Đề tài Tìm hiểu khả năng ứng dụng công nghệ chuyển mạch đa giao thức nhãn MPLS trên mạng đường trục Việt Nam

LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của đất nước, những năm gần đây các ngành kinh tế quốc dân đều phát triển mạnh mẽ, và ngành công nghiệp viễn thông cũng không là ngoại lệ. Số người sử dụng các dịch vụ mạng tăng đáng kế, theo dự đoán con số này đang tăng theo hàm mũ. Ngày càng có nhiều các dịch vụ mới và chất lượng dịch vụ cũng được yêu cầu cao hơn. Đứng trước tình hình này, các vấn đề về mạng bắt đầu bộc lộ, các nhà cung cấp mạng và các nhà cung cấp dịch vụ cũng đã có nhiều nỗ lực để nâng cấp cũng như xây dựng hạ tầng mạng mới. Nhiều công nghệ mạng và công nghệ chuyển mạch đã được phát triển, trong số đó chúng ta phải kể đến công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS). MPLS đang được nghiên cứu áp dụng ở nhiều nước, tập đoàn BCVT Việt Nam cũng đã áp dụng công nghệ này cho mạng thế hệ kế tiếp NGN. Đứng trước sự phát triển nhanh chóng của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS, việc tìm hiểu các vấn đề về công nghệ MPLS là vấn đề quan trọng đối với sinh viên. Nhận thức được điều đó, bản khoá luận tốt nghiệp “ Tìm hiểu khả năng ứng dụng công nghệ chuyển mạch đa giao thức nhãn MPLS trên mạng đường trục Việt Nam ” giới thiệu về quá trình phát triển dịch vụ cũng như công nghệ mạng dẫn tới MPLS, tìm hiểu các vấn đề kỹ thuật của công nghệ, và ứng dụng của công nghệ MPLS trong mạng thế hệ kế tiếp NGN của tập đoàn BCVT Việt Nam. Bố cục của bản khoá luận gồm 3 chương. Chương 1 : Giới thiệu tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Chương 2 : Giới thiệu cấu trúc mạng đường trục Việt Nam Chương 3 : Ứng dụng MPLS trên mạng đường trục Việt Nam Công nghệ MPLS là công nghệ tương đối mới mẻ, việc tìm hiểu về các vấn đề của công nghệ MPLS đòi hỏi phải có kiển thức sâu rộng, và lâu dài. Do vậy bản khoá luận tốt nghiệp không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự phê bình, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn. Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Cảnh Tuấn người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình hoàn thành bản khoá luận tốt nghiệp này. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông đã giúp đỡ em trong thời gian qua. Xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và người thân - những người đã giúp đỡ động viên tôi trong quá trình học tập. CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS) Quá trình hình thành và phát triển 1.1.1 Các động lực ra đời của chuyển mạch nhãn Trong những năm gần đây, mạng internet đã phát triển rất nhanh và trở nên rất phổ biến. Internet đã trở thành một phương tiện thông tin rất hiệu quả và tiện lợi phục vụ cho giáo dục, thương mại, giải trí, thông tin giũa các cộng đồng, các tổ chức….. Hiện nay ngày càng phát triển các ứng dụng mới cả trong thương mại và thị trường người tiêu dùng. Các ứng dụng mới này được vận hành đòi hỏi băng thông rộng và các nhu cầu về dải thông được đảm bảo trong mạng đường trục. Cùng với các dịch vụ truyền thống được cung cấp qua internet thì các dịch vụ thoại và đa phương tiện đang được sử dụng và phát triển. Và sự lựa chọn cho việc cung cấp là tích hợp các dịch vụ đang được mong đợi. Tuy nhiên, tốc độ và giải thông của các nhu cầu về các dịch vụ và ứng dụng này vượt quá hạ tầng internet hiện nay. Với giao thức định tuyến internet TCP/IP có khả năng định tuyến và truyền gói hết sức mềm dẻo linh hoạt và rộng khắp toàn cầu. Nhưng IP không đảm bảo chất lượng dịch vụ, tốc độ truyền tin theo yêu cầu, trong khi đó công nghệ ATM có tốc độ truyền tin cao, đảm bảo thời gian thực và chất lượng dịch vụ theo yêu cầu định trước. Hơn nữa các dịch vụ thông tin thế hệ sau được chia thành hai xu hướng phát triển đó là: Hoạt động kết nối định hướng và hoạt động không kết nối. Hai xu hướng phát triển này dần tiệm cận và hội tụ với nhau tiến tới ra đời công nghệ IP/ATM. Sự kết hợp IP với ATM có thể là giả pháp kỳ vọng cho mạng viễn thông trong tương lai. Sự ra đời của chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là tất yếu và là giải pháp đáp ứng được nhu cầu đó, khi nhu cầu và tốc độ phát triển rất nhanh của mạng internet yêu cầu phải có giao thức mới đảm bảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu đồng thời phải đơn giản và tốc độ xử lý phải rất cao Chuyển mạch nhãn đa giao thức là một giải pháp linh hoạt cho việc giải quyết các vấn đề mà các mạng ngày nay đang phải