Để làm đợc việc này, mạng core metro đối mặt với ba thách thức: Thách thức về độ hội tụ Là một mạng đơn nhất, nhng phân phối đợc tất cả các dịch vụ.Cấu trúc metro đợc xây dựng trên c
Đào Viết Đức Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO TRƯờng đại học bách khoa hà nội - Đào Viết Đức - điện tử viễn thông Đánh giá hiệu dịch vụ mạng metro ethernet Luận văn thạc sĩ điện tử viễn thông Khóa 2007 - 2009 2007 2009 Hà Nội, Năm 2009 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205162331000000 1 Tổng quan Sau nhiều năm bàn hội tụ di động-cố định mạng hệ NGN, tiến vợt bậc công nghệ đà cho phép nhà khai thác mạng di động cố định tiến thêm bớc dài Hội tụ thực đà trở thành từ khóa ngành công nghiệp viễn thông Hội tụ hớng tới mục tiêu cho phép dịch vụ truyền thống dịch vụ đợc phân phối mạng core, nhằm tối thiểu hóa giao thức lớp mạng, từ làm giảm chi phí đầu t, chi phí khai thác, bảo dỡng, đồng thời đem lại cho khách hàng gói dịch vụ đa dạng, phong phú, tiện ích, đáp ứng kỳ vọng ngày tăng họ 1.1 Mạng core metro Mạng core metro chiếm vị trí quan trọng toàn cấu trúc băng rộng đa dịch vụ, cho phép thuê bao di động, khu dân c thơng mại truy cập dịch vụ băng thông rộng đâu, tạo mềm dẻo, hiệu cho nhà khai thác mạng Mạng core metro phải đợc xây dựng tối u vị trí địa lý, từ vùng nội thị đến ngoại ô Để làm đợc việc này, mạng core metro đối mặt với ba thách thức: Thách thức độ hội tụ Là mạng đơn nhất, nhng phân phối đợc tất dịch vụ Cấu trúc metro đợc xây dựng sở dịch vụ phải có khả mang đợc số lợng lớn dịch vụ di động, cố định thơng mại, ứng với mức dịch vụ riêng chúng, đáp ứng kịch triển khai tơng lại Công nghệ mạng core metro MPLS Ethernet Ethernet cung cấp kết nối cầu, phù hợp đòi hỏi khả tập trung dung lợng cao m¹ng core metro cã chun m¹ch, MPLS MPLS -TP đợc dùng để cung cấp kết nối qua mạng metro định tuyến để mở rộng kết nối IP/MPLS backbone tồn dịch vụ VPLS Đánh giá hiệu dịch vụ mạng Metro Ethernet Để hoàn thiện lớp gói, mạng truyền dẫn quang ghép phân chia bớc sóng dung lợng cao đợc triển khai nhằm cung cấp gói dịch vụ tốc độ cao trực tiếp đến khách hàng Thách thức độ mềm dẻo Mạng core metro phải đợc xây dựng tối u tình Cấu trúc mạng core metro phải phù hợp với vị trí địa lý, xuất dịch vụ mới, có giá trị cao, băng thông không ngừng tăng Điều đòi hỏi lực mạnh mẽ truyền dẫn chuyển mạch, với bố trí tối u node phân phối dịch vụ Thách thức giá Mạng core metro phải có tổng chí phí sở hữu thấp phân phối dịch vụ có dung lợng cao, phạm vị truyền dẫn rộng Một mạng core hội tụ có chi phí đầu t chi phí khai thác thấp so với mạng dịch vụ riêng rẽ, dùng giao thức lớp mạng chung biên mạng core, theo làm giảm số lợng phần tử có mặt mạng cần quản lý bảo dỡng nh số lợng phức tạp hệ thống khai thác, quản trị quản lý OAM 1.2 Mạng truy cập băng rộng Khách hàng ngày không hài lòng với dịch vụ băng rộng truyền thống, chủ yếu chạy đờng