Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ GMPLS vào mạng NGN Việt Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Vũ Minh Yên NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GMPLS VÀO MẠNG NGN VIỆT NAM Ngành: Công nghệ Điện tử Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử thông tin liên lạc Mã số: 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Cảnh Tuấn HÀ NỘI-2008 MỤC LỤC Trang Chƣơng I: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 14 Trang i 1.1 Tổng quan công nghệ MPLS 14 1.1.1 MPLS mô hình tham chiếu OSI 14 1.1.2 Các khái niệm MPLS Error! Bookmark not defined 1.1.3 Mã hoá nhãn chế độ đóng gói nhãn MPLSError! Bookmark not defined 1.1.4 Cấu trúc chức MPLS Error! Bookmark not defined 1.1.5 Hoạt động chuyển tiếp MPLS Error! Bookmark not defined 1.2 Định tuyến báo hiệu MPLS Error! Bookmark not defined 1.2.1 Định tuyến MPLS Error! Bookmark not defined 1.2.2 Các chế độ báo hiệu MPLS Error! Bookmark not defined 1.3 Các giao thức phân phối nhãn MPLS Error! Bookmark not defined 1.3.1 Giao thức LDP (Label Distribution Protocol)Error! Bookmark not defined 1.3.2 Giao thức CR-LDP (Constrain- Based Routing LDP) Error! Bookmark not defined 1.3.3 Giao thức RSVP- TE (RSVP- Traffic Engineering)Error! Bookmark not defined 1.3.4 Giao thức BGP (Boder Gateway Protocol)Error! Bookmark not defined 1.4 Ƣu, nhƣợc điểm công nghệ MPLS Error! Bookmark not defined 1.4.1 Ưu điểm công nghệ MPLS Error! Bookmark not defined 1.4.2 Nhược điểm công nghệ MPLS Error! Bookmark not defined Chƣơng II: Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS Error! Bookmark not defined 2.1 Giới thiệu công nghệ GMPLS Error! Bookmark not defined 2.1.1 Từ MPLS đến GMPLS Error! Bookmark not defined 2.1.2 Thiết lập LSP mạng GMPLS Error! Bookmark not defined 2.2 Báo hiệu mạng GMPLS Error! Bookmark not defined Trang ii 2.2.1 Nhãn tổng quát Error! Bookmark not defined 2.2.2 LSP hai chiều Error! Bookmark not defined 2.3 Mở rộng giao thức mạng GMPLS Error! Bookmark not defined 2.3.1 Giao thức RSVP-TE Error! Bookmark not defined 2.3.2 Giao thức CR-LDP Error! Bookmark not defined 2.3.3 Giao thức OSPF-TE, IS-IS-TE Error! Bookmark not defined 2.3.4 Giao thức LMP (Link Management Protocol)Error! Bookmark not defined 2.4 Công nghệ GMPLS cho quản lý điều khiển chuyển tải SDH Error! Bookmark not defined 2.4.1 Giới thiệu Error! Bookmark not defined 2.4.2 Các tham số lưu lượng SDH Error! Bookmark not defined 2.4.3 Điều khiển, quản lý SDH giao thức RSVP-TEError! Bookmark not defined 2.4.4 Điều khiển, quản lý SDH giao thức CR-LDPError! Bookmark not defined Chƣơng III: Nghiên cứu ứng dụng GMPLS vào mạng NGN Việt Nam Error! Bookmark not defined 3.1 Nhu cầu áp dụng công nghệ GMPLS cho mạng NGN Việt Nam Error! Bookmark not defined 3.2 Kinh nghiệm áp dụng công nghệ GMPLS nƣớc Error! Bookmark not defined 3.2.1 Dự án MUPBED Châu Âu Error! Bookmark not defined 3.2.2 Dự án KDDI Nhật Bản Error! Bookmark not defined 3.3 ứng dụng công nghệ GMPLS mạng NGN Việt Nam Error! Bookmark not defined 3.3.1 Xây dựng mạng GMPLS đường trục Error! Bookmark not defined Trang iii 3.3.2 Xây dựng mạng GMPLS mạng biênError! Bookmark not defined 3.3.3 Xây dựng mạng GMPLS tổng thể