Nâng cao chất lượng mạng ipcore của vinaphone (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN ĐĂNG THẾ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẠNG IPCORE CỦA VINAPHONE Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN CHIẾN TRINH Phản biện 1: …………………………………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng LỜI NĨI ĐẦU Hiện nhà cung cấp dịch vụ di động Việt Nam sử dụng công nghệ 3G Các phần tử mạng di động HLR,SGSN,GGSN,MSS, RNC… kết nối với thơng qua mạng IPCore Vì mạng IPCore đóng vai trị vơ quan trọng sống mạng 3G Mạng 3G nhà cung cấp dịch vụ lớn hầu hết sử dụng công nghệ IP/MPLS ưu điểm vượt trội MPLS tốc độ chuyển mạch nhanh, đơn giản, điều khiển luồng, định tuyến linh hoạt tận dụng tài nguyên mạng Nội dung luận văn gồm chương:  Chương 1: Các vấn đề QoS mạng IP  Chương 2: Triển khai đảm bảo QoS mạng IPCore VinaPhone  Chương 3: Đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ mạng IPCore VinaPhone Luận văn hoàn thành khoảng thời gian khơng dài với kiến thức cịn hạn chế, tài liệu tham khảo nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đánh giá, nhận xét, góp ý thầy giáo hội đồng để luận văn hồn thiện Em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo - TS Nguyễn Chiến Trinh tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn CHƢƠNG I: CÁC VẤN ĐỀ VỀ QoS TRONG MẠNG IP 1.1 Tổng quan phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng mạng IP Hiện có phương pháp nâng cao chất lượng mạng IP sau  Mơ hình dịch vụ tích hợp  Mơ hình dịch vụ phân biệt  Chuyển mạch nhãn đa giao thức kỹ thuật điều khiển lưu lượng 1.1.1 Các tham số chất lƣợng dịch vụ IP Theo khuyến nghị I.380 ITUT định nghĩa số tham số đánh giá hiệu truyền gói tin IP gồm:  Trễ truyền gói IP IPTD (IP packet Transfer Delay):  Tỷ lệ lỗi gói tin IP IPER (IP packet Error)  Tỷ lệ tổn thất gói IP IPLR (IP Loss Ratio 1.1.2 Một số tham số ảnh hƣởng tới QoS IP thực tế a Băng thông b Độ trễ c Tổn thất gói d Điều khiển quản lý 1.1 Tổng quan kỹ thuật lƣu lƣợng 1.2.1 Khái niệm kỹ thuật lƣu lƣợng (Traffic Engineering) Kỹ thuật lưu lượng (TE) trình điều khiển cách thức luồng lưu lượng qua mạng cho tối ưu hoá việc sử dụng tài nguyên hiệu mạng Nó ứng dụng nguyên lý khoa học cơng nghệ để đo lường, mơ hình hố, đặc trưng hoá điều khiển lưu lượng nhằm đạt mục tiêu khác Kỹ thuật lưu lượng MPLS chia thành trình: + Phân phối thơng tin + Tính tốn thiết lập đường cho đường hầm chuyển mạch nhãn + Chuyển tiếp lưu lượng xuống đường hầm 1.2.2 Vấn đề nghẽn Nghẽn thường xảy theo hai cách sau:  Khi thân tài nguyên mạng không đủ để cấp cho tải yêu cầu  Khi dòng lưu lượng ánh xạ không hiệu lên tài nguyên làm cho số tập tài nguyên trở nên tải số khác nhàn rỗi Có thể giải tắc nghẽn cách:  Tăng dung lượng ứng dụng kỹ thuật điều khiển nghẽn cổ điển (giới hạn tốc độ, điều khiển luồng, quản trị hàng đợi, điều khiển lịch trình…)  Dùng kỹ thuật lưu lượng nghẽn cấp phát tài nguyên chưa hiệu 1.2.3 MPLS kỹ thuật lƣu lƣợng 1.2.3.1 Trung kế lƣu lƣợng thuộc tính a Khái niệm trung kế lưu lượng (traffic trunk) MPLS giới thiệu khái niệm trung kế lưu lượng để thực mục tiêu kỹ thuật lưu lượng Trung kế lưu lượng