truyền ADSL Họ muốn smartphone, notebook hay TV kÕt nèi internet, xem trun h×nh bÊt kú đâu, Điều đến vào thời điểm mà lợi nhuận nhà khai thác mạng giảm Với công nghệ truy cập đa dịch vụ hệ mới, nhà khai thác đáp ứng đợc đòi hỏi ngày cao khách hàng Mạng băng rộng cố định hệ bao gồm mạng truy cập có tốc độ tính tơng tác cao, phân phối nhiều loại dịch vụ phong phú nh internet, IPTV không tạo gián đoạn khách hàng thực thao tác chuyển đổi dịch vụ Tơng tự, mạng di động băng rộng đợc triển khai mai Đánh giá hiệu dịch vụ mạng Metro Ethernet Đối với mạng truy cập băng rộng cố định, giải pháp hiệu dùng cáp quang đến tận khách hàng, mạng quang thụ động EPON đợc xem lựa chọn nhiều nhà khai thác EPON đợc phát triển dựa công nghệ ethernet, công nghệ phổ biến giới đặc tính đơn giản, chí phí đầu t thấp, đặc biệt tốc độ hai chiều đến khách hàng hoàn toàn đối xứng thích hợp với dịch vụ mới, giàu tính tơng tác Trong tơng lại, EPON cung cấp đờng truyền với tốc độ lên tới 10 Gb/s đến khách hàng Đánh giá hiệu dịch vụ mạng Metro Ethernet Cấu trúc mạng core Trong phần này, xin giới thiệu cấu trúc mạng core hội tụ đa phơng tiện, nh giao thức cho phép mạng core hỗ trợ dịch vụ viễn thông truyền thống, đem lại nguồn lợi nhuận cho nhà cung cấp, với dịch vụ thơng mại nh mạng riêng ảo IP(IP VPN) Ethernet, dịch vụ băng rộng hộ gia đình, multimedia hệ Chuyển mạch nhÃn đa giao thức (MPLS) đợc xem nh c«ng nghƯ øng cư cã triĨn väng nhÊt cho phÐp mạng core hội tụ đợc xây dựng cách tối u cho dịch vụ IP Vì vậy, phần này, xin trình bày chi tiết MPLS, phân tích khả quan trọng mạng core, lý Cuối cùng, giới thiệu cách MPLS cho phép mạng VPN đợc xây dựng, VPN lại hỗ trợ dịch vụ mang khác hạ tầng MPLS chung 2.1 Lớp hội tụ: Chuyển mạch nhÃn đa giao thức Trong lịch sử, nhiều giao thức đợc giới thiệu nh lớp hội tụ cho tất dịch vụ thông tin số Các giao thøc líp trun dÉn nh SDH hay SONET, cung cấp hạ tầng hội tụ, đơn nhất, chứa dịch vụ khác Tuy nhiên, SONET hay SDH hớng vào kênh TDM băng thông cố định Các kênh không hiệu dịch vụ truyền dẫn IP, dựa kỹ thuật đóng gói Trong IP, băng thông đợc dùng liệu đợc gửi Còn mạng TDM lại gán băng thông có độ rộng cố định cho dịch vụ, mà không cần biết có dùng hay không Mặc dù, điều có nghĩa tất dịch vụ đợc nhận mức chất lợng dịch vụ (QoS) nh nhau, lại không tạo điều kiện thuận lợi cho lu lợng IP vốn thay đổi đột ngột ghép cách thống kê theo làm tăng tối đa hiệu xuất sử dụng hạ tầng mạng Công nghệ ATM (Asynchronous Transfer Mode) đà có bớc khác nhằm khắc phục nhợc điểm này, cho dù hớng tới lớp mạng ATM tăng tối đa Đánh giá hiệu dịch vụ mạng Metro Ethernet hiƯu st sư dơng kªnh trun kÝch thớc cố định, lớp truyền dẫn cung cấp đảm bảo QoS Cụ thể, ATM thực cách truyền liệu cell có kích thớc cố định mà đợc gửi ứng dụng có liệu cần gửi Mặc dù, cell rỗng đợc gửi ứng dụng ngừng gửi liệu, nhng chúng không bị gán vào kết nối xác định Đặc tính