Tìm hiểu khái quát mạng NGN

HỌC VIỆN BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA QUỐC TẾ VÀ ĐẠO TẠO SAU ĐẠI HỌC ஜ ஜ ஜ ஜ ஜ ஜ ஜ BÁO CÁO MÔN HỌC MẠNG MÁY TÍNH Tiểu luận: Tìm hiểu khái quát mạng NGN GVHD: TS. Phạm Thế Quế Học viên: Nguyễn Trung Hải Đỗ Văn Vinh Nguyễn Anh Đức Lê Hồng Việt Nguyễn Trung Hiếu Trần Anh Thư Lớp : CH09ĐT4 HÀ NỘI, 2009 Mục lục THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng bộ ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ATMARP ATM Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ATM BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng đường biên CoS Class of Service Lớp dịch vụ CLIP Classical IP IP trên ATM CR Constrained Routing Định tuyến cưỡng bức CR-LDP Constrained Routing-LDP Định tuyến cưỡng bức-LDP CR-LSP Constrained Routing-LSP Định tuyến cưỡng bức-LSP CSPF Constrained SPF SPF cưỡng bức DiffServ Differentiated Service Các dịch vụ được phân biệt DLCI Data Link Connection Identifer Nhận dạng kết nối liên kết dữ liệu ER Explicit Routing Định tuyến hiện FR Frame Relay Chuyển tiếp khung FEC Fowarding Equivalent Class Lớp chuyển tiếp tương đương IETF Internet Engineering Task Force Nhóm tác vụ kỹ thuật Internet IP Internet Protocol Giao thức Internet IntServ Integrated Service Các dịch vụ được tích hợp LAN Local Area Network Mạng cục bộ LANE LAN Emulation Mô phỏng LAN LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn LER Label Edge Router Router biên nhãn LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn LSP Label Switched Path Đường dẫn chuyển mạch nhãn LSR Label Switch Router Router chuyển mạch nhãn MG Media Gateway Cổng đa phương tiện MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPOA Multiprotocol Over ATM Đa giao thức trên ATM NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp NHRP Next Hop Resolution Protocol Giao thức phân giải chặng kế tiếp OSPF Open Shortest Path First Giao thức đường đi ngắn nhất đầu tiên PID Protocol Identifier Nhận dạng giao thức PNNI Private Network-Network Mạng riêng ảo QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RESV Resevation Bản tin dành trước RFC Request For Comment Yêu cầu ý kiến RSVP Resource Resevation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên SG Signaling Gateway Cổng báo hiệu SPF Shortest Path First Đường đi ngắn nhất đầu tiên STM Synchronous Transmission Mode Chế độ truyền dẫn đồng bộ SVC Signaling Virtual Circuit Kênh ảo báo hiệu TCP Transission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn PHẦN 1 KHÁI QUÁT VỀ MẠNG NGN 1.1. Quá trình phát triển dẫn đến sự ra đời mạng NGN 1.1.1.Hiện trạng viễn thông Các mạng viễn thông hiện tại có đặc điểm chung là tồn tại một cách riêng lẻ, ứng với mỗi loại dịch vụ thông tin lại có ít nhất một loại mạng viễn thông riêng biệt để phục vụ dịch vụ đó. Lịch sử phát triển của các mạng hiện tại mà tiêu biểu là : Xét về góc độ dịch vụ thì gồm các mạng sau: mạng điện thoại cố định, mạng điện thoại di động và mạng truyền số liệu. Xét về góc độ kỹ thuật bao gồm các mạng chuyển mạch, mạng truyền dẫn, mạng truy nhập, mạng báo hiệu và mạng đồng bộ. PSTN (Public Switching Telephone Network) là mạng chuyển mạch thoại công cộng. ISDN (Integrated Service Digital Network) là mạng số tích hợp dịch vụ. ISDN cung cấp nhiều loại ứng dụng thoại và phi thoại trong cùng một mạng và xây dựng giao tiếp người sử dụng – mạng đa dịch vụ bằng một số giới hạn các kết nối ISDN cung cấp nhiều ứng dụng khác nhau bao gồm các kết nối chuyển mạch và không chuyển mạch. PSDN (Public Switching Data Network) là mạng chuyển mạch số liệu công cộng. PSDN chủ yếu cung cấp các dịch vụ số liệu. Mạng di động GSM (Global System for Mobile Telecom) là mạng cung cấp dịch vụ thoại tương tự như PSTN nhưng qua đường truy nhập vô tuyến. Hiện nay các nhà cung cấp dịch vụ thu được lợi nhuận phần lớn từ các dịch vụ như leased line, Frame Relay, ATM, và các dịch vụ kết nối cơ bản. Tuy nhiên xu hướng giảm lợi nhuận từ các dịch vụ này bắt buộc các nhà khai thác phải tìm dịch vụ mới dựa trên IP để đảm bảo lợi nhuận lâu dài. 1.1.2.Những hạn chế của mạng Viễn thông hiện tại Hiện nay có rất nhiều loại mạng khác nhau cùng song song tồn tại. Mỗi mạng lại yêu cầu phương pháp thiết kế, sản xuất, vận