Nghiên cứu và ứng dụng giao thức ERPS vào việc đảm bảo tính tin cậy của mạng truy nhập ethernet thuộc tập đoàn bưu chính viễn thông việt nam tại tỉnh thanh hóa (bản tóm tắt luận văn ngành kỹ thuật viễn thông)

i HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG KIỀU HOÀNG ANH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG GIAO THỨC ERPS VÀO VIỆC BẢO ĐẢM TÍNH TIN CẬY CỦA MẠNG TRUY NHẬP ETHERNET THUỘC TẬP ĐỒN BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG VIỆT NAM TẠI TỈNH THANH HÓA CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THƠNG MÃ SỐ: 8.52.02.08 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI-2021 ii Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: Tiến Sĩ Ngô Đức Thiện (Ghi rõ học hàm, học vị) Phản biện 1: TS Phạm Xuân Nghĩa Phản biện 2: PGS.TS Bùi Trung Hiếu Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: 10 00 ngày 09 tháng 01 năm 2021 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu ứng dụng giao thức ERPS vào việc đảm bảo tính tin cậy mạng truy nhập Ethernet thuộc Tập đồn bưu viễn thơng Việt Nam Tỉnh Thanh Hóa” trung thực khơng có chép hay sử dụng để bảo vệ học vị Tất giúp đỡ cho việc xây dựng sở lý luận cho luận trích dẫn đầy đủ ghi rõ nguồn gốc rõ ràng phép công bố Hà Nội, ngày 28 tháng 01 năm 2021 Học viên thực Kiều Hoàng Anh iv LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn Thơng, học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Lãnh đạo Học viện, Thầy Cô Khoa Đào tạo sau đại học Khoa Viễn Thơng nhiệt tình hướng dẫn, giảng dạy, tạo điều kiện giúp đỡ học viên q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn Đặc biệt học viên xin bày tỏ biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn, TS Ngơ Đức Thiện tận tình giúp đỡ, bảo suốt trình thực luận văn Trân trọng! Hà Nội, tháng 01 năm 2021 Kiều Hoàng Anh MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trước bùng nổ nhu cầu sử dụng Internet gia tăng loại hình dịch vụ phức tạp yêu cầu Internet tốc độ cao đặc biệt loại dịch vụ di động LTE 4G/3G/2G tiến tới 5G yêu cầu độ ổn định độ trễ thấp Vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ trở nên quan trọng hết Cơ chế bảo vệ chuyển mạch dạng vòng ring cho phép tận dụng khả cáp quang theo chuẩn G.8032 Giao thức ERPS (Ethernet ring protection switching)- Chuyển mạch bảo vệ vòng Ethernet đáp ứng khả chuyển mạch hồi phục vịng 50ms đảm bảo tính tin cậy mạng truy nhập Ethernet phổ biến Tập Đồn Bưu Chính Viễn Thơng Việt Nam – VNPT (Vietnam Posts and Telecommunications Group) Vì lý em xin chọn đề tài luận văn tốt nghiệp "Nghiên cứu ứng dụng giao thức ERPS vào việc đảm bảo tính tin cậy mạng truy nhập Ethernet thuộc Tập đồn bưu viễn thơng Việt Nam Tỉnh Thanh Hóa" Tổng quan vấn đề nghiên cứu: Ở Việt Nam có nghiên cứu xây dựng phương án bảo vệ vòng áp dụng vào thực tế giải pháp dựa STP RSTP, nhiên chưa có giải pháp đáp ứng yêu cầu khắt khe thời gian chuyển mạch, hồi phục 50ms giải pháp ERPS (Ethernet ring protection switching) Chuyển mạch bảo vệ vòng Ethernet, ERPS nỗ lực ITU-T theo khuyến nghị G.8032 để cung cấp bảo vệ phục hồi 50ms cho lưu lượng Ethernet cấu