra, các nhà quản trị mạng có 2 sự lựa chọn, hoặc là xây dựng một cơ sở hạ tầng hoàn toàn mới hoặc là xây dựng một mạng

có khả năng cung cấp các dịch vụ IP bằng cách nâng cấp trên hạ tầng mạng PSTN hiện

có Hạ tầng mạng của thế kỷ 20 không thể được thay thế chỉ trong một sớm, một chiều

và vì thế phương án thứ hai là sự lựa chọn đúng đắn – đó là mạng thế hệ sau (NGN – Next Generation Network) Do vậy, mạng NGN đã được hình thành và phát triển

Sự hội tụ của các mạng là yêu cầu cần thiết, mang lại nhiều lợi ích cho nhà khai thác dịch vụ Đối với định hướng NGN mang lại nhiều tính năng có thể đáp ứng được nhiều yêu cầu của khách hàng nhất là các dịch vụ băng rộng như:

- Tăng thêm tính mềm dẻo;

- Tập trung khả năng điều khiển cuộc gọi thông qua chuyển mạch mềm (Softswitches);

- Tiết kiệm băng thông;

- Cung cấp dịch vụ multi-media

1.2 Khái niệm và đặc điểm của NGN

1.2.1 Khái niệm

Cho tới hiện nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan tâm và nghiên cứu về chiến lược phát triển NGN Song vẫn chưa có một định nghĩa cụ thể nào chính xác cho NGN Do đó, định nghĩa NGN nêu ra ở đây không thể bao hàm hết ý nghĩa của mạng thế hệ mới nhưng là khái niệm 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, NGN ra đời là mạng có cơ sở hạ tầng thông tin dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, cố định và di động

Như vậy, có thể xem NGN là sự tích hợp mạng PSTN dựa trên kỹ thuật TDM

và mạng chuyển mạch gói dựa trên kỹ thuật IP/ATM Nó có thể truyền tải tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN, đồng thời có thể cung cấp cho mạng IP lưu lượng dữ liệu lớn, nhờ đó giảm tải cho mạng PSTN

Tuy nhiên, NGN không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà còn

là sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói, giữa mạng cố định và di động Vấn đề cốt lõi ở đây là làm sao có thể tận dụng hết lợi thế đem đến từ quá trình hội tụ này Một vấn đề quan trọng khác là sự bùng nổ nhu cầu của người sử dụng cho một khối lượng lớn dịch vụ và ứng dụng phức tạp bao gồm cả đa phương tiện, phần lớn trong số đó không được dự tính khi xây dựng các hệ thống mạng truyền thống

1.2.2 Các đặc điểm của NGN

NGN có bốn đặc điểm chính

- Nền tảng là hệ thống mở;

- Dịch vụ thực hiện độc lập với mạng lưới;

- NGN là mạng dựa trên nền chuyển mạch gói, sử dụng các giao thức thống nhất;

- Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng cao, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu

Trước hết, do áp dụng cơ cấu mở mà:

Các khối chức năng của tổng đài truyền thống chia thành các phần tử mạng độc lập, các phần tử được phân theo chức năng tương ứng và phát triển một cách độc lập Giao diện và giao thức giữa các bộ phận phải dựa trên các tiêu chuẩn tương ứng

Việc phân tách chức năng làm cho mạng viễn thông truyền thống dần dần đi

theo hướng mới, nhà kinh doanh có thể căn cứ vào nhu cầu dịch vụ để tự tổ hợp các phần tử khi tổ chức mạng lưới Việc tiêu chuẩn hóa giao thức giữa các phần tử có thể thực hiện liên kết giữa các mạng có cấu hình khác nhau.

Tiếp đến, việc tách dịch vụ độc lập với mạng nhằm thực hiện một cách linh hoạt

và có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ Thuê bao có thể tự bố trí và xác định đặc trưng dịch vụ của mình, không quan tâm đến mạng truyền tải dịch vụ và loại hình đầu cuối Điều đó làm cho việc cung cấp dịch vụ và ứng dụng có tính linh hoạt cao hơn

Thứ ba, NGN dựa trên cơ sở mạng chuyển mạch gói và các giao thức thống nhất Mạng thông tin hiện nay, dù là mạng viễn thông, mạng máy tính hay mạng truyền hình cáp, đều không thể lấy một trong các mạng đó làm nền tảng để xây dựng

cơ sở hạ tầng thông tin Nhưng mấy năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ IP, người ta mới nhận thấy rõ ràng là mạng viễn thông, mạng máy tính và mạng truyền hình cáp cuối cùng rồi cũng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế lớn mà người ta thường gọi là “dung hợp ba mạng” Giao thức IP làm cho các dịch

vụ lấy IP làm cơ sở đều có thể thực hiện liên kết các mạng khác nhau; con người lần đầu tiên có được giao thức thống nhất mà ba mạng lớn đều có thể chấp nhận được; đặt

cơ sở vững chắc về mặt kỹ thuật cho hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia

Giao thức IP thực tế đã trở thành giao thức ứng dụng vạn năng và bắt đầu được

sử dụng làm cơ sở cho các mạng đa dịch vụ, mặc dù hiện tại vẫn còn nhiều khuyết điểm về khả năng hỗ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chất lượng dịch vụ đảm bảo cho

số liệu Tuy nhiên, chính tốc độ đổi mới nhanh chóng trong thế giới Internet, mà nó được tạo điều kiện bởi sự phát triển của các tiêu chuẩn mở sẽ sớm khắc phục những thiếu sót này

1.3 Kiến trúc NGN

1.3.1 Kiến trúc chức năng của NGN

Từ mô hình cấu trúc NGN và giải pháp của các hãng khác nhau trên thị trường hiện nay, có thể đưa ra mô hình cấu trúc NGN gồm 4 lớp chức năng như sau (xem hình 1.1):

Phần truy nhập: Hướng tới sử dụng công nghệ quang cho thông tin hữu tuyến

và CDMA cho thông tin vô tuyến Thống nhất sử dụng công nghệ IP

Lớp quản lý là một lớp tác động trực tiếp lên tất cả các lớp còn lại, làm nhiệm

vụ giám sát các hoạt động của mạng Lớp quản lý phải đảm bảo hoạt động được trong môi trường mở, với nhiều giao thức, dịch vụ và các nhà khai thác khác nhau

