Nghiên cứu công nghệ mpls và ứng dụng trên mạng viễn thông etl của lào (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Saygnouan SOUVANNALANGSY NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MPLS VÀ ỨNG DỤNG TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG ETL CỦA LÀO CHUYÊN NGÀNH : Kỹ thuật viễn thông MÃ SỐ : 60.52.02.08 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2013 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Tiến Ban Phản biện 1: Phản biện 2: Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sỹ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ………… giờ……ngày…….tháng………năm………… Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu viễn thơng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Kể từ thành lập công ty viễn thông ETL Lào vào năm 2000 đến nay, mạng viễn thông ETL phát triển không ngừng số lượng thuê bao dịch vụ gia tăng Với phát triển nhanh xã hội, nhu cầu dịch vụ viễn thông ngày tăng việc nghiên cứu triển khai công nghệ mạng yếu tố quan trọng Cùng với phát triển nhanh chóng dịch vụ IP bùng nổ thông tin mạng Internet dẫn đến nhận thức vấn đề kinh doanh nhà cung cấp dịch vụ Nhu cầu cấp bách thị trường cho kết nối tốc độ cao với chi phí thấp sở cho loạt công nghệ đời, có MPLS Điểm bật MPLS khả chuyển tiếp lưu lượng nhanh, đơn giản, điều khiển phân luồng, định tuyến linh hoạt vận dụng tài nguyên mạng Nó kết hợp đặc điểm tốt chuyển mạch ATM chuyển mạch gói IP, có khả chuyển tiếp gói nhanh mạng lõi định tuyến bình thường mạng biên Khi gói vào miền MPLS, thường mạng trục nhà cung cấp dịch vụ, chúng chuyển mạch chuyển mạch nhãn Các nhãn giúp xác định chất lượng dịch vụ mà gói nhận Khi khỏi mạng nhãn cắt bỏ router biên mạng định tuyến theo cách thông thường Song với việc phát triển mở rộng mạng lưới, lưu lượng mạng tăng lên việc đáp ứng nhu cầu cho người sử dụng chất lượng dịch vụ ngày cao, đòi hỏi nhà cung cấp dịch vụ ln đứng trước thử thách Chính tầm quan trọng công nghệ MPLS mạng ISP nay, thực tế công việc triển khai nên chọn đề tài “nghiên cứu công nghệ MPLS ứng dụng mạng viễn thông ETL Lào” cho luận văn thạc sỹ Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu luận văn tìm hiểu nghiên cứu đặc điểm công nghệ MPLS để nắm đặc trưng khác biệt so với công nghệ khác, qua trang bị kiến thức cần thiết cho việc quy hoạch triển khai dịch vụ cho mạng viễn thông ETL Lào Đối tượng phạm vi nghiên cứu − Đối tượng: Nghiên cứu công nghệ truyền số liệu chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS khả ứng dụng thực tiễn − Phạm vi: Nghiên cứu giải pháp đánh giá khả ứng dụng công nghệ MPLS cho mạng viễn thông ETL Lào Phương pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu khác như: thu thập so sánh giải pháp, tổng hợp – phân tích số liệu, thực nghiệm tổng kết kinh nghiệm hoạt động thực tế Công ty Kết cấu luận văn Luận văn gồm chương phần kết luận: Chương I: Tổng quan công nghệ MPLS Chương II: Các phần tử giao thức MPLS Chương III: Ứng dụng công nghệ MPLS mạng viễn thông ETL Lào Kết luận chung 3 Chương I Tổng quan công nghệ MPLS Khi mạng Internet ngày mở rộng với phát triển dịch vụ giá trị gia tăng yêu cầu chất lượng dịch vụ tính bảo mật MPLS giải pháp tối ưu kết hợp ưu điểm IP ATM mà chi phí triển khai khơng đắt Chương tập trung trình bày khái quát tổng quan công nghệ MPLS, đặc điểm mạng, phương thức hoạt động, ưu nhược điểm ứng dụng công nghệ MPLS 