hành, bảo dưỡng khác nhau. Như vậy hệ thống mạng viễn thông hiện tại có rất nhiều nhược điểm mà quan trọng nhất là: Chỉ truyền được các dịch vụ độc lập tương ứng với từng mạng. Thiếu mềm dẻo: Sự ra đời của các công nghệ mới ảnh hưởng mạnh mẽ tới tốc độ truyền tín hiệu. Ngoài ra, sẽ xuất hiện nhiều dịch vụ truyền thông trong tương lai mà hiện nay chưa dự đoán được, mỗi loại dịch vụ sẽ có tốc độ truyền khác nhau. Ta dễ dàng nhận thấy mạng hiện tại sẽ rất khó thích nghi với những đòi hỏi này. Kém hiệu quả trong việc bảo dưỡng, vận hành cũng như sử dụng tài nguyên. Tài nguyên sẵn có trong một mạng không thể chia sẻ cho các mạng khác cùng sử dụng. Đứng trước tình hình phát triển của mạng viễn thông , các nhà khai thác nhận thấy rằng “sự hội tụ giữa các mạng ” là chắc chắn xảy ra. Họ cần có một cơ sở hạ tầng duy nhất cung cấp cho mọi dịch vụ (tương tự - số, băng hẹp - băng rộng, cơ bản - đa phương tiện,…) để việc quản lý tập trung, giảm chi phí bảo dưỡng và vận hành, đồng thời hỗ trợ các dịch vụ của mạng hiện có. 1.1.3. Động cơ xuất hiện mạng thế hệ mới Nhu cầu sử dụng : Yếu tố hàng đầu là tốc độ phát triển theo hàm số mũ của nhu cầu truyền dẫn dữ liệu và các dịch vụ dữ liệu là kết quả của tăng trưởng Internet mạnh mẽ. Các hệ thống mạng công cộng hiện nay chủ yếu được xây dựng nhằm truyền dẫn lưu lượng thoại, truyền dữ liệu thông tin và video đã được vận chuyển trên các mạng chồng lấn, tách rời được triển khai để đáp ứng những yêu cầu của chúng. Do vậy, một sự chuyển đổi sang hệ thống mạng chuyển mạch gói tập trung là không thể tránh khỏi khi mà dữ liệu thay thế vị trí của thoại và trở thành nguồn tạo ra lợi nhuận chính. Cùng với sự bùng nổ Internet trên toàn cầu, rất nhiều khả năng mạng thế hệ mới sẽ dựa trên giao thức IP. Tuy nhiên, thoại vẫn là một dịch vụ quan trọng và do đó, những thay đổi này dẫn tới yêu cầu truyền thoại chất lượng cao qua IP. Cải thiện chi phí đầu tư : Truyền tải dựa trên gói cho phép phân bổ băng tần linh hoạt, loại bỏ nhu cầu nhóm trung kế kích thước cố định cho thoại, nhờ đó giúp các nhà khai thác quản lý mạng dễ dàng hơn, nâng cấp một cách hiệu quả phần mềm trong các nút điều khiển mạng, giảm chi phí khai thác hệ thống. Các nguồn doanh thu mới : Dự báo hiện nay cho thấy mức suy giảm trầm trọng của doanh thu thoại và xuất hiện mức tăng doanh thu đột biến do các dịch vụ giá trị gia tăng mang lại. Kết quả là phần lớn các nhà khai thác truyền thống sẽ phải tái định mức mô hình kinh doanh của họ dưới ánh sáng của các dự báo này. Cùng lúc đó, các nhà khai thác mới sẽ tìm kiếm mô hình kinh doanh mới cho phép họ nắm lấy thị phần, mang lại lợi nhuận cao hơn trên thị trường viễn thông. Các cơ hội kinh doanh mới bao gồm các ứng dụng đa dạng tích hợp với các dịch vụ của mạng viễn thông hiện tại, số liệu Internet, các ứng dụng video. Các công nghệ nền tảng : ngày càng được phát triển và hoàn thiện hơn như Công nghệ truyền dẫn, Công nghệ truy nhập, công nghệ chuyển mạch…. 1.2. Khái niệm về NGN 1.2.1.Định nghĩa NGN theo định nghĩa ITU-Y2001 : Là thế hệ mạng viễn thông xây dựng dựa trên nền mạng chuyển mạch gói.Trong đó các chức năng liên quan đến dịch vụ độc lập với công nghệ liên quan tới truyền dẫn. Bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng, mạng thông tin thế hệ kế tiếp (NGN) ra đời là mạng có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa cố định và di động. Đặc điểm của mạng NGN Mạng NGN có bốn đặc điểm chính: Nền tảng là hệ thống mạng mở. Mạng NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phải thực hiện độc lập với mạng lưới. Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống nhất. Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng cũng ngày càng tăng, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu. Sự hội tụ giữa các mạngPHẦN 2 CẤU TRÚC MẠNG NGN 2.1. Cấu trúc phân lớp 2.1.1. Mô hình phân lớp Cho đến nay, mạng thế hệ sau vẫn là xu hướng phát triển mới mẻ, chưa có một khuyến nghị chính thức nào của Liên minh Viễn thông thế giới ITU về cấu trúc của nó. Nhiều hãng viễn thông lớn đã đưa ra mô hình cấu trúc mạng thế hệ mới như Alcatel, Ericssion, Nortel, Siemens, Lucent, NEC,… Cấu trúc mạng mới có đặc điểm chung là bao gồm các lớp chức năng sau : Lớp nết nối (Access + Transport/ Core) Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media) Lớp điều khiển (Control) Lớp ứng dụng dịch vụ. Lớp quản lý (Management) Caáu truùc maïng vaø dòch vuï NGN 2.1.2.Phân tích Hệ thống chuyển mạch NGN được phân thành bốn lớp riêng biệt thay vì tích hợp thành một hệ thống như công nghệ chuyển mạch kênh hiện nay : lớp ứng dụng, lớp điều khiển, lớp truyền thông, lớp truy nhập và truyền tải. Các giao diện mở có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng, dễ dàng; những nhà khai thác có thể chọn lựa các nhà cung cấp thiết bị tốt nhất cho từng lớp trong mô hình mạng NGN. 2.1.2.1 Lớp truyền dẫn và truy nhập Phần truyền dẫn :Truyền dẫn quang với kỹ thuật ghép kênh bước sóng quang DWDM sẽ được sử dụng. Lớp truyền dẫn có khả năng hỗ trợ các mức QoS khác nhau cho cùng một dịch vụ và cho các dịch vụ khác nhau. Nó có khả năng lưu trữ lại các sự kiện xảy ra trên mạng (kích thước gói, tốc độ gói, độ trì hoãn, tỷ lệ mất gói và Jitter cho phép,… đối với mạng chuyển mạch gói; băng thông, độ trì hoãn đối với mạng chuyển mạch kênh TDM). Phần truy nhập : Lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đường trục ( thuộc lớp truyền dẫn) qua cổng giao tiếp MGW thích hợp. 2.1.2.2 Lớp truyền thông Lớp này chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trường ( chẳng hạn như PSTN, FramRelay, LAN, vô tuyến,…) sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên mạng lõi và ngược lại. 2.1.2.3 Lớp điều khiển Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào. Các chức năng quản lý, chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp trong lớp điều khiển. Nhờ các giao diện mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn, điều này cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng và dễ dàng. 2.1.2.4 Lớp ứng dụng Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều mức độ. Một số loại dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc thực hiện điều khiển logic của chúng và truy nhập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ được điều khiển từ lớp điều khiển như dịch vụ thoại truyền thống. Lớp ứng dụng liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ đó mà các nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên các dịch vụ mạng. 2.1.2.5 Lớp quản lý Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp từ lớp kết nối cho đến lớp ứng dụng. Tại lớp quản lý, người ta có thể triển khai kế hoạch xây dựng mạng giám sát viễn thông TMN, như một mạng riêng theo dõi và điều phối các thành phần mạng viễn thông đang hoạt động. 2.2. Cấu trúc vật lý 2.2.1. Cấu trúc vật lý NGN - Next Gerneration Network – cần được hiểu rõ là mạng thế hệ sau hay mạng thế hệ kế tiếp mà không phải là mạng hoàn toàn mới, nên khi xây dựng và phát triển mạng theo xu hướng NGN, người ta chú ý đến vấn đề kết nối mạng thế hệ sau với mạng hiện hành và tận dụng các thiết bị viễn thông hiện có trên mạng nhằm đạt được hiệu quả khai thác tối đa. Cấu trúc mạng NGN 2.2.2.Các thành phần chính 2.2.2.1. Media Gateway (MG) Media Gateway cung cấp phương tiện để truyền tải thông tin thoại, dữ liệu, fax và video giữa mạng gói IP và mạng PSTN. Trong mạng PSTN, dữ liệu thoại được mang trên kênh DS0. Để truyền dữ liệu này vào mạng gói, mẫu thoại cần được nén lại và đóng gói. Đặc biệt ở đây người ta sử dụng một bộ xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processors) thực hiện các chức năng : chuyển đổi AD (analog to digital), nén mã thoại/ audio, triệt tiếng dội,bỏ khoảng lặng, mã hóa, tái tạo tính hiệu thoại, truyền các tín hiệu DTMF,… 2.2.2.2 Media Gateway Controller (MGC) MGC là đơn vị chức năng chính của Softswitch. Nó đưa ra các quy luật xử lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện các quy luật đó. MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau, như PSTN, SS7, mạng IP. Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệu qua các mạng khác nhau.MGC điều khiển cuộc gọi thông qua các báo hiệu, có 2 loại chính: Peer – to – peer : giao tiếp SW và SW, giao thức sử dụng BICC hay SIP. Điều khiển truyền thông: giao tiếp SW và Gateway, giao thức sử dụng MGCP hay Megaco/H.248. 2.2.2.3 Signalling Gateway (SG) Signaling Gateway tạo ra một chiếc cầu giữa mạng báo hiệu SS7 với mạng IP dưới sự điều khiển của Media Gateway Controller (MGC). Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu, cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu. 2.2.2.4. Media Server(MS) Media Server phân phát dịch vụ thoại và video trên mạng gói , như cầu hội nghị (nếu không được hỗ trợ bởi MG), thông báo (các thông báo đơn giản do MG gửi), I.N. (Intelligent Network) và một số tương tác với người dùng… Trên thị trường, chúng là thiết bị được điều khiển bằng SIP hoặc H.248/MGCP và là giải pháp của SRPs ( Service Resource Point hỗ trợ cho I.N. ). Chức năng « Media Server » có thể được tích hợp trong Softswitch hoặc để ở Media Gateways. 2.2.2.5. Application Server/Feature Server(AS/FS) Là một server ở mức ứng dụng chứa một loạt các dịch vụ của doanh nghiệp. Có chức nẵng xác định tính hợp lệ và hỗ trợ các thông số dịch vụ thông thường cho hệ thống đa chuyển mạch. Một vài ví dụ về các dịch vụ đặc tính: Hệ thống tính cước – Call Agents sử dụng các bộ CDR(Call Detail Record) H.323 – dịch vụ này hỗ trợ định tuyến thông qua các miền khác nhau (các mạng khác nhau). VPN – dịch vụ này sẽ thiết lập mạng riêng ảo cho khách hàng PHẦN 3 CÁC CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN TRONG NGN 3.1 Xu hướng phát triển các công nghệ mạng Theo ITU, có hai xu hướng tổ chức mạng chính : Hoạt động kết nối định hướng ( CO - Connection Oriented Operation) Hoạt động không kết nối (CL – Connectionless Operation) Trong hoạt động kết nối định hướng, công nghệ ATM phát triển cho phép đẩy mạnh các dịch vụ băng rộng và nâng cao chất lượng dịch vụ. Hoạt động không kết nối dựa trên giao thức IP như việc truy cập Internet không yêu cầu việc xác lập trước các kết nối. Tuy vậy, hai phương thức phát triển này dần tiệm cận và hội tụ dẫn đến sự ra đời công nghệ IP/ATM 3.2 IP Hiện nay lượng dịch vụ lớn nhất trên các mạng đường trục trên thực tế đều là từ IP. IP là giao thức chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp gói tin thực hiện theo cơ chế phi kết nối. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao. Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theo từng chặng. Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ. 3.3 ATM Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, Nó là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối. ATM có hai đặc điểm quan trọng : Sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM , các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao dễ dàng hơn. Có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng. Hỗ trợ QoS theo yêu cầu. 3.4 IP over ATM Là một loại kỹ thuật kiểu xếp chồng, nó xếp IP (kỹ thuật lớp 3) lên ATM (kỹ thuật lớp 2). Giao thức của hai tầng hoàn toàn độc lập với nhau; giữa chúng phải nhờ một loạt giao thức (như NHRP, ARP,…) nữa mới đảm bảo nối thông. Tuy nhiên trong tình trạng mạng lưới được mở nhanh chóng, cách xếp chồng đó cũng gây ra nhiều vần đề : Sự thiết lập các liên kết PVC tại N điểm nút, tức là cần thiết lập mạng liên kết. Như thế có thể sẽ gây nên vấn đề bình phương N, rất phiền phức. Khi mà mạng lưới ngày càng rộng lớn, chi phối kiểu đó sẽ làm cho mạng lưới quá tải. Phương thức xếp chồng sẽ phân cắt cả mạng lưới IP over ATM ra làm nhiều mạng logic nhỏ (LIS). Giữa các LIS dùng bộ định tuyến trung gian để liên kết, khi lưu lượng rất lớn, những bộ định tuyến này sẽ gây hiện tượng nghẽn cổ chai đối với băng rộng. Trong phương thức chồng xếp, IP over ATM vẫn không có cách nào đảm bảo QoS thực sự. Từ những điểm nêu trên đều làm cho IP over ATM chỉ có thể dùng thích hợp cho mạng tương đối nhỏ, như mạng xí nghiệp,…, nhưng không thể đáp ứng được nhu cầu của mạng đường trục trong tương lai. 3.5 MPLS 3.5.1.Sơ lược lịch sử MPLS Vào thập niên 90, các ISP phát triển mạng của họ theo mô hình chồng lớp (overlay) bằng cách đưa ra giao thức IP over ATM. ATM là công nghệ connection-oriented, thiết lập các kênh ảo (Virtual Circuit), tuyến ảo (Virtual Path) tạo thành một mạng logic nằm trên mạng vật lý giúp định tuyến, phân bố tải đồng đều trên toàn mạng. Tuy nhiên, IP và ATM là hai công nghệ hoàn toàn khác nhau, được thiết kế cho những môi trường mạng khác nhau, khác nhau về giao thức, cách đánh địa chỉ, định tuyến, báo hiệu, phân bổ tài nguyên... Khi các ISP càng mở rộng mạng theo hướng IP over ATM, họ càng nhận rọ nhược điểm của mô hình này, đó là sự phức tạp của mạng lưới do phải duy trì hoạt động của hai hệ thống thiết bị.  