trúc liên kết vòng đồng thời đảm bảo khơng có vịng lặp hình thành lớp Ethernet Việc tìm hiểu áp dụng giải pháp ERPS để bảo vệ vòng mạng truy nhập Ethernet Viễn thông tỉnh trực thuộc VNPT hướng nghiên cứu góp phần vào q trình đảm bảo chất lượng dịch vụ ngành viễn thơng Việt Nam nói chung 2 Mục đích nghiên cứu: Mục đích luận văn tìm hiểu giao thức ERPS, ngun lý hoạt động giao thức ERPS Từ áp dụng vào mạng truy nhập thực tế nhà cung cấp dịch vụ hàng đầu Việt Nam VNPT Việc áp dụng vào thực tế thực Viễn Thông Tỉnh/Thành Phố trực thuộc VNPT để đánh giá khả chuyển mạch bảo vệ, phục hồi đảm báo tính tin cậy đường truyền góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu:  Đối tượng nghiên cứu: Mạng truy nhập Ethernet Viễn Thơng Tỉnh Thanh Hóa trực thuộc Tập Đồn Bưu Chính Viễn Thơng Việt Nam (VNPT)  Phạm vi nghiên cứu: Giao thức ERPS theo chuẩn G8032 ITU-T, thiết bị switch access đáp ứng giao thức ERPS khả áp dụng vào mạng truy nhập Viễn Thơng Tỉnh Thanh Hóa trực thuộc VNPT Phƣơng pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu đề tài phương pháp nghiên cứu thực tiễn Tập trung khảo sát, tìm hiểu quy mơ, tính chất tồn mạng truy nhập Ethernet Viễn Thơng Tỉnh Thanh Hóa trực thuộc Tập Đồn Bưu Chính Viễn Thơng Việt Nam Từ tìm kiếm, thử nghiệm thiết bị switch hỗ trợ giao thức ERPS để tiến hành đo kiểm, phân tích đánh giá hiệu mà tập trung chủ yếu khả đảm bảo tính tin cậy đường truyền dựa yếu tố chuyển mạch bảo vệ phục hồi 50ms hệ thống Cấu trúc luận văn  Chương 1: Tổng quan ERPS  Chương 2: Nguyên lý hoạt động ERPS  Chương 3: Ứng dụng ERPS vào mạng truy nhập ethernet viễn thơng tỉnh hóa  Kết luận kiến nghị hướng phát triển CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ERPS 1.1 Giới thiệu chƣơng: Giới thiệu tổng quan mạng truy nhập Ethernet VNPT khái niệm giao thức ERPS yêu cầu thời gian chuyển mạch dịch vụ mạng truy nhập VNPT 1.2 Mạng truy nhập Ethernet VNPT: 1.2.1 Khái niệm mạng truy nhập Ethernet Mạng truy nhập Ethernet VNPT mạng kết nối router switch dựa chuẩn Ethernet Trong router switch kết nối thơng qua cáp quang Mơ hình kết nối ring, hình sao(star), hình Một mạng truy nhập Ethernet thường bao phủ đô thị, có chất mạng truyền tải Ethernet hỗ trợ kết nối điểm điểm kết nối đa điểm.trên môi trường mạng đô thị MAN 2G/3G/4G IPTV SERVER BSC/RNC LAPTOP SWITCH AGG TELEVISION ONU SPLITTER TRẠM 4G SỐ GPON OLT ETHERNET RING SWITCH AGG TELEPHONE SWITCH AGG IP CORE INTERNET SWITCH AGG Mạng Truy Nhập Ethernet AAA SERVER Hình 1.1: Mạng truy nhập Ethernet VNPT 1.2.2 Công nghệ mạng truy nhập Ethernet Mạng truy nhập Ethernet chia làm loại dựa vào cơng nghệ mà sử dụng sau: - Mạng truy nhập Ethernet dựa SDH - Mạng truy nhập Ethernet dựa MPLS - Mạng truy nhập Ethernet sử dụng layer Trong mạng truy nhập Ethernet dựa MPLS mạng truy nhập Ethernet sử dụng layer VNPT triển khai mạnh mẽ Hình ảnh thuộc Juniper Hình 1.2: Cơng nghệ truyền tải mạng truy nhập Ethernet Đối tượng nghiên cứu luận văn mạng truy nhập Ethernet sử dụng layer chuyển mạch cho tất cấu trúc bên Cấu trúc cho phép thiết kế đơn giản chi phí thấp cấu hình đơn giản Tuy nhiên mạng truy nhập Ethernet