Error! Bookmark not defined 3.3.4 Lộ trình triển khai xây dựng mạng GMPLSError! Bookmark not defined Tài liệu tham khảo 16 Trang iv THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AAL ATM Adaptation Layer AS Autonomous System ASIC Application-Specific Integrated Circuit ASON Automatic Switched Optical Network ATM Asynchronous Transfer Mode BGP Border Gateway Protocol CBQ Class Based Queueing CBR Constant Bit Rate CBS Committed Burst Size CCI Connection Control Interface CDR Committed Data Rate CLIP Classical IP CQ Custom Queuing CR Constraint-based Routing CR-LDP Constraint-based Routing Label Distribution Protocol CR-LSP Constraint-based Routing Label Switched Path CSPF Constrained Shortest Path First Diffserv Differentiated Service DLCI Data Link Connection Identifier DSCP Service Code Point eBGP exterior Border Gateway Protocol EBS Excess Burst Size EGP External (Exterior) Gateway Protocol E- NNI Exterior Network Network Interface ER Explicit Route ERB Explicit Route Information Base ERO Explicit Route Object EXP Experimental field Trang v FDDI Fiber Distributed Data Interface FEC Forwarding Equivalence Class FF Fixed Filter (RSVP reservation style) FIB Forwarding Infomation Base FIFO Fault Information Signal FR Frame Relay FRS Fault Recovery Signal FTN FEC to NHLFE Map FSC Fiber-Switch Capable GFC Generic Flow Control (ATM) GMPLS Generalized MPLS G-Pid Generalized PID HEC Header Error Control (ATM) iBGP interior Border Gateway Protocol IETF Internet Engineering Task Force IGP Interior Gateway Protocol ILM Incoming Label Map I- NNI Interior NNI IP Internet Protocol IS-IS Intermediate System - to - Intermediate System IS-IS TE IS-IS with Traffic Engineering LC-ATM Label Controlled ATM Interface LDP Label Distribution Protocol LER Label Edge Router LFIB Label Forwarding Information Base LIB Label Information Base LIFO Last-in First-out LMP Link Management Protocol Trang vi LSA Link State Advertisements LSC Lambda-Switch Capable L2SC Layer-2 Switch Capable LSP Label Switched Path LSR Label Switching Router MPLS MultiProtocol Label Switching MPLSCP MPLS Control Protocol MPLS-TE MPLS Traffic Engineering MPOA Multiprotocol over ATM MSTP Multiple Spanning Tree Protocol MTU Maximum Transfer Unit NCP Network Control Program NGN Next Generation Network NHLFE Next Hop Label Forwarding Entry NHRP Next Hop Resolution Protocol NLRI Network Layer Reachability Information NNI Network Network Interface OSI Open System Interconnection OSPF Open Shortest Path First OSPF-TE OSPF with Traffic Engineering OXC Optical Cross Connect System PBS Peak Burst Size PDR Peak Data Rate PDU Protocol Data Unit PHP Penultimate Hop Popping PIL Protection Ingress LSR PML Protection Mergin LSP POR Point of Repair Trang vii PPP Point to Point Protocol PQ Priority Queuing PSC Packet- Switch Capable PSL Path Switch LSR PTI Payload Type Identifier (ATM) PVC Permanent Virtual Connection PXC Photonic Cross-Connect QoS Quality of Service RED Random Early Detection (Discard) RFC Transmission Control Protocol REF Reference RIB Routing Information Base RSVP Resource reSerVation Protocol RSVP-TE RSVP with Traffic Engineering SDH Synchronous Digital Hierarchy SLA