đơn giản tập hợp luồng liệu chia số thuộc tính chung 1.2.3.2 Các hoạt động trung kế lưu lượng  Establish  Activate  Deactivate  Modified Attributes  Reroute  Destroy 1.2.4 Tính tốn đƣờng ràng buộc 1.2.4.1 Thuộc tính tài nguyên liên kết  Hệ số nhân cấp phát cực đại  Lớp tài nguyên (Resource - Class)  TE metric: 1.2.4.2 Tính tốn LSP ràng buộc (CR-LSP) Tiến trình tính tốn đường ràng buộc (CR-LSP) luôn thực đầu nguồn trung kế lưu lượng kích hoạt nguyên nhân sau: o Một trung kế lưu lượng xuất o Một trung kế tồn thiết lập LSP thất bại o Tái tối ưu hóa trung kế tồn 1.2.5 Phát ngăn vịng lặp MPLS Có hai cách để phát ngăn vòng lặp:  Cách thứ thông báo đường (path vector diffusion)  Cách thứ hai đánh dấu tuyến (colored thread1.2.6 kiện để thực việc tái tối ưu hóa LSP, có trường hợp sau: 1.2.7 MPLS-TE cân tải Cân tải khái niệm quan trọng kỹ thuật lưu lượng Cân tải khả chia tải lưu lượng (traffic – load) hai router qua nhiều đường khác Đối với cân tải gói tin, thuật tốn cân tải thực việc chi tải cách nghiêm ngặt tất đường Đối với cân tải đích đến gói thuộc luồng giống ln ln theo đường giống Do đó, phương pháp tải đường khơng cách xác 1.2.8 Bảo vệ khơi phục đƣờng  POR (Point of Repair) LSR đảm nhận việc sửa chửa LSP bị cố POR PSL PML  FIS (Fault Indication Signal): Là tin thị có lỗi xảy đường, chuyển tiếp LSR trung gian cho đến POR FIS phát định kỳ nút cận kề vị trí lỗi  FRS (Fault Recovery Signal) tín hiệu báo hiệu đường khôi phục trở lại 1.2.8.1 Phân loại chế bảo vệ khơi phục a Bảo vệ tồn cục bảo vệ cục Bảo vệ toàn cục bảo vệ mà LER phía nguồn đóng vai trị PSL POR, nhận tín hiệu FIS từ nút phát lỗi Đường phục hồi đường làm việc trường hợp tách biệt hoàn toàn b Tái định tuyến chuyển mạch bảo vệ Tái định tuyến chế độ mà phát lỗi xảy nhờ vào FIS, POR tìm đường nhờ vào giao thức định tuyến Sau tìm đường đi, PSL chuyển sang đường 1.2 Tổng quan kỹ thuật QoS 1.3.1 Định nghĩa QoS Chất lượng dịch vụ QoS khái niệm rộng tiếp cận theo nhiều hướng khác Theo khuyến nghị E 800 ITU-T chất lượng dịch vụ “Một tập khía cạnh hiệu dịch vụ nhằm xác định cấp độ thoả mãn người sử dụng dịch vụ” ISO 9000 định nghĩa chất lượng “cấp độ tập đặc tính vốn có đáp ứng đầy đủ u cầu” Trong IETF [ETSI – TR102] nhìn nhận QoS khả phân biệt luồng lưu lượng để mạng có ứng xử phân biệt kiểu luồng lưu lượng, QoS bao trùm phân loại hoá dịch vụ hiệu tổng thể mạng cho loại dịch vụ 1.3.2 Vai trị QoS Nhìn chung có nhân tố dẫn đến yêu cầu chất lượng dịch vụ  Thứ nhất, với công ty kinh doanh web, họ cần chất lượng dịch vụ để cải thiện nâng cao chất lượng vận chuyển thông tin dịch vụ họ đến khách hàng yếu tố để thu hút ngày nhiều khách hàng  Thứ 2, nhà cung cấp dịch vụ Internet ISPs cần thêm nhiều dịch vụ giá trị gia tăng mạng họ để tăng lợi nhuận 1.3.3 Các thông số QoS 1.3.3.1 Độ tin cậy 1.3.3.2 Băng thông 1.3.3.3 Độ trễ 1.3.3.4 Biến động trễ 1.3.3.5 Tổn thất gói 1.3.4 Mơ hình đảm bảo chất lƣợng dịch 1.3.4.1 Mơ hình tích hợp dịch vụ (IntServ) Mơ hình IntServ phát triển vào thập niên 1990, mơ hình nỗ lực việc cung cấp QoS toàn diện, điều mà ứng dụng thời gian thực mong đợi IntServ dựa cách hiệu tường minh quản lý/dành riêng tài