TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
Tính cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn của luận văn
Tại Việt Nam, các nhà mạng di động như Vinaphone, Mobifone, Viettel và Vietnammobile đang sử dụng mạng MAN-E từ Cisco hoặc Huawei Công ty thông tin di động VMS cùng với Viettel và FPT cũng tham gia vào việc triển khai các giải pháp mạng này trên toàn quốc.
Các nhà cung cấp dịch vụ đã đầu tư vào thiết bị truyền tải IP và áp dụng mạng MPLS để nâng cao chất lượng dịch vụ và điều khiển lưu lượng Tuy nhiên, với yêu cầu ngày càng cao từ khách hàng và sự cạnh tranh gay gắt giữa các nhà mạng, việc tận dụng tài nguyên mạng hiện có để giảm chi phí sản xuất và nâng cao lợi nhuận trở nên vô cùng quan trọng Do đó, các nhà cung cấp dịch vụ liên tục tìm kiếm giải pháp mới nhằm tối ưu hóa hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng và cải thiện chất lượng dịch vụ Luận văn này trình bày các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng, từ đó giúp giữ chân khách hàng và thu hút thêm nhiều khách hàng mới, điều này là yếu tố sống còn cho sự phát triển của mỗi doanh nghiệp.
Mục đích nhiệm vụ của luận văn
Luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng giải pháp MPLS-TE trên mạng MAN-E để tối ưu hóa việc thu gom lưu lượng từ các mạng IP và ATM truyền thống, nhằm giải quyết vấn đề chuyển mạch và lưu chuyển lưu lượng Điều này góp phần cung cấp đa dạng dịch vụ như hội nghị truyền hình, xem phim theo yêu cầu, giáo dục từ xa, và truyền hình IP Mạng MAN-E Viễn thông Hậu Giang sẽ được khảo sát cấu trúc tổng quan và phát triển, đồng thời ứng dụng kỹ thuật MPLS-TE vào phần lõi mạng kết hợp với QoS DiffServ để nâng cao chất lượng dịch vụ Mục tiêu là đảm bảo cung cấp dịch vụ liên tục cho khách hàng, mang lại hiệu quả kinh tế cho đơn vị, và định hướng phát triển mạng MAN-E trong tương lai, bao gồm cả việc triển khai trên toàn hệ thống mạng của VNPT.
Giới hạn của luận văn
- Đề tài này thực hiện đối với địa chỉ IPv4 và chế độ truyền multicast
Đề tài này nghiên cứu sâu về kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE, mô hình chất lượng dịch vụ QoS DiffServ và các giao thức triển khai trong mạng MAN-E, nhằm nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống mạng.
- Các dịch vụ đang triển khai trên mạng MAN-E Viễn thông Hậu Giang và kết quả đạt được
Đánh giá chất lượng dịch vụ trên mạng MAN-E cho thấy việc áp dụng kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE kết hợp với QoS DiffServ mang lại hiệu quả vượt trội so với tình trạng mạng hiện tại đang triển khai trên mạng Core của Viễn thông Hậu Giang Sự cải thiện trong chất lượng dịch vụ không chỉ nâng cao trải nghiệm người dùng mà còn tối ưu hóa hiệu suất mạng, đáp ứng tốt hơn nhu cầu ngày càng cao trong lĩnh vực viễn thông.
- Luận văn sử dụng phần mềm Opnet 14.5 để mô phỏng và đánh giá hiệu quả của giải pháp.
Nội dung của luận văn
Chương 1: Trình bày về các vấn đề liên quan của luận văn như nội dung, nhiệm vụ, mục đích, phạm vi của luận văn Các công trình khoa học liên quan đến luận văn, cũng như tính thực tiễn của luận văn
Chương 2: Trình bày cơ sở lý thuyết MPLS và các vấn đề liên quan đến công nghệ MPLS, kỹ thuật điều khiển lưu lượng MPLS-TE
Chương 3: Trình bày cấu trúc mạng MAN-E của Viễn thông Hậu Giang, khái niệm chất lượng dich vụ HSI, VoIP, VoD, IPTV, VPN layer2, VPN layer3, dịch vụ 3G, mô hình chất lượng dịch vụ QoS đang triển khai trên mạng, từ đó phân tích đề xuất hướng phát triển và nâng cấp mạng trong tương lai
Chương 4: Mô phỏng giải pháp MPLS-TE so với mô hình chất lượng dịch vụ QoS hiện đang áp dụng trên mạng core của Viễn thông Hậu Giang Đánh giá kết quả mô phỏng đạt được
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của luận văn.
Phương pháp nghiên cứu
Thu thập, tổng hợp các tài liệu lý thiết cơ bản liên quan đến đề tài
Khám phá các dịch vụ hiện có trên mạng MAN-E của Viễn thông Hậu Giang và định hướng phát triển mạng sau khi tách biệt mạng MAN-E Viễn thông Cần Thơ - Hậu Giang.
Tìm hiểu các kết quả nghiên cứu đã công bố trong nước và quốc tế
Nghiên cứu các giao thức cũng như các kỹ thuật mới ứng dụng nâng cao chất lượng dịch vụ mạng hiện tại
Sử dụng phần mềm OPNET 14.5 để thực hiện mô phỏng
Tổng hợp viết báo cáo.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT MPLS VÀ ỨNG DỤNG CỦA MPLS
Giới thiệu về công nghệ MPLS
Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là sự tiến bộ của các công nghệ chuyển mạch IP, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như ATM nhằm tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến IP MPLS được thiết kế với ý tưởng định tuyến tại biên và chuyển mạch ở lõi, giúp tối ưu hóa hiệu suất mạng.
Trong mạng MPLS, gói tin được gán nhãn tại biên mạng và được định tuyến dựa trên các nhãn đơn giản Phương pháp này không chỉ cho phép định tuyến rõ ràng mà còn đảm bảo xử lý phân biệt các gói tin, đồng thời giữ cho các bộ định tuyến ở lõi mạng được đơn giản hóa.
MPLS, mặc dù ban đầu được phát triển để giải quyết vấn đề chuyển tiếp gói tin, nhưng hiện nay nổi bật với khả năng điều khiển lưu lượng trong môi trường mạng.
- Hỗ trợ mềm dẻo cho tất cả các dịch vụ trên một mạng đơn
- Đơn giản hóa topology và cấu hình mạng khi so với giải pháp IP qua ATM
- Tương thích với hầu hết các giao thức định tuyến và các công nghệ khác liên quan đến Internet
- Hoạt động độc lập với các giao thức định tuyến (routing protocol);
- Tìm đường đi linh hoạt dựa vào nhãn (label) cho trước
- Hỗ trợ việc cấu hình quản trị và bảo trì hệ thống (OAM)
- Có thể hoạt động trong một mạng phân cấp
- Có tính tương thích cao
- Có các công cụ điều khiển lưu lượng mạnh mẽ bao gồm cả định tuyến dựa trên kỹ thuật traffic engineering và chuyển mạch bảo vệ.
Kiến trúc MPLS
Miền MPLS (MPLS domain) là một “tập kế tiếp các nút hoạt động định tuyến và chuyển tiếp MPLS” Miền MPLS có thể chia thành miền Lõi MPLS
(MPLS Core) và Biên MPLS (MPLS Edge) như sau:
Si Si Si Si Si Si
Si Si Si Si Si Si Si Si
Si Si Si Si Si Si Si Si
Si Si Si Si Si Si
Si Si Si Si Si Si
Si Si Si Si Si Si
MPLS Edge Transit LSR Transit LSR
Hình 2.1 Các phần tử trong mạng MPLS
Khi một gói tin IP di chuyển qua miền MPLS, nó tuân theo một tuyến được xác định bởi FEC (Phân nhóm Gói tin) mà nó được gán khi vào miền Tuyến này được gọi là Đường chuyển mạch nhãn (LSP – Label Switched Path) và chỉ hoạt động theo một chiều, do đó cần hai LSP để thiết lập một kết nối truyền thông song công.
