Triển khai mạng truy nhập TriplePlay

Đặc điểm nổi bật trong TriplePlay là 3 nhân tố thoại, dữ liệu, video được tích hợp chung trong một gói dịch vụ duy nhất, mang đến cho người sử dụng chất lượng và sự tiện lợi cao, độ tương tác trực tuyến và khả năng tùy chỉnh cho các giao diện, phương thức sử dụng dịch vụ một cách tối ưu theo ý thích cá nhân. Đồ án gồm 3 chương: Chương 1: Giới thiệu về các dịch vụ TriplePlay thế hệ kế tiếp Chương 2: Triển khai mạng Backbone TriplePlay Chương 3: Triển khai mạng truy nhập TriplePlay

Triển khai mạng truy nhập Triple-Play LỜI NÓI ĐẦU Thế kỷ 21 đánh dấu sự bùng nổ mạnh mẽ lưu lượng truyền tải trên hạ tầng mạng viễn thông. Các công nghệ truyền tải không ngừng được cải tiến cũng như thay mới nhằm đáp ứng nhu cầu không hạn chế của người sử dụng. Triple-Play là một xu hướng công nghệ được đẩy mạnh từ những những năm 2004-2005 sử dụng hạ tầng công nghệ IP để truyền tải hình ảnh, âm thanh, dữ liệu trong cùng một gói dịch vụ đến người sử dụng đầu cuối. Đặc điểm nổi bật trong Triple-Play là 3 nhân tố thoại, dữ liệu, video được tích hợp chung trong một gói dịch vụ duy nhất, mang đến cho người sử dụng chất lượng và sự tiện lợi cao, độ tương tác trực tuyến và khả năng tùy chỉnh cho các giao diện, phương thức sử dụng dịch vụ một cách tối ưu theo ý thích cá nhân. Được sự đồng ý của Học viện, bộ môn Mạng viễn thông và đặc biệt được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Nguyễn Đức Thủy em đã mạnh dạn đi vào tìm hiểu các vấn đề triển khai dịch vụ Triple-play trong mạng NGN làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp lớp đại học chính quy khóa 2006-2011 của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông. Đồ án gồm 3 chương: Chương 1: Giới thiệu về các dịch vụ Triple-Play thế hệ kế tiếp Chương 2: Triển khai mạng Backbone Triple-Play Chương 3: Triển khai mạng truy nhập Triple-Play Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Đức Thủy và bộ môn Mạng viễn thông đã hết sức tạo điều khiện giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án. Em xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy cô giáo đã hết lòng dậy dỗ em trong suốt 9 kỳ học vừa qua. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn ! MỤC LỤC O ……………………………………… 86 DANH MỤC HÌNH VẼ NGUYỄN NHƯ AN-D06VT2. HV BCVT Page 1 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AC Attachment Circuit Kênh phối hợp ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền không đồng bộ BFD Bidirectional Forwarding Detection Sự phát hiện chuyển tiếp hai chiều BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng đường biên BNG Broadband Network Gateway Cổng vào mạng băng rộng BRAS Broadband Remote Access Server Máy chủ quản lý truy nhập từ xa băng rộng BSR bootstrap router Bộ định tuyến tự khởi động CAC Call Admission Control Điều khiển nhận cuộc gọi CCC Circuit Cross Connect Kết nối kênh chéo CE Customer-edge Phía khách hàng CO Central Office Tổng đài trung tâm CPE Customer Premises Equipment Thiết bị đầu cuối khách hàng CSPF Constrained Shortest Path First Đường bắt buộc ngắn nhất đầu tiên CWDM Coarse Wave Division Multiplexing Ghép kênh bước sóng mật độ thưa DA Destination Address Địa chỉ đích DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình máy chủ động DRM Digital Rights Management Quản lý bản quyền nội dung số NGUYỄN NHƯ AN-D06VT2. HV BCVT Page 2 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play DSL Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer Bộ ghép kênh truy nhập đường dây thuê bao số DVB-S Digital Video Broadcasting – Satellite Đường dây thuê bao vệ tinh DWDM Dense Wave Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng mật độ cao FDF Fiber Distribution Frame Khung phân phối quang FEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tương đương GRE Generic Routing Encapsulation Sự đóng gói định tuyến chung HA High availability Độ khả dụng cao HD-TV High-Definition TV Truyền hình độ nét cao IGMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản lý nhóm Internet IGP Interior Gateway Protocol Giao thức cổng trong IP Internet protocol Giao thức Internet IPTV Internet protocol television Truyền hình giao thức Internet ISSU in-service software upgrade Dịch vụ nâng cấp phần mềm L3VPN Layer 3 Virtual Private Networks Mạng riêng ảo lớp 3 MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MSDP Multicast Source Discovery Protocol Giao thức phát hiện nguồn multicast MTBF Mean Time between Failures Thời gian trung bình giữa các sai hỏng NPVR Network Private Video Recorder Máy ghi hình mạng riêng NVoD Near Video on Demand Truyền hình theo yêu cầu gần OSI Open Systems Interconnection Kết nối hệ thống mở PDU Protocol Data Units Khối giao thức dữ liệu NGUYỄN NHƯ AN-D06VT2. HV BCVT Page 3 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play PE provider edge Phía nhà cung cấp dịch vụ PIM Protocol-Independent Multicast Họ giao thức định tuyến multicast PIM-ASM PIM Any Source Multicast Họ giao thức định tuyến multicast nguồn bất kỳ PIM-SSM PIM Source-Specific Multicast PIM nguồn cụ thể multicast PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm điểm PSN Packet-Switched Network Mạng chuyển mạch gói PSTN Public Switched Telephone Network Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PVP Permanent Virtual Path Đường ảo cố định PWE3 Pseudowire Emulation Edge to Edge Dịch vụ phỏng tạo giả đường dây từ biên tới biên RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyến RP Rendezvous point Điểm hẹn RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành riêng tài nguyên RSVP-TE Resource Reservation Protocol with Traffic Engineering Giao thức tài nguyên dành riêng với kỹ thuật lưu lượng SA Source Address Địa chỉ nguồn SBC session border controller Bộ điều khiển giới hạn phiên SD_TV Standard Definition TV Truyền hình tiêu chuẩn SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ SDP Service Delivery Point Điểm cung cấp dịch vụ SIP Session Initial Protocol Giao thức khởi tạo phiên SPT Shortest Path Tree Đường đi ngắn nhất STB Set Top Box Hộp thiết bị đầu cuối khách hàng IPTV NGUYỄN NHƯ AN-D06VT2. HV BCVT Page 4 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play STP Spanning Tree Protocol Giao thức ngăn chặn sự lặp vòng STP Spanning Tree Protocol Giao thức cây bắc cầu TDM Timeme division multiplexing Ghép kênh theo thời gian UA User Agent Đối tượng người dùng UDP User Datagram Protocol Giao thức dữ liệu người dùng Viết tắt Đầy đủ Nghĩa VLAN virtual local area network Mạng LAN ảo VLAN Virtual LAN Mạng LAN ảo VoD Video on demand Truyền hình theo yêu cầu VoIP Voice over Internet protocol Thoại qua giao thức IP VPLS Virtual Private LAN Service Dịch vụ LAN riêng ảo VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo VPWS Virtual Private Wire Service Dịch vụ đường dây riêng ảo VRF Virtual Routing and Forwarding Chuyển tiếp và định tuyến ảo WWW World Wide Web Mạng lưới toàn cầu CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CÁC DỊCH VỤ TRIPLE-PLAY THẾ HỆ KẾ TIẾP Chương này mô tả ngắn gọn các thành phần mạng. Phạm vi từ máy chủ video đầu cuối tới mạng lõi MPLS và từ mạng tích hợp tới BNG. Chương này thảo luận về một số ý tưởng cho các dịch vụ dữ liệu multiplay như là dịch vụ trò chơi trả phí hoặc dịch vụ cung cấp nội dung. Phần tiếp theo là dịch vụ VoIP, một dịch vụ Internet cung cấp cho khách hàng. Thông thường, các khách hàng muốn kết nối điện thoại ngay lập tức mà không có bất NGUYỄN NHƯ AN-D06VT2. HV BCVT Page 5 