1.1 Tổng quan công nghệ MPLS MPLS công nghệ kết hợp đặc điểm tốt định tuyến lớp ba chuyển mạch lớp hai cho phép chuyển tải gói nhanh mạng lõi(core) định tuyến tốt mạng biên (edge) cách dựa vào nhãn (label) MPLS phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói mạng cách gắn nhãn vào gói IP, tế bào ATM, frame lớp hai Phương pháp chuyển mạch nhãn giúp Router chuyển mạch MPLS-enable ATM định theo nội dung nhãn tốt việc định tuyến phức tạp theo địa IP đích 1.2 Ưu nhược điểm công nghệ MPLS Ưu điểm: Đơn giản hóa chức chuyển tiếp: MPLS sử dụng chế chuyển tiếp dựa vào nhãn có độ dài cố định nên định chuyển tiếp xác định chi với lân tra cứu bảng LFIB Khả mở rộng: chuyển mạch nhãn cung cấp tách biệt toàn diện định tuyến liên miền định tuyến nội miền, điều cải thiện khả mở rộng tiến trình định tuyến Nhược điểm: Hỗ trợ đồng thời nhiều giao thức gặp phải vấn đề phức tạp kết nối, khó hỗ trợ QoS xuyên suốt Chèn thêm nhãn vào gói tin tăng thêm lưu lượng truyền tải mạng 1.3 Ứng dụng MPLS Internet có nhóm ứng dụng là: Voice, data Video với yêu cầu khác MPLS giúp khai thác tài nguyên mạng đạt hiệu cao Trong đó, có số ứng dụng triển khai mạng MPLS là: MPLS VPN: Nhà cung cấp dịch vụ tạo VPN lớp dọc theo mạng đường trục cho nhiều khách hang, dùng sở hạ tầng công cộng sẵn có, khơng cần ứng dụng encryption end-user MPLS TE (Traffic Engineering): cung cấp khả thiết lập hay nhiều đường để điều khiển lưu lượng mạng đặc trưng thực thi cho loại lưu lượng Kỹ thuật lưu lượng cho phép ISP định tuyến lưu lượng theo cách họ cung cấp dịch vụ tốt cho khách hang khía cạnh thơng lượng độ trễ MPLS TE cho phép lưu lượng phân bố hợp lý qua toàn hạ tầng, tối ưu hóa hiệu suất sử dụng mạng MPLS QoS: dùng QoS nhà cung cấp dịch vụ cung cấp nhiều loại mức dịch vụ với đảm bảo tối đa chất lượng dịch vụ 1.4 Kết luận chương I Trong chương luận văn giới thiệu chung công nghệ MPLS ưu nhược điểm công nghệ cần thiết cho việc truyền liệu MPLS công nghệ kết hợp đặc điểm tốt định tuyến lớp ba chuyển mạch lớp hai cho phép chuyển tải gói nhanh mạng lõi(core) định tuyến tốt mạng biên (edge) cách dựa vào nhãn (label) MPLS cho phép ISP cung cấp nhiều dịch vụ khác mà không cần phải bỏ sở hạ tầng sẵn có Cấu trúc MPLS có tính mềm dẻo phối hợp với công nghệ lớp hai MPLS hỗ trợ giao thức lớp hai, triển khai hiệu dịch vụ IP mạng chuyển mạch IP MPLS hỗ trợ việc tạo tuyến khác nguồn đích đường trục Internet Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến trúc mạng, ISP giảm chi phí, tăng lợi nhuận, cung cấp nhiều hiệu khác đạt hiệu cạnh tranh cao 5 Chương II Các phần tử giao thức MPLS 2.1 Cấu trúc hoạt động nút MPLS Một nút MPLS có hai mặt phẳng: mặt phẳng chuyển tiếp MPLS mặt phẳng điều khiển MPLS Nút MPLS thực định tuyến lớp ba chuyển mạch lớp hai Hình sau mơ tả cấu trúc nút MPLS Mặt phẳn điều Giao thức định tuyến IP Giao thức phân phối nhãn Chuyển đổi thong tin định tuyến Chuyển đổi thong tin lien kết nhãn Mặt phẳn chuyển tiếp Các gói IP vừa đến Các gói gắn nhãn vừa đến Giao thức định tuyến IP Giao thức phân phối nhãn Các gói IP Các gói IP gắn nhãn Hình 2-1 Cấu trúc nút MPLS 2.1.1 Mặt phẳng chuyển tiếp (Forwarding plane) Mặt phẳng chuyển tiếp có trách nhiệm chuyển tiếp gói dựa giá trị chứa nhãn Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB để chuyển tiếp gói Thuật tốn mà sử dụng phần tử chuyển tiếp chuyển mạch nhãn sử dụng thông tin chứa LFIB thông