Mô phỏng mạng quang truy nhâp nội bộ đô thị MAN

Để đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin đó, cơ sở hạ tầng mạng truyền thông của các khu đô thị, các thành phố cần phải có khả năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng, dung lượng lớn và đa dịch vụ.Hiện tại, các mạng nội bộ LAN (Local Area Network) của các cơ quan, xí nghiệp chỉ có thể đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin với phạm vi địa lý rất hẹp. Đồng thời, các mạng truy nhập hiện tại với công nghệ chủ yếu là TDM (chuyển mạch kênh PSTN, công nghệ SDH) không thể đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin hiện nay của xã hội cả về loại hình dịch vụ và lưu lượng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Trần Phú Hưng Trần Văn Tú

CHUYỀN ĐỀ TỐT NGHIỆP

Mô phỏng mạng quang truy nhâp nội bộ đô thị MAN

Đà Nẵng – 2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ

THUẬT VINH

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

PHIẾU NHẬN NHIỆM VỤ CHUYÊN ĐỀ THỰC TẬP TỐT

NGHIỆP

1 Thông tin về sinh viên:

Họ và tên sinh viên: Trần Phú Hưng – Trần Văn Tú

Điện thoại liên lạc: 0905003308 Email: phuhung10t1f@gmail.com

Thời gian làm CĐTTTN: Từ ngày … / … / …… đến … / … / …

2 Tên đề tài CĐTTTN:

Mô phỏng mạng quang truy nhâp nội bộ đô thị MAN

3 Mục tiêu của CĐTTTN:

-Tìm hiểu về mạng truy nhập nội bộ đô thị MAN

4 Nội dung nghiên cứu chính của CĐTTTN:

-Nghiên cứu mạng truy nhập nội bộ đô thị MAN

-Nghiên cứu các phương pháp truy nhập mạng

-Mô Phỏng mạng bằng Ns2

-Đánh giá hiệu năng mạng

5 Lời cam đoan của sinh viên:

Tôi là Trần Phú Hưng và Trần Văn Tú cam kết sẽ hoàn thành các nhiệm vụ của

CĐTTTN theo yêu cầu của giáo viên hướng dẫn./

Giáo viên hướng dẫn Đà nẵng, ngày17 Tháng7 năm 2015Sinh viên thực hiện

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh về kinh tế, xã hội và văn hoá trong môi trường các đô thị và thành phố lớn đã dẫn đến nhu cầu trao đổi thông tin là rất lớn, đa dạng cả về loại hình dịch vụ, tốc độ Đồng thời, với sự hình thành và phát triển bùng nổ các tổ hợp văn phòng, các khu công nghiệp, công nghệ cao, các khu chung cư và thêm vào đó là các dự án phát triển thông tin của chính phủ, các các cơ quan, các công ty, làm cho nhu cầu trao đổi thông tin như tiếng nói, dữ liệu, hình ảnh, tăng đột biến

Để đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin đó, cơ sở hạ tầng mạng truyền

thông của các khu đô thị, các thành phố cần phải có khả năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng, dung lượng lớn và đa dịch vụ.

Hiện tại, các mạng nội bộ LAN (Local Area Network) của các cơ quan, xí nghiệp chỉ có thể đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin với phạm vi địa lý rất hẹp Đồng thời, các mạng truy nhập hiện tại với công nghệ chủ yếu là TDM (chuyển mạch kênh PSTN, công nghệ SDH) không thể đáp ứng nhu cầu trao đổi thông tin hiện nay của xã hội cả về loại hình dịch vụ và lưu lượng.

Do đó, việc tìm kiếm các công nghệ để xây dựng một cơ sở hạ tầng mạng đô thị MAN (Metropolitan Area Network) đáp ứng được yêu cầu trao đổi thông tin nói trên là cấp thiết đối với những nhà cung cấp dịch vụ Viễn thông trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.

Trên thế giới, các nhà cung cấp các dịch vụ Viễn thông đã tập trung nghiên cứu, phát triển và ngày càng hoàn thiện các giải pháp công nghệ cho các đô thị và các thành phố lớn Trong đó, với những ưu việt của mình nên giải pháp công nghệ MAN-E

(Metropolitan Area Network-Ethernet) được rất nhiều nhà cung cấp các dịch vụ Viễn thông áp dụng triển khai.

Đối với nước ta, các công ty Viễn thông trong nước đang đầu tư triển khai MAN-E cho các khu đô thị, cho các thành phố của nước ta.

Chính vì vậy, việc nghiên cứu MAN-E và ứng dụng cho các khu đô thị, cho các thành phố của nước ta là một vấn đề cấp thiết.

Do thời gian và hiểu biết còn hạn chế, đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy giáo, cô giáo và các bạn.

Chương I.

TỔNG QUAN VỀ MAN-E

Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh về kinh tế, xã hội và văn hoá trong môi trường các

đô thị và thành phố lớn đã dẫn đến nhu cầu trao đổi thông tin là rất lớn, đa dạng cả về loại hình dịch vụ, tốc độ Để đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin đó, MAN-quang (MAN- Metropolitan Area Network) với khả năng linh hoạt cao, tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng, dung lượng lớn

và đa dịch vụ là một giải pháp cơ sở hạ tầng mạng truyền thông chủ đạo của các khu đô thị, các thành phố

Để truyền tải thông tin và phát huy hiệu quả cơ sở hạ tầng MAN-quang, người ta đã sử dụng nhiều giải pháp công nghệ khác nhau, như: công nghệ SDH-NG, công nghệ WDM, công nghệ RPR, công nghệ Gigabit Ethernet, công nghệ ATM, công nghệ MPLS,