Sự bùng nổ của mạng Internet dẫn tới xu hướng hội tụ các mạng viễn thông khác như mạng thoại, truyền hình dựa trên Internet, giao thức IP trở thành giao thức chủ đạo trong lĩnh vực mạng.Xu hướng của các ISP là thiết kế và sử dụng các router chuyên dụng, dung lượng chuyển tải lớn, hỗ trợ các giải pháp tích hợp, chuyển mạch đa lớp cho mạng trục Internet. Nhu cầu cấp thiết trong bối cảnh này là phải ra đời một công nghệ lai có khả năng kết hợp những đặc điểm tốt của chuyển mạch kênh ATM và chuyển mạch gói IP .Công nghệ MPLS ra đời trong bối cảnh này đáp ứng được nhu cầu của thị trường đúng theo tiêu chí phát triển của Internet đã mang lại những lợi ích thiết thực, đánh dấu một bước phát triển mới của mạng Internet trước xu thế tích hợp công nghệ thông tin và viễn thông (ICT - Information Communication Technology) trong thời kỳ mới. 3.5.2 Tổng quan MPLS. Định nghĩa Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS - Multiprotocol Label Switching) là một công nghệ lai kết hợp những đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 (layer 3 routing) và chuyển mạch lớp 2 (layer 2 switching) cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi (core) và định tuyến tốt ở các mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn (label). Vị trí MPLS trong mô hình TCP/IP Lợi ích của MPLS. Làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu. Tương thích với hầu hết các giao thức định tuyến và các công nghệ khác liên quan đến Internet. Hoạt động độc lập với các giao thức định tuyến (routing protocol). Tìm đường đi linh hoạt dựa vào nhãn(label) cho trước. Hỗ trợ việc cấu hình quản trị và bảo trì hệ thống (OAM). Có thể hoạt động trong một mạng phân cấp. Có tính tương thích cao. Đặc điểm mạng MPLS. Không có MPLS API, cũng không có thành phần giao thức phía host. MPLS chỉ nằm trên các router. MPLS là một giao thức độc lập nên có thể hoạt động với các giao thức mạng khác IP như IPX, ATM, Frame-Relay, PPP hoặc trực tiếp với tầng Data Link. Định tuyến trong MPLS được dùng để tạo các luồng băng thông cố định tương tự như kênh ảo của ATM hay Frame Relay. MPLS đơn giản hoá quá trình định tuyến, đồng thời tăng cường tính linh động với các tầng trung gian. Một số khái niệm thường gặp. FEC (Forwarding Equivalence Class) là một nhóm các gói tin ở lớp mạng được dán nhãn giống nhau và gửi đi đồng nhất theo một đường đi xác định. LSR (Label Switching Router) là bộ định tuyến có hỗ trợ MPLS, bao gồm các giao thức điều khiển MPLS, các giao thức định tuyến lớp mạng và cách thức xử lý nhãn MPLS. LER( Label Edge Router) là các LSR ở biên mạng MPLS trong MPLS domain, gồm có LER vào (Ingress LER) và LER ra (Egress LER). LSP (Label Switching Path) là đường đi xuất phát từ một LSR và kết thúc tại một LSR khác. Tất cả các gói tin có cùng giá trị nhãn sẽ đi trên cùng một LSP. MPLS domain là tập các nút mạng MPLS 3.5.3. Kiến trúc MPLS Cấu trúc MPLS Header trong gói IP * Label : Nhãn được sử dụng trong tiến trình gửi gói tin sau khi đã thiết lập đường đi. MPLS tập trung vào quá trình hoán đổi nhãn (Label Swapping).  Một trong những thế mạnh của kiến trúc MPLS là tự định nghiã các chồng nhãn(label stack). Công thức để dán nhãn gói tin là: Network Layer Packet + MPLS Label Stack. Label Spaces : chia làm 2 loại Per-Platform Label Space: các interface dùng chung giá trị nhãn. Per-Interface Label Space: mỗi interface mang giá trị nhãn riêng. Hoạt động của LSR: Ý tưởng chính của MPLS là sử dụng nhãn để quyết định chặn kế tiếp, nên router làm việc ít hơn và hoạt động gần giống như switch. Vì các nhãn thể hiện các tuyến đường trong mạng nên ta có thể điều khiển chính xác quá trình xử lý lưu lượng bằng cách dùng các chính sách gán nhãn.  