Xét trên góc độ dịch vụ, NGN còn có thêm lớp ứng dụng ngay phía trên lớp điều khiển, bao gồm các nút (server) cung cấp các dịch vụ khác nhau Lớp ứng dụng liên kết với lớp điều khiển thông qua giao diện mở API

UMTS

GE, MAN

Mạng IP (WDM/SDH/ATM) MPLS, Multicast

Cổng không dây

Cổng truy nhập

Tính cước Mạng quản lí

Nguời sử dụng thường trú/ nhà kinh doanh

Cổng thường trú

Cổng trung kế

Truyền hình kĩ thuật số

PC

Mạng không dây

PSTN MGC mạch mêmChuyển

SS7

ISP

Cổng báo hiệu Server đặc

tính/ứng dụng

Server thư mục DNS

Người sử dụng điện thoại

Hình 1.2: Cấu trúc vật lý của NGN

1.4 Các phần tử trong mạng NGN

Xét cấu trúc tổng thể cho mạng NGN theo MSF:

MGCP/H.248 MEGACO

MGCP/H.248 MEGACO

C7/IP SIGTRAN

C7/IP SIGTRAN SNMP, API

BICC SIGTRAN

Cổng phương tiện

Truy nhập

Quản lý IP

MGC

SS7 SS7

Hình 1.3: Kiến trúc tổng thể của mạng NGN

1.4.1 Cổng phương tiện (MG – Media Gateway)

MG cung cấp phương tiện để truyền tải thông tin thoại, dữ liệu, fax và video giữa mạng gói IP và các mạng khác Trong mạng PSTN, dữ liệu thoại được mang trên kênh DS0 Để truyền dữ liệu này vào mạng gói, mẫu thoại cần được nén lại và đóng gói Đặc biệt ở đây người ta sử dụng bộ xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processor) thực hiện các chức năng: chuyển đổi AD (Analog to Digital), nén mã thoại/ audio, triệt tiếng dội, bỏ khoảng lặng, mã hóa, tái tạo tín hiệu thoại, truyền các tín hiệu DTMF,…

- Quản lý tài nguyên và kết nối T1;

- Cung cấp khả năng thay nóng các card T1 hay DSP;

- Có phần mềm MG dự phòng;

- Cho phép khả năng mở rộng MG về: cổng (port), cards, các nút, mà không làm thay đổi các thành phần khác

Hội tụ mạng

Chuyển đổi PSTN

Thành phần cổng phương tiện

Luồng xuống (miền PSTN) Luồng lên (miền chuyển mạch gói)

Hình 1.4: Cấu trúc của MG

1.4.2 Bộ điều khiển cổng phương tiện (MGC)

MGC là đơn vị chức năng cơ bản của chuyển mạch mềm, và cũng thường được gọi là tác nhân cuộc gọi (Call Agent) hay Bộ điều khiển cổng (Gateway Controller), hay chuyển mạch mềm

MGC điều khiển xử lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện truyền thông MGC thực hiện điều khiển MG Ngoài ra còn giao tiếp với hệ thống OSS và BSS

MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau như PSTN, SS7, mạng IP Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệu qua các mạng khác nhau

Một MGC kết hợp với MG, SG tạo thành cấu hình tối thiểu cho chuyển mạch mềm

MGC

MG SG

PSTN TDM/ATM SS7

Mạng không IP

Mạng IP

Hình 1.5: Vai trò của MGC trong NGN Các chức năng của MGC

- Điều khiển cuộc gọi, duy trì trạng thái của mỗi cuộc gọi trên một MG;

- Điều khiển và hỗ trợ hoạt động của MG, SG;

- Trao đổi các bản tin cơ bản giữa 2 MG-F;

- Xử lý bản tin báo hiệu SS7 (khi sử dụng SIGTRAN);

- Xử lý các bản tin liên quan QoS như RTCP;

- Thực hiện định tuyến cuộc gọi (bao gồm bảng định tuyến và biên dịch);

- Ghi lại các thông tin chi tiết của cuộc gọi để tính cước (CDR- Call Detail Record);

- Điều khiển quản lý băng thông;

Các giao thức MGC có thể sử dụng

- Giao thức thiết lập cuộc gọi: H.323, SIP;

- Giao thức điều khiển MG: MGCP, MEGACO/H.248;

- Giao thức điều khiển SG: SIGTRAN (SS7);

- Giao thức truyền thông tin: RTP, RCTP

1.4.3 Cổng báo hiệu (SG – Signaling Gateway)

SG thực hiện chức năng cầu nối giữa mạng báo hiệu SS7 và các nút được quản

lý bởi chuyển mạch mềm trong mạng IP SG làm cho chuyển mạch mềm giống như một nút SS7 trong mạng báo hiệu SS7

SG có các chức năng sau:

- Cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu;

- Truyền thông tin báo hiệu giữa MGC và SG thông qua mạng IP;

- Thiết lập đường truyền dẫn cho thoại và các dạng dữ liệu khác

1.4.4 Server phương tiện (MS – Media Server)

MS là thành phần lựa chọn của Softswitch, được sử dụng để xử lý các thông tin đặc biệt Một Media Server phải hỗ trợ phần cứng với hiệu suất cao nhất

Các chức năng của MS

- Chức năng voice-mail cơ bản ;

- Hộp thư fax tích hợp hay các thông báo có thể sử dụng e-mail hay các bản tin ghi âm trước (Pre-recorded Message) ;

- Khả năng nhận dạng tiếng nói nếu có;

- Khả năng hội nghị truyền hình (Video conference);

- Khả năng chuyển đổi thoại sang văn bản (Speech -to- text)

1.4.5 Server ứng dụng/server đặc tính (AS/FS)

Server đặc tính là một server ở mức ứng dụng chứa một loại các dịch vụ của doanh nghiệp Chính vì vậy mà nó còn được gọi là Server ứng dụng thương mại Vì hầu hết các Server này tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua mạng IP nên chúng không rằng buộc nhiều với Softswitch về việc phân chia hay nhóm các thành phần ứng dụng