Tuy nhiên, vấn đề đặt ra cho các nhà xây dựng và cung cấp dịch vụ MAN là trên cơ sở mục tiêu xây dựng mạng cần phải lựa chọn được công những công nghệ phù hợp để áp dụng vào việc xây dựng mạng Trên cơ sở những công nghệ mạng được lựa chọn, các nhà thiết kế mạng sẽ xây dựng những cấu hình mạng thích hợp, lựa chọn thiết bị phù hợp để xây dựng được mạng đáp ứng với những mục tiêu đề ra ban đầu

Công nghệ Ethernet và Gigabit Ethernet có những ưu điểm nổi bật như: có khả năng hỗ trợ rất tốt

cho ứng dụng truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao và có đặc tính lưu lượng mạng tính đột biến và

tính “bùng nổ”;

Trước kia, Ethernet là công nghệ thống lĩnh trong các mạng nội bộ LAN, là công nghệ chủ đạo trong hầu hết các văn phòng trên toàn thế giới và hiện nay đã được dùng ngay cả trong các hộ gia đình để chia sẽ các đường dây truy nhập băng rộng giữa các thiết bị với nhau Đặc biệt tất cả các máy tính cá nhân đều được kết nối bằng Ehernet và ngày càng nhiều thiết bị truy nhập dùng đến công nghệ này.

Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, tốc độ Ethernet đã được cải thiện từ Mbps lên Gbps và 10Gbps Song song với nó, phương tiện truyền trong mạng Ethernet cũng

chuyển dần từ cáp đồng sang cáp quang và cấu hình cũng đã phát triển từ cấu trúc Bus dùng chung lên cấu trúc mạng chuyển mạch Đây là những nhân tố quan trọng để xây dựng các mạng có dung lượng cao, chất lượng cao, và hiệu xuất cao, đáp ứng được những đòi hỏi ngày

Việc sử dụng công nghệ Ethernet và Gigabit Ethernet trong mạng đô thị đã tạo nên một giải pháp mạng hữu hiệu để truyền tải thông tin trong các đô thị, gọi là giải pháp MAN-E hay MEN.

Chương II.

MẠNG ĐÔ THỊ-MAN VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN

1.Giới thiệu về MAN.

Mạng đô thị MAN là một mạng cung cấp đa dịch vụ trong phạm vi một thành phố, đô thị Vai trò của nó tương tự như vai trò của một nhà cung cấp dịch vụ Internet nhưng có một điểm khác là

được xây dựng để hướng tới đối tượng phục vụ chủ yếu là liên kết trao đổi lưu lượng của các mạng cục bộ LAN có dung lượng và kích cỡ mạng lớn Qui mô của MAN có thể bao phủ toàn bộ một thành phố hoặc chỉ là một mạng để liên kết một vài khu nhà (chung cư, khu công nghệ/công nghiệp, các cơ quan tổ chức, các trường đại học, viện nghiên cứu) với nhau Thiết bị MAN có thể được xây dựng và quản lý bởi nhiều tổ chức khác nhau hoặc chỉ với một nhà cung cấp dịch vụ MAN duy nhất Các công nghệ được lựa chọn áp dụng để xây dựng MAN chủ yếu tập trung vào 6 loại công nghệ chính là:

2 Cấu trúc tổng quan của MAN.

và với nhiều loại giao diện khác nhau.

+ Lớp mạng lõi thực hiện chức năng truyền tải lưu lượng tích hợp trong mạng đô thị một cách hợp lý; lớp này thực hiện chức năng định tuyến truyền tải lưu lượng trong nội vùng đô

Mạng đô thị thực hiện tiếp cận với rất nhiều loại hình ứng dụng và giao thức giao thức

truyền tải cần phải truyền một cách “trong suốt” giữa người sử dụng hoặc các mạng văn phòng với nhau Do vậy vấn đề đặt ra là cần phải cân nhắc giữa mục tiêu là truyền lưu lượng trong suốt và đạt hiệu suất sử dụng mạng cao, đó là một bài toán đặt ra đối với các nhà xây dựng mạng đô thị Nó sẽ quyết định đến chiến lược triển khai mạng và dịch vụ cũng như như việc lựa chọn nhà cung cấp thiết bị mạng.

2.2 Cấu trúc phân lớp chức năng.

Theo cấu trúc phân lớp chức năng, MAN có thể phân chia thành 2 lớp mạng: lớp mạng biên và lớp mạng lõi Trong mỗi lớp mạng đó có thể bố trí các thiết bị mạng có chức năng khác nhau để thực thi các chức năng cần phải thực hiện của lớp mạng này tùy thuộc vào mục tiêu, qui mô, kích cỡ của MAN cần phải xây dựng

3 Các công nghệ sử dụng trong mạng đô thị MAN.

3.1 Công nghệ IP/ATM-MAN.

Công nghệ ATM đã từng được sử dụng như là công nghệ chủ yếu trong mạng Backbone ngay từ lần đầu được đưa ra thương mại đầu những năm 1990 ATM được thiết kế nhằm tối ưu hóa truyền tải nhiều loại thông tin khác nhau như : dữ liệu, voice, video đáp ứng cả yêu cầu thời gian thực và đáp ứng được yêu cầu về QoS cho mỗi loại thông tin Để thực hiện yêu cầu này, rất nhiều chức năng và giao thức đã được thiết lập trên nền công nghệ ATM: PNNI (Private Network Node

Interface) cung cấp các chức năng kiểu OSPF cho tín hiệu và dẫn hướng cho thông tin về QoS

trong toàn mạng ATM, đa giao thức trên ATM (MPOA) cho phép thiết lập những kết nối tắt giữa các điểm hay hệ thống trong các mạng con khác nhau, khắc phục được hiện tượng

nghẽn cổ chai xảy ra giữa các router và các chức năng để nâng cao khả năng kết nối vật lý Hiện nay việc truyền tải tín hiệu IP qua ATM trên các mạng thông tin quang được thực hiện chủ yếu qua hai phương thức: IP/ATM/SDH/WDM và IP/ATM/WDM.

