Tìm hiểu công nghệ MAN – ethernet và các ứng dụng

Tìm hiểu công nghệ MAN – ethernet và các ứng dụng

Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu công nghệ MAN – Ethernet và các ứng dụng

Mục lục

Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng, vượt bậc của các công nghệ truy nhập băng rộng mới (xDSL, FTTx…) và các dịch vụ mới (VoIP, IPTV, VoD…), đặc biệt là xu hướng tiến lên NGN của ác nhà khai thác Viễn thông: Yêu cầu về băng thông kết nối tới các thiết bị truy nhập (IPDSLAM, MSAN) ngày càng cao, yêu cầu về cơ sở hạ tầng truyền tải phải đáp ứng các công nghệ mới của IP để sẵn sàng cho các dịch vụ mới ngày càng tăng: multicast, end-to-end QoS, bandwitdh-on- demand…, yêu cầu đáp ứng băng thông cung cấp trực tiếp theo nhu cầu của khách hàng khách hàng (FE, GE), và các yêu cầu khác… Tất cả các yêu cầu trên dẫn đến sự phát triển bùng nổ của mạng MAN trong cácthành phố, đặc biệt là mạng Ethernet-based MAN để truyền tải lưu lượng IP Hệ thống cáp quang cho phép cung cấp dịch vụ với tốc độ ngày càng cao và giá thành ngày càng giảm Tốc độ truyền dẫn từ 100Mbps dần được thay thế bằng tốc độ Gbps 10Gbps thậm chí 40Gbps Việc này cho phép các nhà cung cấp dịch vụ có thể sử dụng cồng nghệ Ethernet đơn giản để truyền thông tin với khoảng cách xa hơn Với công nghệ Ethernet truyền thống trên mạng cáp đồng khoảng cách truyền dẫn chỉ tính bằng đơn vị hàng chục mét hoặc 100 mét thì với công nghệ cáp quang, khoảng cách truyền dần tăng hàng trăm nghìn lần lên đến hàng chục KM Sử dụng công nghệ MAN-E để cung cấp dịch vụ chất lượng cao, dịch vụ đa dạng đến khách hàng của các nhà cung cấp dịch vụ đang là xu hướng chung trên toàn thế giới Công nghệ Ethernet được hầu hết các nhà cũng cấp thiết bị trên thế giới hỗ trợ Tại Việt Nam côn nghệ mạng MAN-E đã được một số nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã triển khai và đưa vào khai thác thành công 2 Mạng MAN-E là phân khúc mạng nằm giữa lớp Core và lớp Access, có tổ chức năng thu gom lưu lượng và đảm bảo yêu cầu về chất lượng dịch vụ cho khách hàng Mạng MAN-E chính là yếu tố cốt lõi

để các nhà cung cấp dịch vụ triển khai cung cấp các dịch vụ băng rộng chất lượng cao đối với khách hàng Tại Việt Nam công nghệ mạng MAN-E đang trong quá trình triển khai do đó có rất nhiều vấn đề cần nghiên cứu và phát triển tuy nhiên trong luận văn này xin được đi vào Tìm hiểu cộng nghệ mạng MAN-E và Ứng dụng của mạng MAN-E 3 4.1.Thiết bị SMC 1662 21 Hai ứng dụng quan trọng nhất trong công nghệ DWDM cho MAN là SANs và SONET/SDH 24

LỜI NÓI ĐẦUTrong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng, vượt bậc của các côngnghệ truy nhập băng rộng mới (xDSL, FTTx…) và các dịch vụ mới (VoIP, IPTV,VoD…), đặc biệt là xu hướng tiến lên NGN của ác nhà khai thác Viễn thông:Yêu cầu về băng thông kết nối tới các thiết bị truy nhập (IPDSLAM, MSAN) ngàycàng cao, yêu cầu về cơ sở hạ tầng truyền tải phải đáp ứng các công nghệ mới của

IP để sẵn sàng cho các dịch vụ mới ngày càng tăng: multicast, end-to-end QoS,bandwitdh-on- demand…, yêu cầu đáp ứng băng thông cung cấp trực tiếp theo nhucầu của khách hàng khách hàng (FE, GE), và các yêu cầu khác…Tất cả các yêu cầu trên dẫn đến sự phát triển bùng nổ của mạng MAN trongcácthành phố, đặc biệt là mạng Ethernet-based MAN để truyền tải lưu lượng IP