tin chứa giá trị nhãn Mỗi nút MPLS có hai bảng liên quan đến việc chuyển tiếp là: sở thông tin nhãn LIB LFIB LIB chứa tất nhãn nút MPLS cục đánh dấu ánh xạ nhãn đến nhãn nhận từ láng giềng (MPLS neighbor) LFIB sử dụng tập nhãn chứa LIB để thực chuyển tiếp gói 6 Nhãn MPLS Một nhãn MPLS trường 32 bit cố định với cấu trúc xác định Nhãn dùng để xác định FEC Đối với ATM, nhãn đặt trường VCI VPI mào đầu ATM Tuy nhiên, khung Frame Relay, nhãn lại đặt trường DLCI mào đầu Frame Relay Kỹ thuật lớp Ethernet, Token Ring, FDDI, kết nối point – to – point tận dụng trường địa lớp chúng để mang nhãn Những kỹ thuật mang nhãn mào đầu đệm (shim) Mào đầu nhãn đệm chèn thêm vào lớp kết nối lớp mạng, hình sau Việc sử dụng mào đầu nhãn đệm cho phép hỗ trợ MPLS hầu hết kỹ thuật Lớp Hình 2-2 cấu trúc nhãn MPLS 3 90 90 90 Label EXP BoS TLL ATM cell header GFC VPI VCI PTI CLP HEC Data Shim header Layer header Label Layer header Layer header Data Hình 2-2 Cấu trúc nhãn MPLS Ngăn xếp nhãn Những định tuyến MPLS tốt (capable) cần nhiều nhãn gói để định tuyến gói mạng MPLS Việc thực bởiviệc đặt nhãn ngăn xếp Nhãn ngăn xếp gọi nhãn đỉnh nhãn cuối gọi nhãn đáy Trong ngăn xếp nhãn hình bit BoS tất nhãn, trừ nhãn đáy Đối với nhãn đáy, bit BoS 2.1.2 Mặt phẳng điều khiển (Control plane) Mặt phẳng điều khiển MPLS chịu trách nhiệm tạo lưu trữ LFIB Tất nút MPLS phải chạy giao thức định tuyến IP để trao đổi thông tin định tuyến IP với nút MPLS khác mạng Các nút MPLS enable ATM dùng điều khiển nhãn (LSC – Label Switch Controller) router 7200, 7500 dùng mô đun xử lý tuyến (RMP–Route Processor Module) để tham gia xử lý định tuyến IP 2.2 Các phần tử MPLS 2.2.1 LSR (Label switch Router) Thành phần mạng MPLS thiết bị định tuyến chuyển mạch nhãn LSR Thiết bị thực chức chuyển tiếp gói thơng tin phạm vi mạng MPLS thủ tục phân phối nhãn Đó khả cần thiết để hiểu nhãn MPLS, nhận truyền gói gán nhãn đường liên kết liệu 2.2.2 LSP (Label switch Path) Đường chuyển mạch nhãn tập hợp LSR mà chuyển mạch gói có nhãn qua mạng MPLS phần mạng MPLS Về bản, LSP đường dẫn qua mạng MPLS phần mạng mà gói qua LSR LSP LSR vào, ngược lại LSR cuối LSP LSR Tất LSR LSR vào LSR trung gian 2.2.3 FEC (Forwarding Equivalence Class) Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) nhóm luồng gói chuyển tiếp dọc theo tuyến xử lý theo cách chuyển tiếp Tất gói thuộc FEC có nhãn giống Tuy nhiên, khơng phải tất gói có nhãn thuộc FEC, giá trị EXP chúng khác nhau; phương thức chuyển tiếp khác phụ thuộc vào FEC khác 2.3 Điều khiển lưu lượng MPLS Ý tưởng đằng sau việc điều khiển lưu lượng để sử dụng tối ưu hạ tầng mạng, bao gồm đường kết nối sử dụng khơng mức, chúng thuộc tuyến ưu tiên Điều có nghĩa điều khiển lưu lượng phải cung cấp khả hướng lưu lượng qua mạng tuyến khác từ tuyến ưu tiên, tuyến có chi phí thấp cung cấp định tuyến IP Tuyến chi phí thấp tuyến ngắn tính tốn giao thức định tuyến động Một ưu điểm vượt trội việc sử dụng điều khiển lưu lượng MPLS khả định tuyến lại nhanh (Fast ReRouting – FRR) FRR cho phép ta định tuyến lại lưu lượng có nhãn quanh đường kết nối định tuyến mà trở thành không dùng Việc định tuyến lại lưu lượng xảy nhỏ 50ms, mà nhanh tiêu chuẩn 2.4 Các giao thức sử dụng MPLS 2.4.1 Phân phối nhãn Giao thức phân phối nhãn LDP giao thức thiết kế dành riêng cho MPLS, dùng để phân phối nhãn Nó gồm tập thủ tục thông điệp LSR sử dụng để thiết lập LSP mạng cách ánh xạ thơng tin tìm đường lớp mạng vào đường chuyển mạch lớp liên kết liệu 2.4.2 Giao thức đặt trước tài nguyên 2.5 Kết luận chương Trong chương luận văn sâu vào cấu trúc hoạt động nút MPLS Các thành phần kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức, chức MPLS phục vụ việc chuyển gói liệu thuật toán chuyển mạch nhãn đường dẫn xác định kỹ thuật định tuyến dựa vào đích Điều khiển lưu lượng kết lưu lượng trải rộng qua đường kết nối có sẵn mạng làm cho sử dụng nhiều đường kết nối không sử dụng mạng Chương III ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MPLS TRONG MẠNG VIỄN THÔNG ETL CỦA LÀO 3.1 Khảo sát trạng mạng viễn thông Lào ETL công ty Viễn thông Nhà nước thành lập vào năm 2000 đến nay, mạng viễn thông ETL Lào phát triển không ngừng số lượng thuê bao dịch vụ gia tăng vùng phủ sóng Với phát triển nhanh xã hội, nhu cầu dịch vụ viễn thông tăng Việc nghiên cứu triển khai hệ thống mạng yếu tố quan trọng Để tiến kịp với nước phát triển công nghệ, dịch vụ thông tin đáp ứng nhu cầu khách hàng dịch vụ đa phương tiện truyền số liệu tốc độ cao Với phát triển nhanh dịch vụ số liệu, dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao mà trước hết IP đặt yêu cầu công nghiệp viễn thông động lực thúc đẩy việc nghiên cứu, phát triển khai thác hệ thống mạng MPLS nhằm thay cho dịch vụ thuê kênh đường truyền Lease Line giá cao 3.2 Các dịch vụ chất lượng dịch vụ mạng mạng IP ETL 3.3 Các giải pháp ứng dụng MPLS 3.3.1 Ứng dụng MPLS việc cung cấp dịch vụ IP VPN ETL Nắm bắt xu phát triển công nghệ thông tin viễn thông, lưu lượng mạng công cộng chạy mạng dần chuyển sang ứng dụng giao thức IP có xu hướng chuyển mơ hình IP VPN Từ năm 2004, ETL đưa mạng NGN đầy đủ vào sử dụng với hai tổng đài điện thoại Hà Nội Hồ Chí Minh Mạng NGN dựa hạ tầng truyền dẫn IP, xây dựng định tuyến Juniper ETL triển khai hệ thống cung cấp dịch vụ viễn thông công cộng như: dịch vụ VoIP – 188, dịch vụ Internet, dịch vụ cho thuê cổng quốc tế qua trạm vệ tinh, dịch vụ kênh thuê riêng quốc tế nước đặc biệt dịch vụ điện thoại cố định không dây dựa công nghệ CDMA 2000 1x-450Mhz 3.3.2 Ứng dụng MPLS mạng IP core ETL • Các thiết bị BRAS, Edge, Core Router hỗ trợ MPLS 10 • Tất thiết bị BRAS, Edge, Core Router thuộc hãng • Hiện phần hạ tầng mạng IP core sử dụng MPLS • Có hệ thống quản lý VPN center • Không cần đầu tư thêm cho hệ thống core Hiện thiết bị BRAS, Edge, Core Router hãng Juniper tất hỗ trợ MPLS nên chúng có khả đáp ứng dịch vụ MPLS VPN Mặt khác toàn thiết bị thuộc hãng nên chúng quản lý hưởng giải pháp chung để cung cấp dịch vụ VPN Phần mềm có khả đáp ứng tính VPN center giúp việc khai báo quản lý site khách hàng cách dễ dàng 3.3.3 Dịch vụ kênh thuê riêng leased line Dịch vụ thuê kênh riêng Lease Line ETL cung cấp cho khách hàng thủ đô Viêng Chăn tỉnh thành toàn nước dựa mạng truyền dẫn SDH nội hạt Hình 3-1 Sơ đồ kết nối dịch vụ leased line 3.3.4 Dịch vụ IP VPN Để đáp ứng nhu cầu doanh nghiệp việc xây dựng hệ thống mạng riêng có quy mơ lớn Lào quốc tế, ETL cung cấp dịch vụ mạng IP VPN Đây dịch vụ mạng dùng cho ứng dụng khác nhau, cho phép việc trao đổi thông tin cách an toàn nhiều lựa chọn kết nối với 11 nhiều tính trội như: Kết nối trực tiếp điểm (Any–to-Any Connectivity); nhiều lựa chọn công nghệ kết nối (Choice of Access Technology; tích hợp liệu, thoại video (Data, Voice and Video Conver-gence); độ bảo mật cao (High Network