3.2 Công nghệ WDM-MAN.

Công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM hay DWDM là công nghệ truyền tải trên sợi quang đã xây dựng và phát triển từ những năm 90 của thế kỷ trước Các hệ thống WDM hiện nay có tốc độ truyền dẫn kênh 2,5Gbps hoặc 10Gbps và có thể tích hợp tới 100 bước sóng trên một sợi quang

Terabits ghép trên một sợi quang đã được thử nghiệm trong các phòng thí nghiệm trên thế giới và hứa hẹn nhiều ứng dụng trong thực tế) Nguyên lý cơ bản của công nghệ này là thực hiện truyền đồng thời các tín hiệu quang thuộc nhiều bước sóng khác nhau trên một sợi quang Băng tần truyền tải thích hợp của trên sợi quang được phân chia thành những bước sóng chuẩn với khoảng cách thích hợp giữa các bước sóng (đã được chuẩn hóa bởi tiêu chuẩn G.692 của ITU-T), mỗi bước sóng có thể truyền tải một luồng thông tin có tốc độ lớn (chẳng hạn luồng thông tin số tốc độ

10Gbít/s) Do đó, công nghệ WDM cho phép xây dựng những hệ thống truyền tải thông tin quang

có dung lượng gấp nhiều lần so với hệ thống thông tin quang đơn bước sóng Hiện tại, sản phẩm và

các hệ thống truyền dẫn WDM đã được sản xuất bởi nhiều hãng sản xuất thiết bị viễn thông và

đã được triển khai trên mạng của nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trên thế giới.

Mạng WDM có thể thiết lập các cấu hình điểm nối điểm, ring và mesh Việc chuyển đổi hay nâng cấp giữa các cấu hình tương đối linh hoạt.

3.3 Công nghệ SDH-NG-MAN.

Công nghệ SDH hiện tại là công nghệ truyền dẫn được áp dụng phổ biến nhất trong mạng của những nhà cung cấp dịch vụ trên thế giới Công nghệ SDH được xây dựng trên cơ sở hệ thông phân cấp ghép kênh đồng bộ TDM với cấu trúc phân cấp ghép kênh STM-N cho phép cung cấp các giao diện truyền dẫn tốc độ từ vài Mbít/s tới vài Gigabít/s Đặc tính ghép kênh TDM và phân cấp ghép kênh đồng bộ của công nghệ SDH cho phép cung cấp các kênh truyền dẫn có băng thông

cố định và có độ tin cậy cao với việc áp dụng các cho chế phục hồi và bảo vệ, cơ chế quản lý

hệ thống theo cấu trúc tô-pô mạng phù hợp và đã được chuẩn hóa bởi các tiêu chuẩn của ITU-T.

Từ trước tới nay công nghệ truyền dẫn SDH được xây dựng chủ yếu cho việc tối ưu truyền tải lưu lượng thoại Theo những dự báo và phân tích về thị trường mạng viễn thông gần đây, các doanh nghiệp có sẽ gia tăng mạnh mẽ các loại hình dịch vụ truyền dữ liệu và có xu hướng chuyển dần lưu lượng của các dịch vụ thoại sang truyền tải theo các giao thức truyền dữ liệu (ví dụ như dịch vụ thoại qua IP (VoIP) Trong khi đó, các cơ sở hạ tầng mạng SDH hiện có khó có khả năng đáp ứng nhu cầu truyền tải lưu lượng gia tăng trong tương lai gần Do vậy yêu cầu đặt ra là cần phải có một cơ sở hạ tầng truyền tải mới để có thể đồng thời truyền tải trên nó lưu lượng của hệ thống SDH hiện có và lưu lượng của các loại hình dịch vụ mới khi

3.4 Công nghệ Ring gói tự hồi phục.

Khác với các công nghệ truyền dẫn truyền thống như SONET/SDH, vòng Ring RPR có cấu trúc gồm hai vòng cáp quang, trong đó, một vòng phía trong (Inner Ring) và một vòng phía ngoài (Outer Ring), các gói được truyền trên hai vòng Ring này theo hai hướng ngược chiều nhau Mỗi vòng có thể sử dụng để mang đồng thời cả các gói dữ liệu và các gói điều khiển Các vòng Ring

này (Outer Ring và Innner Ring), có tính chất hỗ trợ lẫn nhau, vừa đảm bảo việc nâng cao lưu

lượng truyền dẫn vừa đảm nhận chức năng bảo vệ khi có sự cố trên hệ thống.

RPR sử dụng giao thức điều khiển truy nhập MAC mới – Spatial Reuse Protocol do IETF chuẩn hoá trong RFC số 2892 để đóng gói dữ liệu trong mạng có cấu hình Ring kép Thiết bị

IP với với giao diện RPR có thể kết nối với thiết bị SDH hay sử dụng hệ thống cáp quang hiện có mà không cần thiết bị SDH nữa Điều này cho phép giảm mức chi phí đầu tư và tăng hiệu quả quản lý mạng lên rất nhiều.