LSR biên 1 POP LSR biên 2 POP LSR lõi 2 LSR lõi1 LSR lõi 3 Bước 1 :Nhận gói IP tại biên LSR IP đích: 192.1.1.3 Gói IP 30 Bước 2 : Kiểm tra lớp 3,gán nhãn, chuyển gói IP đến LSR lõi 1 Gói IP 28 Gói IP 37 Bước 4 : Kiểm tra nhãn, chuyển đổi nhãn, chuyển gói IP đến LSR biên 4 LSR biên 3 POP LSR biên 4 POP LSR biên 5 POP Bước 5 : Kiểm tra nhãn, xóa nhãn, chuyển gói IP đến Router chứa IP đích IP 192.1.1.3 Bước 3 : Kiểm tra nhãn, chuyển đổi nhãn, chuyển gói IP đến LSR lõi 3 Mô tả hoạt động MPLS trong mạng + Ở chặng router đầu tiên, router chuyển gói tin dựa vào địa chỉ đích, xác định nhãn thích hợp tùy vào FEC để gán nhãn cho gói & chuyển gói đi tiếp. + Ở chặng kế tiếp, LSR dùng giá trị nhãn để xác định nút tiếp theo cần chuyển gói, gán nhãn mới rồi chuyển gói đi tiếp. Hoạt động của LSP: Label Switch Path - LSP : LSP xác định đưởng đi gói tin MPLS, chia làm 2 loại: Hop by hop signaled LSP - xác định đường đi khả thi nhất (best-effort path) và Explicit route signaled LSP(ER-LSP) - xác định các tuyến đường đi bắt nguồn từ nút gốc. ER-LSP có các ưu điểm sau: khả năng định tuyến linh hoạt, xác định nhiều đường đi đến đích, quản lý lưu lượng linh hoạt, việc tìm đường dựa trên quan hệ ràng buộc như mạng ATM. Một số ứng dụng - Các dịch vụ internet có thể chia làm 3 nhóm chính:voice, data, video với các yêu cầu khác nhau. Như voice yêu cầu độ trễ thấp, cho phép thất thoát dữ liệu để tăng hiệu quả. Video cho phép mất mác dữ liệu ở mức chấp nhận được, mang tính real time. Data yêu cầu độ bảo mật, độ chính xác cao...Việc triển khai công nghệ MPLS làm tăng hiệu quả khai thác các tài nguyên mạng sao cho hữu hiệu nhất. * Hiện có một số ứng dụng MPLS đang được triển khai là: - MPLS Traffic Engineering - MPLS VPN - MPLS QoS - MPLS Unicast/Multicast IP Routing ...Nhận xét Giải pháp chuyển mạch nhãn đa giao thức là một kỹ thuật mạng mới với mục tiêu kết hợp tính mềm dẻo của công nghệ IP và ATM. MPLS bao gồm 3 thành phần chính: Giao thức định tuyến IP như OSPF, BGP tại biên mạng và lõi mạng để tìm kiếm các bộ định tuyến MPLS. Chuyển mạch gói tin dựa trên địa chỉ IP tại biên mạng. Gán nhãn và phân bố nhãn trong lõi mạng để gửi gói nhanh và hiệu quả nhất. Phương pháp định tuyến trong MPLS hỗ trợ 2 dạng hop-by-hop(định tuyến từng bước) và explicit(định tuyến nguồn). Phương pháp định tuyến nguồn có tính động lớn hơn trên cơ sở yêu cầu QoS và các chính sách khác. Quá trình phân phối nhãn là độc lập với quá trình truyền tin và thông qua giao thức phân phối nhãn. Quá trình gán nhãn và phân phối nhãn phụ thuộc rất nhiều vào topo mạng, lưu lượng điều khiển và lưu lượng số liệu Bảng so sánh giữa các công nghệ Công nghệ IP ATM MPLS Bản chất công nghệ - Là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao. - Do phương thức định tuyến theo từng chặng nên điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện. - Sử dụng gói tin có chiều dài cố định 53 byte gọi là tế bào (cell). - Nguyên tắc định tuyến : chuyển đổi VPI/VCI - Nền tảng phần cứng tốc độ cao - Tích hợp ATM và IP. - Chuyển gói tin trên cơ sở nhãn qua các đường chuyển mạch nhãn LSP - Có thể áp dụng trên nhiều môi trường mạng khác nhau như IP, ATM, Ethernet, FR… Ưu điểm - Đơn giản, hiệu quả - Tốc độ chuyển mạch cao, mềm dẻo, hỗ trợ QoS theo yêu cầu - Tích hợp các chức năng định tuyến, đánh địa chỉ, điều khiển. - Khả năng mở rộng tốt -Tỉ lệ giữa chất lượng và giá thành cao. - Kết hợp giữa IP và ATM cho phép tận dụng tối đa thiết bị, nâng cao hiệu quả đầu tư. - Sự phân tách giữa điều khiển và chuyển mạch cho phép MPLS được triển khai trên nhiều phương tiện. Nhược điểm - Không hỗ trợ QoS - Giá thành cao, không mềm dẻo trong hỗ trợ những ứng dụng IP, VoA - Hỗ trợ đa giao thức dẫn đến phức tạp trong kết nối - Khó thực thi QoS xuyên suốt cho đến khi thiết bị đầu cuối thích hợp cho người sử dụng xuất hiện trên thị trường. - Việc hợp nhất các kênh ảo còn đang tiếp tục nghiên cứu. Giải quyết việc chèn tế bào sẽ chiếm nhiều tài nguyên bộ đệm hơn, dẫn đến cần phải nâng cấp cho các thiết bị ATM hiện tại. 3.6 Chuyển mạch mềm (Softswitch) 3.6.1 Khái niệm chuyển mạch mềm Chuyển mạch mềm chính là phần mềm thực hiện chức năng xử lý cuộc gọi trong hệ thống chuyển mạch có khả năng chuyển tải nhiều loại thông tin với các giao thức khác nhau. (chức năng xử lý cuộc gọi bao gồm định tuyến cuộc gọi và quản lý, xác định và thực thi các đặc tính cuộc gọi). Theo thuật ngữ chuyển mạch mềm thì chức năng chuyển mạch vật lý được thực hiện bởi cổng phương tiện Media Gateway (MG), còn xử lý cuộc gọi là chức năng của bộ điều khiển cổng