Privacy); dễ sử dụng (Easy of Operation) Hình 3-2 Sơ đồ kết nối dịch vụ IPVPN ETL đảm bảo kết nối IP site khách hàng, hỗ trợ kết nối điểm – điểm, điểm – đa điểm, đa điểm – đa điểm 3.4 Đề xuất kiến nghị Công nghệ MPLS (Multiprotocol Label Switching) kết phát triển nhiều công nghệ chuyển mạch IP (IP Switching) sử dụng chế hoán đổi nhãn ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà khơng cần thay đổi giao thức định tuyến IP MPLS công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng Với tính chất cấu định tuyến mình, MPLS có khả nâng cao chất lượng dịch vụ mạng IP truyền thống Bên cạnh đó, thơng lượng mạng cải thiện cách rõ rệt Đây xu hướng tất yếu mạng truyền dẫn trình triển khai xây dựng mạng NGN Lào 12 Hướng phát triển lên GMPLS Trong công nghệ ngày nay, mạng truyền dẫn quang dần chiếm lĩnh vị trí số Mạng truyền dẫn quang có dung lượng cao, để giảm chi phí đơn vị băng thơng cần đến kết hợp hai công nghệ: mạng Quang IP Sự kết hợp công nghệ IP Quang mang lại phát triển dung lượng, khả mở rộng linh hoạt Sự kết hợp IP Quang đáp ứng yêu cầu cho nhà cung cấp dịch vụ: - Bổ sung công nghệ Quang cho tảng IP - Tiếp tục tích hợp IP liệu tảng Quang - Phát triển mức quản lý thống nhất, dựa tiêu chuẩn để đẩy mạnh việc triển khai tăng cường hiệu mạng IP Quang - Củng cố công cụ quản lý mạng sử dụng cho thành phần IP Quang Hướng nghiên cứu GMPLS hướng mở cho công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS đề cập luận văn tốt nghiệp 3.5 Kết luận chương Trong chương luận văn trình bày trạng mạng viễn thông ETL Lào dịch vụ mạng lõi hành mà cung cấp cho khách hàng với chất lượng dịch vụ gồm ba cấp: gói vàng, gói đồng gói bạc Các giải pháp ứng dụng công nghệ MPLS cho mạng viễn thơng ETL Lào đưa vào ứng dụng dựa sở tảng mạng ứng dụng vào việc cung cấp dịch vụ mạng IP VPN, IP core dịch vụ kênh thuê riêng Lease Line Cuối số đề xuất kiến nghị hướng phát triển phát triển luận văn 13 KẾT LUẬN Luận văn đạt kết sau đây: − Giới thiệu tổng quan công nghệ MPLS, ưu nhược điểm công nghệ MPLS công nghệ cần thiết cho mạng viễn thông Lào − Nghiên cứu đặc điểm kỹ thuật công nghệ MPLS, qua cho thấy MPLS cơng nghệ tiên tiến cho phép truyền tải tốc độ cao với khả đảm bảo dịch vụ với chất lượng cao − Nghiên cứu khả ứng dụng MPLS mạng viễn thông ETL Lào Các kết nghiên cứu cho thấy khả ứng dụng cao thực tế ETL ứng dụng với kết đạt tốt Hướng nghiên cứu luận văn: − Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS) khả ứng dụng mạng viễn thông đường trục quốc gia Lào 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Nguyễn Tiến Ban Công nghệ IP/MPLS mạng riêng ảo NXB Thông tin truyền thông, 2011 Tiếng Anh: Luc De Ghein MPLS Fundamentals Cisco Press, 2006 Multiprotocol Label Switching Architecture RFC 3031  ... cao − Nghiên cứu khả ứng dụng MPLS mạng viễn thông ETL Lào Các kết nghiên cứu cho thấy khả ứng dụng cao thực tế ETL ứng dụng với kết đạt tốt Hướng nghiên cứu luận văn: − Nghiên cứu công nghệ chuyển... làm cho sử dụng nhiều đường kết nối không sử dụng mạng Chương III ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MPLS TRONG MẠNG VIỄN THÔNG ETL CỦA LÀO 3.1 Khảo sát trạng mạng viễn thông Lào ETL công ty Viễn thông Nhà nước... thiệu tổng quan cơng nghệ MPLS, ưu nhược điểm công nghệ MPLS công nghệ cần thiết cho mạng viễn thông Lào − Nghiên cứu đặc điểm kỹ thuật cơng nghệ MPLS, qua cho thấy MPLS công nghệ tiên tiến cho