đối mặt, đó là tốc độ, khả năng mở rộng cấp độ mạng, quản lý chất lượng dịch vụ (QoS) và kỹ thuật lưu lượng. MPLS xuất hiện để đáp ứng các yêu cầu dịch vụ và quản lý băng thông cho giao thức internet thế hệ sau dựa trên mạng đường trục Tóm lại, chuyển mạch nhãn đa giao thức sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc định tuyến (dựa trên các thước đo QoS và chất lượng dịch vụ) chuyển mạch, chuyển tiếp các gói tin qua mạng thế hệ sau cũng như giải quyết các vấn đề liên quan tới khả năng mở rộng cấp độ và hoạt động với các mạng Frame Relay và chế độ truyền tải không đồng bộ ATM hiện nay để đáp ứng các nhu cầu dịch vụ của người sử dụng mạng Lịch sử phát triển của MPLS Việc hình thành và phát triển công nghệ MPLS xuất phát từ nhu cầu thực tế, được các nhà công nghiệp viễn thông thúc đẩy nhanh chóng. Sự thành công và nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường mà công nghệ này có được là nhờ vào việc chuẩn hoá công nghệ. Quá trình hình thành và phát triển công nghệ, những giải pháp ban đầu của hãng như Cisco, IBM, Toshiba…. Những nỗ lực chuẩn hoá của tổ chức tiêu chuẩn IETF trong việc ban hành về tiêu chuẩn MPLS….sẽ cung cấp cho chúng ta những nhận định ban đầu về xu hướng phát triển MPLS. MPLS được đề xuất đầu tiên do hãng Ipsilon một hãng rất nhỏ về công nghệ thông tin trong triển lãm về công nghệ thông tin, viễn thông tại Texas. Sau đó Cisco và hàng loạt hãng khác như IBM, Toshiba…công bố các sản phẩm công nghệ chuyển mạch của họ dưới những tên khác nhau nhưng đều cùng chung bản chất công nghệ chuyển mạch nhãn. Thiết bị định tuyến chuyển mạch tế bào của Toshiba năm 1994 là tổng đài ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM. Tổng đài của Ipsilon cũng là ma trận chuyển mạch ATM được điều khiển bởi khối xử lý sử dụng công nghệ IP. Công nghệ chuyển mạch thẻ của Cisco cũng tương tự nhưng có bổ xung thêm một vài kỹ thuật như lớp chuyể tiếp tương đương FEC, giao thức phân phối nhãn. Đến năm 1998 nhóm nghiên cứu IETF đã tiến hành các công việc để đưa ra tiêu chuẩn và khái niệm về chuyể mạch nhãn đa giao thức. Sự ra đời của MPLS được dự báo là tất yếu khi nhu cầu và tốc độ phát triển rất nhanh của mạng Internet đòi hỏi phải có một giao thức mới đảm bảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu. Có rất nhiều công nghệ xây dựng trên mạng IP IP trên nền ATM (IPoA) IP trên nền SDH/SONET (IPOS) IP qua WDM IP qua cáp quang Mỗi loại có những ưu và nhược điểm riêng. Trong đó công nghệ ATM được sử dụng rộng rãi trong các mạng IP đường trục có tốc độ cao và đảm bảo được dịch vụ, điều khiển luồng và một số đặc tính khác mà các mạng định tuyến truyền thống không có được, trong trường hợp đòi hỏi thời gian thực cao thì IpoA là giải pháp tối ưu. MPLS được hình thành dựa trên kỹ thuật đó. MPLS thực hiện một số chức năng sau Hỗ trợ các giải pháp mạng riêng ảo VPN Định tuyến hiện (điều khiển lưu lượng) Hỗ trợ cục bộ cho định tuyến IP trong các tổng đài chuyển mạch ATM Khái niệm chuyển mạch nhãn xuất phát từ hai khái niệm: Tổng đài chuyển mạch và bộ định tuyến. Xét trên góc độ chuyển mạch, phương thức điều khiển luồng, tỉ lệ giá cả và chất lượng tổng đài chuyển mạch sẽ tốt hơn bộ định tuyến. Song bộ định tuyến lại có khả năng định tuyến mềm dẻo mà tổng đài chuyển mạch không có được. Do đó, chuyển mạch nhãn ra đời là sự kết hợp và kế thừa các ưu điểm trên cũng như khắc phục những nhược điểm của cả tổng đài và bộ định tuyến truyền thống. 1.1.3 Quá trình chuẩn hoá MPLS Đối với công nghệ chuyển mạch mới, việc tiêu chuẩn hoá là một khía cạnh quan trọng quyết định khả năng chiếm lĩnh thị trường nhanh chóng của công nghệ đó. Các tiêu chuẩn liên quan đến IP và ATM đã được xây dựng và hoàn thiện trong một thời gian tương đối dài. Các tiêu chuẩn về MPLS chủ yếu được IETF phát triển và hoàn thiện ITEF hoàn thiện tiêu chuẩn MPLS và đưa ra các tài liệu RFC trong năm 1999. Sau năm 1999 liên tục ban hành các tiêu chuẩn MPLS như về quản lý, bảo mật, tính tương thích với các công nghệ khác Như vậy có thể thấy rằng MPLS đã phát triển nhanh chóng và hiệu quả. Điều này cũng chứng minh những yêu cầu cấp bách trong công nghiệp cho một công nghệ mới. Hầu hết các tiêu chuẩn MPLS hiện tại đã được ban hành dưới dạng RFC. Sau khi toàn bộ các RFC được hoàn thiện, chúng sẽ được tập hợp lại để xây dựng một hệ thống tiêu chuẩn MPLS 1.1.4 Nhóm làm việc MPLS trong IETF MPLS là một nhóm làm việc IETF cung cấp các bản phác thảo về định tuyến, gửi chuyển tiếp và chuyển mạch các