Các dịch vụ giá trị gia tăng có thể trực thuộc Call Agent, hoặc cũng có thể thực hiện một các độc lập Những ứng dụng này giao tiếp với Call Agent thông qua các giao thức như SIP, H323…Chúng thường độc lập với phần cứng nhưng lại yêu cầu truy nhập cơ sở dữ liệu đặc trưng

Chức năng của FS

Chức năng cơ bản của Feature Server là xác định tính hợp lệ và hỗ trợ các thông số dịch vụ thông thường cho hệ thống đa chuyển mạch

Để thấy rõ hơn ta xét một vài ví dụ về dịch vụ đặc tính:

- Hệ thống tính cước sử dụng các bộ CDR (Call Detail Record – bản ghi chi tiết cuộc gọi) Chương trình CDR có rất nhiều đặc tính, chẳng hạn khả năng ứng dụng tốc độ dựa trên loại đường truyền, thời điểm trong ngày… Dịch

vụ này cho phép khách hàng truy cập vào bản tin tính cước của họ thông qua cuộc gọi thoại hay truy cập Web yêu cầu

- VPN-Dịch vụ này sẽ thiết lập mạng riêng ảo cho khách hàng với các đặc tính sau:

• Băng thông xác định (Thông qua mạng thuê riêng tốc độ cao);

• Đảm bảo QoS;

• Nhiều tính năng riêng theo chuẩn;

• Kế hoạch quay số riêng;

• Bảo mật các mã thoại được truyền dẫn;

1.5 Các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN

Kiến trúc của NGN là kiến trúc phân tán vì thế mà các chức năng báo hiệu và

xử lý báo hiệu, chuyển mạch, điều khiển cuộc gọi,…được thực hiện bởi các thiết bị nằm phân tán trong cấu hình mạng Để có thể tạo ra các kết nối giữa các đầu cuối nhằm cung cấp dịch vụ, các thiết bị này phải trao đổi các thông tin báo hiệu và diều khiển với nhau Cách thức trao đổi các thông tin báo hiệu và điều khiển đó được quy định trong các giao thức báo hiệu và điều khiển được sử dụng trong mạng Trong mạng NGN có các giao thức báo hiệu và điều khiển cơ bản sau:

H.248, SIP

MS

Hệ thống mở API

Báo hiệu SIP/SIP-T, H.323, Q.BICC

Báo hiệu

H.323, MGCP, Megaco, SIP

MGC

SIGTRAN M3UA, IUA, V5UA

MGCP Megaco

MGCP Megaco

SIGTRAN (M3UA/SCTP)

Phương tiện RTP/

RTCP AG

Mạng truy nhập

Phương tiện RTP/

Hình 1.6: Các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN

Các giao thức này có thể phân thành 2 loại: các giao thức ngang hàng (H.323, SIP, BICC) và các giao thức chủ tớ (MGCP, MEGACO/H.248) như trong hình 1.6 Sự khác nhau cơ bản giữa hai cách tiếp cận này là ở chỗ “khả năng thông minh” được phân bổ như thế nào giữa các thiết bị biên của mạng và các server Sự lựa chọn cách nào là phụ thuộc vào chi phí hệ thống, triển khai dịch vụ, độ khả thi Một giải pháp tổng thể sử dụng ưu điểm của cả hai cách tiếp cận nên được xem xét Sự so sánh giữa hai cách tiếp cận này được trình bày trong bảng 1

- Triển khai trên từng thiết bị

- Thời gian triển khai trên mạng lớn

- Phải nâng cấp tất cả thiết bị mạng khi triển khai một dịch

vụ mới trên toàn bộ mạng

- Theo thời gian, thiết bị cổng

có thể phải thường xuyên nâng cấp

Sau đây là mô hình và giải pháp NGN của một số hãng nổi tiếng

1.6.1 Giải pháp mạng của Siemens

Giải pháp NGN của Siemens dựa trên kiến trúc phân tán, xóa đi khoảng cách giữa mạng PSTN và mạng số liệu Các hệ thống đưa ra vẫn dựa trên kiến trúc phát triển của hệ thống chuyển mạch mềm nổi tiếng của Siemens là EWSD Siemens giới thiệu giải pháp NGN có tên là SURPASS

Phần chính của SURPASS là hệ thống SURPASS hiQ, đây có thể coi là hệ thống chủ tập trung (Centrallized Sever) cho lớp điều khiển của mạng với chức năng như một hệ thống cửa ngõ (Gateway) mạnh để điều khiển các tính năng thoại, kết hợp khả năng báo hiệu mạnh để kết nối với nhiều mạng khác nhau Trên hệ thống này có khối chuyển đổi báo hiệu báo hiệu số 7 của mạng PSTN/ISDN sang giao thức điều khiển cổng phương tiện MGCP Tùy theo chức năng và dung lượng, SURPASS hiQ được chia thành các loại SURPASS hiQ 10, 20 hay SURPASS hiQ 9100, 9200, 9400

SURPASS hiG là họ các hệ thống MG từ các mạng dịch vụ cấp dưới lên SURPASS hiQ, hệ thống nằm ở biên mạng đường trục, chịu sự quản lý của SURPASS hiQ.

Hình 1.7: Mô hình NGN của Siemens

SURPASS hiG được phân chia thành nhiều loại theo chức năng và dung lượng từ SURPASS hiG 500, 700, 1000 đến SURPASS hiG 2000, 5000

Cửa ngõ cho VoATM: Nhận lưu lượng thoại PSTN, nén, tạo gói và chuyển thành các tế bào ATM, chuyển lên mạng ATM và ngược lại

SURPASS hiA là hệ thống truy nhập đa dịch vụ (Multi-Service Acces) nằm ở lớp truy nhập của NGN, phục vụ cho truy nhập thoại, xDSL và các dịch vụ số liệu trên một nền mạng duy nhất Để cung cấp các giải pháp truy nhập, SURPASS hiA có thể kết hợp với các tổng đài EWSD hiện có qua giao diện V5.2, cũng như cùng với SURPASS hiQ tạo nên mạng thế hệ mới SURPASS hiA được phân chia thành nhiều loại theo các giao diện hỗ trợ (hỗ trợ thoại, xDSL, truy nhập băng rộng, leased-line,

Khai báo và quản lý dịch vụ

Quản lý kết nối Quản lý

IP,ATM,FR.