khiến cho việc ghép thống kê lu lợng vào liên kết băng hẹp trở nên thực hiệu ATM thành công truyền dịch vụ có lu lợng thay đổi đột biến nh video, data, thoại qua hạ tầng SDH Đặc biệt, ATM tự chứng minh nh giao thức quan trọng để tập hợp tất dịch vụ truy cập băng rộng, nh ADSL khách hàng nhà cung cấp ATM ban đầu đợc phát triển nhằm hớng tới ứng dụng đầu cuối Tuy nhiên, đặc thù mạng đại lại dùng công nghệ Ethernet để kết nối với khách hàng, đem lại hiệu kinh tế mở rộng, điều có nghĩa LAN-Ethernet có chi phí thấp nhiều so với LAN-ATM Xa nữa, phát triển mạnh mẽ Internet khiến phần lớn lu lợng mạng lu lợng IP IP dùng giao thøc ®iỊu khiĨn nh TCP (Transmission Control Protocol) ®Ĩ đáp ứng khả truyền dẫn tin cậy liệu qua lớp phía dới, ATM, Ethernet, Frame Relay hay nhiỊu giao thøc kh¸c Líp IP t¸ch líp díi khái líp øng dơng khiÕn rÊt khã để lớp dới cấp phát lợng tài nguyên mạng phù hợp Xa nữa, việc giá thành cung cấp băng thông mạng core ngày giảm đà phủ nhận lại vai trò quan trọng tính quản lý lu lợng ATM Một thách thức xảy tơng lai mà nhiều router IP kết nối peer (ngang hàng) mạng core ATM, mạng lới hoàn chỉnh định tuyến phải đợc tạo router IP biên, số lợng router IP tăng lên nhiệm vụ định tuyến nặng nề, điều có nghĩa số lợng kết nối ATM phải giám sát quản lý router IP tăng theo bình phơng số định tuyến Do vậy, ATM thờng xuyên không đáp ứng đợc đòi hỏi dành cho mạng gói hội tụ Công nghệ MPLS hứa hẹn nh lớp hội tụ mạng core tơng lai, nhận đợc quan tâm đặc biệt trình nghiên cứu, phát triển chuẩn hóa năm gần Đánh giá hiệu dịch vụ mạng Metro Ethernet MPLS thĨ hiƯn mét phÇn bé giao thøc đợc phát triển IETF (Internet Engineering Task Force), hớng tới thách thức cụ thể quản lý vận hành mạng IP MPLS trớc tiên có nhiệm vụ thực thao tác chuyển gói tin mạng core IP Quyết định chuyển tiếp gói tin router IP dựa bảng tra cứu định tuyến theo địa IP nằm phần mào đầu gói Trong MPLS, nhÃn đợc dán vào gói tin để xác lập LSP (label-switched path) Cách làm phủ nhận nhu cầu tra cứu theo địa đầy đủ; thay vào đó, kết hợp đơn giản giá trị nhÃn cổng khiến trình gửi gãi tin ®Õn router hop kÕ tiÕp cã thĨ trì Các gói tin đợc dán nhÃn từ nằm biên mạng, router biên nhÃn LER (label edge router) đảm nhiệm theo lớp chuyển tiếp tơng đơng cụ thể-FEC (forwarding equivalence class) sau đó, gói tin đợc truyền qua qua mạng core thông qua router chuyển mạch nhÃn-LSR (label-switching router) nhờ dựa vào giá trị nhÃn Sự gắn kết FEC nhÃn đà mô tả cặn kẽ cách gói tin cụ thể đợc chuyển tiếp nhận thực cách LSP nằm liên kÕt víi LSR chiỊu thn Khi gãi tin ®i tíi LSR, LSR tách nhÃn giá trị cũ khỏi gói tin thay vào nhÃn giá trị ứng với FEC gắn vào liên kết Hình 2.1 giới thiệu cấu trúc MPLS Router chuyển mạch nhÃn-LSR Router biên nhÃn-LER1 Gói IP X NhÃn giá trị X c dán LER1 Router biên nhÃn-LER2 Y Gói IP c chuyển tiếp đến LER2 dựa vào nhÃn X Nh·n X thay bëi nh·n Y LER2 th¸o nhÃn