luồng lưu lượng qua mạng sử dụng MPLS. Nhóm có chức năng sau Xác định cơ chế quản lý luồng lưu lượng của các phần tử khác nhau, như các luồng lưu lượng giữa các phần cứng, các máy móc khác nhau hoặc thậm chí là các luồng lưu lượng giữa các ứng dụng khác nhau. Duy trì độc lập của các giao thức lớp 2 và lớp 3 Cung cấp các phương tiện để sắp xếp các địa chỉ ip thành các nhãn có độ dài cố định và đơn giản được các công nghệ gửi chuyển tiếp gói tin và chuyển mạch gói sử dụng. Giao diện với các giao thức định tuyến có sẵn như RSVP và OSPF…. Hỗ trợ IP, ATM và các giao thức lớp 2 Frame-Relay Trong MPLS, việc truyền dữ liệu thực hiện theo các đường chuyển mạch nhãn (LSP). Các đường chuyển mạch nhãn là dãy các nhãn tại mỗi nút và tại tất cả các nút dọc theo tuyến từ nguồn tới đích. LSP được thiết lập hoặc là trước khi truyền dữ liệu hoặc trong khi tìm luồng dữ liệu. Các nhãn được phân phối sử dụng giao thức LDP hoặc RSVP hoặc dựa trên giao thức định tuyến như BGP và OSPF. Mỗi gói dữ liệu nén và mang các nhãn trong quá trình đi từ nguồn tới đích. Chuyển mạch tốc độ cao có thể chấp nhận được vì các nhãn với độ dài cố định được chèn vào vị trí đầu của gói tin hoặc tế bào và có thể được phần cứng sử dụng dể chuyển mạch các gói tin một các nhanh chóng giữa các đường liên kết. Nhóm làm việc MPLS chịu trách nhiệm chuẩn hoá các công nghệ cơ sở cho sử dụng chuyển mạch nhãn và cho việc thi hành các đường chuyển mạch nhãn và cho việc thi hành các đường mạch nhãn trên các loại công nghệ lớp liên kết, như Frame Relay, ATM và công nghệ LAN (Etherbet, Token Ring,…). Nó bao gồm các thủ tục và các giao thức cho việc phân phối nhãn giữa các bộ định tuyến, xem xét về đóng gói và multicast. Các mục tiêu khởi đầu của nhóm làm việc đã gần như hoàn thành. Cụ thể, nó đã xây dựng một số các RFC định nghĩa giao thức phân phối nhãn cơ sở (LDP), kiến trúc MPLS cơ sở và đóng gói tin, các định nghĩa cho việc chạy MPLS qua các đường liên kết ATM, Frame-Relay. Các mục tiêu gần đây của nhóm làm việc Hoàn thành các chỉ mục còn tồn tại Phát triển các mục tiêu chuẩn đề nghị của nhóm làm việc MPLS thành các bản Dratf Standard bao gồm: LDP, CD-LDP và các tiêu chuẩn kỹ thuật RSVP-TE cũng như vấn đề đóng gói. Định rõ các mở rộng phù hợp với LDP và RSVP cho việc xác nhận LSP nguồn. Hoàn thành các công việc trên MPLS-TE MIB. Xác định các cơ chế chấp nhận lối cải tiến cho LDP. Xác định các cơ chế phục hồi MPLS cho phép một đường chuyển mạch nhãn có thể được sử dụng như là một bản dự trữ cho một tập các đường chuyển mạch nhãn khác bao gồm các trường hợp cho phép sửa cục bộ Cung cấp tài liệu về các phương thức đóng gói MPLS mở rộng cho phép hoạt động trên các đường chuyển mạch nhãn trên các công nghệ lớp thấp hơn, như phân chia theo thời gian ( Sonet ADM ) độ dài bước sóng và chuyển mạch không gian. 1.2 Các thành phần của MPLS: [1], [2], [4]. 1.2.1. Khái quát MPLS Khi một gói tin tuân theo các phương thức lớp mạng connectionless từ một bộ định tuyến đến bộ định tuyến tiếp theo, mối bộ định tuyến phải đưa ra một quyết định gửi chuyển tiếp độc lập gói tin đó. Do đó, mỗi bộ định tuyến phân tích mào đầu gói tin và mỗi bộ định tuyến sẽ chạy các thuật toán định tuyến lớp mạng. Mỗi bộ định tuyến lưa chọn Hop tiếp theo cho gói tin một cách hoàn toàn độc lập dựa trên những phân tích củ nó về mào đầu gói tin và kết quả cuả việc chạy thuật toán định tuyến. Các mào đầu gói tin chứa đựng nhiều thông tin hơn là thông tin cần thiết để lựa chọn Hop tiếp theo. Lựa chọn Hop tiếp theo có thể xem là sự cấu thành của hai chức năng. Chức năng thứ nhất chia toàn bộ gói tin vào các tập lớp chuyển tiếp tương đương FEC ( Forwarding Equivalence Clas ). Chức năng thứ hai là xắp xếp mỗi FEC cho một Hop tiếp theo. Khi quyết định gửi chuyển tiếp được đưa ra, với các gói tin được xắp xếp vào cùng một FEC là giống nhau. Tất cả các gói tin trong cùng một FEC cụ thể và xuất phát từ một nút cụ thể sẽ đi theo cùng một tuyến đường hoặc theo một tập các tuyến đường liên kết với FEC đó. Trong gửi chuyển tiếp IP truyền thống, một bộ định tuyến cụ thể sẽ đưa hai gói tin vào cùng một FEC nếu như một vài tiền tố địa chỉ X trong bảng định tuyến của bộ định tuyến phù hợp với địa chỉ đích của gói tin. Khi gói tin truyền qua mạng, mỗi Hop lần lượt kiểm tra lại gói tin và ấn định nó vào một FEC. Trong MPLS, việc ấn định một gói tin cụ thể vào một FEC được thực hiện một lần khi gói tin đi vào mạng. FEC mà gói tin được ấn định mã hoá thành một giá trị có độ dài cố