phương tiện Media Gateway Controller (MGC). Một số lý do chính cho thấy việc tách 2 chức năng trên là một giải pháp tốt: Cho phép có một giải pháp phần mềm chung đối với việc xử lý cuộc gọi. Và phần mềm này được cài đặt trên nhiều loại mạng khác nhau, bao gồm cả mạng chuyển mạch kênh và mạng gói (áp dụng được với các dạng gói và môi trường truyền dẫn khác nhau). Là động lực cho các hệ điều hành, các môi trường máy tính chuẩn, tiết kiệm đáng kể trong việc phát triển và ứng dụng các phần mềm xử lý cuộc gọi. Cho phép các phần mềm thông minh của các nhà cung cấp dịch vụ điều khiển từ xa thiết bị chuyển mạch đặt tại trụ sở của khách hàng, một yếu tố quan trọng trong việc khai thác tiềm năng của mạng trong tương lai. 3.6.2 Các giao thức hoạt động Mô hình liên kết giao thức trong chuyển mạch mềm Mô hình tham chiếu các giao thức trong Chuyển mạch mềm theo TCP/IP Một số giao thức chính trong Chuyển mạch mềm 3.6.2.1 SIP (Session Initiation Protocol) SIP, được xây dựng bởi IETF, là một giao thức báo hiệu điều khiển thuộc lớp ứng dụng dùng để thiết lập, điều chỉnh và kết thúc phiên làm việc của một hay nhiều người tham gia. SIP là một giao thức đơn giản, dựa trên văn bản (text-based) được sử dụng để hỗ trợ trong việc cung cấp các dịch vụ thoại tăng cường qua mạng Internet. Các chức năng chính: Xác định vị trí của người sử dụng (user location): Hay còn gọi là chức năng dịch tên (name translation) và xác định người được gọi. Dùng để đảm bảo cuộc gọi đến được người nhận dù họ ở đâu. Xác định khả năng của người sử dụng: Còn gọi là chức năng thương lượng đặc tính cuộc gọi (feature negotiation). Dùng để xác định loại thông tin và các loại thông số liên quan đến thông tin sẽ được sử dụng. Xác định sự sẵn sàng của người sử dụng:Dùng để xác định người được gọi có muốn tham gia vào kết nối hay không. Thiết lập cuộc gọi: Chức năng này thực hiện việc rung chuông, thiết lập các thông số cuộc gọi của các bên tham gia kết nối. Xử lý cuộc gọi: Bao gồm chuyển và kết thúc cuộc gọi, quản lý những người tham gia cuộc gọi. Mô tả 1 cuộc gọi sử dụng SIP 3.6.2.2 MGCP (Media Gateway Controller Protocol) MGCP là một giao thức ở mức ứng dụng dùng để điều khiển hoạt động của MG. Đây là một giao thức sử dụng phương thức master/slave. Trong đó MGC đóng vai trò là master, hay MGC là người quyết định chính trong quá trình liên lạc với MG; còn MG là slave, là thực thể thụ động thực hiện mọi lệnh do MGC yêu cầu. Có 2 thành phần cơ bản sử dụng giao thức MGCP là MGC và MG. Mỗi MGC có một số nhận dạng riêng gọi là Call Agent Identifier. 3.6.2.3 SIGTRAN (signaling Transport Protocol) Nhiệm vụ chính của giao thức SIGTRAN là dùng để truyền thông tin báo hiệu của mạng PSTN qua mạng IP. Đây là một giao thức truyền tải mới (transport protocol) được xây dựng để thay thế TCP (Transmission Control Protocol) trong việc truyền tín hiệu SS7. Các giao thức sử dụng trong SIGTRAN : SCTP (Stream Control Transport Protocol):SCTP là giao thức hướng kết nối ở cùng cấp với TCP có chức năng cung cấp việc truyền các bản tin một cách tin cậy giữa các người sử dụng SCTP ngang cấp M2PA (Message Transfer Part 2 Peer-to-Peer Adaptation): M2PA hỗ trợ việc truyền bản tin báo hiệu số 7 lớp MTP3 qua mạng IP. Signaling Gateway sử dụng giao thức thích ứng này đóng vai trò như một nút trong mạng SS7. M3UA (MTP3 User Adaptation) : M3UA dùng để truyền bản tin của người dùng lớp MTP3 (như bản tin ISUP, SCCP). Lớp này cung cấp cho ISUP và SCCP các dịch vụ của MTP3 tại Signaling Gateway ở xa. 3.6.2.4 RTP (Real Time Transport Protocol) RTP là giao thức dùng để truyền các thông tin yêu cầu tính thời gian thực (real-time) như thoại và hình ảnh. RTP và giao thức hỗ trợ RTCP (Real Time Control Protocol) là các giao thức hoạt động ngay trên lớp UDP. Bản thân RTP không thực hiện một hoạt động nào liên quan đến sự đảm bảo chất lượng của thông tin cần truyền tải có yêu cầu về thời gian thực. Nó chỉ đơn giản cung cấp đầy đủ thông tin lên ứng dụng lớp cao hơn để lớp này đưa ra quyết định hợp lý để dữ liệu với mức chất lượng yêu cầu được xử lý như thế nào. RTP header RTP payload Cấu trúc gói RTP 0 1 3 8 16 31 V P X CC M PT Sequence number Timestamp Synchronising Source (SSRC) Identifier Contributing Source (CSRC) Identifiers (0 - 15 entries) Trong đó: V (version): cho biết phiên bản RTP nào đang được sử dụng. P (padding): bit này cho biết trong gói RTP có sử dụng chèn bit 0 hay không. Ta sử dụng chèn bit này sau phần payload khi thông tin có trong phần tải không lấp đầy phần RTP payload cho trước. X (extension): cho biết header có được mở rộng ra thêm hay không. Vì trong một số ứng dụng, phần header mở rộng được thêm vào giữa phần header cố định và phần tải (payload). CC (count of contributing sources): cho biết số lượng dòng dữ liệu được ghép chung vào 1 gói. Thông thường việc ghép các dòng thông tin được thực hiện khi có nhiều user tham gia vào một phiên làm việc (ví dụ như hội nghị truyền hình – video conference) và CC dùng để xác định số người tham gia hội nghị. M (marker): được sử dụng khi có ứng dụng yêu cầu đánh dấu tại 1 điểm nào đó trong dòng dữ liệu. PT (payload type): cho biết kiểu dữ liệu được truyền đi. Sequence number: cho biết số thứ tự được truyền đi của gói. Số thứ tự của gói đầu tiên được truyền đi trong một phiên hoạt động là một số ngẫu nhiên bất kỳ. Nhờ vào số thứ này mà ta sẽ xác định được gói nào bị mất và các gói có đến đúng thứ tự hay không. Timestamp: cho biết thời gian mà octet đầu tiên được lấy mẫu.Bên nhận sẽ dùng thông số này để xác định mình có thể thực hiện được yêu cầu phát thông tin đã được gởi có đảm bảo thời gian thực hay không. Nếu không thì nó sẽ phát lại thông tin (playback). Synchronising Source (SSRC) Identifier: là số nhận dạng của nơi gốc phát dữ liệu. Contributing Source (CCRC) Identifier: là số nhận dạng của các nơi phát dữ liệu cùng tham gia vào phiên làm việc với SSRC Bảng so sánh các đặc tính giữa chuyển mạch mềm và chuyển mạch kênh Đặc tính Chuyển mạch mềm Chuyển mạch kênh Phương thức chuyển mạch cơ bản Dựa trên phần mềm Dựa trên “kênh” Sự phụ thuộc giữa phần mềm và phần cứng Không Chặt chẽ Cấu trúc Có tính module, dựa trên các chuẩn mở Độc nhất Tính linh động Cao Thấp Khả năng tích hợp ứng dụng của thực thể thứ 3 Dễ dàng Khó khăn Khả năng thay đổi Có Khó khăn Giá thành Không quá đắt, rẻ hơn 40% so với chuyển mạch truyền thống về mặt cấu hình Đắt Khả năng mở rộng Dễ dàng với số lượng lớn Đòi hỏi phải thêm thiết bị Tương thích với đầu vào Có thể xây dựng một chuyển mạch nhỏ phục vụ một số ít khách hàng Lắp đặt 1 tổng đài để phục vụ một số lượng lớn khách hàng (vì tính kinh Khả năng sử dụng đa phương tiện Dễ dàng, nhiều loại Rất hạn chế Kết luận Trong nhiều năm gần đây, nền công nghiệp Viễn thông vẫn đang trăn trở về vấn đề phát triển công nghệ căn bản nào và dùng mạng gì để hỗ trợ các nhà khai thác trong bối cảnh luật viễn thông đang thay đổi nhanh chóng, cạnh tranh ngày càng gia tăng mạnh mẽ. Khái niệm mạng thế hệ mới (hay còn gọi là mạng thế hệ tiếp theo - NGN) ra đời cùng với việc tái kiến trúc mạng, tận dụng tất cả các ưu thế về công nghệ tiên tiến nhằm đưa ra nhiều dịch vụ mới, mang lại nguồn thu mới, góp phần giảm chi phí khai thác và đầu tư ban đầu cho các nhà kinh doanh. Mạng thế hệ sau được tổ chức dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau : Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú, đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện. Mạng có cấu trúc đơn giản. Nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí khai thác và bảo dưỡng. Dễ dàng mở rộng dung lượng, phát triển các dịch vụ mới. Độ linh hoạt và tính sẵn sàng cao, năng lực tồn tại mạnh. Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ mới NGN cần tuân theo các chỉ tiêu : NGN phải có khả năng hỗ trợ cả cho các dịch vụ của mạng Internet và của mạng hiện hành. Một kiến trúc NGN khả thi phải hỗ trợ dịch vụ qua nhiều nhà cung cấp khác nhau. Mỗi nhà cung cấp mạng hay dịch vụ là một thực thể riêng lẻ với mục tiêu kinh doanh và cung cấp dịch vụ khác nhau, và có thể sử dụng những kỹ thuật và giao thức khác nhau. Một vài dịch vụ có thể chỉ do một nhà cung cấp dịch vụ đưa ra, nhưng tất cả các dịch vụ đều phải được truyền qua mạng một cách thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối. Mạng tương lai phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối (hay còn gọi là cuộc gọi), thiết lập đường truyền trong suốt thời gian chuyển giao, cả cho hữu tuyến cũng như vô tuyến.