Hệ thống cáp quang cho phép cung cấp dịch vụ với tốc độ ngày càng cao và giá

thành ngày càng giảm Tốc độ truyền dẫn từ 100Mbps dần được thay thế bằng tốc

độ Gbps 10Gbps thậm chí 40Gbps Việc này cho phép các nhà cung cấp dịch vụ

có thể sử dụng cồng nghệ Ethernet đơn giản để truyền thông tin với khoảng cách

xa hơn Với công nghệ Ethernet truyền thống trên mạng cáp đồng khoảng cáchtruyền dẫn chỉ tính bằng đơn vị hàng chục mét hoặc 100 mét thì với công nghệ cápquang, khoảng cách truyền dần tăng hàng trăm nghìn lần lên đến hàng chục KM

Sử dụng công nghệ MAN-E để cung cấp dịch vụ chất lượng cao, dịch vụ đa dạngđến khách hàng của các nhà cung cấp dịch vụ đang là xu hướng chung trên toàn thếgiới Công nghệ Ethernet được hầu hết các nhà cũng cấp thiết bị trên thế giới hỗtrợ

Tại Việt Nam côn nghệ mạng MAN-E đã được một số nhà cung cấp dịch vụ viễnthông đã triển khai và đưa vào khai thác thành công

Mạng MAN-E là phân khúc mạng nằm giữa lớp Core và lớp Access, có tổ chứcnăng thu gom lưu lượng và đảm bảo yêu cầu về chất lượng dịch vụ cho kháchhàng Mạng MAN-E chính là yếu tố cốt lõi để các nhà cung cấp dịch vụ triển khaicung cấp các dịch vụ băng rộng chất lượng cao đối với khách hàng.Tại Việt Nam công nghệ mạng MAN-E đang trong quá trình triển khai do đó có rấtnhiều vấn đề cần nghiên cứu và phát triển tuy nhiên trong luận văn này xin được đivào Tìm hiểu cộng nghệ mạng MAN-E và Ứng dụng của mạng MAN-E

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ QUẠNG NGNI.1 Khái niệm và đặc điểm của NGN

I.1.1 Khái niệm

NGN là sự tích hợp mạng PSTN dựa trên kỹ thuật TDM và mạng chuyển mạchgói dựa trên kỹ thuật IP/ATM Nó có thể truyền tải tất cả các dịch vụ vốn cócủa PSTN, đồng thời có thể cung cấp cho mạng IP lưu lượng dữ liệu lớn, nhờ

đó giảm tải cho mạng PSTN

Tuy nhiên, NGN không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu màcònlà sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói, giữa mạng cố định và

di động

Vấn đề cốt lõi ở đây là làm sao có thể tận dụng hết lợi thế đem đến từ quá trìnhhội tụnày Một vấn đề quan trọng khác là sự bùng nổ nhu cầu của người sửdụng cho một khối lượng lớn dịch vụ và ứng dụng phức tạp bao gồm cả đaphương tiện, phần lớn trong số đó không được dự tính khi xây dựng các hệthống mạng truyền thống.

I.1.2 Các đặc điểm của NGN

NGN có bốn đặc điểm chính

- Nền tảng là hệ thống mở;

- Dịch vụ thực hiện độc lập với mạng lưới;

- NGN là mạng dựa trên nền chuyển mạch gói, sử dụng các giao thức thống nhất;

- Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng cao, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu

Trước hết, do áp dụng cơ cấu mở mà:

Các khối chức năng của tổng đài truyền thống chia thành các phần tử mạng độclập, các phần tử được phân theo chức năng tương ứng và phát triển một cách độclập

Giao diện và giao thức giữa các bộ phận phải dựa trên các tiêu chuẩn tương ứng.Việc phân tách chức năng làm cho mạng viễn thông truyền thống dần dần đi

theo hướng mới, nhà kinh doanh có thể căn cứ vào nhu cầu dịch vụ để tự tổ hợpcác phần tử khi tổ chức mạng lưới Việc tiêu chuẩn hóa giao thức giữa các phần tử

có thể thực hiện liên kết giữa các mạng có cấu hình khác nhau

Tiếp đến, việc tách dịch vụ độc lập với mạng nhằm thực hiện một cách linh hoạt và

có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ Thuê bao có thể tự bố trí và xác định đặc trưngdịch vụ của mình, không quan tâm đến mạng truyền tải dịch vụ và loại hình đầucuối