định được gọi là nhãn. Khi một gói tin được chuyển tiếp tới Hop tiếp theo của nó, nhãn được gửi theo gói tin, như vậy các gói tin dán nhãn trước khi chúng được gửi chuyển tiếp. Tại các Hop phía sau, không có những phân tích sâu hơn về mào đầu lớp mạng. Đúng hơn là nhãn được sử dụng như chỉ số trong bảng mà nó xác định Hop tiếp theo và nhãn mới. Nhãn cũ được thay thế bằng một nhãn mới và gói tin được gửi tới Hop tiếp theo. Trong mô hình gửi chuyển tiếp MPLS, khi một gói tin được ấn định vào một FEC thì không có bất cứ một phân tích mào đầu nào được các bộ định tuyến phía sau thực hiện. Tất cả công việc gửi chuyển tiếp được điều khiển bằng các nhãn. điều này có một số các ưu điểm so với việc gửi chuyển tiếp lớp mạng truyền thống. Việc gửi chuyển tiếp có thể được thực hiện bằng các tổng đài có khả năng tìm kiếm và thay thế nhãn, nhưng không có khả năng phân tích mào đầu lớp mạng hoặc không có khả năng phân tích mào đầu lớp mạng tại một tốc độ xác định. Kể từ lúc gói tin được ấn định vào một FEC khi nó đi vào mạng, bộ định tuyến đầu vào có thể sử dụng bất cứ thông tin nào mà nó có về gói tin cho dù các thông tin đó không thể lấy được từ mào đầu lớp mạng trong khi quyết định việc ấn định. Ví dụ, các gói tin tới các cổng khác nhau có thể được ấn định cho các FEC khác nhau. Trong khi đó việc gửi chuyển tiếp truyền thống có thể chỉ xem xét đến thông tin được mang theo cùng với gói tin trong mào đầu gói tin. Một gói tin đi vào mạng tại bộ định tuyến cụ thể có thể được dán nhãn khác với một gói tin tương tự nhưng đi vào mạng tại một bộ định tuyến khác, kết quả là các quyết định gửi chuyển tiếp phụ thuộc vào bộ định tuyến nối vào. Điều này không thể thực hiện được trong việc gửi chuyển tiếp truyền thống, khi mà bộ định tuyến lối vào của gói tin không được mang theo gói tin. Những yếu tố quyết định xem liệu gói tin được ấn định cho một FEC như thế nào có thể trở nên ngày càng phức tạp, nếu không có bất cứ một tác động nào vào các bộ định tuyến chỉ đơn thuần là gửi chuyển tiếp các gói tin dán nhãn. Đôi khi chúng ta muốn bắt gói tin đi theo một tuyến đường xác định đã được chọn trước hoặc tại thời điểm gói tin đi vào mạng hơn là tuyến đường được lựa chọn bằng thuật toán định tuyến động khi gói tin qua mạng. Điều này có thể được thực hiện như là vấn đề về chính sách hoặc để hỗ trợ điều khiển lưu lượng. Trong gửi chuyển tiếp truyền thống, điều này đòi hỏi gói tin mang bộ mã về tuyến đường của nó đi theo. Trong MPLS, một nhãn có thể được sử dụng để đại diện cho một tuyến đường không cần phải mang theo gói tin. Một vài bộ định tuyến phân tích mào đầu lớp mạng của gói tin không phải đơn thuần chỉ để kựa chọn Hop tiếp theo mà còn để quyết định quyền ưu tiên của gói tin. Sau đó chúng ta có thể áp dụng các ngưỡng loại bỏ hoặc các lịch trình khác nhau cho các gói tin khác nhau. MPLS cho phép nhưng không yêu cầu quyền ưu tiên có thể được xác định hoàn toàn hoặc một phần từ nhãn MPLS là chuyển mạch nhãn đa giao thức, đa giao thức ở đây có nghĩa là các công nghệ của nó có thể áp dụng trong bất cứ giao thức lớp mạng nào như IP, IPX… 1.2.2 Các khái niệm cơ bản của mạng MPLS 1.2.2.1 Nhãn (Lable): Nhãn là một thực thể có độ dài ngắn và cố định không có cấu trúc bên trong. Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng như địa chỉ mạng. Nhãn được gắn vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho một FEC (Forwarding Equivalence Classes: Nhóm chuyển tiếp tương đương) mà gói tin được ấn định. Thường thì một gói tin được ấn định một FEC (hoàn toàn hoặc một phần) dựa trên địa chỉ đích lớp mạng của nó. Tuy nhiên nhãn không phải là mã hoá của địa chỉ đó. Nhãn trong dạng đơn giản nhất xác định đường đi mà gói tin có thể truyền qua. Nhãn được mang hay được đóng gói trong tiêu đề lớp 2 cùng với gói tin. Bộ định tuyến kiểm tra các gói tin qua nội dung nhãn để xác định các bước chuyển kế tiếp. Khi gói tin được gán nhãn, các chặng đường còn lại của gói tin thông qua mạng đường trục dựa trên chuyển mạch nhãn. Giá trị nhãn chỉ có ý nghĩa cục bộ nghĩa là chúng chỉ liên quan đến các bước chuyển tiếp giữa các LSR. Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương thức truyền tin mà gói tin được đóng gói. Kiểu khung (Frame mode): Kiểu khung là thuật ngữ khi chuyển tiếp một gói nhãn gán trước tiêu đề lớp ba. Một nhãn được mã hoá với 20 bỉt, nghĩa là có thể có 2 mũ 20 giá trị khác nhau. Một gói có nhiều nhãn gọi là chồng nhãn (Lable stack). Ở mỗi chặng trong mạng chỉ có một nhãn bên ngoài được xem xét LABLE EXP S TTL STACK LABLE=20 bits EXP (EXPERIMENTAL)=3 bits S (BOTTOM OF STACK)=1 bit TTL (TIME TO LIVE)=8 bits Trong đó: EXP: dành cho thực nghiệm. Khi các gói tin xếp hàng có thể dùng các bít này tương tự như các bit IP ưu tiên (IP Precedence) S: là bít cuối chồng . Nhãn cuối chồng bit này được thiết lập lên 1,các nhãn khác có giá trị bít này là 0. TTL: thời gian sống là bản sao của IP TTL. Giá trị của nó được giảm tại mỗi chặng để tránh lặp như IP. Thường dùng khi người điều hành mạng muốn che dấu cấu hình mạng bên dưới khi tìm đường từ mạng bên ngoài. Kiểu tế bào (Cell mode): Thuật ngữ này dùng khi có một mạng gồm các ATM LSR dùng trong mặt phẳng điều khiển để trao đổi thông tin VPI/VCI thay vì dùng báo hiệu ATM. Trong kiểu tế bào, nhãn là trường VPI/VCI của tế bào. Sau khi trao đổi nhãn trong mặt phẳng điều khiển, ở mặt phẳng chuyển tiếp, router cổng vào phân tách gói thành các tế bào ATM, dùng giá trị VCI/CPI tương ứng đã trao đổi trong mặt phẳng điều khiển và truyền tế bào đi. Các ATM LSR ở phía trong hoạt động như chuyển mạch ATM-chúng chuyển tiếp một tế bào dựa trên VPI/VCI vào và thông tin cổng ra tương ứng. Cuối cùng, router cổng ra sắp xếp các tế bào thành một gói. Kiểu khung PPP hoặc Ethernet, giá trị nhận dạng giao thức P-ID (hoặc Ethernet type) được chèn vào mào đầu khung tương ứng để thông báo khung là MPLS đơn hướng hay đa hướng. Hình 1.1: Lớp liên kết dữ liệu là ATM Hình 1.2: Lớp liên kết dữ liệu Frame-relay Hình 1.3: Nhãn trong Shim-giữa lớp 2 và lớp 3 1.2.2.2 Ngăn xếp nhãn (Lable stack): Là một tập hợp thứ tự các nhãn gán theo gói để chuyển tải thông tin về nhiều FEC và về các LSP tương ứng mà gói đi qua. Ngăn xếp nhãn cho phép MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và một nhãn cho IGP) và tổ chức đa LSP trong một trung kế LSP. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho chế độ hoạt động đường hầm 1.2.2.3 Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn: Chứa thông tin về nhãn vào, nhãn ra, giao diện vào, giao diện ra. 1.2.2.4 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ( LSR-Lable Switching Router ): Là thiết bị chuyển mạch hay thiết bị định tuyến sử dụng trong mạng MPLS để chuyển các gói tin bằng thủ tục phân phối nhãn. Có một số lạo LSR như LSR, LSR-ATM…. 1.2.2.5 Lớp chuyển tiếp tương đương ( FEC-Forward Equivalence Class ): FEC là một nhóm các gói, nhóm các gói này chia sẻ cùng yêu cầu trong sự chuyển tiếp chúng qua mạng. Tất cả các gói trong một nhóm như vậy được cung cấp cùng cách chọn đường tới đích. Khác với chuyển tiếp IP truyền thống, trong MPLS việc gán một gói cụ thể vào một FEC cụ thể chỉ được thực hiện một lần khi các gói vào trong mạng. MPLS không ra quyết định chuyển tiếp với mỗi datagram lớp 3 mà sử dụng khái niệm FEC. FEC phụ thuộc vào một số các yếu tố, ít nhất là phụ thuộc vào địa chỉ IP và có thể là phụ thuộc cả vào kiểu lưu lượng trong datagram (thoại, dữ liệu, fax…). Sau đó dựa trên FEC, nhãn được thoả thuận giữa các LSR lân cận từ lối vào tới lối ra trong một vùng định tuyến. Mỗi LSR xây dựng một bảng để xác định xem một gói phải được chuyển tiếp như thế nào. Bảng này được gọi là cơ sở thông tin nhãn (LIB: Label Information Base), nó là tổ hợp các ràng buộc FEC với nhãn (FEC-to-label). Và nhãn lại được sử dụng để chuyển tiếp lưu lượng qua mạng. 1.2.2.6 Cơ sở thông tin nhãn ( LIB-Lable Information Base ): Là bảng kết nối trong LSR có chứa giá trị nhãn/ FEC được gán vào cổng ra cũng như thông tin về đóng gói dữ liệu truyền tin để xác định phương thức một gói tin được chuyển tiếp. 1.2.2.7 Tuyến chuyển mạch nhãn ( LSP-Lable Switching Path ): Là tuyến tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để chuyển tiếp gói của một FEC nào đó sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. Các tuyến chuyển mạch nhãn chứa một chuỗi các nhãn tại tất cả các nút dọc theo tuyến từ nguồn tới đích. LSP được thiết lập trước khi truyền dữ liệu hoặc trong khi xác định luồng dữ liệu nào đó. Các nhãn được phân phối bằng các giao thức như LDP, RSVP. Mỗi gói dữ liệu được đóng gói lại và mang các nhãn trong suốt thời gian di chuyển từ nguồn tới đích. Chuyển mạch dữ liệu tốc độ cao hoàn toàn có thể thực hiện dựa theo phương pháp này, vì các nhãn có độ dài cố định được chèn vào phần đầu của gói tin hoặc tế bào và có thể được sử dụng bởi phần cứng để chuyển mạch nhanh các gói giữa các liên kết. 1.2.2.8 Gói tin dán nhãn: Gói tin dán nhãn là gói tin mà nhãn được mã hóa trong đó. Trong