RPR còn cho phép các thiết bị trên mạng tự động phát hiện ra topology mạng, phát hiện và khôi phục vòng ring khi cáp quang bi đứt với thời gian hồi phục là 30 đến 50ms Việc phát triển và hồi phục topo mạng hoàn toàn được thực hiện ở lớp MAC do đó không ảnh hưởng đến lưu lượng đang truyền tải trên lớp IP cũng như không cần sự than gia của lớp 3 trong việc này RPR cho phép kiểm soát mức độ sử dụng băng thông trên mạng nhằm sủ dụng hiệu quả nhất thông lượng đường truyền Dữ liệu có thể truyền song song theo cả hai hướng, trên

cả vòng Ring chính và vòng Ring “backup” như trong khái niệm của SONET/SDH, như vậy khai thác tối đa hiệu quả của cáp quang Đặc biệt là khác so với các giao thức trên mạng Ring khác, dữ liệu chỉ được truyền giữa thiết bị truyền và nhận trên Ring chứ không phải qua các node trung gian Như vậy đồng thời có thể có nhiều lưư lượng khác nhau trên Ring

và các thiết bị trung gian không hề phải chịu tải lưu lượng của các node khác.

Cuối cùng, RPR có hỗ trợ riêng cho lưu lượng dạng multicast trong các ứng dụng như thoại

và video nhằm tiết kiệm băng thông trên mạng Chính vì vậy ngay cả khi có phần overhead cao hơn so với POS, hiệu suất chung của RPR lại cao hơn và thiết bị rẻ tiền hơn.

3.5 Công nghệ chuyển mạch MPLS/GMPLS.

Sự phát triển đa dạng của các ứng dụng dựa trên công nghệ gói, điển hình là giao thức IP, đã kéo theo sự bùng nổ lưu lượng có nguồn gốc phi thoại trong những năm qua và làm thay đổi bản chất lưu lượng truyền tải trên mạng

Vài năm trước đây, định tuyến IP đã phát triển thêm tính năng mới dưới ảnh hưởng của một công nghệ mới, đó là chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) và công việc hiện tại là hướng MPLS thành một mảng điều khiển không chỉ đơn thuần sử dụng cho bộ định tuyến mà còn với thiết bị cũ như SDH và thiết bị mới như OXC Những nỗ lực này đã tạo ra mảng điều khiển chung chuẩn hoá, một phần tử thiết yếu trong sự phát triển của mạng quang mở và tương hợp Trước hết, một mảng điều khiển chung sẽ làm đơn giản hoá hoạt động khai thác và bảo dưỡng, do đó giảm được chi phí vận hành mạng Tiếp đến, mảng điều khiển chung cung cấp một loạt kịch bản phát triển từ mô hình xếp chồng đến mô hình đồng cấp, ở đây mô hình xếp chồng được thực hiện bằng cách sử dụng tập hợp con tính năng của mô hình đồng cấp.

Để thực hiện ý tưởng trên, một số sửa đổi và thêm tính năng vào giao thức định tuyến và báo hiệu

MPLS để thích ứng với đặc tính riêng của chuyển mạch quang cần được thực hiện Những

công việc này được đảm nhiệm bởi tổ chức IETF (Internet Engineering Task Force) GMPLS (Generalized MPLS) là tên gọi mới của giao thức MPLS đã được mở rộng thành mảng điều khiển chung cho mạng truyền tải thế hệ sau.

Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là một công nghệ mới xuất hiện nhưng đã chiếm được lòng tin của người sử dụng, nhờ sự tích hợp mô hình phát chuyển trao đổi nhãn với định tuyến lớp mạng Những nỗ lực ban đầu của MPLS tập trung vào IPv4 để hỗ trợ các giao thức định tuyến IP tìm đường kết nối trong mạng Tuy nhiên, MPLS cũng cung cấp khả năng thiết kế lưu lượng: chuyển luồng lưu lượng từ các tuyến ngắn nhất được xác định theo thuật toán của giao thức định tuyến đến tuyến có tiềm ẩn nghẽn thấp nhất qua mạng.

3.6 Công nghệ GigaE_MAN.

Trong vòng ba thập kỷ qua, Ethernet là công nghệ thống lĩnh trong các mạng nội bộ LAN, là

công nghệ chủ đạo trong hầu hết các văn phòng trên toàn thế giới và hiện nay đã được dùng ngay cả trong các hộ gia đình để chia sẽ các đường dây truy nhập băng rộng giữa các thiết bị với nhau Đặc biệt tất cả các máy tính cá nhân đều được kết nối bằng Ethernet và ngày càng nhiều thiết bị truy nhập dùng đến công nghệ này.

Có nhiều lý do để giải thích tại sao Ethernet đã có sự thành công như vậy trong cả các doanh nghiệp lẫn các hộ gia đình bởi tính dễ sử dụng, linh họat và hiệu quả về chi phí.

Hình 3.1 Cấu trúc mạng MAN-E điển hình

Phần mạng truy nhập Metro tập hợp lưu lượng từ các khu vực (cơ quan, toà nhà, ) trong khu vực của mạng Metro Mô hình điển hình thường được xây dựng xung quanh các vòng Ring quang với mỗi vòng Ring truy nhập Metro gồm từ 5 đến 10 node Những vòng Ring này mang lưu lượng từ các khách hàng khác nhau đến các điểm POP mà các điểm này được kết nối với nhau bằng mạng lõi Metro Một mạng lõi Metro điển hình sẽ bao phủ được nhiều thành phố hoặc một khu vực tập trung nhiều doanh nghiệp.