Các nút có khả năng thực hiện giao thức MPLS và chuyển tiếp các gói tin IP gốc được gọi là Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR - Label Switching Router).
- LSR lối vào (Ingress LSR) có chức năng nhận gói chưa có nhãn và gắn nhãn vào gói tin sau đó chuyển gói tin vào mạng lõi MPLS
- LSR chuyển tiếp (Transit LSR) có nhiệm vụ là nhận gói tin, chuyển đổi nhãn (Label swapping), rồi sau đó chuyển tiếp gói tin này đến trạm kế tiếp
- LSR lối ra (Egress LSR) có chức năng nhận gói tin có nhãn, tiến hành gỡ bỏ nhãn và gửi gói tin vào mạng IP truyền thống
- LSR biên (Edge LSR) thường được sử dụng như là tên chung cho cả LSR lối vào và LSR lối ra
Tại mỗi router, cấu trúc MPLS chia làm 2 phần như sau [17]:
Control Plane trong mạng MPLS chịu trách nhiệm trao đổi thông tin định tuyến thông qua các giao thức như OSPF, EIGRP, IS-IS, RIP và BGP, cùng với thông tin nhãn qua các giao thức LDP (Label Distribution Protocol) hoặc TDP (Tag Distribution Protocol) giữa các Router.
Data Plane: Chuyển mạch gói tin dựa trên các nhãn đã học được
2.2.1 Mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu
Hai thành phần này đóng vai trò quan trọng trong định tuyến cũng như chuyển mạch
Hình 2.3: Hai thành phần mặt phẳng trong chuyển mạch nhãn
Các LSRs thực hiện việc trao đổi thông tin định tuyến và tính toán bảng định tuyến RIB Bảng RIB sau đó được sao chép xuống phần cứng để tạo ra bảng FIB LIB lưu trữ toàn bộ thông tin nhãn, trong khi LFIB chứa kết quả chuyển mạch cuối cùng.
Hình 2.4: Cơ sở hình thành bảng LFIB
Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSRs) sử dụng bảng thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB) để xác định cách xử lý các gói MPLS đến, bao gồm việc xác định nút kế tiếp nhận gói.
Các LSR (Label Switch Routers) trao đổi bản tin điều khiển để thiết lập liên kết và thực hiện các hoạt động khác Sau khi hoàn thành, các LSR ngang hàng sẽ trao đổi bản tin hello, địa chỉ và nhãn để liên kết địa chỉ với nhãn, từ đó xây dựng bảng chuyển tiếp cho mặt phẳng dữ liệu MPLS Nhiệm vụ chính của mặt phẳng điều khiển là quảng cáo nhãn, địa chỉ và thực hiện việc liên kết chúng.
Mặt phẳng dữ liệu MPLS chuyển tiếp lưu lượng bằng cách kiểm tra nhãn trong tiêu đề gói MPLS mà không cần xem xét địa chỉ IP Sau khi tiêu đề nhãn được loại bỏ, địa chỉ IP sẽ được sử dụng để phân phối lưu lượng đến người dùng cuối.
LSP là một đường chuyển mạch từ LSR ngõ vào đến LSR ngõ ra, được thiết lập bởi các nút MPLS nhằm chuyển tiếp các gói đã gán nhãn tương ứng với một FEC thông qua cơ chế chuyển mạch nhãn.
Hình 2.5: Đường chuyển mạch nhãn LSP
2.2.3 Lớp chuyển tiếp tương đương – FEC
Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class) bao gồm các gói được xử lý giống nhau bởi một LSR FEC là tập hợp các gói IP được chuyển tiếp qua cùng một đường chuyển mạch nhãn LSP, được xử lý theo cách tương tự và có thể ánh xạ vào cùng một nhãn bởi LSR, mặc dù thông tin trong header lớp mạng có thể khác nhau.
Hình 2.6: Lớp chuyển tiếp tương đương
Tất cả các gói thuộc cùng một FEC đều có chung một nhãn, nhưng không phải tất cả các gói có cùng nhãn đều thuộc cùng một FEC do giá trị các bits EXP trong nhãn có thể khác nhau Điều này dẫn đến việc xử lý chuyển tiếp gói tin khác nhau, có thể thuộc về một FEC khác Quyết định gói tin thuộc FEC nào do router ngõ vào (Ingress router) thực hiện, vì router này thực hiện chức năng phân loại và dán nhãn, điều này sẽ được làm rõ hơn trong phần mô phỏng mạng.
Trường nhãn trong MPLS có chiều dài 32 bit chứa các thông tin sau :
- 3 bit Experimental dùng cho Class of Service ( IP precedence)
- 1 bit nhận dạng xem có phải là nhãn cuối cùng trong gói tin hay không
- 8 bit Time-to-Live, copy từ gói tin IP
MPLS cho phép nhiều nhãn được thêm vào cùng một gói tin, điều này cho phép MPLS cung cấp nhiều dịch vụ đa dạng khác nhau :
Hình 2.8: Ngăn xếp nhãn (Label Stack)
Ngăn xếp nhãn (Label stack) là tập hợp có thứ tự các nhãn gắn vào packet, cung cấp thông tin tường minh về FEC Các nhãn có thể được thêm hoặc loại bỏ thông qua thao tác pop hay push Cơ chế này cho phép thiết lập các đường ống và tạo ra miền MPLS tổng quát, trong đó các tham số về lớp và dịch vụ được ánh xạ bởi nhãn Kiến trúc này cho phép xử lý từng miền MPLS riêng lẻ với các nhãn tương ứng.
Khi bit S trong nhãn bằng 0, chỉ có một nhãn được sử dụng hoặc đã được xử lý đến đáy ngăn xếp Ngược lại, khi bit S bằng 1, ngăn xếp đang được sử dụng và chỉ có nhãn trên đỉnh ngăn xếp được LSR lấy ra và xử lý.
2.2.4 Giao thức phân phối nhãn LDP
LDP (Label Distribution Protocol) là giao thức mới chuyên dụng cho MPLS, nhằm phân phối nhãn Giao thức này bao gồm các thủ tục và thông điệp mà LSR (Label Switch Router) sử dụng để thiết lập các LSP (Label Switched Paths) trong mạng, thông qua việc ánh xạ thông tin định tuyến ở lớp mạng vào các con đường chuyển mạch tại lớp liên kết dữ liệu.
Trước khi trao đổi thông tin giữa hai LSR đồng cấp, chúng phải thiết lập một phiên LDP LDP sử dụng TCP để vận chuyển tin cậy trong phiên
LDP bao gồm 4 loại thông điệp chính: Discovery, Session, Advertisement và Notification, mỗi loại tương ứng với một chức năng quan trọng Thông điệp Discovery giúp phát hiện hàng xóm, thông điệp Session hỗ trợ thiết lập và duy trì phiên, thông điệp Advertisement dùng để quảng bá nhãn, và thông điệp Notification đảm nhận vai trò thông báo.
Hình 2.9: Giao thức phân phối nhãn LDP
2.2.5 Qúa trình gán nhãn cho gói tin [16] [17]
Xây dựng bảng định tuyến:
Sau khi khởi tạo, các Router sử dụng giao thức định tuyến để tạo bảng định tuyến RIB (Routing Table Information Base), và thông tin này được lưu trữ trong mặt phẳng điều khiển.