một số trường hợp, nhãn nằm trong mào đầu của gói tin dành riêng cho mục đích dán nhãn. Trong các trường hợp khác, nhãn có thể được đặt chung vào trong mào đầu lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu miễn là ở đây có thể dùng được cho mục đích dán nhãn. Công nghệ mã hoá được sử dụng phải phù hợp với cả thực thể mã hoá và thực thể giải mã nhãn. 1.2.2.9 Ấn định và phân phối nhãn: Trong mạng MPLS, quyết định để kết hợp một nhãn L cụ thể với một FEC F cụ thể là do LSR phía trước thực hiện. LSR phía trước sau khi kết hợp sữ thông báo với LSR phía sau về sự kết hợp đó. Do vậy, các nhãn được LSR phía trước ấn định và các kết hợp nhãn được phân phối theo hướng từ LSR phía trước tới LSR phía sau. 1.2.2.10 Cơ cấu báo hiệu Yêu cầu nhãn: Một LSR yêu cầu một nhãn từ dòng xuống lân cận nên nó có thể liên kết đến FEC xác định. Cơ cấu này có thể dùng để truyền đến các LSR tiếp theo cho đến LER lối ra. Đáp ứng nhãn: Để đáp ứng một yêu cầu nhãn, LSR luồng xuống sẽ gửi một nhãn đến các bộ khởi động luồng lên sử dụng cơ cấu ánh xạ nhãn. Hình 1.4: Cơ cấu báo hiệu Các thành phần cơ bản của mạng MPLS Hình 1.5: Mô hình mạng MPLS Mạng MPLS bao gồm nhiều nút có chức năng định tuyến và chuyển tiếp nối với nhau. Mỗi nút tương ứng với một thiết bị LSR ( Lable Switching Router) Mạng MPLS có thể được chia thành hai miền là miền lõi MPLS ( MPLS core ) và miền biên MPLS ( MPLS Edge ).Tương ứng với mỗi miền ta có thiết bị tương đương: - Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ( Lable Switching router-LSR ): Là thành phần quan trọng nhất trong mạng MPLS, nó là bộ định tuyến tốc độ cao trong mạng lõi MPLS tham gia vào việc thiết lập đường chuyển mạch nhãn LSP sử dụng các giao thức báo hiệu nhãn thích hợp và chuyển các gói dữ liệu trong phạm vi mạng MPLS dựa trên các tuyến đã thiết lập bằng các thủ tục phân phối nhãn. - ATM-LSR: Là các tổng đài ATM có thể thực hiện các chức năng như LSR. Các ATM-LSR thực hiện chức năng định tuyến gói IP, gán nhãn trong mảng điều khiển và chuyển tiếp số liệu theo cơ chế chuyển mạch tế bào ATM trong mảng số liệu. Có thể sử dụng giao thức MPLS trong mảng điều khiển để thiết lập kênh ảo ATM, chuyển tiếp tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo. Do đó, các tổng đài ATM có thể nâng cấp phần mềm để thực hiện chức năng của LSR. - Bộ định tuyến biên nhãn ( Lable Edge Router-LER ): Là thiết bị hoạt động tại biên của mạng truy nhập và mạng MPLS. LER hỗ trợ nhiều cổng kết nối từ những mạng khác như Frame-Relay, ATM, Ethernet. Nó tiếp nhận hay gửi đi các gói tin đến hay đi từ các mạng khác đó tới mạng MPLS sau khi thiết lập đường chuyển mạch nhãn. LER có vai trò rất quan trọng trong việc gán và tách nhãn khi gói tin đi vào hay đi ra khỏi mạng MPLS. Các LER này có thể là bộ định tuyến lối vào (Ingress Router ) hoặc là bộ định tuyến lối ra (Egress Router ). - Bộ định tuyến biên lối vào nhận gói tin IP, kiểm tra lại lớp 3 và đặt vào ngăn xếp nhãn trước khi gửi gói tin vào mạng LSR. - Bộ định tuyến biên lối ra nhận gói tin có nhãn, loại bỏ nhãn kiểm tra lại lớp 3 và chuyển tiếp gói tin IP đến nút tiếp theo. ATM-LSR biên: - Nhận gói có nhãn hoặc không có nhãn phân vào các tế bào ATM và chuyển tiếp các tế bào đến nút tiếp theo. Nhận các tế bào ATM từ ATM-LSR cận kề tái tạo các gói từ các té bào ATM và chuyển tiếp gói có nhãn hoặc không có nhãn. Phân biệt chuyển mạch nhãn và chuyển mạch thông thường Có ba điểm phân biệt quan trọng giữa chuyển mạch nhãn và định tuyến gói tin IP thông thường: Định tuyến thông thường Chuyển mạch nhãn Phân tích mào đầu IP Tồn tại ở mọi nút mạng Chỉ tồn tại nút biên Hỗ trợ unicast và multicast Yêu cầu nhiều thuật toán chuyển tiếp Yêu cầu một thuật toán chuyển tiếp Thông số định tuyến Dựa vào địa chỉ IP Có thể dựa vào thông số bất kỳ như chất lượng dịch vụ, mạng riêng ảo… Các giao thức cơ bản của MPLS Mạng MPLS không bắt buộc một phương thức báo hiệu đơn nào cho việc phân phối nhãn. Các giao thức định tuyến như BGP ( giao thức cổng biên ) có thể dùng giao thức dành trước tài nguyên RSVP mở rộng để hỗ trợ trao đổi nhãn. Nhưng IETF cũng xác định một giao thức mới được biết đến như giao thức phân phối nhãn –LDP ( Lable Distribution Protocol ) để làm rõ hơn về báo hiệu và quản lý không gian nhãn. Sự mở rộng của giao thức LDP cơ sở cũng được xác định để hỗ trợ định tuyến liên vùng dựa trên các yêu cầu về QoS. Những mở rộng này cũng được áp dụng trong việc xác định giao thức định tuyến ràng buộc ( CR-LDP ). Các giao thức hỗ trợ trao đổi nhãn như sau: LDP: chỉ ra các đích IP vào trong các bảng. RSVP, CR-LDP sử dụng cho kỹ thuật lưu lượng và dành trước tài nguyên. Giao thức phân phối nhãn ( LDP ) Giao thức phân phối nhãn được nhóm nghiên cứu MPLS của IETF xây dựng và ban hành có tên là RFC 3036. Phiên bản mới nhất được công bố năm 2001 đưa ra những định nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao thức LDP. Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói tin. Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình gián nhãn/ FEC. Giao thức này là một tập hợp thủ tục trao đổi các nhãn bản tin cho phép các LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC nhất định để truyền gói tin. Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tin LDP được truyền theo đúng thứ tự. Các bản tin LDP có thể xuất phát từ bất kỳ một LSR (điều khiển đường chuyển mạch LSP độc lập ) hay từ LSR biên lối ra (điều khiển LSP theo lệnh ) và chuyển từ LSR phía trước đến LSR phía sau cận kề Việc trao đổi các bản tin LDP có thể được khởi phát bởi sự xuất hiện của luồng số liệu đặc biệt, bản tin lập dự trữ RSVP hay cập nhật thông tin định tuyến. Khi một cặp LSR đã trao đổi bản tin LDP cho một FEC nhất định thì một đường chuyển mạch LSP từ đầu vào đến đầu ra được thiết lập sau khi mỗi LSR ghép nhãn đầu vào nới đầu ra tương ứng trong LIB của nó. Phát hiện LSR lân cận: Thủ tục LSR lân cận của LDP chạy trên UDP và thực hiện như sau (minh hoạ hình vẽ dư ới ). Một LSR định kỳ gửi bản tin Hello tới tất cả giao diện của nó. Những bản tin này được gửi trên UDP, với địa chỉ multicast của tất cả router trên mạng con. Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin Hello này trên cổng UDP. Như vậy, tại một thời điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có kết nối trực tiếp. Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lập kết nối TCP đến LSR đó. Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR. Phiên LDP là phiên hai chiều có nghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi ràng buộc nhãn. Trong trường hợp các LSR không kết nối trực tiếp trong một mạng con, người ta sử dụng một cơ chế bổ sung như sau: LSR định kỳ gửi bản tin Hello trên UDP đến địa điạ chỉ IP đã được khai báo khi lập cấu hình. Phía nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin HELLO khác truyền ngược lại đến LSR gửi và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên. Hình 1.7: Thủ tục phát hiện LSR lân cận Thông thường trường hợp này hay được áp dụng khi giữa hai LSR có một đường LSP cho điều khiển lưu lượng và nó yêu cầu phải gửi các gói có nhãn qua đường LSP đó. Các bản tin LDP Tiêu đề bản tin LDP Mỗi một bản tin LDP được gọi là đơn vị dữ liệu giao thức PDU, được bắt đầu bằng tiêu đề bản tin và sau đó là các bản tin LDP như đã trình bày trên đây. Hình 2.21 chỉ ra các trường chức năng của tiêu đề LDP và các trường này thực hiện các chức năng sau: Phiên bản: Số phiên bản của giao thức, hiện tại là phiên bản 1. Độ dài PDU: Tổng độ dài của PDU tính theo octet, không tính trường phiên bản và trường độ dài. Nhận dạng LDP: Nhận dạng không gian nhãn của LSR gửi bản tin này. Bốn octet đầu tiên chứa địa chỉ IP được gán cho LSR: nhận dạng bộ định tuyến. Hai octet cuối nhận dạng không gian nhãn bên trong LSR.Với LSR có không gian nhãn lớn, trường này có giá trị bằng 0. . Hình 1.8: Tiêu đề LDP Mã hoá TLV LDP sử dụng lược đồ mã hoá kiểu-độ dài-giá trị để mã hoá các thông tin mang trong bản tin LDP. Như chỉ ra trên hình 2.22, LDP TVL được mã hoá thành một trường 2 octet trong đó sử dụng 14 bít để xác định kiểu, và 2 bit xác định cách hành động cho trường hợp LSR không nhận ra được kiểu; 2 octet tiếp theo xác định trường độ dài và trường giá trị có độ dài thay đổi. Trường kiểu qui định các mà trường giá trị được dịch. Trường độ dài xác định độ dài của trường giá trị. Trường giá trị có thể chứa các TLV khác. Hình 1.9: Mã hoá TLV Dựa trên bản tin nhận được, khi bit U có giá trị 0, LSR sẽ gửi thông báo ngược lại nơi gửi và toàn bộ bản tin sẽ được bỏ qua. Nếu U có giá trị 1, LSR sẽ bỏ qua bản tin chưa biết kiểu đó mà không gửi thông báo lại phía gủi và phần còn lại của bản tin vẫn được xử lý như thể là bản tin chưa biết kiểu này không tồn tại. Bit F chỉ được sử dụng khi bit U = 1 và bản tin LDP chứa bản tin chưa biết kiểu này được truyền đi. Nếu bít F bằng 0 thì bản tin chưa biết kiểu sẽ không chuyển đi cùng bản tin LDP chứa nó và nếu bit F=1 thì bản tin chưa biết kiểu sẽ chuyển đi cùng bản