2 Các dịch vụ cung cấp qua MAN-E.

2.1 Mô hình dịch vụ Ethernet.

Để xác định các loại hình dịch vụ cung cấp qua môi trường Ethernet, trước hết cần xem xét mô

hình tổng quát Mô hình dịch vụ Ethernet là mô hình chung cho các dịch vụ Ethernet, được xây

dựng trên dựa trên cơ sở sử dụng các thiết bị khách hàng để truy cập các dịch vụ Trong mô hình này sẽ định nghĩa các thành phần cơ bản cấu thành dịch vụ cũng như một số đặc tính cơ bản cho mỗi loại hình dịch vụ Nhìn chung các dịch vụ Ethernet đều có chung một số đặc điểm, tuy nhiên vẫn có một số đặc tính đặc trưng khác nhau cho từng dịch vụ riêng Mô hình

cơ bản cho các dịch vụ Ethernet Metro như chỉ ra trên Hình 3.2.

Hình 3.2 Mô hình cung cấp các dịch vụ Ethernet qua MAN

Trong mô hình này chủ yếu đề cập đến các kết nối mạng mà trong đó thuê bao được xem là một phía của kết nối khi trình bày về các ứng dụng thuê bao Tuy nhiên cũng có thể có nhiều thuê bao (UNI) kết nối đến MAN từ cùng một vị trí.

Trên cơ sở các dịch vụ chung được xác định trong mô hình, nhà cung cấp dịch vụ có thể triển khai các dịch vụ cụ thể tuỳ theo nhu cầu khách hàng Những dịch vụ này có thể được truyền qua các môi trường và các giao thức khác nhau trong MAN như SONET, DWDM, MPLS, GFP, Tuy nhiên, xét từ góc độ khách hàng thì các kết nối mạng xuất phát từ phía khách hàng của giao diện UNI là các kết nối Ethernet.

2.2 Các loại dịch vụ Ethernet

Hiện tại các dịch vụ Ethernet được chia thành 2 loại lớn: Các đường Ethernet riêng, chạy trên hạ tầng SONET/SDH hoặc trên LAN trong suốt qua các chuyển mạch (best-effort) và sợi quang hiện chưa sử dụng

Dịch vụ E-Line có thể cung cấp băng tần đối xứng cho truyền số liệu theo hai hướng Ở dạng phức tạp hơn nó có thể tạo ra tốc độ thông tin tốt nhất (CIR) và kích thước khối tốt nhất (CBS), tốc độ

thông tin đỉnh và kích thước khối đỉnh trễ, jitter, độ mất mát thực hiện giữa hai UNI có tốc độ

khác nhau.

Nhìn chung dịch vụ E-Line có thể được sử dụng để xây dựng các dịch vụ tương tự cho

chuyển tiếp khung hoặc các đường thuê riêng Tuy nhiên, dải băng tần và các khả năng kết nối của nó lớn hơn nhiều.

2.3 Dịch vụ LAN Ethernet:

Dịch vụ LAN Ethernet cung cấp các kết nối đa điểm, chẳng hạn có thể kết nối một số UNI với nhau như chỉ ra ở Hình 3.4

Hình 3.4 Mô hình kết nối đa điểm

Số liệu thuê bao gửi từ một UNI có thể được nhận tại một hoặc nhiều UNI khác Mỗi UNI được kết nối đến một EVC đa điểm Khi có các UNI thêm vào, chúng được kết nối đến cùng EVC đa điểm do đó đơn giản hoá quá trình cung cấp và kích hoạt dịch vụ.

2.4 Dịch vụ E-LAN theo cấu hình điểm - điểm.

Dịch vụ E-LAN có thể được sử dụng để kết nối chỉ hai UNI, điều này dường như tương tự với dịch

vụ E-Line nhưng ở đây có một số khác biệt đáng kể Với dịch vụ E-Line, khi một UNI được thêm vào, một EVC cũng phải được bổ sung để kết nối UNI mới đến một trong các UNI đã tồn tại Hình 3.5 minh hoạ khi một UNI được thêm vào và sẽ có một EVC mới được bổ sung để tất cả các UNI

có thể kết nối được với nhau khi dùng dịch vu E-Line

Hình 3.5 Quá trình thực hiện khi thêm một UNI vào MAN

Với dịch vụ E LAN, khi UNI mới cần thêm vào EVC đa điểm thì không cần bổ sung EVC mới vì dịch vụ E-LAN sử dụng EVC đa điểm - đa điểm Dịch vụ này cũng cho phép UNI mới trao đổi thông tin với tất cả các UNI khác trên mạng Trong khi với dịch vụ E-Line thì cần có các EVC đến tất cả các UNI Do đó, dịch vụ E-LAN chỉ yêu cầu một EVC để thực hiện kết nối nhiều bên với nhau.

Tóm lại, dịch vụ E-LAN có thể kết nối một số lượng lớn các UNI và sẽ ít phức tạp hơn khi dùng theo dạng lưới hoặc hub và các kết nối sử dụng các kỹ thuật kết nối điểm - điểm như Frame Relay hoặc ATM Hơn nữa, dịch vụ E-LAN có thể được sử dụng để tạo một loạt dịch

vụ như mạng LAN riêng và các dịch vụ LAN riêng ảo, trên cơ sở này có thể triển khai các dịch vụ khách hàng.

-Khả năng kiểm tra tính ổn định của các giao thức mạng đang tồn tại.

-Khả năng đánh giá các giao thức mạng mới trước khi đưa vào sử dụng.

-Khả năng thực thi những mô hình mạng lớn mà gần như ta không thể thực thi được trong

thực tế.

-Khả năng mô phỏng nhiều loại mạng khác nhau.

Mặc dù NS-2 là phần mềm mã nguồn mở có sẵn cho cả nền Windows 32 và Linux, nhưng nhóm chúng tôi chỉ nghiên cứu việc cài đặt cũng như thực thi NS-2 trong môi trường Linux.