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play kỳ các dịch vụ video hoặc dịch vụ dữ liệu nào đi kèm,vì vậy ở mức phí tối thiểu một dịch vụ VoIP độc lập cần được xác lập. 1.1. Video qua IP Video qua IP là một khái niệm chung để chỉ hình thức truyền hình ảnh động, chẳng hạn như video qua mạng IP. Trong phần này, trọng tâm của dịch vụ video qua IP là các dịch vụ IPTV được phân phối qua giao thức multicast và các dịch vụ video theo yêu cầu được phân phối qua giao thức unicast. Đối với dịch vụ IPTV multicast, cấu trúc lớp dịch vụ cũng như kiến trúc mạng là đối đơn giản. Các dịch vụ video unicast yêu cầu đa dạng hơn về phân lớp dịch vụ và kiến trúc mạng. Về nguyên tắc Video unicast có thể thay thế các dịch vụ IPTV ulticast và được gọi là IPTV unicast. Nhưng ban đầu người ta tách biệt và gọi là dịch vụ VoD cơ sở. Những kiến trúc và các khái niệm về các loại hình dịch vụ này được mô tả trong mục “Video on demand” ở phần kế tiếp. 1.1.1. IPTV Trong một mạng, dịch vụ IPTV có ưu điểm là hiệu quả trong việc truyền tải của các kênh truyền hình qua mạng gói sử dụng giao thức multicast. Multicast có thể đạt được sự tối ưu sử dụng các kết nối giữa mạng, máy chủ cung cấp nội dung video khách hàng bằng cách chỉ phát đi tín hiệu bản sao đơn lẻ của các kênh video trên một luồng đa phương tiện vào trong mạng. Mạng sẽ thực hiện cơ cấu tái tạo luồng ở những nơi cần thiết để truyền tín hiệu đó tới từng thuê bao riêng lẻ khi có yêu cầu, do vậy sẽ tiết kiệm băng thông của mạng. 1.1.1.1. Đầu cuối video Hình 1.1 chỉ ra một kiến trúc tham khảo đầu - cuối video đơn giản . Nguồn các dịch vụ nội dung video được cung cấp từ đầu thu vệ tinh nhân tạo hoặc từ các đường truyền vô tuyến hoặc hữu tuyến khác. Những luồng số đã nhận từ vệ tinh hoặc các tiện ích truyền dẫn như đề cập ở trên sử dung phương thức broadcast video số, chẳng hạn như chuẩn vệ tinh số (DVB-S). Những luồng này cấp cho người nhận để xử lý giải điều chế tín hiệu DVB-S. Sau đó cấp một định dạng phù hợp cho bộ giải mã làm việc. Sau khi nó có thể được mã hóa theo các định dạng chuẩn về âm thanh và NGUYỄN NHƯ AN-D06VT2. HV BCVT Page 6 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play hình ảnh, nó được đóng gói dưới dạng các gói IP. Nếu kênh không được mã hóa, nó hoạt động như tín hiệu truyền trong suốt tới bộ mã hóa IP. Hình 1.1 Một kiến trúc đầu-cuối đơn giản cung cấp bởi vệ tinh Thiết kế này sử dụng một địa chỉ nguồn IP đơn giản cho lưu lượng nhóm multicast. Mỗi nhóm là được phân bố thông qua mạng sử dụng multicast thông thường hướng đến sự tái tạo và nhóm khách hàng tham gia cần. 1.1.1.2. IPTV unicast Đây là một dạng unicast thuần túy có tính chất làm gia tăng mạnh về yêu cầu tài nguyên truyền tải của mạng, năng lực và hiệu suất của máy máy chủ. Với hình thức này máy chủ phải phát một luồng trực tiếp tới khách hàng khi có yêu cầu và với tốc độ 4Mbps cho một kênh TV tiêu chuẩn SD_TV (Standard Definition TV), do vậy nhu cầu băng thông sẽ tăng rất nhanh khi số yêu cầu truyền tăng. Tất nhiên, điều này đưa ra tính mềm dẻo cao nhất cho nhà cung cấp dịch vụ. Điều này có thể gây ra do thói quen xem phim hoặc xem TV của khách hàng, như là xem các quảng cáo thương mại, xem các bô phim hoặc xem phát lại các chương trinh TV. Tuy vậy, nhà cung cấp dịch vụ có thể gia tăng lợi nhuận từ những nhu cầu nói trên của người sử dụng. Multicast NGUYỄN NHƯ AN-D06VT2. HV BCVT Page 7 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play tái tạo cũng có thể là cách thức cung cấp chuẩn trong khi người dùng yêu cầu tạm dừng, tua lại và chuyển kênh nhanh. 