CABLE V« tuyÕn

Định tuyến/ chuyển mạch Định tuyến/ chuyển mạch

kết nối Internet trực tiếp Kết hợp chức năng cửa ngõ trung gian tích hợp, gồm cả VoIP/VoATM) thành các loại SURPASS hiA 7100, 7300, 7500 Để quản lý tất cả hệ thống của SURPASS, Siemens đưa ra hệ thống quản lí NetManage.

Hệ thống quản lý này sử dụng giao thức quản lý mạng SNMP và chạy trên nền JAVA/CORBA, có giao thức HTTP để có thể quản lý qua WEB

1.6.2 Giải pháp NGN của Alcatel

Alcatel đưa ra mô hình NGN với các lớp: lớp truy nhập và truyền tải, lớp trung gian, lớp điều khiển và lớp dịch vụ mạng

Hình 1.8: Mô hình NGN của Alcatel

Alcatel giới thiệu các chuyển mạch đa dịch vụ, đa phương tiện 1000MME10 và Alcatel 1000 Softswitch cho giải pháp xây dựng NGN Trong đó họ sản phẩm 1000MME10 là các hệ thống cơ sở để xây dựng mạng viễn thông thế hệ mới từ mạng hiện có Năng lực xử lí của hệ thống rất lớn so với các hệ thống E10 trước đây, lên tới

8 triệu BHCA, tốc độ chuyển mạch ATM có thể đạt tới 80Gb/s Đặc điểm lớn nhất của

hệ thống này là luôn chuyển một số chức năng liên quan đến điều khiển cuộc gọi như chương trình kết nối ATM bán cố định, chương trình xử lí số liệu cho việc lập kế hoạch đánh số, định tuyến, điểm điều khiển dịch vụ nội hạt, quản lý kết nối băng thông… lên máy chủ (Server) chạy trên UNIX

Hệ thống có thể giải quyết những vấn đề sau:

- Gateway trung kế: Hỗ trợ kết nối giữa các mạng thoại dùng TDM và mạng chuyển mạch gói Hệ thống này gồm gateway cho thoại qua ATM và thoại qua IP

Các dịch vụ mạng độc lậpThiết bị mạng

- Gateway truy nhập: Hệ thống này thực hiện kết nối đến thuê bao, tập trung các loại lưu lượng POST, ISDN, ADSL,ATM,IP và chuyển đến mạng chuyển mạch gói Hệ thống cũng cung cấp các chức năng xác nhận, cho phép kết nối, thống kê và các kết cuối băng hẹp, băng rộng.

- Tổng đài chuyển mạch gói: Có chức năng hỗn hợp chuyển mạch/định truyến nằm ở phần lõi hay biên của mạng chuyển mạch gói Thiết bị này truyền tải thông tin giữa gateway trung kế và gateway truy nhập

1.6.3 Mô hình và giải pháp mạng của Nortel

Nortel giới thiệu các sản phẩm tương ứng với họ sản phẩm OP Tera Packet và Passport 15000 Họ sản phẩm của OP Tera Packet cho lớp điều khiển, OP Tera Packet Core cho lớp truyền tải đường trục , Passport cho hệ thống chuyển mạch và Access Multi-service Mục tiêu chính của Nortel là hoàn thiện mạngu lõi đảm bảo hợp nhất mạng thoại và số liệu để có thể cung cấp các dịch vụ IP, ATM bằng cách đưa ra khối lõi IP/MPLS bao gồm lõi IP router và chuyển mạch MPLS có dung lượng lớn (19,2 Tb/s) và có giao diện quang 2.5Gb/s (có khả năng mở rộng dến 10Gb/s) Hệ thống chuyển mạch Passport trên cơ sở ghép ATM và IP/MPLS có khả năng cung cấp đa dịch vụ cho thuê bao với dung lượng 40 Gb/s và có khả năng mở rộng lên tới vài Terabit/s Nortel đưa ra mô hình kết hợp mạng ATM/IP với mạng hiện tại như trên hình 1.9

Hình 1.9: Kết hợp mạng ATM/IP với mạng hiện thời

Chuyển mạch TDM Chuyển

Mạng băng hẹp TDM

Thoại trên ATM/IP

Cổng thoại gói

Cổng thoại gói

Server



Chuyển mạch TDM

Họ sản phẩm Passport được giới thiệu gồm Passport 7000, 15000, 15000-VSS

và 15000 BSN được sử dụng như phần lõi của mạng chuyển mạch hoặc như loại MG của lớp kết nối trong mạng NGN Hệ thống mạng lõi Passport 15000 được xây dựng trên các chuẩn PNNI, IISP và DPRS, tích hợp IP trên ATM cũng như MPLS với ATM

để có thể cung cấp các dịch vụ một cách toàn diện Đặc biệt đối với khả năng MPLS phối hợp định tuyến, đấu chéo các lưu lượng dữ liệu cho các dịch vụ FR, IP và ATM đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS, ngoài ra có khả năng hợp nhất điều khiển phục vụ cho ứng dụng Packet/Optical

1.6.4 Mô hình và giải pháp mạng của Ericsion

Ericsson giới thiệu giải pháp cho mạng thế hệ sau có tên là ENGINE ENGINE tạo ra một mạng lõi cung cấp nhiều dịch vụ trên cơ sở một hạ tầng mạng duy nhất Nó bao gồm toàn bộ các sản phẩm mạng đa dịch vụ của Ericsson đó là một tập hợp các giải pháp và sản phẩm

Hình 1.10: Cấu trúc mạng thế hệ sau của Ericsson

Cấu trúc mạng thế hệ sau ENGINE hướng tới các ứng dụng, cấu trúc này dựa trên các liên hệ Client/Server và Gateway/Server Các ứng dụng gồm có phần Client

Máy chủ PLMN

Máy chủ PSTN/

ISDN

MG

MG W

MGW

Mạng truy nhập vô tuyến

Mạng truy nhập hữu tuyến

PBX/LAN Intranet

Các mạng điện thoại khác

Mạng đa dịch vụ khác

Mạng đường trục

Ứng dụng

Điều khiển

trên máy đầu cuối, các server trong mạng giao tiếp với nhau qua các giao diện mở và hướng tới mạng độc lập với dịch vụ

- Lớp dịch vụ/điều khiển bao gồm các server có chức năng điều khiển các cuộc gọi PSTN/ISDN và số liệu, cung cấp dịch vụ mạng thông minh IN, Multimedia thời gian thực trên cơ sở hệ thống xử lý AXE của Ericsson

- Lớp truyền tải xử lý các thông tin người sử dụng, chuyển mạch và định tuyến lưu lượng hay còn gọi là lớp vận chuyển với phần lõi chuyển mạch chính là ATM AXD 301 có dung lượng từ 10 đến 160 Gb/s và có khả năng

mở rộng đến 2500 Gb/s trong tương lai Đồng thời hệ thống chuyển mạch ATM AXD 301 có thể được sử dụng như một giao diện giữa mạng lõi và mạng truy nhập khác: mạng cố định, mạng vô tuyến cố định và mạng di động

- Lớp truy nhập đảm bảo khả năng truy nhập của thuê bao từ các mạng cố định, vô tuyến cố định, di động và các mạng truy nhập khác Ericsson giới thiệu sản phẩm ENGINE access ramp gồm các dòng sản phẩm đáp ứng yêu cầu của giải pháp mạng cần triển khai (truy nhập băng hẹp, chuyển mạch đơn, tích hợp ATM…) Đôi với cấu hình truy nhập băng hẹp, việc chuyển mạch sẽ do chuyển mạch nội hạt thực hiện Để cung cấp các dịch vụ ATM, ENGINE access ramp sẽ phối hợp với mạng ATM công cộng

CHƯƠNG II MẠNG TRUYỂN TẢI NGN

Một trong các đặc tính chính của NGN là tách riêng các dịch vụ với mạng, cho phép chúng có thể phát triển độc lập Do đó trong cấu trúc NGN có sự phân chia rõ ràng giữa các chức năng của dịch vụ và các chức năng truyền tải Lưu lượng NGN là tuỳ biến theo nhu cầu của khách hàng với các dịch vụ được cung cấp ngày càng chiếm băng thông rất lớn như các dịch vụ đa phương tiện, TV theo yêu cầu, Game trực tuyến, hội nghị truyền hình… Điều này đòi hỏi mạng truyền tải NGN phải đảm bảo độ tin cậy

và hiệu năng hoạt động cao

Chương này sẽ tìm hiểu về các công nghệ truyền tải NGN Đầu tiên, thảo luận

bộ giao thức TCP/IP và IPv6 là kiến trúc nền tảng của mạng Internet ngày nay và cũng

là nền tảng của NGN Tiếp đến là các giao thức định tuyến cơ bản trong mạng IP như RIP, OSPF, BGP Các giao thức này đóng vai trò rất quan trọng trong sự hình thành nên mạng NGN Phần cuối cùng của chương, sẽ giới thiệu về các công nghệ lớp 2 – Các công nghệ truyền tải lớp liên kết dữ liệu, trong đó tập trung vào công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS – công nghệ truyền tải chủ yếu có trong các giải pháp hiện nay của NGN

2.1 Bộ giao thức TCP/IP và IPv6

ø n g d ô ng

t r ×nh diÔn

Ph iª n Giao vËn M¹ ng Liª n kÕt d÷ l iÖu VËt l ý

ø ng dô n g

Giao vËn Liª n M¹ n g

Tr u y c ẬP m¹ ng

Hình 2.1: Mô hình OSI và TCP/IP

TCP/IP được phát triển trước mô hình OSI Do đó, các tầng trong TCP/IP không tương ứng hoàn toàn với các tầng trong mô hình OSI Chồng giao thức TCP/IP biểu diễn trên hình 2.1 được chia thành bốn lớp: truy cập mạng mạng (network interface), liên mạng (internet), giao vận (transport) và ứng dụng (application)

Ping SMTP FTP Telnet NNTP etc NFSRPC DNS TFTP BOOTP etc

Hình 2.2: Mô hình phân lớp chức năng của bộ giao thức TCP/IP

2.1.1 Lớp ứng dụng

Lớp ứng dụng điều khiển chi tiết từng ứng dụng cụ thể Nó tương ứng với các lớp ứng dụng, trình diễn trong mô hình OSI Lớp ứng dụng bao gồm các giao thức mức cao, mã hóa, điều khiển hội thoại… Các dịch vụ ứng dụng như SMTP, FTP, TFTP… Hiện nay có hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn các giao thức thuộc lớp này Các chương trình ứng dụng giao tiếp với các giao thức ở lớp giao vận để truyền và nhận dữ liệu Chương trình ứng dụng truyền dữ liệu ở dạng yêu cầu đến lớp vận chuyển để xử lý trước khi chuyển xuống lớp Internet để tìm đường đi

2.1.2 Lớp giao vận

Lớp giao vận chịu trách nhiệm chuyển phát toàn bộ thông báo từ tiến tiến trình Tại lớp này có hai giao thức là TCP và UDP Mỗi giao thức cung cấp một loại dịch vụ giao vận: hướng kết nối và phi kết nối

trình-tới-a Giao thức TCP

Một giao thức lớp giao vận thường có nhiều chức năng Một trong số đó là tạo một truyền thông tiến trình-tới-tiến trình Để thực hiện điều này, TCP sử dụng cổng Một chức năng khác của giao thức lớp giao vận là tạo một cơ chế điều khiển luồng và điều khiển lỗi ở mức giao vận TCP sử dụng giao thức cửa sổ trượt để thực hiện điều khiển luồng Nó sử dụng gói xác nhận, thời gian chờ và truyền lại để thực hiện điều khiển lỗi