- Dựa vào bảng RIB, Router sẽ tạo ra bảng FIB (Forwarding Information Base) và được lưu trữ trong mặt phẳng dữ liệu
Hình 2.10: Xây dựng bảng FIB
Kỹ thuật điều khiển lưu lượng MPLS-TE
2.3.1 Khái niệm kỹ thuật lưu lượng
Kỹ thuật lưu lượng (TE - Traffic Engineering) là phương pháp điều khiển lưu lượng qua mạng nhằm tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên mạng Kỹ thuật này giúp ngăn chặn tình trạng nghẽn tắc ở một phần tử mạng trong khi các phần tử khác chưa được khai thác hết Bên cạnh đó, TE còn đảm bảo rằng đường truyền đáp ứng các thuộc tính nhất định và xác định ưu tiên cho các luồng lưu lượng trong trường hợp xảy ra tranh chấp tài nguyên.
Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng có thể phân theo hai hướng:
Hướng lưu lượng (traffic oriented)
Hướng tài nguyên (resource oriented)
Các mục tiêu hướng lưu lượng nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ (QoS) cho các luồng dữ liệu, bao gồm việc giảm thiểu mất gói và độ trễ, tối đa hóa băng thông, và đảm bảo tuân thủ các hợp đồng mức dịch vụ (LSA) Bên cạnh đó, các mục tiêu hướng lưu lượng bị chặn thống kê cũng đóng vai trò quan trọng trong mô hình dịch vụ phân biệt (diffserv).
Mục tiêu của việc hướng tài nguyên là tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, trong đó băng thông được coi là một tài nguyên quan trọng trong mạng Do đó, kỹ thuật lưu lượng hướng tài nguyên tập trung vào việc quản lý băng thông một cách hiệu quả.
2.3.2 Sự cần thiết của MPLS-TE
Chất lượng dịch vụ (QoS) và khả năng kỹ thuật lưu lượng trên Internet ngày càng trở nên quan trọng, đặc biệt trong việc hỗ trợ các dịch vụ yêu cầu thời gian thực Để đáp ứng nhu cầu này, Internet cần được nâng cấp với các kỹ thuật mới, trong đó MPLS đóng vai trò quan trọng trong mạng IP, cung cấp tính năng kỹ thuật lưu lượng và QoS hiệu quả.
Internet có thể được xem như là một tập các AS (Autonomous System) truyền thông với nhau và chúng sử dụng giao thức EGP (Exterior Gateway
Giao thức IGP (Interior Gateway Protocol) được triển khai trong các AS nhằm kết nối các router, với các giao thức định tuyến link-state như IS-IS và OSPF là ví dụ tiêu biểu Hiện tại, EGP được sử dụng là BGP4, thực hiện truyền thông full-mesh IBGP giữa các IBGP đồng đẳng, mặc dù chúng có thể không kết nối trực tiếp Do đó, cần có một IGP như OSPF hay IS-IS để cung cấp thông tin định tuyến cho IBGP Các giao thức định tuyến link-state IGP phân phối thông tin về tất cả các liên kết trong mạng, cho phép mỗi router tính toán con đường ngắn nhất đến mọi đích bằng thuật toán con đường ngắn nhất và xây dựng bảng chuyển tiếp Tuy nhiên, trong mạng dày đặc, cách tiếp cận này có thể dẫn đến mất cân bằng tải, khi các liên kết không nằm trên con đường chính không được tận dụng, gây lãng phí băng thông Vấn đề này có thể được khắc phục bằng cách tính toán lại các metric của liên kết và áp dụng cân bằng tải, nhưng không cung cấp sự dư thừa động và không phải là đặc điểm của giao thức định tuyến.
Khi một nhà cung cấp dịch vụ thực thi giao thức IGP như OSPF, con đường L1 được xác định là con đường tốt nhất dựa trên giá trị tính toán Tất cả lưu lượng mạng từ nguồn đến đích được định tuyến qua con đường này, dẫn đến việc các con đường L2 và L3, mặc dù còn rảnh rỗi, không được sử dụng Hệ quả là con đường L1 phải gánh chịu tải trọng quá nặng.
Mạng IP gặp phải hạn chế khi chỉ sử dụng một cơ chế điều khiển lưu lượng, cụ thể là thay đổi metric trong các giao thức IGP như OSPF Phương pháp này ảnh hưởng đến tất cả các gói tin đi qua liên kết, không mang lại sự tối ưu động và không phản ánh đúng đặc điểm lưu lượng cũng như khả năng của mạng trong việc đưa ra quyết định định tuyến.
MPLS-TE cho phép các nhà cung cấp dịch vụ xác định một con đường chính xác, tương tự như định tuyến nguồn, qua mạng của họ và kiểm soát lưu lượng trên con đường đó Kỹ thuật lưu lượng cũng thực hiện cân bằng tải không đồng đều dựa trên CEF trên các đường hầm.
Kỹ thuật lưu lượng MPLS sử dụng giao thức RSVP để tự động thiết lập và duy trì đường hầm LSP qua đường trục MPLS thông qua giao thức báo hiệu Tại điểm đầu của đường hầm, các đường hầm được tính toán dựa trên tài nguyên sẵn có, trong khi IGP tự động định tuyến lưu lượng Gói dữ liệu di chuyển qua đường trục MPLS trên một đường hầm đơn, kết nối từ ngõ vào đến ngõ ra Để phân phối nhãn qua miền MPLS, có hai cơ chế chính được sử dụng: giao thức phân phối nhãn định tuyến dựa trên ràng buộc (CR-LDP) và giao thức giành trước tài nguyên (RSVP-TE).
2.3.3 Hoạt động của MPLS-TE:
Hoạt động của MPLS-TE gồm 3 quá trình: Phân phối thông tin tài nguyên hiện có, tính toán đường đi tốt nhất và thiết lập đường truyền [2] [15]
2.3.3.1 Phân phối thông tin tài nguyên
Có 3 vấn đề chính cần giải quyết: thông tin gì được phân phối, khi nào thì thực hiện phân phối thông tin và thông tin được phân phối như thế nào
MPLS-TE sử dụng OSPF/IS-IS để phân phối thông tin về tài nguyên hiện có Các thông tin phân phối bao gồm:
- Thông tin về băng thông hiện có trên interface
- Độ ưu tiên của tunnel
- Trọng số (administrative weight) của interface
Giải thuật SPF sử dụng cost để tính toán đường đi Mặc định TE cost được chọn bằng chính IGP cost
Khi không sử dụng MPLS-TE, IGP sẽ lan truyền thông tin đường truyền khi có sự thay đổi trạng thái kết nối hoặc khi đến chu kỳ lan truyền thông tin mạng MPLS-TE bổ sung yếu tố băng thông vào quyết định truyền thông tin, với các tunnel được thiết lập hoặc loại bỏ dựa trên sự thay đổi băng thông trên interface Tuy nhiên, việc thông báo sự thay đổi băng thông từ router có thể dẫn đến tình trạng flooding thông tin, đặc biệt khi có nhiều tunnel thay đổi, gây tốn tài nguyên mạng tương tự như IGP Do đó, cần thiết lập ngưỡng giới hạn để kiểm soát quá trình này, và thông tin được phân bố thông qua OSPF.
MPLS-TE hiện nay áp dụng thuật toán CSPF để xác định lộ trình tối ưu đến đích CSPF là phiên bản nâng cấp của thuật toán SPF, vẫn giữ nguyên nguyên tắc hoạt động cơ bản của nó.
Di kstra Nếu như SPF chỉ quan tâm đến Cost trên các kết nối thì CSPF đưa cả thông số bandwith vào để tính toán
Sau khi tính toán xong đường đi bằng giải thuật CSPF sẽ thực hiện thiết lập đường truyền thông qua giao thức dự trữ tài nguyên RSVP
RSVP có nhiệm vụ thông báo và duy trì tài nguyên được dự trữ qua mạng Trong MPLS-TE, RSVP thực hiện việc dự trữ băng thông tại mặt phẳng điều khiển mà không áp dụng chính sách lưu lượng trên mặt phẳng chuyển tiếp.
