TỔNG QUAN KIẾN TRÚC MẠNG MEN. CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN MẠNG MEN QUẢN LÝ BĂNG THÔNG MẠNG MEN. THỰC HIỆN QoS VÀ QUẢN LÝ BĂNG THÔNG CHO CÁC DỊCH VỤ TRÊN MẠNG MEN VNPT ĐÀ NẴNG XÂY DỤNG MÔ HÌNH MẠNG MEN VÀ THỰC HIỆN QoS CHO ĐA DỊCH VỤ TRÊN MẠNG MEN
i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ACL Access List ii AF AG ATM bps Bps BRAS BSC BTS CB WFQ CE CIR CoS CPE CQ DSCP DSL DSLAM E2E EF E-LAN EPL EP-LAN EP-Tree EVPL EVP-LAN EVP-Tree FE FIFO FQ GE IEEE IETF I-NNI IP IPTV ISP ITU-T L2VPN L3VPN Assured Forwaring Access gateway Asynchronous Transfer Mode bit per second Byte per second broadband remote access server Base Station control Base Transmission Station Class Base Weighted Fair Queuing Customer Edge Committed Information Rate Class of Service Customer Premises Equipment Custom Queuing DiffServ code point Digital subscriber line Digital Subscriber Line Access Multiplexer End to End Expedited Forwaring Ethernet LAN Service Ethernet Private Line Ethernet Private LAN Ethernet Private Tree Ethernet Virtual Private Line Ethernet Virtual Private LAN Ethernet Virtual Private Tree Fast Ethernet Fist In Fist Out Fair Queuing Gigabit Ethenet Institute of Electrical and Electronic Engineers Internet Engineering Task Force Interior NNI Internet Protocol Internet Protocol television Internet Service Provider International Telecommunications Union Layer Virtual Private Network Layer Virtual Private Network iii LAN LLQ LSP LSR MAC MAN E MEF MEN MPLS NG SONET/SDH NGN NMS NNI OAM OLT OSPF OSPF–TE OTN PDH PE PE-AGG PHB PQ QoS RNC RPR RSVP RSVP–TE SDH SDH-NG SG SLA SMTP SONET STM-n SW TCP TDM TG Local area network Low Latency Queuing Label-Switched Path Label-Switched Router Medium Access Control Metro Access Network Ethernet Metro Ethernet Forum Metro Ethernet Network Multi Protocol Label Switching Next Generation SONET/SDH Next Generation network Network Management System Network – to – Network Interface Operation, Administration and Maintenance Optical Line Terminal Open Shortest Path First Open Shortest Path First–Traffic Engineering Optical Transport Network Plesiochronous Digital Hierarchy Provider Edge Provider Edge Aggregation Per Hop Bihavior Perioty Queuing Quality of service Radio Network Control Resilient Packet Ring Resource Reservation Protocol Resource Reservation Protocol Traffic Engineering Synchronous Digital Hierarchy Next Generation SDH Signalling Gateway Service Level Agreement Simple Mail Transfer Protocol Synchronous Optical Network Synchronous Transport Module level N Switch Transmission Control Protocol Time division multiplexing Trunk Gateway iv UNI VCI VLAN VPI VPN WAN WDM WRED WRR User-to-Network Interface Virtual Circuit Identifier Virtual Local Area Network Virtual Path Identifier Virtual Private Network Wide area network Wavelength Division Multiplex Weighted Random Early Detection Weighted round robin DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Phân loại dịch vụ dựa EVC, UNI 10 Bảng 2.1 Yêu cầu ràng buộc QoS số dịch vụ tiêu biểu ITU 28 Bảng 2.2 Giá trị IP Precedence DSCP PHB 36 Bảng 2.3 So sánh tính chất policing shaping 