nguyên mạng cho ứng dụng cần u cầu 1.3.4.2 Mơ hình dịch vụ phân biệt (Differentiated Services) Differentiated Services (DiffServ) mơ hình ba mơ hình QoS việc phát triển nhằm mục đích giải giới hạn mơ hình trước DiffServ khơng phải mơ hình đảm bảo hồn tồn QoS cho ứng dụng, mơ hình có khả mở rộng cao Trong IntServ gọi mơ hình “Hard QoS” DiffServ gọi mơ hình “Soft QoS” 1.3.4.2.1 IP precedence DSCP IP precedence có bit có thiết đặt khác Nếu giá trị IP precedence lớn gói tin có mức quan trọng cao 11 2.1.2 DiffServ gói MPLS Vấn đề cần quan tâm ba bit EXP, bit thực nghiệm Các bit EXP sử dụng ba bit ưu tiên header IP Các định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR) sử dụng bit EXP lập lịch trình cho gói tin định ưu tên bỏ gói Đường chuyển mạch nhãn lúc E-LSP 2.1.3 Các quy tắt thực thi QoS MPLS Quy tắc 1: Bit thứ tự ưu tiên ba bit DSCP tiêu đề IP chép vào bit EXP nhãn gán LSR nguồn Quy tắc 2: Các bit EXP nhãn đầu vào chép vào nhãn đầu hốn đổi nhãn tất nhãn gán lên Quy tắc 3: Các bit EXP nhãn hàng đầu vào không chép vào nhãn nhãn đầu nhãn popped Quy tắc 4: Các bit EXP nhãn hàng đầu vào không chép vào bit ưu tiên DSCP bit ngăn xếp nhãn bị loại bỏ tiêu đề IP dùng Quy tắc 5: Khi thay đổi EXP bit giá trị thơng qua cấu hình, giá trị bit EXP nhãn khác với nhãn hàng đầu, nhãn hoán đổi hay nhãn gán bit ưu tiên DSCP tiêu đề IP khơng thay đổi 2.1.4 Mơ hình Diffserv MPLS Tunneling 12 Có nhiều chế độ hoạt động tồn thực QoS MPLS bao gồm: Uniform Mode Pipe Mode, Short Pipe Mode, Long Pipe Mode 2.2 Giới thiệu trạng mạng IPCore VinaPhone Hiện mạng IP/ MPLS hệ thống mạng lõi quan trọng việc cung cấp dịch vụ mạng 2G 3G mạng Vinaphone Mạng bao gồm thiết bị định tuyến bậc cao Cisco CRS-1, 7609, 6509 trung tâm VNP1, VNP2, VNP3 thiết bị Huawei tỉnh thành có hệ thống RNC Các thiết bị Router có tính dự phịng, xử lý trung tâm, nguồn điện hệ thống làm mát Mạng IP/ MPLS VNP đợc chia thành phân vùng chính:    Miền mạng lõi (Provide Router) Miền lớp biên (Provider Edge Router) Miền lớp truy nhâp (Customer Edge Router) Hình 1: Kết nối thời Core trung tâm VNP1, VNP2, VNP3 13 2.2.1 Các dịch vụ cung cấp mạng IP/ MPLS VNP Tại khu vực Huỳnh Thúc Kháng: Có hệ thống STP1A , FDA-SMSC Tại khu vực Mỹ Đình VNP1: Bao gồm hệ thống STP1B, MSS1A -MGW, TSS1A-MGW, TSS1B-H, HLRZTE, RNC Motorolar, FDA-SMSC Tại khu vực VNP2- Thành Thái HCM : STP2A, STP2B, MSS2A-MGW, TSS2A-MGW, TSS2B- H, HLRZTE, RNCER, FDA-SMSC Tại khu vực VNP4 - Cần Thơ: MSS4A-MGW, TSS4AMGW, RNC-ER, FDA-SMSC Tại khu vực VNP3 - Đà Nẵng: HLRZTE, FDA-SMSC, RNCZTE 2.3 Đánh giá kiến trúc cấu hình mạng IPCore VNP 2.3.1 Đánh giá kiến trúc mạng IPCore VNP Với mơ hình core chưa đảm bảo an toàn lưu lượng cao điểm Các liên kết core liên kết xSTM1 Đây mơ hình tiềm ẩn nhiều rủi do, khơng an tồn router switch tạo thành vịng kín dễ dàng tạo loop L2 gây down time hệ thống cho toàn site Khi STP chạy lại gây nháy báo hiệu hệ thống quan trọng 2.3.2 Đánh giá cấu hình mạng IPCore VNP Khi thực rà sốt kiểm tra cấu hình node mạng dựa vào tài liệu chuẩn nhà cung cấp thiết bị nhận thấy node mạng tồn nhiều cấu hình 14 thừa nhiều tham số không phù hợp với mạng Ipcore phục vụ phần