RSVP có ba chức năng cơ bản:
- Thiết lập và duy trì đường đi (Path setup and maintenance)
- Hủy đường đi (Path teardown)
2.3.4 Khái niệm đường hầm lưu lượng :
Mục đích của TE (Traffic Engineering) là kiểm soát các đường chuyển dữ liệu, không chỉ đơn thuần dựa vào định tuyến thông thường Để đạt được điều này, khái niệm "đường hầm lưu lượng" đã được giới thiệu nhằm tối ưu hóa việc quản lý và phân phối lưu lượng mạng.
Hình 2.14: Đường hầm lưu lượng Đường hầm lưu lượng chỉ đơn giản là một bộ sưu tập các luồng dữ liệu chia sẻ một số thuộc tính chung:
- Đơn giản nhất, thuộc tính này có thể được chia sẻ cùng một điểm vào mạng lưới và ra cùng một điểm
Để nâng cao hiệu suất mạng, có thể thiết lập các đường hầm riêng biệt cho từng lớp dịch vụ, như trong mô hình ISP, nơi khách hàng doanh nghiệp sử dụng leased-line nhận được băng thông ưu đãi hơn so với người dùng gia đình Những ưu đãi này không chỉ đảm bảo băng thông mà còn giảm độ trễ và tăng cường sự ưu tiên trong việc truyền tải dữ liệu Việc xác định các đường hầm lưu lượng yêu cầu hiểu biết sâu sắc về các luồng lưu lượng trong mạng, từ đó tạo ra cái nhìn tổng quan về lưu lượng mạng thông qua việc phân tích các lối vào và lối ra tương ứng.
2.3.5 Các đặc điểm của đường hầm lưu lượng TE:
Chất lượng dịch vụ QoS
Chất lượng dịch vụ mạng là một mối quan tâm hàng đầu của cả người dùng và nhà cung cấp Sự bùng nổ của các dịch vụ trên nền IP đã tạo ra nhiều yêu cầu và giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ Để đánh giá chất lượng dịch vụ, các thông số mạng như mức độ mất gói, độ trễ, trượt và xác suất tắc nghẽn được sử dụng Đặc điểm và số lượng các tham số này phụ thuộc chủ yếu vào cấu trúc mạng cung cấp dịch vụ.
Chất lượng dịch vụ của mạng thông tin, đặc biệt là mạng MAN-E, được đánh giá qua mức độ hài lòng của người dùng Mặc dù sự hài lòng này phụ thuộc vào loại dịch vụ và sự chấp nhận của người dùng, chất lượng dịch vụ thường được đo bằng các chỉ số như độ trễ gói, độ biến động trễ (jitter), tỷ lệ mất gói và băng thông cần thiết cho các ứng dụng.
Trễ tổng thể là khoảng thời gian chênh lệch giữa thiết bị phát và thiết bị thu tín hiệu, còn được gọi là trễ tích lũy Mỗi thành phần trong tuyến kết nối, bao gồm thiết bị phát, hệ thống truyền dẫn, thiết bị chuyển mạch và định tuyến, đều có khả năng gây ra trễ, ảnh hưởng đến hiệu suất truyền tải dữ liệu.
Trễ hàng đợi là yếu tố chính gây ra sự biến động về thời gian trễ trong các hệ thống mạng, ảnh hưởng từ đầu cuối này đến đầu cuối khác Sự biến động này thường phụ thuộc vào tải của mạng và tình trạng tắc nghẽn hiện có.
Theo khuyến cáo của ITU-T G.114, độ trễ gói một chiều cho ứng dụng thoại nên nằm trong khoảng từ 150ms đến 400ms, trong khi đối với dữ liệu, ngưỡng này là từ 400ms đến 1 giây Thông tin này sẽ được làm rõ hơn trong phần mô phỏng.
Biến động trễ là sự khác biệt về trễ giữa các gói trong cùng một luồng lưu lượng, với biến động tần số cao gọi là itter và biến động tần số thấp gọi là wander Nguyên nhân chính của biến động trễ là sự khác biệt về thời gian xếp hàng của các gói liên tiếp, và đây là một vấn đề quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ Khi itter nằm trong khoảng dung sai cho phép, nó không gây ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng dịch vụ, nhưng nếu biến động trễ quá lớn, nó có thể làm gián đoạn kết nối mạng Bộ đệm itter được sử dụng để giảm thiểu tác động "trồi/sụt" của mạng, giúp tạo ra dòng gói đến đều đặn hơn ở máy thu Trong các ứng dụng thời gian thực như IPTV, VoD, và VoIP, biến động trễ lớn không thể chấp nhận được, và mặc dù có thể xử lý bằng bộ đệm, điều này lại làm tăng trễ và gây ra các khó khăn khác.
Trong mạng tích hợp thoại và dữ liệu, việc phân bổ băng thông cho các ứng dụng cần dựa trên băng thông hiện có và đặc điểm dịch vụ Các ứng dụng yêu cầu thời gian thực cần đảm bảo băng thông tối thiểu trong trường hợp mạng bị nghẽn để duy trì chất lượng dịch vụ không chỉ cho ứng dụng đó mà còn cho toàn mạng.
- Tỉ lệ mất gói là tỉ lệ phần trăm số gói bị mất trên tổng số toàn bộ gói đầu gởi đã chuyển vào mạng cho phía đầu nhận
Mạng IP không đảm bảo rằng tất cả các gói tin sẽ đến đích, vì chúng có thể bị loại bỏ trong trường hợp quá tải hoặc tắc nghẽn Đặc biệt, đối với các ứng dụng như VoIP, việc mất gói tin có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng về chất lượng cuộc gọi.
Các giao thức chính trong MPLS
mã hóa thoại cho phép tỉ lệ mất gói từ 3%-5% mà vẫn đảm bảo chất lượng thoại
Trong mạng tích hợp nhiều dịch vụ như dữ liệu, IPTV, Video và VoIP, việc nắm vững các kỹ thuật để đáp ứng đồng thời yêu cầu chất lượng dịch vụ tối thiểu cho từng ứng dụng là rất quan trọng Điều này giúp đảm bảo chất lượng dịch vụ chung cho toàn bộ mạng IP có cam kết chất lượng dịch vụ.
2.5 Các giao thức sử dụng trong MPLS
Báo hiệu là phương thức mà các bộ định tuyến trong mạng MPLS trao đổi thông tin Trong mạng này, thông tin trao đổi giữa các router phụ thuộc vào các giao thức báo hiệu được sử dụng Để chuyển tiếp dữ liệu cho một FEC cụ thể và LSP tạo ra, nhãn cần được phân phối cho tất cả các bộ định tuyến MPLS cho phép Có bốn phương pháp phân phối nhãn đã được quy định.
Label Distribution Protocol (LDP) Đặt giao thức mở rộng tài nguyên cho MPLS (RSVP-TE)
Constrained Routing LDP (CR-LDP)
Phân phối các nhãn với BGPv4
LDP (Label Distribution Protocol) là giao thức phân phối nhãn phổ biến nhất hiện nay, được sử dụng trên các Router của nhiều nhà sản xuất khác nhau Giao thức này thiết lập các thủ tục giữa các LSR (Label Switch Router) để xác định nhãn sẽ được sử dụng trong việc chuyển hướng lưu lượng LDP có khả năng hoạt động giữa các LSR không chỉ khi chúng kết nối trực tiếp mà còn trong các trường hợp không kết nối trực tiếp Các LSR sử dụng LDP để hoán đổi thông tin về "thông tin ràng buộc FEC và nhãn", gọi là các "thực thể đồng cấp LDP", thông qua việc xây dựng các phiên LDP LDP sử dụng TCP Port 646 và có bốn loại thông điệp LDP khác nhau.