chuyển tiếp gói IP Hình 2.1 Cấu trúc MPLS Cấu trúc MPLS đợc định nghĩa RFC 3031, việc mà hoá ngăn xếp chứa nhÃn đợc mô tả RFC 3032 LSP có tính chất chiều, vậy, cần có cặp LSP để đảm bảo thông tin hai chiều hai LSR Những LSP chiếm tuyến đờng khác để qua mạng Đánh giá hiệu dịch vụ mạng Metro Ethernet NhÃn MPLS thực công cụ nhận dạng liên kết mạng IP Nó khiến đặc tính QoS, điều khiển, phục hồi, quản lý lu lợng đợc bổ xung thêm vào mạng MPLS cho phép đóng gói luồng liệu IP lên LSP, hay tunnel, theo tuyến đờng đà đợc điều khiển lu lợng (trafficengineering) Nhờ có điều khiển này, tài nguyên mạng đợc cấp phát cụ thể tới node mà LSP qua 2.1.1 Đảm bảo chất lợng dịch vụ mạng IP IP giao thức không kết nối Trong mạng IP cũ, gói tin nằm luồng đợc truyền độc lập với theo tuyến khác nhau, việc định tuyến đơn giản dựa vào địa có tính chất toàn cầu trạm đích, địa IP, nằm phần mào đầu gói tin Mỗi router mạng chuyển tiếp gói tin nhờ vào bảng định tuyến cục bộ, đợc lập nh kết giao thức định tuyến theo trạng thái liên kết, nh Open Shortest Path First (OSPF) Trong c¸c kü thuËt nh đảm bảo xác xuất gói tin tới trạm cuối cao nhất, lại trở ngại nhà khai thác trình điều khiển lu lợng mạng Hay nói cách khác, khiến nhà khai thác thờng xuyên không đáp ứng đợc mức QoS nh theo kỳ vọng Trong phơng pháp định tuyến kiểu có lợi phải hỗ trợ mức cam kết QoS đơn cho tất dịch vụ, lại đa nhiều mức QoS cho dịch vụ khác nhau, lấy ví dụ, cung cấp QoS riêng biệt cho dịch vụ thời gian thực dựa UDP (user datagram protocol) dịch vụ không theo thời gian thực dùng TCP để cảnh báo nghẽn mạng Sự khác biệt nh chìa khóa mở nguồn lợi nhuận từ dịch vụ thơng mại Theo ghi nhận, số công cụ đà đợc phát triển nhằm cung cấp QoS cho luồng lu lợng mạng IP Hai phơng pháp gây ý đặc biệt mô hình dịch vụ tích hợp-IntServ (Integrated Services Framework) mô hình dịch vụ phân biệt-DiffServ (Differentiated Services Framework) IntServ dïng giao thøc dµnh tríc tµi nguyên-RSVP (Resource ReserVation Protocol) để cấp phát tài nguyên cho luồng internet, đáp ứng mức dịch vụ end to end riêng cho dịch vụ thời gian thực có cam kết Tuy nhiên, phơng pháp đòi hỏi Đánh giá hiệu dịch vụ mạng Metro Ethernet router nằm tuyến luồng phải trì thông tin trạng thái luồng Số lợng trạng thái tăng theo số luồng IntServ Do đó, mô hình DiffServ đợc xem nh chế QoS mạng IP DiffServ cung cấp tập hành vi ứng xử theo hop, có tên khối hành vi, chúng định rõ cách thức xử lý gói tin luồng sở hop tới hop Khối hành vi xác định thứ tự u tiên theo hop (cũng đợc biết nh lớp chuyển tiếp-forwarding class) quyền trớc gói tin (drop precedence-DP) Khối hành vi, theo đó, gói tin luồng vào mạng đợc phân loại theo quyền u tiên Việc phân loại theo thông tin lớp 3, nh địa nguồn địa đích hay gần nh theo yếu tố khác Các gói đợc đánh dấu DP hay mà màu phụ thuộc vào hợp đồng lu lợng Hợp đồng xác định quyền u tiền tơng đối phạm vị lớp chuyển