1.1.2. Video theo yêu cầu Có hai mô hình phổ biến. Một là, xem các bộ phim theo lịch chiếu đã được thiết lập sẵn. Ta không thể tạm dừng hoặc chuyển nhanh nếu các dòng phương tiện truyền thông không có một số loại mạch hồi tiếp vòng tới máy chủ. Hệ thống này được gọi là video theo yeu cầu gần NVoD (Near Video on Demand ). Hai là, cách tiếp cận được ưa thích hơn là một hệ thống hoàn toàn theo yêu cầu trong đó các luồng video được đưa tới người dùng khi được yêu cầu. 1.1.2.1. Những vấn đề thiết yếu về video theo yêu cầu Có thể tồn tại nhiều dạng mô hình khả dụng khác nhau để thực hiện dịch vụ này. Chúng có thể thực hiện các phương thức bảo vệ luồng trong trường hợp một trong các máy chhủ cung cấp nội dung hoặc tuyến kết nối truyền lưu lượng bị lỗi hoặc hỏng. Hình 1.2 chỉ ra một kiến trúc điển hình có cấu trúc tương đối phức tạp cho việc thực hiện cơ chế bảo vệ nói trên. NGUYỄN NHƯ AN-D06VT2. HV BCVT Page 8 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play Hình 1.2 Thiết lập luồng video Hình 1.3 chỉ ra khi một khách hàng yêu cầu lại một tệp tin dạng truyền thông đa phương tiện tới một máy chủ khác sau có sự cố của phần tử mạng (ví dụ như máy chủ) nào đó . Thông thường các bộ chuyển mạch hoặc bộ định tuyến ít bị tác động để gây ra các sự cố, bởi vì nguyên nhân sự cố thường do một nhiễu tín hiệu ở giao thức lớp 2 và lớp 3. NGUYỄN NHƯ AN-D06VT2. HV BCVT Page 9 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play Hình 1.3 STB tái yêu cầu một file từ máy chủ thứ hai 1.1.2.2. Duy trì chất lượng video với việc điều khiển sự nhận cuộc gọi Nguyên lý của điều khiển nhận cuộc gọi CAC (Call Admission Control ) rất giống với ở trong mạng PSTN. Một phiên ( một luồng video ) được cho phép hay từ chối được xử lý dựa trên thuật toán CAC. Về cơ bản nó là một kết quả nhị phân. Nếu một yêu cầu CAC bị phủ nhận nó không cho xử lý một phiên,thậm trí trong một phương pháp suy biến. Như một nguyên lý chung, mạng cần được thiết lập, lưu lượng video là được ưu tiên cao và được chuyển tiếp mà không có trễ. Nếu nó không thể gửi lại một video hoặc cuộc gọi VoIP từ đầu cuối tới đầu cuối ( ví dụ như thiếu tài nguyên mạng ) phiên không được tiến hành. Những yêu cầu kỹ thuật CAC này thực hiện trong suốt phiên thiết lập. Trong các thông tin khác, trước tiên một yêu cầu được thực hiện cho thấy nếu người dùng có những thông tin đúng. Sau đó các kết nối mạng được kiểm tra về hiệu quả tài nguyên. Chỉ sau đó luồng được đưa tới khách hàng. Sự thực hiện đầy đủ một chức năng CAC với một mạng VoD có thể vận hành bằng cách đưa ra chức năng của máy chủ video tác động đến một máy chủ bên ngoài. Máy chủ có thể cấu hình kiểu mạng và có một đầu cuối tới đầu cuối, hiển thị thời gian thực về các luồng lưu lượng VoD. Bởi vì sự tạo dòng video máy chủ là điểm tiếp xúc NGUYỄN NHƯ AN-D06VT2. HV BCVT Page 10 [...]... BCVT Page 21 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play Hình 2.5 PIM bất kỳ multicast nguồn nào-giai đoạn 1 Hình 2.6 chỉ ra giai đoạn thứ 2 của RP đưa nhóm xuống “cây” thông qua Los Angeles tới BNG Hình 2.6 PIM bất kỳ multicast nguồn nào-giai đoạn 2 NGUYỄN NHƯ AN-D06VT2 HV BCVT Page 22 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play 2.2.1.1 PIM-ASM PIM-ASM đã là cách phổ biến nhất để triển khai một mạng multicast... AN-D06VT2 HV BCVT Page 16 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play và địa chỉ được gán ngẫu nhiên tại mạng biên Giữ một sự phân tách rõ ràng giữa phức tạp của mạng biên và mạng lõi đơn giản là chìa khía đối với độ tin cậy và mở rộng mạng Hình 2.1 chỉ ra một mạng MPLS của các PE cung cấp các dịch vụ lớp 2 và lớp 3 tới 2 khách hàng qua 4 vị trí riêng biệt Tất cả những dịch vụ này chia sẻ một mạng lõi hội tụ thông... biến, các nhà cung cấp đã lưu trữ các trang web trên mạng CompuServ chuyển NGUYỄN NHƯ AN-D06VT2 HV BCVT Page 12 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play trang web của họ vào