Bản tin thăm dò (Discovery) được sử dụng để thông báo và duy trì sự hiện diện của một LSR trong mạng Định kỳ, LSR gửi bản tin Hello qua cổng UDP đến địa chỉ multicast của tất cả các router trong mạng con.
Bản tin phiên thiết lập, duy trì và hủy phiên làm việc giữa các LSR yêu cầu gửi các bản tin Initialization qua TCP Khi quá trình này hoàn tất, các LSR sẽ trở thành các đối tượng ngang cấp trong giao thức LDP.
Bản tin phát hành quảng cáo ánh xạ nhãn tới FEC, cho phép tạo, thay đổi và xoá các ràng buộc nhãn liên quan Những bản tin này được truyền qua TCP, và LSR có thể yêu cầu ánh xạ nhãn từ LSR lân cận khi cần thiết Ngoài ra, LSR cũng phát hành ánh xạ nhãn bất cứ khi nào muốn một đối tượng ngang cấp LDP sử dụng ràng buộc nhãn.
Bản tin thông báo (Notification) cung cấp thông tin về lỗi, chuẩn đoán và trạng thái, đồng thời được truyền tải qua giao thức TCP.
LDP là giao thức giúp cho các LSR có kết nối trực tiếp nhận ra nhau và thiết lập liên kết cơ chế khám phá
Quá trình phát hiện các LSRs lân cận
Hình 2.20: Quá trình phát hiện các LSRs lân cận
Một LSR định kỳ gửi bản tin Hello tới tất cả các giao diện của nó qua giao thức UDP, sử dụng địa chỉ multicast cho tất cả router trong mạng con Tất cả các LSR nhận bản tin Hello này trên cổng UDP, giúp mỗi LSR nhận biết các LSR khác mà nó kết nối trực tiếp tại một thời điểm nhất định.
Khi LSR nhận diện địa chỉ của các LSR khác, nó sẽ thiết lập kết nối TCP với LSR đó, từ đó tạo ra phiên LDP giữa hai LSRs Phiên LDP là phiên hai chiều, cho phép mỗi LSR ở hai đầu kết nối có khả năng yêu cầu và gửi ràng buộc nhãn cho nhau Hầu hết các bản tin LDP được truyền qua giao thức TCP nhằm đảm bảo độ tin cậy, ngoại trừ bản tin thăm dò.
Các bản tin LDP LDP gồm có 11 bản tin nhỏ và chúng thuộc vào 4 thông điệp được trình bày ở trên
Bảng 2.2: Các loại bản tin LDP
Có thể tóm tắt 6 loại bản tin thông dụng sau:
Khi thiết lập kết nối LDP, hai LSR sẽ thỏa thuận các thông số qua bản tin khởi tạo "initialization message" Các thông số này bao gồm phương thức cấp phát nhãn, phạm vi giá trị nhãn sử dụng cho kết nối giữa hai LSR và giá trị timer.
Cả 2 LSR đều có thể gửi bản tin khởi tạo và LSR nhận sẽ phúc đáp lại bằng bản tin Keepalive nếu như chấp nhận những thông số đó Nếu như không chấp nhận, LSR nhận sẽ gửi một thông báo lỗi và kết thúc quá trình khởi tạo
Bản tin Keepalive được gửi định kỳ để đảm bảo rằng LSR vẫn hoạt động bình thường Nếu không nhận được bản tin này hoặc bất kỳ bản tin nào khác trong khoảng thời gian quy định, kết nối LDP giữa hai LSR sẽ bị cắt đứt.
Bản tin ánh xạ nhãn (Label Mapping) đóng vai trò quan trọng trong việc quảng bá liên kết giữa tiền tố địa chỉ FEC và nhãn giữa các thực thể đồng cấp Bản tin này được áp dụng khi có sự thay đổi trong bảng định tuyến, cụ thể là thay đổi tiền tố địa chỉ, hoặc khi có sự điều chỉnh trong cấu hình LSR.
Bản tin yêu cầu nhãn (Label Request) có hai hình thức chính: unsolicited downstream (tự nguyện xuôi dòng) và downstream on demand (yêu cầu xuôi dòng) Trong hình thức yêu cầu xuôi dòng, một LSR sẽ gửi bản tin Label Request đến nút mạng để yêu cầu ấn định nhãn cho một FEC cụ thể Nếu bản tin này bị hủy do nút mạng nhận dữ liệu thuộc FEC thay đổi, LSR sẽ tiếp tục gửi yêu cầu bằng bản tin Label Request Abort.
Trong quá trình ấn định nhãn, LSR2 gửi bản tin yêu cầu ấn định nhãn đến LSR1 để truy cập mạng 172.16.10.0/24 mà LSR1 quản lý Nếu yêu cầu thành công, LSR1 sẽ phản hồi bằng bản tin ánh xạ nhãn, xác định nhãn cho lớp FEC giữa hai thực thể LSR1 và LSR2 Cụ thể, LSR1 thông báo cho LSR2 rằng để truy cập mạng 172.16.10.0/24, gói tin cần được đóng nhãn 17.
Hình 2.21: Hai hình thức ấn định nhãn
Các kỹ thuật điều khiển tránh tắc nghẽn
2.6.1 Loại bỏ gói tin ngẫu nhiên sớm RED (Random Early Detection)
RED phát hiện và loại bỏ tắc nghẽn bằng cách loại bỏ ngẫu nhiên các gói tin từ bộ đệm Hệ thống này bao gồm hai module: module dự báo tắc nghẽn và module hiện trạng loại bỏ gói tin Module dự báo tắc nghẽn ước lượng hành vi lưu lượng trong bộ đệm theo thời gian để phát hiện khả năng tắc nghẽn, thường dựa vào chiều dài hàng đợi (N) và so sánh với kích thước bộ đệm hàng đợi (B) Một phương pháp khác là sử dụng thuật toán thời gian trung bình của hàng đợi để tính chiều dài hàng đợi trung bình trọng số (Nη), với α là phần trăm bộ đệm bị đầy, được tính bằng công thức α = Nη/ B Module hiện trạng loại bỏ gói tin xác định các ngưỡng khống chế α min và α max, từ đó quyết định đánh dấu hoặc loại bỏ gói tin theo xác suất p.
Hình 2.25: Kiến trúc giải thuật RED
Hình 2.26: Sơ đồ loại bỏ gói tin của RED theo p
2.6.2 Loại bỏ gói tin ngẫu nhiên sớm theo trọng số WRED (Weighed Random Early Detection)
WRED, hay Weighted Random Early Detection, là phiên bản mở rộng của RED (Random Early Detection), áp dụng kỹ thuật loại bỏ gói sớm có trọng số Khác với RED, WRED sử dụng nhiều hồ sơ loại bỏ gói cho từng hàng đợi, cho phép quản lý lưu lượng hiệu quả hơn.
2.6.3 Hàng đợi cân bằng theo trọng số WFQ (Weighed Fair Queuing)
WFQ (Weighted Fair Queuing) là một thuật toán xếp hàng lưu lượng có trọng số, được phát triển để khắc phục những hạn chế của mô hình hàng đợi công bằng FQ Trong WFQ, các gói tin đến được phân loại theo lưu lượng và được xử lý theo nguyên tắc FIFO (vào trước ra trước) Nếu các lưu lượng có cùng ưu tiên trọng số, WFQ sẽ phân chia băng thông một cách đồng đều cho tất cả Bộ lập lịch sẽ gửi các gói tin từ các hàng đợi dựa trên thứ tự đã được tính toán theo thời gian hoàn tất của gói.