tử di động 2.4 Thực chuẩn hóa kiến trúc mạng IPCore 2.4.1 Thực chuẩn hóa phân vùng core mạng IPCore Các liên kết core tương đối đơn giản đơn liên kết trung tâm VNP khu vực đường truyền dẫn STM1 để đảm bảo an toàn dịch vụ cần thực thực hiên nâng cấp liên kết liên vùng để đảm bảo an tồn lưu lương Các liên kết liên vùng có kết nối 1G sử dụng truyền dẫn qua mạng VN2 VTN 2.4 Thực chuẩn hóa phân vùng distribute acceess mạng IPCore Mơ hình mong muốn nhƣ sau mdi-sw-6509-02 1.1.1.28 mdi-co-76-02 1.1.1.8 Ten9/3 Trunk dot1q Ten9/1 Ten9/3 Ten9/2 Port- channel3 Trunk dot1Q Ten9/3 Ten9/1 mdi-co-76-01 1.1.1.7 Trunk dot1q Ten9/2 Ten9/1 mdi-sw-6509-01 1.1.1.27 Hình 2.2: Mơ hình chuẩn hóa biên mạng IPCore Vinaphone 15 Với mơ hình thực cấu hình HSRP VRRP Router Ciso 7609 Các phần từ mạng di động GGSN, HLR, MSS, SGSN… đấu nối hướng lên switch Cisco 6509 với gateway địa ảo group HSRP 2.5 Thực chuẩn hóa cấu hình node mạng IPCore theo khuyến nghị Cisco Huawei Xóa cấu hình Vlan/STP Router 7609 Tối ưu STP Cấu hình port-fast, BPDU Guard, Loop Guard, Root Guard SW 6509 Cấu hình UDLD Cấu hình tất Router 7609 SW 6509 Cấu hình sách định tuyến Tối ưu BGP Thực thay đổi cấu hình Router 7609 Tối ưu MPLS Thực thay đổi cấu hình Router Tối ưu RR Tắt MPLS thay đổi cấu hình OSPF Router RouteReflector mdi-bgpRR-01 16 Cấu hình BFD cho HSRP, VRRP, OSPF, BGP giao diện kết nối xuống MAN E 17 CHƢƠNG III:ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CÁO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IPCORE CỦA VINAPHONE 3.1 Giải pháp kỹ thuật QoS cho mạng IPCore VNP 3.1.1 Chuẩn 3GPP cho QoS mạng IP/MPLS phục vụ cho di động Bốn lớp khác QoS định nghĩa 3GPP: đàm thoại, trực tuyến, tương tác lớp tảng Khung 3GPP không định nghĩa làm để dịch ánh xạ thuộc tính đến mạng backbone Tuy nhiên mạng backbone mạng IP/MPLS (trong trường hợp Vinaphone), chuẩn 3GPP tiêu chuẩn DiffServ IETF sử dụng 3.1.2 Phân loại lớp dịch vụ mạng thông tin di động Vinaphone Bảng Các lớp lƣu lƣợng mạng IP/MPLS Vinaphone Traffic Description Example Usage DHCP PHB DHCP 802.1p CoS Mobile Voice, Conversational Mobile Video Call, Mobile VoIP EF 46 18 Mobile TV, Mobile Camera, Streaming Music/Video On AF41 34 AF21 18 BE 0 Demand (in future), O&M Interactive Mobile Game (In future) Mobile Internet, Background Mobile Broadband, MMS, etc … 3.1.3 Cấu hình QoS P Router CRS-1 Mặc định, IOS XR không chép giá trị EXP đầu vào cho nhãn gói tin MPLS đầu đẩy gói tin ngồi Short Pipe Mode Mode mặc định Pipe Mode yêu cầu cấu hình đánh dấu “qos-group” đầu vào line card định tuyến 19 Hình Ứng xử QoS Cisco CRS-1/XR 3.1.4 Cấu hình QoS LAN card Cisco 7600: Dưới khả giao diện LAN router Cisco 7600 Vinaphone sử dụng:  WS-X6704-10GE – 1p7q8t (1 hàng đợi ưu tiên, hàng đợi tiêu chuẩn, ngưỡng hàng đợi)  WS-X6748-GE-TX – 1p3q8t (1 hàng đợi ưu tiên, hàng đợi tiêu chuẩn, ngưỡng hàng đợi) 20 Hình 3.2 Ánh xạ lớp QoS đến hàng đợi ngƣỡng 3.2 Giải pháp kỹ thuật lƣu lƣợng cho mạng IPCore VNP 3.2.1 Chuẩn 3GPP cho kỹ thuật lƣu lƣợng IP/MPLS phục vụ cho di động Xét cụ thể với mơ hình thiết kế ta cần tham số thỏa mãn sau: Hình 1: Mơ hình thiết kết TE cho mạng IPCore VinaPhone 21 N