Internet để có thể truy cập tới khán thính giả rộng hơn Vì vậy sự phổ biến của mạng giảm rõ rệt Một ví dụ khác về sự phổ biến walled garden vẫn tồn tại Các máy thu phát cầm tay nhỏ truy nhập Internet thường bắt đầu bên trong một walled... chuyển đổi thoại của nhà cung cấp VoIP quốc tế NGUYỄN NHƯ AN-D06VT2 HV BCVT Page 15 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play CHƯƠNG 2 TRIỂN KHAI MẠNG BACKBONE TRIPLE-PLAY Phần đầu tiên của chương giới thiệu nhái niệm về mạng lõi MPLS (Multiprotocol Label Switching ) MPLS là một công nghệ sử dụng trong nhà cung cấp các mạng xương sống cho phép nhiều giao thức qua một sự hội tụ các bộ phận định tuyến Mục... trên mạng xương sống tuyến tính với số PE như chỉ ra trong hình 2.9 Một giải pháp chạy riêng multicast trong mạng lõi như đã đề cập đến trước đây Một số nhà cung cấp dịch vụ vận hành một mạng lõi với sự cản trở giao thức có thể là không đáng kể, vì vậy sử dụng PIM trong mạng lõi để quản lý định tuyến multicast là đôi khi cần phải tránh NGUYỄN NHƯ AN-D06VT2 HV BCVT Page 26 Triển khai mạng truy nhập. .. cung cấp truy n thống hướng tới TDM truy n thống của họ dựa trên chuyển mạch gói với chi phí hiệu quả hơn Các dịch vụ thêm vào có thể được đưa ra sử dụng các công cụ cung cấp trực tuyến Một khách hàng có thể đăng nhập tới cổng của họ cho phép đường VoIP thứ hai vào trong nhà họ và chọn một phạm vi của hộp thư thoại và các tùy chọn NGUYỄN NHƯ AN-D06VT2 HV BCVT Page 13 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play... quan tới dữ liệu truy n bên trong tải trọng của gói Hình 2.1 Một cấu trúc liên kết tiêu biểu dịch vụ VPN lớp 3 được triển khai qua MPLS Một cách để đưa ra một dịch vụ Internet trên một mạng của nhà cung cấp dịch vụ là sử dụng một MPLS VPN lớp 3 (L3VPN) L3VPN kết nối một vài mạng IP bên trong miền định tuyến riêng Các L3VPN có thể cũng cung cấp truy nhập Internet tới các BNG đặt trên mạng nhà cung cấp... một hoặc nhiều hơn các BNG tới mạng lõi qua một mạng chuyển mạch Các bộ định tuyến ở biên của mạng lõi là các bộ định tuyến PE và giới hạn của các P2MP LSP Trong trường hợp này, BNG không vận hành NGUYỄN NHƯ AN-D06VT2 HV BCVT Page 30 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play MPLS và hoạt động như một bộ định tuyến CE Vì nó có thể yêu cầu các nhóm multicast từ mạng lõi,PIM cần hoạt động giữa CE và PE Khi BNG... lớn của dịch vụ Khái niệm Triple-Play mở rộng nhiều trò chơi trong dịch vụ dữ liệu Phần này sẽ mô tả các dịch vụ một nhà cung cấp có thể đưa thêm vào dich vụ truy nhập Internet cơ bản NGUYỄN NHƯ AN-D06VT2 HV BCVT Page 11 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play 1.2.1 Trò chơi trả tiền Hình 1.4 chỉ ra một ví dụ đơn giản về một trường nhiều trò chơi Ban đầu các dịch vụ này là không lớn nhưng là một phần... phần “ sử dụng IGMP với ánh xạ PIM-SSM” cuối chương này Nếu nguồn lưu lượng truy n thông ngừng hoạt động, cái đó cần một số con đường để hệ thống lấy lại từ trạng thái này và lựa chọn một nguồn khác Điều này được bao phủ trong phần “thiết kế một mạng lõi hiệu quả cao” NGUYỄN NHƯ AN-D06VT2 HV BCVT Page 25 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play Hình 2.8 PIM bất kỳ nguồn multicast nào 2.2.2 Sử dụng P2MP . chương: Chương 1: Giới thiệu về các dịch vụ Triple-Play thế hệ kế tiếp Chương 2: Triển khai mạng Backbone Triple-Play Chương 3: Triển khai mạng truy nhập Triple-Play Cuối cùng em xin gửi lời cảm. Triển khai mạng truy nhập Triple-Play LỜI NÓI ĐẦU Thế kỷ 21 đánh dấu sự bùng nổ mạnh mẽ lưu lượng truy n tải trên hạ tầng mạng viễn thông. Các công nghệ truy n tải không ngừng. AN-D06VT2. HV BCVT Page 2 Triển khai mạng truy nhập Triple-Play DSL Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer Bộ ghép kênh truy nhập đường dây thuê