2.6.4 Hàng đợi cân bằng theo trọng số dựa trên cơ sở lớp CBWFQ (Class– Based Weighed Fair Queuing)
CBWFQ (Class-Based Weighted Fair Queuing) là một thuật toán xếp hàng lưu lượng có trọng số, phân loại các luồng lưu lượng vào thành m lớp Băng thông cổng ra được phân phối cho các lớp này dựa trên trọng số yêu cầu băng thông của từng lớp, với trọng số có thể đạt tối đa 100% Trọng số được tính theo công thức 2-1, giúp tối ưu hóa việc quản lý băng thông trong mạng.
W i : Trọng số băng thông cổng ra cho lớp i
Trong hình 2.28, việc lập lịch cho hàng đợi CBWFQ được thực hiện, trong đó các luồng riêng biệt trong một lớp được quản lý bởi hàng đợi WFQ Số lượng hàng đợi WFQ trong lớp i được ký hiệu là N i, và tổng số hàng đợi WFQ có thể được tính theo công thức 2-2.
Trọng số cấp cho hàng đợi WFQ trong lớp i được tính bởi công thức 2-3
W ij : Trọng số băng thông cổng ra cho hàng đợi thứ trong lớp i
W i : Trọng số băng thông cổng ra cho lớp i w ij : Trọng số băng thông hàng đợi thứ trong lớp i
2.6.5 Hàng đợi FIFO (First-in, First-out)
Hàng đợi "vào trước, ra trước" (FIFO) là cơ chế mặc định cho các gói tin trong mạng, hoạt động mà không cần thuật toán đặc biệt FIFO thuộc loại hàng đợi DropTail, nơi các gói tin được xếp vào một hàng đợi duy nhất và được chuyển đi theo thứ tự đã được sắp xếp Ưu điểm lớn nhất của FIFO là tính đơn giản, không yêu cầu các thuật toán phức tạp.
Linux áp dụng hai chính sách trong kiểu hàng đợi FIFO là pfifo (dựa trên gói tin) và bfifo (dựa trên byte) Mặc định, Linux sử dụng pfifo cho tất cả các giao diện, với tham số giới hạn là 30 gói tin.
2.6.6 Hàng đợi công bằng (Stochastic Fair Queing)
Cốt lõi của SFQ là chia các luồng dữ liệu thành hàng đợi FIFO, cho phép lưu thông traffic theo cơ chế round robin, đảm bảo công bằng và không làm gián đoạn bất kỳ luồng nào Thay vì phân phát riêng cho mỗi session một hàng đợi, SFQ sử dụng thuật toán băm để phân chia traffic vào các hàng đợi hữu hạn, với giới hạn mặc định là 128 packets trong mỗi hàng đợi.
2.6.7 Hàng đợi ưu tiên (Priority Queuing) Đây là kiểu hàng đợi cho phép gán nhiều hàng đợi trên cùng một giao diện mạng, với mỗi hàng đợi được ưu tiên theo các mức khác nhau còn gọi là hàng đợi theo độ ưu tiên Trước khi được đưa vào hàng đợi tương ứng, các gói tin phải được phân loại theo từng loại dịch vụ Các hàng đợi được thiết kế theo độ ưu tiên của loại gói tin mà nó phải chứa Các gói tin ở hàng đợi có độ ưu tiên thấp hơn chỉ được xử lý khi và chỉ khi không còn bất cứ các gói tin nào trong các hàng đợi có độ ưu tiên cao hơn Trong trường hợp các hàng đợi có độ ưu tiên bằng nhau thì chúng được xử lý theo kiểu xoay vòng (round-robin fashion).
Tái định tuyến và chuyển mạch bảo vệ
MPLS là một mô hình mạng hybrid hoạt động trên nền tảng IP, có sự liên kết chặt chẽ với các giao thức định tuyến Bài viết này sẽ tập trung vào vấn đề khôi phục trong MPLS, đặc biệt là từ góc độ lớp mạng.
Cơ chế bảo vệ và khôi phục đường trong MPLS đảm bảo dịch vụ tin cậy cho việc chuyển tải lưu lượng, đồng thời cho phép tái định tuyến lưu lượng qua đường chuyển mạch nhãn LSP Trong phần này, chúng ta sẽ xem xét một số khái niệm quan trọng liên quan đến cơ chế này.
- Đường làm việc: là đường chuyển tải trung kế lưu lượng trước khi xảy ra lỗi Đây là đường được bảo vệ bởi cơ chế khôi phục
Đường khôi phục là tuyến đường mà trung kế lưu lượng sẽ được tái định tuyến khi xảy ra lỗi, nhằm bảo vệ cho đường làm việc.
- PSL (Path Switch LSR): là LSR đứng trước vị trí lỗi trên đường làm việc chịu trách nhiệm chuyển mạch hoặc tái tạo lưu lượng sang đường khôi phục
- PML (Path Merge LSR): là LSR điểm cuối của đường khôi phục, có tác dụng trộn luồng dữ liệu từ đường làm việc sang đường bảo vệ
- POR (Point of Repair): LSR đảm nhận việc sửa chửa LSP bị sự cố POR có thể là
FIS (Fault Indication Signal) là tín hiệu chỉ ra sự cố xảy ra trên đường, được chuyển tiếp bởi các LSR trung gian cho đến khi đến POR Tín hiệu FIS được phát định kỳ từ các nút gần vị trí xảy ra lỗi.
- FRS (Fault Recovery Signal:) là tín hiệu báo hiệu đường đã được khôi phục trở lại
MPLS Protection Domain: là một miền MPLS mà các LSR đều được thiết lập cơ chế bảo vệ
Bypass Tunnel là một đường khôi phục có cùng mức PSL và PML với đường làm việc chính Chế độ hoạt động Revertive Mode cho phép tái sử dụng đường làm việc chính khi nó được phục hồi.
Phân loại các cơ chế bảo vệ khôi phục đường
Cơ chế bảo vệ toàn cục (Global Protection) là một phương thức bảo vệ trong đó LER phía nguồn đóng vai trò là PSL và POR, tiếp nhận tín hiệu FIS từ nút phát hiện lỗi Trong cơ chế này, đường phục hồi và đường làm việc được tách biệt hoàn toàn, đảm bảo tính an toàn và hiệu quả trong quá trình vận hành.
Bảo vệ cục bộ (Local Protection) là phương thức bảo vệ trong đó điểm phát hiện lỗi có thể hoạt động như PSL và cũng có thể là POR nếu được cấu hình phù hợp Có hai dạng bảo vệ cục bộ chính là bảo vệ liên kết và bảo vệ nút.
Bảo vệ liên kết (Link protection) nhằm bảo vệ các LSP khỏi lỗi liên kết cụ thể Đường LSP dự phòng tách biệt với đường LSP chính tại các liên kết cần bảo vệ Khi liên kết được bảo vệ gặp sự cố, lưu lượng trên LSP chính sẽ được chuyển hướng sang LSP dự phòng tại điểm đầu của liên kết bị lỗi.
Khi một liên kết được bảo vệ gặp sự cố, thông tin sẽ được gửi đến headend thông qua bản tin PATH_ERR và các cơ chế trạng thái liên kết IGP Bản tin PATH_ERR sẽ có một cờ đặc biệt cho biết rằng liên kết hỏng có một đường dự phòng.
Tái định tuyến qua đường hầm được cấu hình trước diễn ra rất nhanh, chỉ mất khoảng 50ms Độ trễ chủ yếu là thời gian để xác định liên kết lỗi và chuyển đổi sang đường dự phòng, bao gồm cả quá trình xử lý nhãn.
Khi liên kết R2-R4 bị lỗi lưu lượng sẽ được tái định tuyến sang đường hầm dự phòng NHOP R2-R3-R4
- Bảo vệ nút (Node protection):
Bảo vệ nút nhằm bảo vệ LSP khi xảy ra lỗi tại nút Trong quá trình này, đường LSP dự phòng được tách biệt khỏi LSP chính tại các nút được bảo vệ Khi một nút gặp sự cố, lưu lượng từ LSP chính sẽ được chuyển sang LSP dự phòng tại nút upstream kết nối trực tiếp với nút gặp lỗi.
