nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức mpls trong ngn

 BÁO CÁO ĐỀ TÀI MẠNG VIỄN THÔNG GVHD: …………………… Trang i  LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của các ngành điện tủ - tin học, công nghệ viễn thông trong những năm vừa qua phát triển rất mạnh mẽ cung cấp ngày càng nhiều các loại hình dịch vụ mới đa dạng, an toàn, và chất lượng cao đáp ứng ngày càng tốt hơn yêu cầu của khách hàng. Trong xu hướng phát triển và hội tụ của viễn thông và tin học, cùng với sự phát triển nhanh chóng về nhu cầu của người dùng đối với những dịch vụ đa phương tiện chât lượng cao đã làm cho cơ sở hạ tầng thông tin và viễn thông đã có những thay đổi lớn về cơ bản. Nhưng tổng đài chuyển mạch kênh truyền thống đã không còn có thể đáp ứng những đòi hỏi của người dùng về những dịch vụ tốc độ cao, chính vì thế đòi hổi cần phải có một giải pháp đáp ứng được yêu cầu đó. Xu hướng viễn thông dưa trên nền tảng chuyển mạch gói tốc độ cao, dung lượng lớn và hội tụ được các loại dịch vụ trên cùng một hạ tầng là điều tất yếu. Mạng thế hệ sau NGN ra đời nó được phát triển từ tất cả các mạng cũ lên. NGN có khả năng làm nền tảng cho việc triển khai nhiều loại hình dịch vụ mới trong tương lai một các nhanh chóng, không phân biệt ranh giới các nhà cung cấp dịch vụ (dịch vụ độc lập với hạ tầng mạng). Tuy nhiên sự phát triển nhanh chóng và mở rộng không ngừng của Internet, sự phức tạp của các loại hình dịch vụ dần đã làm cho mạng viễn thông hiện tại khó đáp ứng được. Sự ra đời của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là một lựa chọn cho cấu trúc mạng trong tương lai bởi tính linh hoạt của bộ định tuyến và năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch trong nó. Trong nội dung bài tập lớn này chúng em đi sâu vào nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS trong NGN. Bài làm không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn để bài làm được hoàn chỉnh hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! GVHD: …………………… Trang ii  MỤC LỤC BÁO CÁO ĐỀ TÀI i MẠNG VIỄN THÔNG i LỜI NÓI ĐẦU ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU 1 1.1.Khái quát về mạng viễn thông 1 1.1.1.Các khái niệm cơ bản 1 1.1.2.Các thành phần chính trong mạng viễn thông 1 1.1.3.Mạng viễn thông tương tự và mạng viễn thông số 2 1.2.Mạng viễn thông thế hệ sau 3 1.2.1.Khái niệm 3 1.2.2.Đặc điểm của mạng NGN 3 1.3.Cấu trúc chức năng của mạng NGN 3 1.3.1.Mô hình phân lớp chức năng 3 1.3.2.Chức năng các lớp 4 1.3.2.1.Lớp truyền dẫn và truy nhập 4 1.3.2.2.Lớp truyền thông 5 1.3.2.3.Lớp điều khiển 5 1.3.2.4.Lớp ứng dụng 5 1.3.2.5.Lớp quản lý 5 1.4.Các công nghệ làm nền tảng cho NGN 5 1.4.1.IP 6 1.4.2.ATM 6 1.4.3.IP Over ATM 7 1.4.4.MPLS 7 CHƯƠNG II: KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU 8 2.1.Sự ra đời của công nghệ MPLS 8 2.1.1.Khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức 8 2.1.2.Sự cần thiết phải sử dụng MPLS 8 2.2.Đặc tính cơ bản của MPLS 9 GVHD: …………………… Trang iii  2.3.Các thành phần cơ bản của MPLS 10 2.3.1.Thành phần chuyển tiếp của MPLS 10 Thành phần chuyển tiếp dùng nhãn chứa trong một gói tin và thông tin lấy từ bảng thông tin nhãn LIB (Label Information base) của từng thiết bị LSR để chuyển tiếp gói tin 10 2.3.1.1.Nhãn và ngăn xếp nhãn 10 2.3.1.2. Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn 11 2.3.1.3.Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn 11 2.3.1.4.Lớp chuyển tiếp tương đương FEC 11 2.3.1.5.Bảng cơ sở dữ liệu nhãn 12 2.3.2. Thành phần điều khiển MPLS 12 2.3.2.1.Các phương pháp điều khiển gán nhãn 12 2.3.2.2.Phân bổ thông tin điều khiển gán nhãn 13 2.3.2.3.Thiết lập đường chuyển mạch nhãn LSP 13 CHƯƠNG III: CHUYỂN MẠCH ĐA GIAO THỨC TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU 15 3.1. Những vấn đề cơ bản của công nghệ MPLS 15 3.2. Nguyên tắc chuyển mạch nhãn đa giao thức 15 3.3. Các giao thức cơ bản của MPLS 17 3.3.1. Giao thức phân bổ nhãn LDP 17 3.3.1.1. Khái quát về giao thức phân bổ nhãn LDP 17 3.3.1.2. Phương thức phân bổ nhãn của LDP 18 3.3.1.3. Phương thức duy trì nhãn 18 3.3.2. Giao thức phân bổ nhãn dựa trên định tuyến ràng buộc CR - LDP 19 3.4. Phân bổ nhãn dựa trên giao thức dành trước tài nguyên RSVP 20 3.5. Ưu điểm nhược điểm của MPLS trong mạng NGN 21 3.5.1. Ưu điểm 21 3.5.2. Nhược điểm 22 3.6. Ứng dụng MPLS trong mạng NGN 22 KẾT LUẬN 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO 26 GVHD: …………………… Trang iv  DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc mạng phân cấp 1 Hình 1.2 Các thành phần của mạng viễn thông 2 Hình 1.3 Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ mạng) 4 Hình 1.4 Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ dịch vụ) 4 Hình 2.1. MPLS và mô hình tham chiếu OSI 8 Hình 2.2. Cấu trúc nhãn MPLS 10 Hình 2.3. Cấu trúc ngăn xếp nhãn 11 Hình 2.4. Minh họa lớp chuyển tiếp tương đương 11 Hình 2.5. Cấu trúc thành phần điều khiển 12 Hình 2.6. Điều khiển thông tin gán nhãn 12 Hình 3.1. Hoạt động chuyển gói tin qua mạng MPLS 16 Hình 3.2. Sử dụng RSVP để phân bổ nhãn 21 GVHD: …………………… Trang v  DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không đồng bộ API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân tích địa chỉ CoS Class of Service Lớp dịch vụ FEC Forward Equivalent Class Lớp chuyển tiếp tương đương FIB Forward Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức điều khiển bản tin IP Internet Protocol Giao thức Internet ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế LAN Local Area Network Mạng cục bộ LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn LER Label Edge Router Bộ định tuyến biên LFIB Label Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LIB Lable Information Base Bảng cơ sở dữ liệu nhãn LSFT Lable Switch Forwarding Table Bảng chuyển tiếp tương đương nhãn LSP Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn LSR Label Switch Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn MGW Media Gateway Cổng phương tiện MPLS Multi Protocol Label Switch Chuyển mạch nhãn đa giao thức NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau NHRP Next Hop Resolution Protocol Giao thức phân giải chặng tiếp theo OSI Open Systems Interconnection Kết nối các hệ thống mở OSPF Open Shortest Path Fiest Đường ngắn nhất mở đầu tiên PNNI Private Network to Network Interface Giao diện mạng – mạng riêng PSTN Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch GVHD: …………………… Trang vi  Network công cộng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RSVP Resource Reservacation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải TLV Type/ Length/ Value Các tham số kiểu/ độ dài/ giá trị TMN Telecommunication Management Network Mạng quản lý viễn thông VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo GVHD: …………………… Trang vii  CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU 1.1. Khái quát về mạng viễn thông 1.1.1. Các khái niệm cơ bản Mạng viễn thông là phương tiện truyền thông đưa thông tin từ đầu phát tới đầu thu. Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng. Mạng viễn thông cũng có thể được định nghĩa như sau: mạng viễn thông là một hệ thống gồm các nút chuyển mạch được nối với nhau bằng các đường truyền dẫn. Nút được phân thành nhiều cấp và kết hợp với các đường truyền tạo thành các cấp mạng khác nhau. Hình 1.1 Cấu trúc mạng phân cấp Trong mạng hiện nay gồm 5 nút: − Nút cấp 1: Trung tâm chuyển mạch quá giang quốc tế. − Nút cấp 2: Trung tâm chuyển mạch quá giang đường dài. − Nút cấp 3: Trung tâm chuyển mạch quá giang nội hạt. − Nút cấp 4: Trung tâm chuyển mạch nội hạt. − Nút cấp 5: Trung tâm chuyển mạch từ xa. 1.1.2. Các thành phần chính trong mạng viễn thông Xét trên quan điểm phần cứng, mạng viễn thông bao gồm các thiết bị đầu cuối, thiết bị chuyển mạch và thiết bị truyền dẫn. GVHD: …………………… Trang 1  Hình 1.2 Các thành phần của mạng viễn thông  Thiết bị đầu cuối: Thiết bị đầu cuối là các trang thiết bị của người sử dụng dùng để giao tiếp với mạng cung cấp dịch vụ. Hiện nay có nhiều chủng loại thiết bị đầu cuối của nhiều hãng khác nhau tùy thuộc vào từng dịch vụ (như máy điện thoại, máy fax, máy tính cá nhân…). Thiết bị đầu cuối thực hiện chức năng chuyển đổi thông tin cần trao đổi thành tín hiệu điện và ngược lại.  