42 Bảng 2.4 Ánh xạ mức QoS việc sử dụng 802.1q MPLS 45 Bảng 3.1 Bảng thống kê băng thông trung bình cho dịch vụ mạng MEN 64 Bảng 4.1 Bảng chia lưu lượng mạng MEN theo dịch vụ .69 Bảng 4.2 Quy định ánh xạ dịch vụ sang lớp QoS 75 Bảng 4.3.Phân chia VLAN UPE DSLAM 77 Bảng 4.4 Phân chia VLAN cho dịch vụ HSI 81 Bảng 4.5 Phân chia VLAN cho dịch vụ IPTV VoD 82 Bảng 4.6 Phân chia VLAN cho dịch vụ VoIP 84 Bảng 4.7 Tính băng thông cho dịch vụ mạng MEN VNPT Đà Nẵng 86 Bảng 4.8 Phần trăm băng thông cho dịch vụ mạng MEN VNPT Đà Nẵng .87 Bảng 5.1 Bảng phân loại lưu lượng 92 Bảng 5.2 Bảng phân tích cấu hình mạng 92 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Mô hình tổng quan mạng MEN Hình 1.2 Mô hình phân lớp mạng MEN Hình 1.3 Mô hình mạng MEN phân chia lớp dịch vụ theo MEF .8 Hình 1.4 Mô hình điểm tham chiếu mạng MEN Hình 1.5 Mô hình dịch vụ mạng MEN Hình 1.6 Dịch vụ E-LINE sử dụng EVC điểm - điểm 11 Hình 1.7 Dịch vụ EPL .11 Hình 1.8 Dịch vụ EVPL 11 Hình 1.9 Dịch vụ E-LAN sử dụng EVC đa điểm-đa điểm 12 Hình 1.10 Dịch vụ EP-LAN 12 Hình 1.11 Dịch vụ EVP-LAN 12 Hình 1.12 Dịch vụ E-Tree sử dụng EVC điểm – đa điểm 13 Hình 1.13 Dịch vụ EP-Tree .13 Hình 1.14 Thông số lưu lượng 14 Hình 1.15 Thông số lưu lượng 15 Hình 2.1 Phân miền mạng MEN 23 Hình 2.2 Trễ lan truyền khung liệu 26 Hình 2.3 Cơ chế đảm bảo QoS 28 vi Hình 2.4 Mô hình tích hợp dịch vụ Intserv .31 Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động RSVP 33 Hình 2.6 Xử lý gói tin mô hình DiffServ .34 Hình 2.7 Mô tả cấu trúc bít trương DSCP .36 Hình 2.8 Sơ đồ phân phối điều hòa lưu lượng 37 Hình 2.9 Phân lớp dựa trường thông tin 40 Hình 2.10 So sánh khác policing Shaping 41 Hình 2.11 Sử dụng kỹ thuật hỗ trợ QoS thành phần mạng MEN 44 Hình 2.12 Cấu trúc khung 802.1p/q .45 Hình 2.13 QoS mạng MEN sử dụng công nghệ PBT 46 Hình 3.1 Mô hình quản lý băng thông tĩnh .48 Hình 3.2 Kỹ thuật thùng đựng thẻ 48 Hình 3.3 Giải thuật CAR 50 Hình 3.4 Mô hình phân phối lưu lượng 51 Hình 3.5 Các giải thuật hàng đợi .52 Hình 3.6 Hàng đợi FIFO 52 Hình 3.7 Hàng đợi ưu tiên PQ 53 Hình 3.8 Hàng đợi cân FQ .54 Hình 3.9 Hàng đợi xoay vòng trọng số WRR 54 Hình 3.10 Mô hình quản lý băng thông động 55 Hình 3.11 Cấu trúc hệ thống quản lý băng thông động 57 Hình 3.12 Hàng đợi tùy biến CQ 60 Hình 3.13 Hàng đợi LLC 61 Hình 3.14 Nguyên lý hoạt động hàng đợi RED .62 Hình 3.15 Hiện trạng loại bỏ gói tin .63 Hình 4.1 Mô hình phân lớp mạng MEN 67 Hình 4.2 Mô hình mạng giả định để xây dựng giải pháp QoS .68 Hình 4.3 Mô hình triển khai QoS mạng MEN .68 Hình 4.4 Các kỹ thuật QoS 70 vii Hình 4.5 Mô hình xử lý QoS miền mạng CORE (VN2) .71 Hình 4.6 Mạng MEN .72 Hình 4.7 Miền mạng access swicth mạng MEN 73 Hình 4.8 Giao diện (1) (Ví dụ dùng Access Switch) 74 Hình 4.9 Giao diện (2) .75 Hình 4.10 Giao diện (3) 76 Hình 4.11 Giao diện số (4) 77 Hình 4.12 Cung cấp dịch vụ VPN mạng MEN 78 Hình 4.13 Cấu hình QoS cho dịch vụ VPN 79 Hình 4.14 Sơ đồ cung cấp dịch vụ E-LAN .80 Hình 4.15 Mobile backhaul, CSG nối trực tiếp với UPE .80 Hình 4.16 Các dạng cung cấp dịch vụ HSI .81 Hình 4.17 Mô hình QoS dịch vụ IPTV 83 Hình 4.18 Mô hình triển khai QoS cho dịch vụ VoIP 85 Hình 4.19 Mô