Đường hầm dự phòng next-next-hop (NNHOP) bảo vệ nút LSP chính bằng cách bỏ qua nút next-hop khi có lỗi xảy ra Khi nút next-hop gặp sự cố, lưu lượng sẽ được tái định tuyến sang NNHOP, cho phép duy trì kết nối mà không bị ảnh hưởng bởi nút lỗi Ngoài ra, NNHOP còn cung cấp bảo vệ liên kết bằng cách tránh những liên kết gặp sự cố đi kèm với nút bị lỗi.
Các cơ chế khôi phục: Trong MPLS có hai cơ chế khôi phục chính: Reroute (tái định tuyến) và Switchover (chuyển mạch bảo vệ)
Tái định tuyến là quá trình mà khi phát hiện lỗi thông qua FIS, POR sẽ xác định lộ trình mới bằng cách sử dụng các giao thức định tuyến Sau khi lộ trình mới được tìm ra, PSL sẽ chuyển sang sử dụng đường đi này Một số mô hình điển hình trong tái định tuyến bao gồm Haskin, Makam, Simple Dynamic và Shortest Dynamic.
Chuyển mạch bảo vệ hoạt động tương tự như tái định tuyến bảo vệ, nhưng với điểm khác biệt là đường bảo vệ đã được tính toán trước Điều này giúp phương pháp chuyển mạch bảo vệ khôi phục nhanh hơn so với tái định tuyến bảo vệ Sự khác biệt này sẽ được làm rõ hơn trong phần mô phỏng ở chương 4.
NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MPLS-TE TRONG THIẾT
KẾ MẠNG MAN-E VIỄN THÔNG HẬU GIANG
3.1 Giới thiệu chung về mạng MAN-E
Mạng MAN-E là một hệ thống mạng dựa trên công nghệ Ethernet, cho phép kết nối các mạng cục bộ của tổ chức và cá nhân với mạng diện rộng WAN hoặc Internet.
NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MPLS-TE TRONG THIẾT KẾ MẠNG MAN- E VIỄN THÔNG HẬU GIANG
Giới thiệu chung về mạng MAN-E
Mạng MAN-E là một hệ thống sử dụng công nghệ Ethernet để kết nối các mạng cục bộ của tổ chức và cá nhân với mạng diện rộng WAN hoặc Internet.
Việc áp dụng công nghệ Ethernet vào mạng cung cấp dịch vụ mang lại lợi ích đáng kể cho cả nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng Ethernet đã trở thành công nghệ phổ biến trong các mạng LAN của doanh nghiệp, với giá thành bộ chuyển mạch ngày càng thấp Băng thông mở rộng linh hoạt là một trong những ưu điểm nổi bật của Ethernet so với các công nghệ khác Nhờ vào các tiêu chuẩn mới, Ethernet hứa hẹn sẽ cung cấp giải pháp mạng có độ tin cậy cao, khả năng mở rộng tốt và hiệu quả về chi phí đầu tư.
Mô hình ph ân lớp mạn g M AN -E
Mô hình phân lớp mạng MAN-E được định nghĩa theo Metro Ethernet Forum (MEF4)[11]được xây dựng theo 3 lớp:
- Lớp truyền tải dịch vụ (TRAN layer): Bao gồm một hoặc nhiều dịch vụ truyền tải
- Lớp dịch vụ Ethernet (ETH layer): Hỗ trợ các dịch vụ thông tin dữ liệu Ethernet lớp 2 (trong mô hình OSI)
Lớp dịch vụ ứng dụng hỗ trợ các ứng dụng truyền tải qua dịch vụ Ethernet lớp 2, dựa trên mô hình mạng client/server Mỗi lớp mạng có thể được thiết kế với các mặt phẳng điều khiển, dữ liệu và quản trị riêng biệt Mô hình này được minh họa trong hình vẽ 3-2.
Hình 3.2: Mô hình mạng MAN-E phân chia các lớp theo MEF
Các kiểu dịch vụ mạng MAN-E
Dịch vụ mạng MAN-E bao gồm: dịch vụ kết nối và dịch vụ ứng dụng:
* Dịch vụ kết nối bao gồm:
- Dịch vụ điểm - điểm (Point-to-Point)
- Dịch vụ điểm - đa điểm (Point-to-Multipoint)
- Dịch vụ đa điểm - đa điểm (Multipoint-to-Multipoint)
* Lợi ích của công nghệ mạng MAN-E
- Hiệu quả về chi phí;
Thiết kế xây dựng mạng MAN-E tại VNPT Hậu Giang
VNPT đã hợp tác với nhà cung cấp thiết bị CISCO để thiết kế và triển khai mạng MAN-E tại Cần Thơ và Hậu Giang Mạng này sẽ thu gom lưu lượng từ các thiết bị mạng truy nhập như MSAN và IP-DSLAM, cho phép kết nối trực tiếp của khách hàng vào mạng MAN Đồng thời, mạng cũng sẽ kết nối với hệ thống IP/MPLS của VNPT để chuyển tải lưu lượng nội tỉnh, liên tỉnh và quốc tế.
3.4.1 Mạng truy nhập băng rộng của VNPT Hậu Giang
Thiết bị truy nhập băng rộng của Viễn thông Hậu Giang bao gồm 60 IP-DSLAM, 58 Switch Alcatel, 34 Switch ZTE Huawei, 16 Lightsmart, 5 GPON_ZTE, 9 GPON_ALCATEL, cùng với 168 thiết bị truyền dẫn OSN500 và OSN3500, và 9 thiết bị truyền dẫn Fujitsu Tất cả được lắp đặt tại 42 trạm viễn thông, với tổng dung lượng lên tới 4960 cổng thuê bao ADSL+SHDSL, 2260 FTTH, 4990 GPON và 6890 MYTV, nhằm cung cấp và quản lý dịch vụ hiệu quả.
Vinaphone hiện có 140 trạm 2G và 135 trạm 3G, trong khi VMS cho thuê kết nối truyền dẫn cho 145 trạm 2G và 3G Hệ thống ngân hàng tại tỉnh Hậu Giang được cung cấp nhiều dịch vụ như Megawan và Metronet Sự gia tăng khách hàng và phát triển dịch vụ dẫn đến việc số liệu cung cấp chỉ mang tính tương đối.
TRUNG TÂM VIỄN THÔNG LONG MỸ
SƠ ĐỒ KẾT NỐI: IPDSLAM – SWITCH L2 RING 3: UPE_LONG MỸ
172.20.152.X ISAM IP Address ZTE IP & SW L2 Address
Tên trạm – Loại thiết bị – Chức năng – Số thứ tự LMY–A7302–DSLAM–01 - Tên trạm:
- LPU_BTS: BTS Long Phú
- LBH_BTS: BTS Long Bình
- THG_BTS: BTS Thuận Hưng
- LTI_BTS: BTS Long Trị
- VTD_BTS: BTS Vĩnh Thuận Đông
- BHU_BTS: BTS Bình Hiếu (BTS_HUG10-0026) Chức năng:
- SW: Switch Loại thiết bị:
XLT–A7302–DSLAM–01 XLT–CSF300–SW–01
THG_BTS – Z9806H–DSLAM–01 LBH_BTS – Z9806H–DSLAM–01
Hình 3.3: Mô hình đấu nối thiết bị truy nhập băng rộng tại Trung tâm viễn thông thị xã Long Mỹ
3.4.2 Cấu hình mạng MAN-E tại VNPT Hậu Giang
Mạng MAN-E của VNPT Hậu Giang hiện đang được kết nối qua hai core: Core Tân Phú Thạnh sử dụng Router Cisco 7609 và Core Vị Thanh Hai core này tạo thành một Ring Core với băng thông 20Gbps, đồng thời kết nối lên VN2 với tốc độ 40Gbps (8x10G) Mạng bao gồm 8 UPE (Router Cisco 7606) kết nối lên router core qua các đường truyền 1G và 10G.