Điều đó làm cho việc cung cấp dịch vụ và ứng dụng có tính linh hoạt cao hơn.Thứ ba, NGN dựa trên cơ sở mạng chuyển mạch gói và các giao thức thống

nhất Mạng thông tin hiện nay, dù là mạng viễn thông, mạng máy tính hay mạngtruyền hình cáp, đều không thể lấy một trong các mạng đó làm nền tảng để xâydựng cơ sở hạ tầng thông tin Nhưng mấy năm gần đây, cùng với sự phát triển củacông nghệ IP, người ta mới nhận thấy rõ ràng là mạng viễn thông, mạng máy tính

và mạng truyền hình cáp cuối cùng rồi cũng tích hợp trong một mạng IP thốngnhất, đó là xu thế lớn mà người ta thường gọi là “dung hợp ba mạng” Giao thức IPlàm cho các dịch vụ lấy IP làm cơ sở đều có thể thực hiện liên kết các mạng khácnhau; con người lần đầu tiên có được giao thức thống nhất mà ba mạng lớn đều cóthể chấp nhận được; đặt

cơ sở vững chắc về mặt kỹ thuật cho hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia

Giao thức IP thực tế đã trở thành giao thức ứng dụng vạn năng và bắt đầu được

sử dụng làm cơ sở cho các mạng đa dịch vụ, mặc dù hiện tại vẫn còn nhiều khuyếtđiểm về khả năng hỗ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chất lượng dịch vụ đảm bảocho số liệu Tuy nhiên, chính tốc độ đổi mới nhanh chóng trong thế giới Internet,

mà nó được tạo điều kiện bởi sự phát triển của các tiêu chuẩn mở sẽ sớm khắcphục những thiếu sót này

I.2.1 Kiến trúc chức năng của NGN

Từ mô hình cấu trúc NGN và giải pháp của các hãng khác nhau trên thị trườnghiện nay, có thể đưa ra mô hình cấu trúc NGN gồm 4 lớp chức năng như sau

Hình 1.1 Cấu trúc phân lớp mạng NGN

Phần truy nhập: Hướng tới sử dụng công nghệ quang cho thông tin hữu tuyến

và CDMA cho thông tin vô tuyến Thống nhất sử dụng công nghệ IP

Lớp quản lý là một lớp tác động trực tiếp lên tất cả các lớp còn lại, làm nhiệm

vụ giám sát các hoạt động của mạng Lớp quản lý phải đảm bảo hoạt động đượctrong môi trường mở, với nhiều giao thức, dịch vụ và các nhà khai thác khácnhau

Xét trên góc độ dịch vụ, NGN còn có thêm lớp ứng dụng ngay phía trên lớpđiều khiển, bao gồm các nút (server) cung cấp các dịch vụ khác nhau Lớp ứngdụng liên kết với lớp điều khiển thông qua giao diện mở API.

I.2.2 Cấu trúc vật lý

NGN được hiểu là mạng thế hệ sau hay mạng thế hệ kế tiếp mà không phải làmạng hoàn toàn mới, nên khi xây dựng và phát triển mạng theo xu hướng NGN,người ta chú ý đến vấn đề kết nối NGN với mạng truyền thống và tận dụng cácthiết bị viễnthông hiện có trên mạng nhằm đạt được hiệu quả khai thác tối đa.Các mạng được kết nối tới mạng lõi IP thông qua các cổng

Hình 1.2 Cấu trúc vật lý của NGN

PHẦN II TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG MAN - E

2.1 Tổng quan mạng quang Ethernet

Ngày nay công nghệ Ethernet phát triển và sử dụng rộng rãi trên thế giới, từcác văn phòng, cơ quan, đến người dùng cá nhân Viêc công nghệ Ethernetđược sử dụng rộng phổ biến vì tính dễ sử dụng, độ ổn định cao, giá thành rẻ…

Do nhu cầu sử dụng của khách hang ngày càng cao và sự phát triển vượt bâc

về mặt công nghệ, tốc độ của Ethernet đã tang lên từ vài Mbps lên tới vài chụcGbps Do đó Ethernet phải chuyển dần từ cáp đồng sang cáp quang Cùng với