NS là một phần mềm hướng đối tượng sử dụng hai ngôn ngữ C++ và OTcl Phần dữ liệu và phần điều khiển được tách biệt.

 C++ cho phần dữ liệu: Xử lý mỗi gói tin, thực thi nhanh chóng, chi tiết hóa, bổ sung

đầy đủ cho việc điều khiển, các thuật toán đối với bộ dữ liệu lớn

 OTcl cho phần điều khiển :

- Mô phỏng các cấu hình cho kịch bản

- Thực thi nhanh chóng ,dễ dàng cấu hình lại

- Thao tác với các đối tượng C++ hiện tại.

- Viết mã nhanh chóng và thay đổi dễ dàng.

Hình 1: Tổng quan về NS-2 dưới góc độ người dụng

-OTcl Script Kịch bản OTcl

-Simulation Program Chương trình Mô phòng

-OTcl Bộ biên dịch Tcl mở rộng hướng đối tượng

-NS Simulation Library Thư viện Mô phỏng NS

-Event Scheduler Objects Các đối tượng Bộ lập lịch Sự kiện

-Network Component Objects Các đối tượng Thành phần Mạng

-Network Setup Helping Modules Các mô đun Trợ giúp Thiết lập Mạng

-Plumbling Modules Các mô đun Plumbling

-Simulation Results Các kết quả Mô phỏng

-Analysis Phân tích

-NAM Network Animator Minh họa Mạng NAM

Trong hình 1, NS là Bộ biên dịch Tcl mở rộng hướng đối tượng; bao gồm các đối tượng Bộ lập lịch Sự kiện, các đối tượng Thành phần Mạng và các mô đun Trợ giúp Thiết lập Mạng (hay các mô đun Plumbing)

Kịch bản OTcl có thể thực hiện những việc sau:

-Khởi tạo Bộ lập lịch Sự kiện

-Thiết lập Mô hình mạng dùng các đối tượng Thành phần Mạng

-Báo cho nguồn traffic khi nào bắt đầu truyền và ngưng truyền packet trong Bộ lập lịch Sự

kiện

Thuật ngữ plumbing được dùng để chỉ việc thiết lập mạng, vì thiết lập một mạng nghĩa là xây dựng các đường dữ liệu giữa các đối tượng mạng bằng cách thiết lập con trỏ “neighbour” cho một đối tượng để chỉ đến địa chỉ của đối tượng tương ứng Mô đun plumbing OTcl trong thực tế thực hiện việc trên rất đơn giản Plumbing làm nên sức mạnh của NS

Thành phần lớn khác của NS bên cạnh các đối tượng Thành phần Mạng là Bộ lập lịch Sự kiện Bộ lập lịch Sự kiện trong NS-2 thực hiện những việc sau:

-Tổ chức Bộ định thời Mô phỏng

-Huỷ các sự kiện trong hàng đợi sự kiện

-Triệu gọi các Thành phần Mạng trong mô phỏng

Phụ thuộc vào mục đích của user đối với kịch bản mô phỏng OTcl mà kết quả mô phỏng có thể được lưu trữ như file trace Định dạng file trace sẽ được tải vào trong các ứng dụng khác để thực hiện phân tích:

-File nam trace (file.nam) được dùng cho công cụ Minh họa mạng NAM

-File Trace (file.tr) được dùng cho công cụ Lần vết và Giám sát Mô phỏng XGRAPH hay

TRACEGRAPH

Hình 2: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS

-NAM Visual Simulation Mô phỏng ảo NAM

-Tracing and Monitoring Simulation Mô phỏng Lần vết và Giám sát

2 Các đặc tính của NS-2

-NS-2 thực thi những tính năng sau:

-Các kỹ thuật quản lý hàng đợi Router như DropTail, RED, CBQ,

-Multicasting

-Mô phỏng mạng không dây

-Được phát triển bởi Sun Microsystems + UC Berkeley (Dự án Daedalus)

-Thuộc mặt đất (di động, adhoc, GPRS, WLAN, BLUETOOTH), vệ tinh

-Chuẩn IEEE 802.11 có thể được mô phỏng, các giao thức Mobile-IP và adhoc như DSR,

-Các packet tracing trên tất cả các link và trên các link xác định

3 Các bước cơ bản mô phỏng trong ns-2

3.1 Khởi tạo và kết thúc

Một mô phỏng bắt đầu với câu lệnh:

Set ns [new Simulator]

Đây là dòng lệnh đầu tiên trong tập lệnh tcl Dòng này khai báo một biến mới dùng lệnh set Dùng biến ns để có thể sử dụng tất cả các phương thức của lớp Simulator Để lưu trử dữ liệu mô phỏng

và hiển thị kết quả mô phỏng chúng ta tạo file bằng cách sử dụng lện “open”

# Open the Trace file

Set tracefile1 [open out.tr.w]

$ns trace-all $tracefile1

#Open the NAM trace.file

set namfile [open out.nam w]

$ns trace-all $namfile

Kết thúc chươgng trình được thực hiện bằng một thủ tục “finish”

#Define a ‘finish’ procedure

Proc finish {} {

global ns tracefile1 namfile

$ns flush-trace close $tracefile1 close $namfile exec nam out.nam &

exit 0 }

Cuối chương trình ns chúng ta sẽ gọi thủ tục “finish” và chỉ ra thời điểm kết thúc Ví dụ :

$ns at 125.0 “finish”

Lệnh trên được dùng để gọi “finish” vào thời điểm 125 giây Cuối cùng cho trình mô phỏng bắt đầu bằng lênh:

-Tạo Bộ lập lịch (mặc định là Calender scheduler - Bộ lập lịch Thời gian).