hình quản lý băng thông mạng MEN VNPT Đà Nẵng 86 Hình 4.20 Băng thông sử dụng internet từ mạng MEN sang BRAS_1 88 Hình 4.21 Băng thông sử dụng internet từ mạng MEN sang BRAS_2 89 Hình 4.22 Băng thông sử dụng Mobile backhaul từ mạng MEN sang Vinaphone 89 Hình 5.1 Xây dựng mô hình mạng MEN 91 Hình 5.2 Mô hình QoS cho dịch vụ VPN .92 Hình 5.3 So sánh kết trước QoS sau QoS cho dịch vụ Voice 94 Hình 5.4 So sánh kết trước QoS sau QoS cho dịch vụ Video conference .95 Hình 5.5 So sánh kết trước QoS sau QoS cho dịch vụ FTP 96 Hình 5.6 So sánh kết loại bỏ gói tin trước QoS sau QoS .96 Hình 5.7 Xác suất loại bỏ gói tin QoS có sử dụng thuật toán dự đoán tắc nghẽn .97 viii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Cùng với xu hướng phát triển công nghệ mạng viễn thông giới, Việt Nam nhiều doanh nghiệp khai thác viễn thông triển khai mạnh mẽ công nghệ mạng MEN nhằm tạo tiềm lực to lớn, đủ sức cạnh tranh chất lượng, giá đa dạng hóa loại hình dịch vụ Tuy nhiên, cấu trúc nguyên tắc hoạt động mạng MEN khác xa so với mạng PSTN truyền thống nên đặt nhiều thách thức nhà khai thác nhà quản trị mạng Đối với hệ thống thông tin nói chung hay hệ thống mạng viễn thông nói riêng yêu cầu đảm bảo chất lượng dịch vụ quản lý băng thông mạng IP luôn vấn đề cấp thiết Đặt biệt vấn đề phân chia tài nguyên băng thông mạng để đảm bảo nhiều dịch vụ mạng hoạt động cách tốt Vì vậy, việc nguyên cứu chất lượng dịch vụ quản lý băng thông vấn đề cấp thiết, đòi hỏi phải có sở khoa học vững làm tiền đề tham khảo triển khai, thiết lập thêm dịch vụ mạng MEN nhà cung cấp dich vụ Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu chất lượng dịch vụ quản lý băng thông mạng MEN dựa kỹ thuật QoS lý thuyết lưu lượng nhằm tiến đến xây dựng thệ hệ mạng hội tụ đa dịch vụ Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu kiến trúc mạng, công nghệ mạng MEN, chất lượng đa dịch mạng MEN, tiêu chuẩn quốc tế liên quan đến sách QoS quản lý băng thông mạng MEN để đảm bảo chất lượng dịch vụ mà ta mong muốn Phương pháp nghiên cứu - Thu thập, phân tích tài liệu thông tin liên quan đến đề tài - Thu thập số liệu thực tế triển khai dịch vụ mạng MEN - Xây dựng mô hình, tiến hành mô kiểm tra kết phần mềm Ý nghĩa thực tiễn đề tài Trong điều kiện bùng nổ lưu lượng nghiên cứu chất lượng dịch vụ quản lý băng thông mạng đa dịch vụ giúp cho tối ưu hóa việc sử dụng dung lượng đường truyền thiết bị có mà đảm bảo chất lượng dịch vụ, tiết kiện chi phí đầu tư tiến tới xây dụng kiến trúc mạng hội tụ đa dịch vụ Kết cấu luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo kết cấu luận văn gồm chương sau : Chương 1: TỔNG QUAN KIẾN TRÚC MẠNG MEN Chương 2: CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRÊN MẠNG MEN Chương 3: QUẢN LÝ BĂNG THÔNG MẠNG MEN Chương 4: THỰC HIỆN QoS VÀ QUẢN LÝ BĂNG THÔNG CHO CÁC DỊCH VỤ TRÊN MẠNG MEN VNPT ĐÀ NẴNG Chương 5: XÂY DỤNG MÔ HÌNH MẠNG MEN VÀ THỰC HIỆN QoS CHO ĐA DỊCH VỤ TRÊN MẠNG MEN Về cách thực triển khai QoS quản lý băng thông mạng MEN theo bước sau: Bước 1: Phân chia băng thông cho dịch vụ Bước 2: Triển khai sách QoS phần mạng băng rộng (MEN+IP core), thực kiểm tra sách Bước 3: Thiết lập sách QoS