đó, cấu trúc bú dùng chung cũng không còn phù hợp, và cấu trúc mạngchuyển mạch đã được sử dụng với những thay đổi này, làm cho mạngEthernet độ tin cậy cao, chất lượng tốt, đảm bảo việc kết nối với khách hangmọi lúc mọi nơi

Xu hướng phát triển của công nghệ MAN – E: hiện tại các công nghệ đượcdùng để xây dựng mạng MAN – E thế hệ mới chủ yếu tập trung vào 5 côngnghệ:

- SDH/SONET thế hệ mới

- WDM: ghép kênh theo bước song

- RPR: vòng Ring gói tự phục hồi

- Ethernet/Gigabit Ethernet

- Chuyển mạch kết nối MPLS

2.2 Các tính năng của MAN – Ethernet

Khách hàng được kết nối đến MAN – E sử dụng các giao diện thích hợp vớiEthernet thay vì trải qua nhiều biến đổi lưu lượng ATM, SONET/SDH vàngược lại Với các này làm cho quá trình cung cấp đơn giản đi rất nhiều Đó là

mô hình Metro được hình thành từ quá trình cung cấp các ống băng thông

Trong trường hợp này các vấn đề đã được đơn giản hóa đi rất nhiều cho cảkhách hàng lẫn nhà cung cấp Khách hàng không cần phải chia cắt lưu lượng

và định tuyến chúng đến các đường phù hợp để đến đúng cá node đích, ở đâychỉ cần tạo ra băng thông dựa theo SLA mà bao hàm được nhu cầu của kháchhàng tại mỗi node

Việc cung cấp các kết nối không còn là vấn đề thiết yếu đối với nhà cung cấpmạng nữa do đó họ có điều kiện để tập trung vào việc tạo ta các dịch vụ giá trịgia tăng Bằng việc mở rộng mạng LAN và mạng MAN – E sử dụng kết nốibăng thông lớn hơn, sẽ không còn sự khác biệt giữa các server của mạng vớicác router được đặt tại thiết bị của khách hàng và tại các điểm POP của nhàcung cấp mạng nữa

MAN – E có chức năng thu gom lưu lượng và đáp ứng nhu cầu truyền tải lưulượng cho các thiết bị truy nhập( IPDSLAM, MSAN) Có khả năng cung cấpcác kết nối Ethernet tới khách hàng để truyền tải lưu lượng trong nội tỉnh,đồng thời kết nối lên mạng đường trục IP/MPLS để chuyển lưu lượng đi liêntỉnh hay quốc tế Trong mạng MAN – E người ta sử dụng các thiết bị CES(Carrier Ethernet Switch) tại các nơi có lưu lượng cao tạo thành mạng chuyểntải Ethernet/IP Kết nối giữa các thiết bị CES dạng hình sao, ring hoặc đấu nốitiếp, sử dụng các loại cổng kết nối n x 1Gbps hoặc n x 10Gbps

2.3 Cấu trúc mạng MAN – E

Kiến trúc mạng Metro dựa trên công nghệ Ethernet điển hình có thể mô tả nhưhình 1.1 Phần mạng truy nhập Metro tập hợp lưu lượng từ các khu vực (cơquan, toà nhà, ) trong khu vực của mạng Metro Mô hình điển hình thườngđược 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 từcác khách hàng khác nhau đến các điểm POP mà các điểm này được kết nốivới nhau bằng mạng lõi Metro Một mạng lõi Metro điển hình sẽ bao phủ đ-ược nhiều thành phố hoặc một khu vực tập trung nhiều doanh nghiệp.

Hình 2.1 Cấu trúc mạng MAN – E

2.4 Mô hình phân lớp mạng MAN – E

Mô hình phân lớp mạng MAN – E được định nghĩa theo MEF 4 được chialàm 3 lớp bao gồm:

Lớp truyền tải dịch vụ (TRAN layer): bao gồm một hoặc nhiều dịch vụ truyềntải

Lớp dịch vụ Ethernet (ETH layer): hỗ trợ các dịch vụ thông tin dữ liệuEthernet lớp 2 trong mô hình OSI

Lớp dịch vụ ứng dụng: hỗ trợ các ứng dụng được truyền tải dựa trên dịch vụEthernet lớp 2

Mô hình phân lớp mạng MAN – E dựa trên mô hình Client/Server Hơn nữa,mỗi lớp có thể bao gồm các thành phần thuộc mặt phẳng quản lý, giám sátdịch vụ