Đối tượng “Simulator” có các hàm thành viên thực hiện những việc sau: Tạo đối tượng ghép như

-Tạo các connection giữa các agent (ví dụ như tạo connection giữa “tcp” và “sink”)

-Xác định tuyến tùy chọn trình diễn NAM.

v.v…

Hầu hết các hàm thành viên dùng cho mục đích thiết lập mô phỏng (được đề cập đến như các hàm plumbing) và cho mục đích lập lịch Tuy nhiên cũng có những hàm là cho việc trình diễn bằng NAM Các thực thi cho các hàm thành viên của đối tượng “Simulator” được định

vị trong file “ns-2/tcl/lib.ns-lib.tcl”.

• $ns color fid color: gán màu các packet cho luồng có mã nhận dạng luồng fid Hàm thành

viên này của đối tượng Simulator được dùng cho việc trình diễn NAM, và không có tác dụng gì trên mô phỏng thực tế

• $ns namtrace-all file-descriptor: hàm thành viên này yêu cầu mô phỏng lưu lại các dấu vết

mô phỏng vào trong định dạng đầu vào cho NAM Đồng thời có thể cung cấp tên file mà trace (dấu vết) sẽ được ghi vào bằng lệnh $ns flush-trace Tương tự, hàm thành viên trace-all dùng lưu trace theo định tuyến dạng chung

• proc finish{}: được gọi sau khi mô phỏng đã kết thúc Trong hàm này các tiến trình

post-simulation (mô phỏng thông báo) được xác định

• set n0 [$ns node]: hàm thành viên node khởi tạo một node node trong NS là đối tượng

ghép bao gồm address (địa chỉ) và port classifiers (bộ phân loại cổng) User có thể tạo node bằng các tạo riêng đối tượng address và port classifier và nối chúng lại với nhau.Tuy nhiên các hàm thành viên của đối tượng Simulator đã thực hiện việc này rất đơn giản Xem file

“ns-2/tcl/lib/ns-lib.tcl” và “ns-2/tcl/lib/ns-node.tcl” để viết Simulator tạo node như thế nào

• $ns duplex-link node1 node2 bandwidth delay queue-type: tạo hai simplex link (liên kết

đơn) với bandwidth và delay xác định tuyến, nối hai node xác định lại với nhau Trong NS, hàng đợi đầu ra của node được thực thi như một phần của link, vì vậy user nên xác định luôn queue-type khi khởi tạo link Giống như node, link là đối tượng ghép, user có thể tạo

và nối các link với các node Mã nguồn link được tìm trong file “ns-2/tcl/lib/ns-lib.tcl” và

“ns-2/tcl/lib/ns-link.tcl” Cần chú ý là ta hoàn toàn có thể chèn các mô đun lỗi vào trong thành phần link để mô phỏng một link hay bị mất gói cũng như chèn thêm bất kỳ đối tượng mạng nào

• $ns queue-linit node1 node2 number: xác định giới hạn hàng đợi của hai simplex link kết

nối node1 và node2 với nhau

• $ns duplex-link-op node1 node2 … : dùng cho NAM

Quá trình tiếp theo là thiết lập các agent như TCP, UDP; các nguồn traffic như FTP, CBR; connect các agent với các node và connect các nguồn traffic với các agent

• set tcp [new Agent/TCP]: lệnh tạo ra một agent TCP, và đây cũng là cách để tạo ra bất kỳ

agent hay nguồn traffic nào Các agent và các nguồn traffic chứa trong các đối tượng cơ bản thực (không phải trong các đối tượng kép), hầu như được thực thi trong C++ và được liên

kết đến OTcl Vì vậy, không có hàm thành viên nào của một đối tượng Simulator xác định

là có thể tạo ra các instance của các đối tượng này Để tạo được agent và nguồn lưu lượng thì user cần phải biết tên lớp của các đối tượng này (Agent/TCP,

Agent/TCPSink, Application/FTP v.v ) Xem thêm trong file

"ns-2/tcl/libs/ns-default.tcl" File này chứa các thiết lập giá trị tham số cấu hình mặc định cho các đối tượng mạng sẵn có

• $ns attach-agent node agent: hàm thành viên attach-agent gắn agent vào node Hàm này sẽ

gọi hàm thành viên attach của một node xác định tuyến, để gắn agent vào node đó Vì vậy, user có thể làm tương tự, như $n0 attach $tcp chẳng hạn Ngoài ra, một agent có thể dùng

• $ns connect agent1 agent2: hàm thiết lập liên kết luận lý giữa hai agent, bằng cách thiết lập

địa chỉ đích đến mạng của nhau và cặp địa chỉ cổng

Bây giờ giả sử rằng tất cả cấu hình mạng đã được thực hiện Tiếp theo là ghi kịch bản mô phỏng Đối tượng Simulator hiện có nhiều hàm thành viên lập lịch

• $ns at time “string”: hàm này yêu cầu scheduler (bộ lập lịch) lập lịch cho “string” thực thi

vào thời gian time Trong NS, thực tế thì nguồn traffic không truyền dữ liệu thật, nhưng nó lại thông báo cho agent phía dưới rằng nó có dữ liệu cần truyền Khi đó agent sẽ tạo ra packet để truyền dữ liệu ấy đi