TCP là một giao thức hướng kết nối Nó có trách nhiệm thiết lập một kết nối với phía nhận, chia luồng dữ liệu thành các đơn vị có thể vận chuyển, đánh số chúng

và sau đó gửi chúng lần lượt

Điều khiển luồng

Điều khiển luồng định nghĩa lượng dữ liệu mà nguồn có thể gửi trước khi nhận một xác nhận từ đích Trong trường hợp đặc biệt, giao thức lớp giao vận có thể gửi một byte dữ liệu và đợi xác nhận trước khi gửi byte tiếp theo Nhưng nếu làm như vậy, quá trình gửi sẽ diễn ra rất chậm Nếu dữ liệu phải đi qua đoạn đường dài thì nguồn sẽ

ở trạng thái rỗi trong khi đợi xác nhận

Trong trường hợp đặc biệt khác, giao thức lớp giao vận có thể gửi tất cả dữ liệu

nó có mà không quan tâm tới xác nhận Làm như vậy sẽ tăng tốc độ truyền, nhưng có thể làm tràn ngập trạm đích (trạm đích không xử lý kịp) Bên cạnh đó, nếu một phần

dữ liệu bị mất, bị nhân đôi, sai thứ tự hoặc bị hỏng thì trạm nguồn sẽ không biết

TCP sử dụng một giải pháp cho cả hai trường hợp đặc biệt này Nó định nghĩa một cửa sổ, đặt cửa sổ này lên bộ đệm gửi và chỉ gửi lượng dữ liệu bằng kích thước cửa sổ

Điều khiển lỗi

TCP là một giao thức giao vận tin cậy Ngoài điều khiển luồng, TCP còn điều khiển lỗi Điều khiển lỗi gồm các cơ chế phát hiện phân đoạn bị hỏng, bị mất, sai thứ

tự hoặc nhân đôi Nó cũng gồm cơ chế sửa lỗi sau khi chúng được phát hiện

Phát hiện lỗi trong TCP được thực hiện thông qua việc sử dụng ba công cụ đơn giản: tổng kiểm tra, xác nhận và THỜI GIAN CHỜ(time-out) Mỗi phân đoạn có chứa một trường tổng kiểm tra để phát hiện phân đoạn lỗi Nếu phân đoạn lỗi, nó sẽ bị máy thu bỏ đi TCP sử dụng phương pháp xác nhận để thông báo sự nhận các gói đã tới đích mà không hỏng Không có xác nhận phủ định (xác nhận gói hỏng) trong TCP Nếu một phân đoạn không được xác nhận trước khi hết hạn thì nó được xem như bị hỏng hoặc bị mất trên đường đi

Cơ chế sửa lỗi trong TCP cũng rất đơn giản TCP nguồn đặt một bộ định thời cho mỗi phân đoạn được gửi đi Bộ định thời được kiểm tra định kỳ Khi nó tắt, phân đoạn tương ứng được xem như bị hỏng hoặc bị mất và nó sẽ được truyền lại

b Giao thức UDP

UDP (User Datagram protocol) là một giao thức truyền thông phi kết nối và không tin cậy, được dùng thay thế cho TCP ở trên mạng IP theo yêu cầu của ứng dụng UDP có trách nhiệm truyền các thông báo từ tiến trình-tới-tiến trình, nhưng không cung cấp các cơ chế giám sát và quản lý

UDP cũng cung cấp cơ chế gán và quản lý các số cổng để định danh duy nhất cho các ứng dụng chạy trên một trạm của mạng Do ít chức năng phức tạp nên UDP có

xu thế hoạt động nhanh hơn so với TCP Nó thường được dùng cho các ứng dụng không đòi hỏi độ tin cậy cao trong giao vận Khuôn dạng của UDP datagram có các vùng tham số đơn giản hơn nhiều so với gói tin TCP

2.1.3 Lớp liên mạng

Lớp liên mạng trong chồng giao thức TCP/IP tương ứng với lớp mạng trong mô hình OSI Chức năng chính của tầng mạng là đánh địa chỉ lôgic và định tuyến gói tới đích Giao thức đáng chú ý nhất ở lớp liên mạng chính là giao thức liên mạng (IP – Internet Protocol) Ngoài ra còn có một số giao thức khác như giao thức thông điệp điều khiển Internet (ICMP), giao thức phân giải địa chỉ (ARP) và giao thức phân giải địa chỉ ngược (RARP) Chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu các giao thức này

IP được thiết kế cho mạng chuyển mạch gói Mỗi datagram được xử lý độc lập, mỗi gói có thể đi tới đích trên một đường đi khác nhau, chúng có thể đến sai thứ tự Một số datagram có thể bị mất, bị hỏng trong khi truyền IP dựa vào một giao thức tầng cao hơn để xử lý những vấn đề này

Giao thức IP cung cấp một hệ thống đánh địa chỉ có phân cấp, độc lập với phần cứng và đưa ra các dịch vụ cần thiết cho việc phân phối dữ liệu trên một mạng định tuyến phức tạp Mỗi bộ thiết bị mạng trên mạng TCP/IP có một địa chỉ IP duy nhất

Các địa chỉ IP trên mạng được tổ chức sao cho có thể chỉ ra được vị trí của host hay mạng con nơi host cư trú - bằng cách nhìn vào địa chỉ

Giao thức ICMP

Như đã trình bày ở trên, IP là giao thức chuyển gói phi kết nối và không tin cậy

Nó được thiết kế nhằm mục đích sử dụng có hiệu quả tài nguyên mạng IP cung cấp dịch vụ chuyển gói nỗ lực tối đa Tuy nhiên nó có hai khuyết điểm: thiếu điều khiển lỗi

và thiếu các cơ chế hỗ trợ

Giao thức thông báo điều khiển liên mạng (ICMP – Internet Control Message Protocol) được thiết kế để bù đắp hai khuyết điểm trên Nó được đi kèm với giao thức IP