Thiết bị chuyển mạch Thiết bị chuyển mạch là các nút của mạng viễn thông có chức năng thiết lập đường truyền giữa các thuê bao (đầu cuối). Trong mạng điện thoại, thiết bị chuyển mạch là các tổng đài điện thoại.  Thiết bị truyền dẫn Thiết bị truyền dẫn được sử dụng để nối các thiết bị đầu cuối hay giữa các tổng đài với nhau và truyền các tín hiệu một cách nhanh chóng và chính xác. Dựa vào môi trường truyền dẫn thiết bị truyền dẫn có thể phân thành hai loại: vô tuyến (cáp kim loại, cáp quang) và hữu tuyến (sử dụng không gian làm môi trường truyền dẫn). 1.1.3. Mạng viễn thông tương tự và mạng viễn thông số Mạng viễn thông được gọi là tương tự nếu có các đặc điểm sau đây: − Tín hiệu truyền trên trung kế là tương tự. − Tín hiệu truyền trên đường dây thuê bao là tương tự. − Các nút mạng xử lý tín hiệu tương tự. GVHD: …………………… Trang 2  Mạng viễn thông được gọi là số nếu có những đặc điểm sau: − Tín hiệu truyền trên trung kế là số. − Tín hiệu truyền trên đường dây thuê bao là tương tự hoặc có thể là số với mạng hoàn toàn số. − Các nút mạng xử lý tín hiệu số. 1.2. Mạng viễn thông thế hệ sau 1.2.1. Khái niệm Mạng viễn thông thế hệ mới có nhiều tên gọi khác nhau, chẳng hạn như: - Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau) - Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ) - Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng) - Mạng nhiều lớp (mạng được phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng độc lập nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng TDM). Cho tới nay các tổ chức và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới rất quan tâm đến NGN (Next Generation Network) nhưng vẫn chưa có một định nghĩa rõ ràng. Do vậy ta chỉ có thể tạm định nghĩa NGN như sau: “ NGN là mạng có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu, giữa cố định và di động.” 1.2.2. Đặc điểm của mạng NGN + Nền tảng là hệ thống mở. + NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy nhưng các dịch vụ trên NGN phải độc lập với mạng lưới. + NGN là mạng chuyển mạch gói dựa trên một giao thức thống nhất. + Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng ngày càng tăng và có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu. 1.3. Cấu trúc chức năng của mạng NGN 1.3.1. Mô hình phân lớp chức năng Nhìn chung NGN vẫn là một xu hướng mới mẻ do vậy chưa có một khuyến nghị chính thức nào được công bố rõ ràng để làm tiêu chuẩn về cấu trúc NGN, song dựa vào mô hình mà một số tổ chức và các hãng xây dựng ta có thể tạm hiểu cấu trúc GVHD: …………………… Trang 3 [...]... nhiều giải pháp chuyển mạch IP Tên gọi của nó bắt nguồn từ thực tế đó là hoán đổi nhãn được sử dụng như kỹ thuật chuyển tiếp sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn Sử dụng từ đa giao thức có nghĩa là nó có thể hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng không chỉ riêng IP 2.1.1 Khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức là kết quả phát triển của công nghệ chuyển mạch IP sử dụng... tiêu đề IP và chuyển tiếp gói dữ liệu đó đến đích 3.3 Các giao thức cơ bản của MPLS 3.3.1 Giao thức phân bổ nhãn LDP 3.3.1.1 Khái quát về giao thức phân bổ nhãn LDP Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói tin Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình gán nhãn trên lớp chuyển tiếp... tài nguyên Chuyển mạch nhãn không cần nhiều tài nguyên mạng để thực hiện