Cuối cùng là chạy mô phỏng bằng lệnh $ns run

Ví dụ trên đã cho chúng ta những hình dung cơ bản về cách khởi tạo node, link, agent, traffic…Trên cơ sở đó sẽ giới thiệu chi tiết các hoạt động này Đồng thời ta sẽ biết thêm về các dịch vụ cơ bản trong Internet, tracing, routing…Nắm vững được chúng sẽ giúp thực thi được những bài mô phỏng hiệu quả và lợi ích nhất

Trong NS-2, một mạng máy tính bao gồm các node được nối với nhau bởi các link Các event được lập lịch để truyền dọc theo các link, nghĩa là truyền giữa các node Agent được gắn vào node

để tạo các packet khác nhau (như agent TCP hay agent UDP) Traffic source (nguồn lưu lượng) chính là application (ứng dụng) được gắn vào agent Hình sau biểu diễn hai node, một link giữa hai node, một agent gắn vào node 1 và một application gắn vào agent đó

Hình 3: Sự liên kết các đối tượng cơ bản trong NS

Kịch bản OTcl cho lập lịch sự kiện: Tạo bộ lập lịch, Lập lịch sự kiện, Khởi động bộ lập lịch như sau:

set ns [new Simulator]

$ns at <time> <event>

$ns run

3.3 Khởi tạo node

Node là đối tượng ghép từ đối tượng node entry và classifiers Trong NS có hai loại node Node unicast có một address classifier (bộ phân loại địa chỉ) làm nhiệm vụ định tuyến tuyến unicast và một port classifier (bộ phân loại cổng) Node multicast có thêm một classifier (bộ phân loại) làm nhiệm vụ phân loại các packet multicast với các packet unicast và multicast classifier (bộ phân loại multicast) để định tuyến multicast

Trong NS, các node unicast là các node mặc định Để tạo node multicast user phải thông báo tường minh trong kịch bản OTcl đầu vào rằng tất cả các node sẽ được tạo là node multicast, ngay sau khi user tạo ra đối tượng lập lịch

Hình 4: Node unicast và node multicast

Đối tượng mô phỏng node được dùng để khởi tạo một node Hai node được tạo với điều

khiển n0, n1

set n0 [$ns node]

set n1 [$ns node]

Để tạo liên tục 5 node, ta dùng cách sau:

for {set i 0} {$i<5} {incr i} {

Set n($i) [$ns node]

}

Thiết lập màu cho node bằng lệnh:

$n0 color <colour>

Với <colour> là black (màu đen), red (đỏ), blue (xanh dương), seaGreen (xanh lá)

3.4 Khởi tạo link

Link cũng là một đối tượng ghép trong NS Khi user tạo link bằng cách dùng hàm thành viên

Một hàng đợi đầu ra của node được thực thi như một phần của đối tượng simplex link Các packet

ra khỏi hàng đợi sẽ được chuyển đến đối tượng Delay để thực thi trì hoãn liên kết Các packet bị drop (bị bỏ) khỏi hàng đợi sẽ được gửi đến Agent/Null và bị huỷ tại đây Cuối cùng, đối tượng Thời gian tồn tại TTL tính giá trị TTL cho từng packet và cập nhật giá trị TTL mới

Hình 5: Link

3.4.1 Simplex-link

Tạo link một chiều giữa hai node bằng lệnh:

$ns simplex-link $n0 $n1 <bandwidth> <delay> <queue_type>

3.4.2 Duplex-link

Và link hai chiều giữa hai node bằng lệnh:

$ns duplex-link $n0 $n1 <bandwidth> <delay> <queue_type>

Giá trị bandwidth (băng thông) và delay (trì hoãn) tương ứng có thể là 1Mb và 10ms NS-2 hỗ trợ nhiều giá trị queue_type (kiểu hàng đợi) như RED, Drop Tail…

3.5 Khởi tạo Network Agents

Hai lớp Agent và lớp Application sẽ tạo nên traffic trong NS-2 Mỗi node trong mạng muốn gửi và nhận traffic thì phải có agent gắn vào nó Trên đỉnh của agent chạy application Chính application

sẽ quyết định loại traffic được mô phỏng

Có hai loại agent trong NS-2 là agent UDP và agent TCP

3.5.1 UDP

set udp0 [new Agent/UDP]

set null [new Agent/Null]

$ns attach-agent $n0 $udp0

$ns attach-agent $n1 $null

$ns connect $udp0 $null

Đoạn mã trên tạo agent UDP và gắn vào node n0 bằng thủ tục attach-agent Tạo ra agent Null, hoạt động như một traffic sink và gắn vào node n1 Hai agent được nối lại bằng phương thức connect Loss Monitor (Giám sát mất mát) có thể giám sát các packet đang được truyền, cũng như các packet bị mất Một thủ tục có thể được lập lịch để kiểm tra xoay vòng LossMonitor sau khoảng T giây và lưu lại thông tin throughput (thông lượng).

set lossMonitor [new Agent/LossMonitor]

$ns connect $udp0 $lossMonitor

3.5.2 TCP

set tcp [new Agent/TCP]

set tcp_sink [new Agent/TCPSink]

3.6 Các loại traffic

Có 4 loại traffic application (ứng dụng lưu lượng) có thể gắn vào agent UDP để mô phỏng lưu lượng mạng: CBR, Exponential, Pareto, TrafficTrace

3.6.1 Tốc độ bit cố định CBR

Đối tượng traffic CBR tạo traffic theo tốc độ đã định trước Packet có kích cỡ nhất định Mã OTcl

để thực thi nguồn traffic CBR như sau:

set my_cbr [new Application/Traffic/CBR]

$my_cbr attach_agent $udp

$ns at <time> “$my_cbr start”

Các tham số:

• start: bắt đầu gửi packet theo các tham số cấu hình

• stop: ngừng gửi packet