Service Level Agreement SONET Synchronous Optical Network SPF Shortest Path First TDMC Time-Division- Multiplex Capable TCP Transmission Control Protocol TE Traffic Engneering TLV Type-Length-Value ToS Type of Service TTL Time To Live UBR UDP UPSR UNI VC Unspecified Bit Rate User Datagram Protocol Unidirectional Path Switched Ring User Network Interface Virtual Circuit Trang viii VCI VPI VPN Virtual Circuit Identifier Virtual Path Identifier Virtual Private Network Trang ix DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1: MPLS mô hình tham chiếu TCP/IP, OSI 15 Hình 2: Miền MPLS Error! Bookmark not defined Hình 3: Upstream Downstream LSR Error! Bookmark not defined Hình 4: Lớp chuyển tiếp tương đương MPLS.Error! Bookmark not defined Hình 5: Stack nhãn Error! Bookmark not defined Hình 6: Đường chuyển mạch nhãn LSP Error! Bookmark not defined Hình 7: Phân cấp LSP MPLS Error! Bookmark not defined Hình 8: Gói IP qua mạng MPLS Error! Bookmark not defined Hình 9: Định dạng entry stack nhãn Error! Bookmark not defined Hình 10: Shim header “chêm” vào header lớp lớp Error! Bookmark not defined Hình 11: Nhãn chế độ Cell ATM Error! Bookmark not defined Hình 12: Đóng gói gói có nhãn link ATM Error! Bookmark not defined Hình 13: Cấu trúc LER Transit- LSR Error! Bookmark not defined Hình 14: FTN, ILM NHLFE Error! Bookmark not defined Hình 15: Quá trình chuyển tiếp gói đến hop kế tiếpError! Bookmark not defined Hình 16: Một ví dụ NHLFE Error! Bookmark not defined Hình 17: Bên mặt phẳng chuyển tiếp MPLSError! Bookmark not defined Hình 18: Ví dụ hoạt động chuyển tiếp gói Error! Bookmark not defined Hình 19: Một ví dụ định tuyến ràng buộc Error! Bookmark not defined Hình 20: Phân phối nhãn không cần yêu cầu Error! Bookmark not defined Hình 21: Phân phối nhãn theo yêu cầu Error! Bookmark not defined Trang x Hình 22: Duy trì nhãn tự Error! Bookmark not defined Hình 23: Duy trì nhãn bảo thủ Error! Bookmark not defined Hình 24: Điều hiển độc lập Error! Bookmark not defined Hình 25: Điều khiển Error! Bookmark not defined Hình 26: Vùng hoạt động LDP Error! Bookmark not defined Hình 27: Trao đổi thông điệp LDP Error! Bookmark not defined Hình 28: LDP header Error! Bookmark not defined Hình 29: Ví dụ LDP chế độ điều khiển độc lập theo yêu cầuError! Bookmark not defined Hình 30: Thiết lập LSP với CR-LDP Error! Bookmark not defined Hình 31: Tiến trình dự trữ tài nguyên Error! Bookmark not defined Hình 32: Thiết lập LSP với RSVP-TE Error! Bookmark not defined Hình 33: Nội dung tin BGP Update Error! Bookmark not defined Hình 34: BGP phân phối nhãn qua nhiều Autonomous System Error! Bookmark not defined Hình 35: Thiết lập LSP qua môi trường mạng không đồng Error! Bookmark not defined Hình 36: Cơ chế chuyển tiếp cận kề Error! Bookmark not defined Hình 37: Cấu trúc phân cấp mạng Error! Bookmark not defined Hình 38: Cấu trúc phân cấp LSP Error! Bookmark not defined Hình 39: Cơ chế bó đường LSP môi trường mạng không đồng Error! Bookmark not defined Hình 40: Xử lý hư hỏng mạng GMPLSError! Bookmark not defined Hình 41: Cơ chế phục hồi hỗ trợ mạng GMPLSError! Bookmark not defined Hình 42: Khuôn dạng nhãn tổng quát Error! Bookmark not defined Trang xi Hình 43: Khuôn dạng thông tin tập hợp nhãnError! Bookmark not defined Hình 44: Mô hình tranh chấp nhãn Error! Bookmark not defined Hình 45: Giải tranh chấp nhãn hạn chế tài nguyên Error! Bookmark not defined Hình 46: Tranh chấp nhãn với tài nguyên hạn chếError! Bookmark not defined Hình 47: Khuôn dạng đối tượng yêu cầu nhãn đề xuất Error! Bookmark not defined Hình 48: Khuôn dạng đối tượng nhãn tổng quát Error! Bookmark not defined Hình 49: Khuôn dạng đối tượng chuyển mạch băng thôngError! Bookmark not defined Hình 50: Khuôn dạng đối tượng tập hợp nhãn Error! Bookmark not defined Hình 51: Khuôn dạng đối tượng yêu cầu nhãn đề xuất Error! Bookmark not defined Hình 52: Khuôn dạng đối tượng nhãn tổng quát Error! Bookmark not defined Hình 53: Khuôn dạng đối tượng chuyển mạch băng thôngError! Bookmark not defined Hình 54: Khuôn dạng đối tượng tập hợp nhãn Error! Bookmark not defined Hình 55: Khuôn dạng tin LMP Error! Bookmark not defined Hình 56: Khuôn dạng tham số lưu lượng SDHError! Bookmark not defined Hình 57: Kiến trúc mạng thử nghiệm MUPBEDError! Bookmark not Bookmark not defined Hình 58: Topo mạng giai đoạn đầu dự án MUPBEDError! defined Hình 59: vùng mạng khác dự án MUPBEDError! Bookmark not defined Trang xii Hình 60: Mô hình thử nghiệm GMPLS dự án KDDIError! Bookmark not defined Hình 61: Tổ chức mạng GMPLS đường trục theo mô hình chồng lấn Error! Bookmark not defined Hình 62: Tổ chức mạng GMPLS đường trục theo mô hình ngang hàng Error! Bookmark not defined Hình 63: Tổ chức mạng GMPLS đường trục theo mô hình lai ghép Error! Bookmark not defined Hình 64: Tổ chức mạng GMPLS Metro theo mô hình chồng lấn Error! Bookmark not defined Hình 65: Tổ chức mạng GMPLS Metro theo mô hình ngang hàng Error! Bookmark not defined Hình 66: Tổ chức mạng GMPLS Metro theo mô hình lai ghép Error! Bookmark not defined Hình 67: Phương án triển khai mạng với mạng trục GMPLS Error! Bookmark not defined Hình 68: Phương án triển khai mạng với mạng trục GMPLS mạng vùng mạng IP/MPLS Error! Bookmark not defined Hình 69: Phương án triển khai GMPLS hoàn toànError! defined Trang xiii Bookmark not MỞ ĐẦU Từ máy điện tín Samuel FB Morse phát minh vào năm 1837 đến công nghệ truyền thông có bước tiến nhảy vọt Các công nghệ đời có tính kế thừa phát triển công nghệ trước Hiện trạng mạng viễn thông nhà khai thác giới nói chung Việt Nam nói riêng trộn lẫn mạng hoạt động dựa công nghệ mạng khác Việc xây dựng sở hạ tầng mạng tương lai cần phải tính đến khả tận dụng sở hạ tầng mạng có sẵn Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS kế thừa hội tụ ưu điểm công nghệ trước Được xây dựng hoàn thiện công nghệ MPLS, công nghệ GMPLS cho phép thiết lập mặt phẳng điều khiển chung cho tất môi trường chuyển mạch (TDMC, PSC, LSC, FSC) có khả thiết lập kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối xuyên qua môi trường mạng không đồng Ngày nay, hầu hết nhà khai thác có định hướng triển khai mạng hệ sau sở công nghệ MPLS & GMPLS Việc tìm hiểu chất công nghệ xu hướng phát triển, triển khai sản phẩm giới GMPLS khả ứng dụng công nghệ GMPLS cần thiết, em chọn đề tài "Nghiên cứu khả ứng dụng công nghệ GMPLS vào mạng NGN Việt nam" Nội dung đề tài gồm chương: Chƣơng I: Chuyển mạch