thiết bị miền truy nhập Bước 3: Thiết lập hệ thống giám sát chất lượng băng thông Bước 4: Triển khai sách QoS miền thiết bị khách hàng Bước 5: Xây dựng hệ thống quản lý QoS, băng thông toàn mạng gắn với hệ thống quy trình cung cấp đảm bảo dịch vụ để triển khai SLA Chương XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠNG MEN VÀ THỰC HIỆN QoS CHO ĐA DỊCH VỤ TRÊN MẠNG MEN 5.1 Giới thiệu chương Trong chương dùng phần mền OPNET MODELER 14.5 thực mô hình mạng MEN, từ kết phân tích chương 4, áp dụng kỹ thuật quản lý băng thông tránh tắc nghẽn trình bày chương để mô QoS cho dịch vụ mạng MEN 5.2 Xây dựng mô hình mạng MEN Để đánh giá hoạt động kỹ thuật QoS đưa cho dịch vụ mạng MEN Ta tiến hành xây dựng mô hình mạng MEN từ ta thiết lập dịch vụ cần QoS hệ thống Hình 5.1 Xây dựng mô hình mạng MEN Dựa mô hình ta tiến hành xây dựng mô hình dịch vụ mạng MEN phần mền OPNET 14.5 Từ kết phân tích QoS cho dịch vụ chương ta tiến hành xây dựng mô hình QoS cho dịch vụ VPN 5.2.1 Sơ đồ cấu hình mạng Hình 5.2 mô hình QoS cho dịch vụ VPN 5.2.2 Phân tích mô hình mạng Theo kiến trúc mô hình mạng hình 5.2 ta xây dựng mô hình VPN gồm có group kết nối lại với Trong group gồm có máy tính phân lớp lưu lượng khác FTP, Video Voice bảng 5.1 5.2 Bảng 5.1 Bảng phân loại lưu lượng Phân loại lưu lượng Tốc độ DSCP FTP 0,8Mbit/s AF21 Video conference 8,28Mbit/s AF41 Voice 32Kbit/s EF Bảng 5.2 Bảng phân tích cấu hình mạng R1_B↔R1 R2_B↔R2 R3_B↔R3 SW1↔R1 SW2↔R2 SW3↔R3 Ring Ring Ring Ring Core Băng Thông Giao thức định tuyến 10Mbit/s 10Mbit/s 10Mbit/s 100Mbit/s 100Mbit/s 100Mbit/s Gbit/S Gbit/S Gbit/S 10 Gbit/S OSPF OSPF OSPF không không không OSPF OSPF OSPF OSPF 5.2.3 Lưu đồ thuật toán QoS EXP MPLS Thuật toán QoS WFQ có sử dụng dự đoán tắc nghẽn RED không Có không không không Có Có Có Có không không không Có Có Có Không 5.2.4 Kết trước sau thực QoS Kết thực QoS dịch vụ Voice WFQ FIFO FIFO WFQ FIFO WFQ Hình 5.3 So sánh kết trước QoS sau QoS cho dịch vụ Voice Kết thực QoS dịch vụ Video WFQ FIFO FIFO WFQ FIFO WFQ 5.2.5 Kết thực loại bỏ gói tin QoS WFQ FIFO Hình 5.6 So sánh kết loại bỏ gói tin trước QoS sau QoS Nhận xét: Trong hình 5.6 ta thấy thực QoS tỷ lệ gói tin bị loại bỏ nhiều so với chưa QoS, gói tin bị loại bỏ hàng đợi thông thường gói tin có độ ưu tiên thấp có độ trể cao (cơ chế diffserv) Tuy nhiên người ta sử dụng chế phát lại gói tin bị loại bỏ ( FTP có sử dụng chế phát lại) 5.2.6 Kết thực RED QoS Q3 RED average Queue size Q1 RED average Queue size Q4 Hình 5.7 Xác suất loại bỏ gói tin QoS có sử dụng thuật toán dự đoán tắc nghẽn Nhận xét: Khi áp thuật toán RED dự đoán tắc nghẽn nhằm loại bỏ gói tin ngẫu nhiên trước có tắc nghẽn xẫy Trên hình 5.7 ta thấy trên interface IF3 có giá trị trung bình Q1, Q3, Q4 Trong Q1 hàng đợi ứng với FTP, Q4 hàng đợi ứng với Voice với packet hàng đợi nhỏ αmax (200 packet) nên xác xuất loại bỏ gói tin nhỏ Q3 hàng đợi ứng với Video conference với packet hàng đợi vượt αmax nên xác suất loại gói tin 5.3 Đánh giá kết Kết mô cho thấy có QoS tiêu chí đánh giá chất lượng dịch vụ truyền liệu mạng MEN độ trễ, biến thiên độ trễ tỉ lệ liệu nhận cải thiện so với mạng chưa QoS 5.4 Kết luận chương