Hình 2.2 Mô hình mạng MAN – E theo các lớp

Lớp truyền tải dịch vụ (Transport Servies Layer) : cung cấp các kết nối giữacác phần tử của lớp dịch vụ Ethernet Sử dụng nhiều công nghệ khác nhau đểthực hiện việc hỗ trợ kết nối: IEEE 802.1, SONET/SDH, ATM VC, OTNODUK, PDH DS1/E1, MPLS… Các công nghệ truyền tải trên, đến lượt mìnhlại có thể do nhiều công nghệ khác hỗ trợ, cứ tiếp tục như vậy cho đến lớp vật

lý như cáp quang, cáp đồng, không dây

Lớp dịch vụ Ethernet (Ethernet Servies Layer): có chức năng truyền tải cácdịch vụ hướng kết nối chuyển mạch dựa trên địa chỉ MAC và các bản tinEthernet sẽ được truyền trên hệ thống thông qua các giao diện hướng nội bộ,hướng bên ngoài được quy định rõ ràng, gắn với các điểm tham chiếu

Lớp dịch vụ ứng dụng (Application Servies Layer): hỗ trợ các dịch vụ sử dụngtruyền tải trên nền mạng Ethernet của mạng MAN – E Có nhiều dịch vụ trong

đó bao gồm cả các việc sử dụng lớp ETH như một lớp TRAN cho các lớpkhác như IP, MPLS, PDH DS1/E1…

Điểm tham chiếu trong mạng MAN – E là tập hợp các điểm tham chiếu lớpmạng được sử dụng để phân các vùng liên kết đi qua các giao diện Hình 1.3

chỉ ra các quan hệ giữa các thành phần kiến trúc bên ngoài và mạng MAN –

E Các thành phần bên ngoài bao gồm:

- Từ các thuê bao đến các dịch vụ MAN – E

- Từ các mạng MAN – E khác

- Các mạng truyền tải dịch vụ khác

Hình 2.3 Mô hình các điểm tham chiếu

Các thuê bao kết nối đến mạng MAN – E thông qua điểm tham chiếugiao diện Người dung – Mang Các thành phần trong cùng mạng (NE:Internal Network Elements) hoặc I-INNIs Hai mạng MAN – E độc lập

có thể kết nối với nhau tại điểm tham chiếu External NNI (E-NNI) Mộtmạng MAN – E có thể kết nối với các mạng dịch vụ và truyền tải khác tạiđiểm tham chiếu liên mạng Network Interworking NNI (NI-NNI)

Hình 2.4 Giao diện UNI và mô hình tham chiếu MAN – E

Giao diện UNI sử dụng để kết nối các thuê bao đến nhà cung cấp dịch vụMAN – E UNI cũng cung cấp điểm tham chiếu giữa các thiết bị mạngMAN – E thuộc nhà cung cấp dịch vụ và các thiết bị truy nhập của kháchhang Vì vậy UNI bắt đầu từ điểm cuối của nhà cung cấp dịch vụ và cácthiết bị truy nhập của khách hàng, giao diện UNI phía nhà cung cấp dịch

vụ là điểm tham chiếu UNI-N Giao diện phía khách hàng là điểm thamchiếu UNI-C Phân biệt giữa UNI-N và UNI-C là điểm tham chiếu T.Trong phần các thiết bị khách hàng thường được chia thành thiết bị truynhập và thiết bị người sử dụng đầu cuối Giữa hai thiết bị này có điểmtham chiếu S[6]

2.6 Các thành phần vật lý trong mạng MAN – E

Các thiết bị vật lý trong mạng là các thành phần mạng trong mạng MAN– E Một thiết bị có thể có nhiều chức năng khác nhau và thuộc nhiều lớpkhác nhau trong mô hình mạng MAN – E

- Các thiết bị biên khách hàng (CE: Customes Edge): là thành phầnvật lý thuộc kiến trúc mạng MAN – E thực hiện các thành phần chứcnăng thuộc mạng khách hang để yêu cầu các dịch vuh từ nhà cungcấp mạng MAN – E Các thành phầm chức năng riêng lẻ của mộ CE

có thể hoàn toàn thuộc phía khách hàng hoặc hoàn toàn thuộc phíanhà cung cấp dịch vụ Một thiết bị CE tối thiểu phải đáp ứng được