tiếp, theo gói tin bị hủy mạng nghẽn Mặc dầu DiffServ công cụ hữu ích cung cấp hành vi chuyển tiếp lu lợng khác nhau, nhng lại đáp ứng QoS DiffServ khả dành sẵn tài nguyên (băng thông hay đệm) theo yêu cầu để đảm bảo mạng hỗ trợ QoS Xa nữa, mô hình DiffServ ứng dụng hop đơn; không đa phơng án báo hiệu QoS toàn tuyến nh từ chối luồng yêu cầu QoS không đợc đảm bảo Thay vào đó, bit ToS (Type Of Service) phần mào đầu gói tin IP có trách nhiệm thị DiffServ PSC (Per-Hop Behaviour Scheduling Class) DP 2.1.2 Điều tiết quản lý lu lợng MPLS MPLS đợc mở rộng để kết hợp khả ®iỊu khiĨn lu lỵng víi mét sè sù trỵ gióp khác nhằm thực chức quản lý lu lợng PSC DP gói tin LSP đợc thông tin đến LSR theo hai cách Trong mét LSP cã PSC rót tõ nh·n (L-LSP), nh·n MPLS ngụ ý PSC, tất gói tin LSP dùng chung líp chun tiÕp ViƯc chun c¸c bit thùc nghiƯm (EXP) nhÃn MPLS lên mức thị DP gãi Nh vËy, nÕu dïng LSP mµ PSC rót từ EXP (E-LSP), bit EXP thị hai PSC DP Mỗi lớp dịch vụ Đánh giá hiệu dịch vụ mạng Metro Ethernet (CoS) đợc cấp phát băng thông dùng chung bị hạn chế tốc độ Việc phân quyền u tiên đảm bảo lớp quyền u tiên cao luôn đợc xử lý trớc so với lớp u tiên thấp Nh vậy, LSP đóng vai trò nh tunnel qua mạng, có cam kết QoS đợc dành sẵn tài nguyên Sự kết hợp kỹ thuật điều khiển lu lợng MPLS mô hình DiffServ cung cấp khả xác định đờng kiểm tra băng thông cho phép toàn tuyến ứng với CoS Nó đợc biết với tên kỹ thuật điều khiển lu lợng có cảnh báo DiffServ (DiffServ aware traffic engineering) Nhê kü thuËt nµy, nhµ cung cấp dịch vụ triển khai áp đặt sách chia sẻ băng thông đa dạng đến LSP theo lớp dịch vụ CoS khác 2.1.3 Báo hiệu định tuyến mạng MPLS Báo hiệu định tuyến hai nhóm chức cho phép LSR hay LER xác định LSR hay LER hop để gửi liệu tới, từ ®i ®Õn mét router ®Ých thĨ Chóng tham gia đắc lực vào việc xây dựng tuyến đờng dành cho LSP qua mạng tự động cấu hình router trung gian theo nhÃn LSP Các giao thức định tuyến MPLS chung cho mạng IP phía dới Các router đợc nối ngang hàng với nhờ giao thức định tuyến theo gateway phía trong-IGP (interior gateway routing protocol) nh lµ OSPF hay hƯ thèng trung gian-hƯ thèng trung gian-IS-IS (Intermediate System-Intermediate System) M¹ng IP diƯn rộng đợc phân thành vùng tự trị riêng biệt-AS (Autonomous System) Tuy nhiên, IGP giới hạn AS Router xác định đờng ®Õn ®Ých thuéc AS kh¸c b»ng c¸ch dïng c¸c giao thức định tuyến theo gateway ngoàiBGP (Border Gateway Protocol) Router nằm biên AS-ASBR (Autonomous System Border Routers) dùng giao thức định tuyến biên-eBGP (Exterior BGP), dạng BGP, để chuyển sang tuyến đờng nối với ASBR ngang hàng AS liền kề Tuyến đờng sau đợc thông báo trớc đến router nằm AS nhờ giao thức định tuyến biên- iBGP (Interior BGP) Ngoài giao thức định tuyến IP, mạng MPLS cần có thêm giao thức báo hiệu để thiết lập trì LSP Giao thức báo hiệu trao đổi thuộc tính Đánh giá hiệu dịch vụ mạng Metro Ethernet