Trong chương thực mô QoS số dịch vụ mạng MEN Qua giúp thấy rõ việc áp giải pháp QoS chương thật cần thiết để đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng MEN VNPT Đà Nẵng KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kết luận Luận văn hoàn thành nội dung nghiên cứu đạt số kết lý thuyết thực nghiệm sau: Luận văn phân tích, nguyên cứu chất lượng dịch vụ quản lý băng thông để làm tảng để xây dựng quy trình chất lượng dịch vụ đề xuất giải pháp QoS cho mạng MEN VNPT Đà Nẵng Luận văn khái quát chung mạng MEN đặc điểm cấu trúc, công nghệ, dịch vụ, chất lượng dịch vụ Trên sở đặc điểm mạng MEN nói chung mạng MEN VNPT Đà Nẵng nói riêng, luận văn sâu nghiên cứu áp dụng quy trình QoS quản lý băng thông để đưa giải pháp nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ cho mạng MEN VNPT Đà Nẵng Phần mô giải pháp QoS cho dịch vụ VPN cho thấy cần thiết giải pháp QoS việc đảm bảo chất lượng đa dịch vụ mạng MEN Đối mạng MEN VNPT Đà Nẵng việc thực tổng hợp giải pháp chất lượng dịch vụ kết hợp với quản lý băng thực mang lại hiệu Tuy nhiên, điều kiện thực nghiệm không cho phép tác giả thực mô xây dựng mô hình mạng áp dụng tổng hợp loại dịch vụ chương nêu Kiến nghị Thực đầy đủ QoS quản lý băng thông nêu chương để đảm bảo tốt cho tất dịch vụ mạng MEN nói chung mạng MEN VNPT Đà Nẵng nói riêng Trong trình quản lý điều hành mạng thường xuyên cập nhật tính toán giám sát băng thông mạng nhằm phân chia băng thông cho dịch vụ để đảm bảo chất lượng đa dịch vụ mạng MEN Một vấn đề quan trọng nâng cao trình độ tiếp thu công nghệ cho cấp quản lý điều hành mạng nhằm đảm bảo mạng hoạt động cách an toàn hiệu Hướng nghiên cứu Dịch vụ mạng MEN ngày có nhiều dịch vụ đưa vào khai thác Vì vậy, hướng nghiên cứu thực nguyên cứu giải pháp QoS kết hợp với giải pháp quản lý băng thông động chương đề xuất để phát huy cách tối ưu băng thông việc đảm bảo chất lượng đa dịch vụ mạng MEN TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông (2009), Tài liệu đào tạo mạng MEN, Hà Nội [2] Dương Văn Toán (2008), MPLS Lab Guide [3] Hoàng Trọng Minh(2007), Chất lượng dịch vụ IP [4] TS Vũ Tuấn Lâm (2006), Nghiên cứu tiêu chuẩn tổ chức tiêu chuẩn giới dịch vụ Ethernet khuyến nghị áp dụng Việt Nam, Mã số: 98-06-KHKT-RD Tiếng Anh [5] BySam Halabi (2003), Metro Ethernet [6] Nam-Kee Tan (2005 ), MPLS for metropolitan area networks [7] Francisco J Hens and Jose ´ M Caballero (2008) , TRIPLE PLAY: Building the Converged Network for IP, VoIP and IPTV [8] Robert Wood (2005), Next-Generation Network Services [9] Luc De Ghein (2007) , MPLS Fundamentals [10] Kun I Park, Ph.D (2005), QOS IN PACKET NETWORKS [11 ] Jiří Hošek, Lukáš Růčka, Karol Molnár (2009), Advanced Modelling of DiffServ Technology [12] James F Kurose and Keith W Ross (2000), Computer Networking A TopDown Approach Featuring the Internet [13] Michael E Flannagen(2001), Cisco QoS for IP Networks [14] Michael Welzl (2005), Network Congestion Control Managing Internet Traffic [15] Hassan Peyravi Director of Thesis (2003), Dynamic bandwidth management in QoS aware IP Networks [16] http://www.cisco.com [17] http://metroethernetforum.org/ [18] http://www itu.org