Giao thức ARP và RARP

Để chuyển phát gói tới một trạm hoặc một router, cần có hai mức đánh địa chỉ: lôgic và vật lý Do vậy, chúng ta cần có thể ánh xạ giữa hai địa chỉ này Giao thức phân giải địa chỉ (ARP – Address Resolution Protocol) chuyển đổi địa chỉ lôgic thành địa chỉ vật lý Giao thức phân giải địa chỉ ngược (RARP – Reverse Address Resolution Protocol) chuyển đổi địa chỉ vật lý thành địa chỉ lôgic

2.1.4 Lớp truy cập mạng

Cung cấp giao tiếp với mạng vật lý Thông thường lớp này bao gồm các phần mềm điều khiển thiết bị trong hệ thống vận hành và các card giao diện mạng tương ứng trong đầu cuối Lớp này thực hiện nhiệm vụ điều khiển tất cả các chi tiết phần cứng hoặc thực hiện giao tiếp vật lý với các phương tiện (hoặc với bất kỳ môi trường nào được sử dụng) Cung cấp cơ chế kiểm soát lỗi dữ liệu phân bố trên mạng vật lý Lớp này không định nghĩa một giao thức riêng nào cả, nó hỗ trợ tất cả các giao thức chuẩn và độc quyền Ví dụ: Ethernet, Tocken Ring, FDDI, X.25, wireless, Async, ATM, SNA…

2.1.5 IPv6

a IPv4

Mỗi địa chỉ IPv4 gồm 4 byte (32 bít), định nghĩa hai phần: địa chỉ mạng (NetID)

và địa chỉ trạm (HotID) Các phần này có chiều dài khác nhau tuỳ thuộc vào lớp địa chỉ Các bít đầu tiên trong phần địa chỉ mạng xác định lớp của địa chỉ IP

Địa chỉ IPv4 được chia làm 5 lớp, ký hiệu là A, B, C, D và E Chiều dài phần địa chỉ mạng và phần địa chỉ trạm của các lớp là khác nhau Cấu trúc của các lớp được chỉ

FDEC BA98 7654 1234 ABCD 13AC FDEC FFFF

11111101111101100 ……… 1111111111111111

128 bit = 16 byte = 32 sè hexa

Hình 2.3: Cấu trúc địa chỉ IPv6

Trong IPv6, giao thức IP được thay đổi để điều tiết sự thay đổi không thể đoán trước của Internet Định dạng và chiều dài của địa chỉ IP được thay đổi cùng với định dạng gói Các giao thức liên quan như ICMP cũng được thay đổi Các giao thức khác ở lớp liên mạng như ARP, RARP và IGMP không còn Chức năng của chúng được đưa vào giao thức ICMP Các giao thức định tuyến, như RIP và OSPF, cũng có chút sửa đổi

để thích ứng những thay đổi này

IPv6 có một số ưu điểm so với IPv4:

- Khoảng địa chỉ lớn hơn Địa chỉ IPv6 dài 128 bít, nghĩa là gấp bốn lần chiều dài địa chỉ IPv4

- Định dạng tiêu đề tốt hơn IPv6 sử dụng định dạng tiêu đề mới, trong đó các tùy chọn được tách khỏi phần tiêu đề cơ sở và nếu cần, được thêm vào giữa phần tiêu đề cơ sở và dữ liệu Do vậy, làm đơn giản và tăng tốc độ xử lý định tuyến vì hầu hết các tùy chọn đều không cần được router kiểm tra.

- Các tùy chọn mới IPv6 có một số tùy chọn mới cho phép các chức năng bổ sung

- Cho phép mở rộng IPv6 được thiết kế để cho phép mở rộng khi có yêu cầu

- Hỗ trợ cấp phát tài nguyên Trong IPv6, trường loại dịch vụ được bỏ đi, nhưng một cơ chế (được gọi là nhãn luồng) được thêm vào để cho phép nguồn yêu cầu xử lý gói đặc biệt Cơ chế này có thể được sử dụng để hỗ trợ lưu lượng video hoặc âm thanh thời gian thực

- Bảo mật hơn Tùy chọn mật mã và chứng thực trong IPv6 cung cấp tính toàn vẹn và tính bảo mật của gói

a Chiến lược chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6

Do số lượng nút trên Internet là một con số khổng lồ, nên việc chuyển dịch từ IPv4 sang IPv6 không thể xảy ra đột ngột Phải mất một khoảng thời gian đáng kể để các hệ thống trên Internet có thể chuyển từ IPv4 sang IPv6 Việc chuyển dịch phải trôi chảy để không có vấn đề gì giữa hệ thống IPv4 và IPv6

Ba chiến lược đã được IETF phát triển để sự chuyển dịch trôi chảy hơn, gồm: chồng giao thức kép, đường hầm và dịch tiêu đề

Chồng giao thức kép

Chiến lược này khuyến nghị rằng mọi trạm trước khi di trú hoàn toàn sang IPv6, phải có một chồng giao thức kép Nói cách khác, một trạm phải chạy IPv4 và IPv6 đồng thời cho đến khi toàn bộ Internet đều sử dụng IPv6

Đường hầm

Đường hầm là chiến lược được sử dụng khi hai đầu cuối IPv6 muốn truyền thông với nhau, nhưng gói phải đi qua một khu vực sử dụng IPv4 Để qua khu vực này, gói phải có một địa chỉ IPv4 Gói IPv6 được đóng gói trong gói IPv4 khi nó đi vào khu vực, và được mở gói khi nó rời khỏi khu vực Dường như gói IPv6 đi vào đường hầm

ở một đầu và ló ra ở đầu kia

Dịch tiêu đề

Chiến lược dịch tiêu đề cần thiết khi phần lớn Internet đã chuyển sang IPv6 và chỉ còn một phần nhỏ sử dụng IPv4 Máy gửi muốn sử dụng IPv6, nhưng trạm nhận không hiểu IPv6 Đường hầm không hoạt động trong trường hợp này vì gói phải ở

định dạng IPv4 để trạm nhận có thể hiểu được Trong trường hợp này, định dạng tiêu

đề phải được thay đổi toàn bộ thông qua quá trình dịch tiêu đề Tiều đề IPv6 được chuyển đổi thành tiêu đề IPv4

b Các kĩ thuật biên dịch

Kỹ thuật biên dịch không trạng thái IP/ICMP (SIIT – Stateless IP/ICMP Translation)