các công cụ điều khiển trong việc thiết lập các đường đi chuyển mạch nhãn cho lưu lượng người sử dụng  Tính đơn giản Một khía cạnh khác của chuyển mạch nhãn là sự đơn giản trong các giao thức chuyển tiếp gói tin, và nguyên tắc rất đơn giản: chuyển tiếp gói tin dựa trên nhãn của nó  Điều khiển định tuyến Chuyển mạch nhãn cho phép... công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng Với tính chất cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng IP truyền thống Bên cạnh đó thông lượng của mạng sẽ được cải thiện một cách rõ rệt GVHD: …………………… Trang 7  CHƯƠNG II: KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU 2.1 Sự ra đời của công nghệ MPLS Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là kết quả... mạch nhãn phải biết rõ đường chuyển mạch nhãn cho một lớp chuyển tiếp tương đương, phải dành một nhãn đến cho đường chuyển mạch nhãn tương ứng và phải thông báo nhãn đó cho các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn khác gửi gói thuộc lớp chuyển tiếp tương đương này GVHD: …………………… Trang 15  MPLS thực hiện bốn bước như hình sau để chuyển gói tin qua một mạng MPLS: Hình 3.1 Hoạt động chuyển gói tin qua mạng MPLS. .. ATM Giao thức của hai tầng hoàn toàn độc lập với nhau, giữa chúng phải nhờ một loại giao thức nữa để nối thông như NHRP, ARP Điều đó hiện nay không được sử dụng rộng rãi trong thực tế 1.4.4 MPLS MPLS là kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức Phương pháp này đã dung hợp một cách hữu hiệu năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch với tính linh hoạt của bộ định tuyến MPLS là công nghệ chuyển. .. chuyển mạch mới  Bước 3: Vận chuyển gói dữ liệu Sau khi gói đã vào trong mạng MPLS, tại mỗi bộ định tuyến chuyển mạch gói dữ liệu sẽ được xử lý như sau: - Bỏ nhãn các gói đến và gán cho chúng một nhãn mới ở đầu ra (hoán đổi nhãn) - Chuyển gói dữ liệu đến bộ định tuyến chuyển mạch kế tiếp theo dọc đường chuyển mạch nhãn  Bước 4: Tách nhãn Bộ định tuyến biên LER ở đầu ra của miền MPLS sẽ cắt bỏ nhãn, ... để chuyển tiếp gói tin 2.3.1.1 Nhãn và ngăn xếp nhãn  Nhãn Cấu trúc của nhãn được trình bày trong hình sau: Hình 2.2 Cấu trúc nhãn MPLS Nhãn là một thực thể ngắn gọn có độ dài cố định và không có cấu trúc bên trong, nhãn mang giá trị bằng số được thỏa thuận bởi các nút MPLS để chỉ thị cho kết nối dọc theo các đường chuyển mạch nhãn LSP Nhãn được gán vào một gói tin cụ thể đại diện cho một lớp chuyển. .. đánh nhãn khác và có thể được vận chuyển qua mạng theo các đường chuyển mạch khác nhau Về cơ bản, MPLS phân lưu lượng vào thành các loại lớp chuyển tiếp tương đương Lưu lượng thuộc một lớp chuyển tiếp tương đương sẽ được chuyển qua mạng MPLS theo một đường chuyển mạch nhãn Từng gói dữ liệu sẽ được xem như thuộc một lớp chuyển tiếp tương đương bằng việc sử dụng các nhãn cục bộ Một bộ định tuyến chuyển mạch. .. một tập các nhãn chèn vào giữa tiêu đề lớp 2 và tiêu đề lớp 3 của gói tin Nhãn nằm tại đỉnh của ngăn xếp nhãn được sử dụng cho nhiệm vụ chuyển tiếp gói tin, và nhãn cuối ngăn xếp có giá trị bit S bằng 1 Thông qua ngăn xếp nhãn, MPLS thực hiện việc định tuyến phân cấp và tạo ra các đường hầm chuyển mạch nhãn 2.3.1.2 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR là thiết bị sử dụng trong mạng MPLS để chuyển các . THUẬT CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU 2.1. Sự ra đời của công nghệ MPLS Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là kết quả của quá trình phát triển nhiều giải pháp chuyển mạch IP IP. 2.1.1. Khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức là kết quả phát triển của công nghệ chuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như ATM để tăng tốc. của công nghệ MPLS 15 3.2. Nguyên tắc chuyển mạch nhãn đa giao thức 15 3.3. Các giao thức cơ bản của MPLS 17 3.3.1. Giao thức phân bổ nhãn LDP 17 3.3.1.1. Khái quát về giao thức phân bổ nhãn