sử dụng layer có hạn chế sau: - Khi mạng phát triển rộng, khối lượng địa MAC trung chuyển qua mạng vượt dung lượng chuyển mạch thiết bị Nếu mac- table bị đầy, kết nghiêm trọng mạng ngừng hoạt động tràn ngập gói tin tồn cấu trúc mạng - Phân lưu lượng hạn chế - Sự ổn định mạng mong manh, đặc biệt so sánh với mạng SDH MPLS tiên tiến 5 1.3 Giao thức ERPS Cơng nghệ Ethernet nhanh chóng trở thành giải pháp thống trị cho mạng nhà cung cấp dịch vụ viễn thông giới VNPT không ngoại lệ Ethernet cơng nghệ truyền tải sóng mang tiếp tục đạt tiến đáng kể việc cung cấp ứng dụng dịch vụ ngày đa dạng [3] Hiện nhà cung cấp dịch vụ (cũng doanh nghiệp) cần khơi phục nhanh chóng tính sẵn sàng cao dịch vụ Ethernet Trong đó, nhóm nghiên cứu ITU-T SG15/Q9 phát triển phương pháp khả thi mặt kỹ thuật, kinh tế mở rộng để cung cấp với chi phí thấp khơi phục dịch vụ nhanh chóng Khả phục hồi kiểu SDN/SONET với chi phí thấp sử dụng giao tiếp Ethernet cho ứng dụng mạng vừa nhỏ [4], Bảo vệ vòng Ethernet (ERP) định nghĩa G.8032 phát triển dựa nguyên tắc sử dụng chế kế thừa từ chức Bridge Mac-Ethernet truyền thống Hình ảnh thuộc Huawei Hình 1.3: Cấu trúc liên vịng ERPS Khuyến nghị G.8032 chấp thuận vào tháng năm 2008, sau trình năm từ việc nghiên cứu ITU-T phê duyệt [4] 6 Hình 1.4: Các cột mốc trình hình thành khuyến nghị ERPS (G.8032) 1.4 Kết luận chƣơng Tóm lại, G.8032 ERPS phát triển để đáp ứng mục tiêu sau [8]: - Cung cấp kết nối mạng hiệu - Cung cấp khả khơi phục dịch vụ nhanh chóng (dưới 50ms) - Hỗ trợ nhiều dịch vụ Ethernet (ví dụ: E-LINE, E-TREE, E-LAN) - Không cần phân biệt giao diện client (máy khách) hay Server (máy chủ) G.8032 ERPS hỗ trợ (hầu như) lớp vật lý / máy chủ thơng qua (hầu như) máy khách Ethernet - Có thể áp dụng thiết bị có hỗ trợ phần cứng IEEE 802.1 Bridging IEEE 802.3 MAC có Vì vậy, đơn giản cần nâng cấp phần mềm thiết bị chuyển mạch Ethernet có - Hỗ trợ triển khai linh hoạt mơ hình, ứng dụng mạng Access, Metro Core - Tận dụng băng thông vật lý mạng Ethernet 1/10/40/100GbE Chi phí thời gian triển khai giảm sử dụng liên kết dạng vịng có băng thơng lớn - Được chuẩn hóa ITU-T SG15 / Q9 - Giảm chi phí hoạt động OPEX chi phí đầu tư CAPEX cho nhà cung cấp dịch vụ 7 CHƢƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ERPS 2.1 Giới thiệu chƣơng Chương đề cập đến nguyên nguyên tắc ERPS Đi sâu vào tìm hiểu nguyên lý hoạt động ERPS Đo kiểm, phân tích đánh giá hiệu hệ thống mẫu 2.2 Nguyên tắc hoạt động ERPS 2.2.1 Cấu trúc liên kết dạng vòng Ethernet Cấu trúc liên kết vịng Ethernet vịng nhất, mô tả phiên G.8032 v1, mở rộng để đáp ứng với hệ thống nhiều vòng liên kết phiên G.8032 v2 (A) (B) (C) (D) Hình 2.1: Các cấu trúc liên kết vịng áp dụng; (A) vịng đơn, (B) vòng đơn với nút dùng chung, (C) vòng với liên kết nút chia sẻ, (D) Đa vòng lồng với cấu trúc liên kết phân tầng 8 2.2.2 Kênh R-APS nút mạng liên kết vòng Để giám sát điều khiển nút mạng vòng liên kết Ethernet, ERPS sử dụng kênh truyền xuyên suốt nút mạng định nghĩa kênh chuyển mạch bảo vệ vòng tự động (R-APS) Kênh R-APS cấu hình cách sử dụng VLAN định riêng biệt, để tin R-APS xử lý khác với lưu lượng dịch