Ba vòng Ring đảm bảo an toàn và độ tin cậy cho mạng Trong mạng MAN-E, nhiều giao thức được sử dụng, trong đó giao thức chính là OSPF, sẽ được làm rõ hơn trong phần mô phỏng ở chương 4.
Giao thức OSPF (Open Shortest Path First) là một giao thức định tuyến trạng thái liên kết, hoạt động trong một hệ tự trị nhằm xác định đường đi ngắn nhất OSPF thích hợp cho các mạng lớn, cung cấp thời gian hội tụ nhanh và hỗ trợ mặt nạ mạng con có chiều dài linh hoạt.
Mạng MAN-E Hậu Giang sử dụng kiến trúc VLSM để tối ưu hóa kích thước mạng cho các hệ thống vừa và lớn, đồng thời sử dụng băng thông hiệu quả Mạng chỉ multicast các cập nhật khi có sự thay đổi và chọn đường đi dựa trên chi phí thấp nhất Khác với RIP, nơi mà sự thay đổi của một router có thể ảnh hưởng đến toàn bộ mạng, OSPF áp dụng khái niệm vùng để phân đoạn mạng thành các nhóm router nhỏ hơn Điều này giúp hạn chế việc truyền thông trong một miền và ngăn chặn sự thay đổi trong một vùng ảnh hưởng đến hiệu suất của các vùng khác.
Một số đăc điểm khác của OSPF thực hiện cập nhật khi mạng có sự thay đổi:
Chi phí (cost) được sử dụng làm thông số định tuyến để xác định đường đi trong mạng, với giá trị từ 1 đến 65536, phản ánh độ dài của một liên kết Điều này cho phép người quản trị mạng có thể gán chi phí một cách trực tiếp hoặc theo công thức mặc định trong hệ điều hành IOS.
Mọi Router sử dụng sơ đồ cấu trúc mạng của riêng nó để chọn đường
OSPF cung cấp tính năng hỗ trợ nhận thực cho tất cả các nút trong mạng, giúp bảo vệ thông tin định tuyến khỏi các thay đổi ác ý, từ đó giảm thiểu nguy cơ bị tấn công và đảm bảo tính toàn vẹn của bảng định tuyến.
OSPF giúp giảm thời gian hội tụ bằng cách truyền tải thông tin về thay đổi tuyến một cách nhanh chóng, từ đó cập nhật cấu hình mạng một cách tức thì.
Hỗ trợ CIDR (Classless Interdomain Routing) và VLSM (Variable Length Subnet Mask) giúp các nhà quản trị mạng phân phối địa chỉ IP một cách hiệu quả hơn.
Chức năng xác thực trong GMPLS chưa được chuẩn hóa nhưng đã được áp dụng nhằm nâng cao độ tin cậy trong quá trình định tuyến.
3.4.3 Các dịch vụ triển khai trên MPLS/MAN-E Viễn thông Hậu Giang 3.4.3.1 Dich vụ internet tốc độ cao HSI (High Speed Internet) Đối với dịch vụ Internet tốc độ cao (HSI), mạng MAN-E của VNPT đóng vai trò là mạng truyền tải và BRAS là thiết bị kết cuối dịch vụ Các thiết bị tham gia vào cung cấp dịch vụ HSI từ phía nhà cung cấp dịch vụ (VNPT) đến thuê bao bao gồm:
- PE-AGG ( Router Core của mạng MAN-E);
- UPE (Router Access của mạng MAN-E);
- DSLAM/MSAN/FTTx (các thiết bị thuộc mạng truy nhập);
Dịch vụ Truyền hình giao thức Internet (IPTV) là hệ thống truyền hình số theo yêu cầu, cung cấp qua hạ tầng mạng băng rộng như ADSL, AON, và FTTH IPTV sử dụng bộ giải mã Set-Top-Box để truyền tín hiệu lên tivi, mang đến trải nghiệm xem phong phú và tiện lợi cho người dùng.
Hình 3.5 : Mô hình kết nối dịch vụ HSI trên MAN-E
3.4.3.3 Dịch vụ VPN (L2 VPN and L3 VPN) Đối với tất cả các dịch vụ VPN (L2VPN và L3VPN) tại phân đoạn mạng Access cần phải cấu hình đảm bảo như sau:
• Giao diện kết nối tới khách hàng cấu hình allow C-VLAN đã được quy hoạch cho dịch vụ VPN
• Giao diện Uplink kết nối tới UPE cần cấu hình QinQ Tag thêm S- VLAN dịch vụ (Mỗi UPE một S-VLAN)
Hình 3.6: Mô hình kết nối dịch vụ IPTV/VoD
3.4.3.4 Dịch vụ VoIP Để dịch vụ VoIP có thể hoạt động cần cấu hình để đảm bảo các điều kiện sau: -
- Từ phía CPE cần kết nối được tới IMS thông qua VoIP S-VLAN (cấu hình trên mạng MAN/Access)
- Trên CPE cần cấu hình ánh xạ cổng kết nối tới IP Phone được cấu hình như sau:
Cấu hình Bridge có cặp VPI/VCI dịch vụ VoIP (Modem xDSL)
Cấu hình dv IPTV tag VLAN trùng với CVLAN đã cấu hình trên thiết bị Access (Router FTTx)
CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ MÔ HÌNH TRIỂN KHAI MẠNG MAN-E THỰC TẾ TẠI VNPT HẬU GIANG
Giới thiệu phần mềm mô phỏng opnet
OPNET là một phần mềm mô phỏng mạng với thư viện phong phú về các mô hình mạng, node và liên kết, bao gồm cả mạng hữu tuyến và vô tuyến Phần mềm này hỗ trợ nhiều giao thức mạng, đặc biệt là QoS, DiffServ và MPLS Được xây dựng trên nền tảng C/C++, OPNET sử dụng cơ sở dữ liệu phân lớp và hướng đối tượng, nhưng lại cung cấp giao diện kéo thả, giúp người dùng dễ dàng tương tác trong nghiên cứu và mô phỏng mạng.
OPNET không chỉ mô phỏng mạng và các giao thức mà còn cung cấp nhiều công cụ phân tích hiệu suất, tính toán đường đi, khởi tạo lưu lượng, và so sánh bằng đồ thị Những tính năng linh hoạt này giúp người dùng không chỉ xây dựng các hệ thống mạng mà còn đánh giá hoạt động của chúng Chuyên đề này sử dụng phiên bản OPNET 14.5 cho quá trình mô phỏng.
Mô hình mạ n g mô phỏ n g
Mục đích của mô phỏng là đánh giá chất lượng dịch vụ trên mạng MAN-E khi áp dụng kỹ thuật điều khiển lưu lượng MPLS-TE, so với mô hình hiện tại mà tôi đang sử dụng tại mạng Viễn thông Hậu Giang Dựa trên mục tiêu này, tôi đã xây dựng các kịch bản mô phỏng để thực hiện đánh giá.
- Mô phỏng mạng để kiểm chứng giao thức OSPF đang chạy trên mạng và tìm giải pháp tối ưu khi chọn giao thức chạy trên mạng
Mô phỏng mạng được thực hiện để so sánh hiệu quả giữa việc không khai báo QoS và khai báo QoS DiffServ, kết hợp với việc thiết lập các thông số WFQ nhằm phân chia băng thông theo quy định Đồng thời, các kỹ thuật điều khiển tránh tắc nghẽn như RED và WRED cũng được áp dụng để đánh giá sự khác biệt trong kết quả.
- Mô phỏng mạng khi thiết lặp MPLS-TE Tunnel.