Trong giai đoạn đầu của quá trình chuyển giao IPv4-IPv6, chúng ta cần có các

cơ chế cho sự liên lạc giữa các node IPv4 và IPv6 Các node IPv6 có thể là các node

có khả năng IPv4 (nghĩa là các node có thể triển khai IPv4 nhưng chưa chắc đã được gán địa chỉ IPv4) hoặc không có khả năng đó Khi đó để liên lạc giữa các node thì kĩ thuật SIIT được sử dụng Kĩ thuật SIIT là kỹ thuật được sử dụng trong quá trình biên dịch giữa IPv4 và IPv6, chúng nhằm cho việc liên lạc giữa các node IPv4 thuần nhất

và các node IPv6 thuần nhất Chúng biên dịch giữa các header IPv4 và IPv6 bao gồm

cả header ICMP Bộ biên dịch SIIT được cài đặt và cấu hình trong các bộ định tuyến dual stack Các tình huống có thể xảy ra trong quá trình chuyển đổi gồm:

- Khi thiết lập một mạng mới với toàn các node triển khai IPv6 thì không cần thiết lập định tuyến IPv4 trong mạng đó Tuy nhiên có thể có một vài node IPv6 cần liên lạc với các node IPv4 trong mạng Internet hiện tại, khi đó kĩ thuật SIIT được sử dụng tại biên giới mạng

- Chúng ta cần có một mạng IPv4 và thêm vào đó nhiều node IPv6 Các node IPv6 có thể triển khai cả hai stack IPv4 và IPv6 nhưng không thể có để gán thường chú cho các node đó

NAT-PT

Kỹ thuật chuyển đổi địa chỉ (Network Address Translation – Protocol Translation NAT-PT) là một kỹ thuật rất tốt tại biên giới của mạng IPv6 chỉ có một đường ra khi nó liên kết với mạng IPv4 hay mạng kết hợp IPv4 và IPv6 NAT-PT cho phép các host thuần và các ứng dụng IPv6 có thể liên lạc với các host thuần và các ứng dụng IPv4 và ngược lại NAT-PT sử dụng một tập hợp địa chỉ IPv4 để gán cho các node IPv6 dựa trên cơ chế cấp phát động để tạo thành phiên giao dịch qua biên giới IPv4-IPv6 Các địa chỉ IPv4 được dùng trong kỹ thuật NAT-PT là địa chỉ toàn cầu NAT-PT sẽ ánh xạ địa chỉ IPv4 sang địa chỉ IPv6 và ngược lại để cung cấp một cơ chế định tuyến trong suốt đối với các gói tin liên lạc giữa chúng Cơ chế này không cần đòi hỏi phải nâng cấp ở các node đầu cuối và nó cung cấp một sự định tuyến trong suốt đối với các node đầu cuối Chúng ta không nên dùng NAT-PT cùng với bất kỳ kỹ thuật IPv6 trên IPv4 thông qua đường ống NAT-PT chỉ nên sử dụng trong sự chuyển đổi qua lại giữa IPv4 thuần nhất và IPv6 thuần nhất

Kỹ thuật BIS (Bump-In-the-Stack) là kỹ thuật cho phép các ứng dụng không có khả năng IPv6 chạy trên các host IPv4 có khả năng liên lạc với các host IPv6 bằng cách thêm vào stack IPv4 3 thủ tục nhỏ giữa tầng ứng dụng và tầng mạng là thủ tục phân giải tên mở rộng, ánh xạ địa chỉ và biên dịch Ý tưởng cơ bản ở đây là khi ứng dụng IPv4 cần liên lạc với host IPv6 thì địa chỉ IPv6 của host đó được ánh xạ sang địa chỉ IPv4 nằm ngoài khoảng địa chỉ nội bộ cho các host dual-stack

Kỹ thuật này thật sự có lợi trong giai đoạn đầu của quá trình chuyển đổi IPv4

và IPv6 ở những nơi mà một vài ứng dụng chưa thay đổi sang IPv6 Điều này là có lợi cho người sử dụng Kỹ thuật này cho phép các ứng dụng trong một host có thể liên lạc với tất cả các host IPv4 và IPv6

Kỹ thuật này chỉ có thể dùng cho địa chỉ unicast mà không thể dùng cho địa chỉ multicast Và mặc dù nó cho phép các host có thể liên lạc với các host IPv4 thông qua các ứng dụng IPv4 nhưng điều này không thể áp dụng cho các ứng dụng sử dụng lựa chọn IPv4 vì ta không thể chuyển đổi mọi lựa chọn IPv4 sang IPv6

2.2 Các giao thức về định tuyến và thiết bị kết nối mạng

2.2.1 Cơ bản về định tuyến

Định tuyến là hành động di chuyển thông tin trong liên mạng, từ nguồn đến đích Nó là một chức năng được thực hiện ở tầng mạng Chức năng này cho phép router đánh giá các đường đi sẵn có tới đích Để đánh giá đường đi, định tuyến sử dụng các thông tin tôpô mạng Các thông tin này có thể do người quản trị thiết lập hoặc được thu lượm thông qua các giao thức định tuyến

Quá trình định tuyến

Khi định tuyến dữ liệu từ nguồn đến đích, router thường chuyển tiếp gói từ một liên kết dữ liệu (mạng) này đến một liên kết dữ liệu khác, sử dụng hai chức năng cơ bản:

- Xác định đường đi (path determination)

- Chuyển mạch (switching)

Chức năng xác định đường đi chọn ra một đường đi tối ưu đến đích theo một

tiêu chí nào đó (chẳng hạn chiều dài đường đi) Để trợ giúp cho quá trình xác định đường đi, các giải thuật định tuyến khởi tạo và duy trì bảng định tuyến, bảng này chứa thông tin về các tuyến tới đích

Khi đường đi tối ưu được xác định, bước nhảy tiếp theo gắn với đường đi này cho router biết phải gửi gói đi đâu để nó có thể đến đích theo đường đi tối ưu đó