vụ Kênh RAPS bị chặn trình lọc định danh Vlan (VID) theo định nghĩa IEEE 802.1Q-2005 Kênh lưu lượng dịch vụ bị chặn cách lọc VID [5] Hình 2.2: Cấu trúc nút mạng kênh R-APS Hình 2.2 thể mơ hình nút mạng vòng liên kết việc chặn cổng kết nối Ở liên kết vịng chặn nhóm vlan định nghĩa cấu hình ERPS Nhóm Vlan bao gồm vlan dịch vụ tất nhiên bao gồm vlan quản lý định cho vòng liên kết Một nút mạng có cổng kết nối bị chặn việc chuyển tiếp kênh lưu lượng dịch vụ kênh R-APS truyền qua kết nối lại vòng liên kết Tuy nhiên, tin R-APS tạo xử lý ERP control chuyển tiếp đến cổng kết nối ERP control kiểm soát việc chuyển tiếp lưu lượng dịch vụ tin R-APS, đồng thời xử lý tin R-APS tin báo hiệu quy trình quản lý hoạt động bảo trì từ máy chủ (OAM) [6] 2.2.3 Định dạng khung tin R-APS ERP control sử dụng tin R-APS để quản lý điều phối việc bảo vệ chuyển mạch R-APS trường giá trị OAM định nghĩa Y.1731 Hình 2.3 mơ tả định dạng đơn vị liệu (PDU) giao thức R-APS G.8032 Định nghĩa G.8032 Định nghĩa Y.1731 Không định Hình 2.3: Định dạng R-APS PDU 2.2.5 Mẫu kịch bảo vệ chuyển mạch phục hồi Ta xét vòng liên kết Ehernet bao gồm nút mạng, sử dụng giao thức ERPS theo chuẩn G.8032 để chuyển mạch bảo vệ A Trạng thái Idle State (Trạng thái bình thƣờng - khơng có lỗi) 10 - Vịng Ethernet có nút mạng đóng vai trị chủ sở hữu RPL RPL-Owner Nút mạng có cổng kết nối với RPL-Owner qua liên kết RPL định nghĩa RPLNeighbor Ở trạng thái ban dầu liên kết RPL chặn cổng kết nối tới RPL RPLOwner RPL-Neighbor đảm bảo vịng khơng bị lặp - Mỗi liên kết giám sát nút lân cận tin ETH-CC - Về mặt vật lý, vịng kín, liên kết khơng bị lỗi Mơ hình vật lý - Lưu lượng chuyển mơ hình logic Mơ hình logic B Trạng thái Protection Switching – Liên kết bị lỗi (Chuyển mạch bảo vệ) 11 - Liên kết nút mạng lỗi phát nút lân cận - Các nút lân cận lỗi gửi/nhận tin SF báo hiệu liên kết không thành công gửi tin RAPS(SF) đến nút khác vòng - Khi nhận tin R- APS(SF) từ nút lân cận lỗi RPL Ower bỏ chặn liên kết RPL tất nút kích hoạt FDB - Khi tồn nút mạng trạng thái bảo vệ protection state - Liên kết nút bị lỗi mơ hình vật lý chuyển đổi thành chặn liên kết Chuyển đổi mơ hình vật lý - Mơ hình logic chuyển đổi theo để chuyển tiếp lưu lượng Chuyển đổi mơ hình logic C Protection Switching – Phục hồi lỗi (Chuyển mạch hồi quy) 12 - Khi liên kết lỗi phục hồi, lưu lượng truy cập bị chặn nút lân cận liên kết phục hồi - Các nút lân cận liên kết phục hồi gửi tin R-APS(NR) cho biết chúng khơng có liên kết lỗi nội - Khi RPL-Owner nhận tin R-APS(NR) bắt đầu kích Chuyển đổi mơ hình vật lý hoạt định thời WTR - Khi định thời WTR hết hạn, RPL-Owner chặn liên kết RPL truyền tin R- Chuyển đổi mơ hình logic APS(NR,RB) - Các nút mạng nhận tin R-APS(NR,RB) thực kích hoạt FDB bỏ chặn cổng trước - Ring trở lại trạng thái Idle 2.3 Cấu hình, đo kiểm hệ thống mẫu Ethernet Switch Lightsmart V2224G-OP thiết bị chuyển mạch lớp hỗ trợ SFP cắm rời để đa dạng thuê bao FTTH kết nối tới trạm di động để gom lưu lượng [10] Hình 2.4: Sơ đồ mặt trƣớc thiết bị Switch V2224G-OP 13 Với yêu cầu tạo nên vòng liên kết Ethernet có khả chuyển mạch bảo vệ với thời gian chuyển mạch