nhãn đa giao thức Chƣơng II: Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát Chƣơng III: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GMPLS mạng NGN Việt Nam Trong trình thực đề tài, em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn, bảo tận tình PGS.TS Nguyễn Cảnh Tuấn thầy cô trường Đại học công nghệ giúp đỡ em suốt trình học tập trường Trang xiv Xin cảm ơn đồng nghiệp Công ty Cổ phần phát triển Công trình viễn thông, đơn vị em công tác Cảm ơn anh chị Ban viễn thông tập đoàn VNPT, trung tâm thông tin Bưu điện, Alcatel Việt nam, Huawei Cop thành viên lớp K11Đ2 tạo điều kiện giúp đỡ có lời khuyên bổ ích cho em trình thực đề tài Hà nội, ngày 20 tháng 11 năm 2008 Học viên Vũ Minh Yên Trang xv CHƢƠNG I: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS 1.1 Tổng quan công nghệ MPLS [1, 4, 5] MPLS viết tắt từ “Multi Protocol Label Switching” Đây công nghệ lai, kết hợp đặc tính tốt định tuyến lớp chuyển mạch lớp Trong mạng chuyển mạch kênh, thiết bị thông minh tập trung mạng lõi (Core), ví dụ tổng đài Toll, Transit, MSC v.v Các thiết bị thông minh đặt mạng biên (Edge), ví dụ tổng đài nội hạt, truy nhập v.v Trong mạng IP, tính thông minh gần chia cho thiết bị mạng Tất các Router phải làm nhiệm vụ định tuyến chuyển mạch Đây ưu điểm nhược điểm mạng IP Trong mạng MPLS tính thông minh đưa tối đa biên Lý thiết bị mạng lõi phải chịu tải cao Thành phần mạng lõi nên có độ thông minh thấp lực chuyển tải cao MPLS phân tách hai chức định tuyến chuyển mạch: Các Router biên thực định tuyến gắn nhãn cho gói, Router mạng lõi tập trung làm nhiệm vụ chuyển tiếp gói với tốc độ cao dựa vào nhãn Tính thông minh đẩy biên ưu điểm lớn MPLS 1.1.1 MPLS mô hình tham chiếu OSI Trang 16 Hình 1: MPLS mô hình tham chiếu TCP/IP, OSI Trang 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh [01] MPLS Fundamentals (Luc De Ghein - CiscoPress 2006) [02] GMPLS Architecture and Applications (Adrian Farrel and Igor Bryskin- Morgan Kaufmann Publishers 2006) [03] Traffic Engineering with MPLS (Eric Osborne, Ajay Simha - CiscoPress 2002) [04] MPLS Based Recovery Mechanisms (Johan Martin - University of Oslo 2005) [05] RFC 3031: Multiprotocol Label Switching Architecture [06] RFC 3032: MPLS Label Stack Encoding (updated by RFC 3443,RFC 4182) [07] RFC 3036: LDP Specification [08] RFC 3212: Constraint-Based LSP Setup using LDP [09] RFC 2205: Resource ReSerVation Protocol (RSVP) [10] RFC 4271: Border Gateway Protocol (BGP-4) [11] RFC 3471: GMPLS Signaling Functional Description [12] RFC 3472: GMPLS Signaling - CR-LDP Extensions [13] RFC 3473: GMPLS Signaling - RSVP-TE Extensions [14] RFC 3630: TE Extensions to OSPF Version [15] RFC 4204: Link Management Protocol (LMP) [16] RFC 3946: GMPLS Extensions for SONET/SDH Control [17] RFC 3945: Generalized Multi-Protocol Label Switching Architecture [18] www.iec.org/online/tutorials/gmpls/topic02.html [19] http://www.ist-mupbed.eu [20] GMPLS/OXC network testbed of JGN II Trang 18 ( NICT Tsukuba RC, Japan KDDI R&D Laboratories, Inc) Trang 19 Tiếng Việt [21] http://www.vnpt.com.vn/index.asp?id=820&dataID=12985 [22] http://xahoithongtin.com.vn/home/112/12566/vnpt-dau-tu-1-ty-usd-phat- trien-mang-ngn.html Trang 20