tin LDP chứa nó. Các khuôn dạng và chức năng của các TLV. Trong phạm vi đồ án này xin phép không nói đến. Khuôn dạng bản tin LDP Tất cả các bản tin LDP có khuôn dạng sau: Kiểu bản tin U Độ dài bản tin ID bản tin Thông số bắt buộc Thông số tuỳ chọn Hình 1.10: Khuôn dạng các bản tin LDP Bit U: bit bản tin chưa biết. Nếu bit này bằng 1 thì nó không thể được thông dịch bởi phía nhận, lúc đó bản tin bị bỏ qua mà không có phản hồi. Kiểu bản tin: Chỉ ra kiểu bản tin là gì. Chiều dài bản tin: Chỉ ra chiều dài của các phần nhận dạng bản tin, các thông số bắt buộc, và các thông số tuỳ chọn. Nhận dạng bản tin: là một số nhận dạng duy nhất bản tin. Trường này có thể được sử dụng để kết hợp các bản tin Thông báo với một bản tin khác. Thông số bắt buộc, và Thông số tuỳ chọn tuỳ thuộc vào từng bản tin LDP. Về mặt nguyên lý, mọi thứ xuất hiện trong bản tin LDP có thể được mã hoá theo TLV, nhưng các đặc tả LDP không phải luôn luôn sử dụng lược đồ TLV. Nó không được sử dụng khi nó không cần thiết và sự sử dụng của nó sẽ gây lãng phí không gian. Chẳng hạn không cần thiết phải sử dụng khuôn dạng TLV nếu chiều dài của giá trị là cố định hay kiểu của giá trị được biết và không phải chỉ định một nhận dạng kiểu Các bản tin và chức năng của bản tin trong LDP: Bao gồm 11 bản tin LDP : Bản tin Notification. Bản tin Hello. Bản tin Initialization. Bản tin KeepAlive. Bản tin Address. Bản tin Address Withdraw. Bản tin Lable Mapping. Bản tin Lable Request. Bản tin Lable Abort Request Bản tin Lable Withdraw. bản tin Lable Release. 1-Bản tin thông báo ( Notification Message ): Bản tin này được sử dụng bởi một LSR để thông báo với các LSR đồng cấp khác về trạng thái mạng là đang trong điều kiện bình thường hay bị lỗi. Khi LSR nhận được một bản tin thông báo về một lỗi, nó sẽ ngắt phiên truyền ngay lập tức bằng việc đóng phiên kết nối TCP lại và xoá bỏ các trạng thái liên quan đến phiên truyền này. Ví dụ về lỗi: hỏng sự khởi động phiên LSP, các bản tin xấu…. 2-Bản tin Hello: Bản tin này dùng để trao đổi giữa 2 LDP đồng cấp. 3-Bản tin Initilization: Các bản tin thuộc loại này được gửi khi bắt đầu một phiên LDP giữa 2 LSR để trao đổi các tham số, các đại lượng tuỳ chọn cho phiên. Các tham số này bao gồm: Chế độ phân phối nhãn Các giá trị định thời Phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa 2 LSR đó Cả hai LSR đều có thể gửi các bản tin Initilization và LSR nhận sẽ nhận trả lời bằng Keep Alive nếu các tham số được chấp nhận. Nếu có một tham số nào đó không được chấp nhận thì LSR trả lời thông báo và phiên kết thúc. 4-Bản tin Keep Alive: Bản tin này dùng để trao đổi giữa các thực thể đồng cấp để giám sát tính ổn định và liên tục của việc hỗ trợ của một kết nối TCP trong một phiên LDP. Các bản tin này được gửi định kỳ không có bản tin nào được gửi để đảm bảo cho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDP khác đang hoạt động tốt. Trong trường hợp không xuất hiện bản tin Keep Alive hay một số bản tin khác của LDP trong khoảng thời gian nhất định thì LSR sẽ cho rằng kết nối bị hỏng và phiên truyền sẽ bị dừng 5-Bản tin Address: Bản tin này được gửi đi bởi một LSR tới các LDP đồng cấp để thông báo các địa chỉ giao diện của nó. Một LSR khác nhận bản tin mang địa chỉ này để duy trì cơ sở dữ liệu để ánh xạ trường nhận dạng và các địa chỉ chặng tiếp theo giữa các LDP đồng cấp. 6-Bản tin Address Withdraw ( Bản tin huỷ bỏ địa chỉ ): Bản tin này dùng để xoá địa chỉ đã được thông báo trước đó. Danh sách địa chỉ LTV chứa một loạt các địa chỉ đang được yêu cầu cần xoá bỏ bởi LSR. 7-Bản tin Lable Mapping ( Bản tin ánh xạ nhãn ): Các bản tin ánh xạ nhãn được sử dụng để quảng bá liên kết giữa FEC ( tiền tố địa chỉ ) và nhãn giữa các thực thể đồng cấp. Bản tin này được sử dụng khi có sự thay đổi trong bảng định tuyến ( thay đổi tiền tố địa chỉ ) hay thay đổi trong cấu hình LSR tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó. Nếu một LSR phân phối một ánh xạ đối với một FEC tới nhiều thực thể đồng cấp LDP, vấn đề cục bộ được đặt ra là liệu nó ánh xạ một nhãn đơn tới FEC này và phân phối sự ánh xạ này tới tất cả các thực thể LDP đồng cấp của nó hay sử dụng các ánh xạ khác nhau cho từng LDP khác nhau. 8-Bản tin Lable Withdraw: Bản tin này có nhiệm vụ ngược lại so với bản tin ánh xạ địa chỉ, được sử dụng để xoá bỏ các kiên kết giữa các FEC và các nhãn vừa thực hiện. Bản tin này được gửi tới một thực thể đồng cấp để thông báo rằng nút không còn tiếp tục sử dụng các liên kết nhãn-FEC mà LSR đã gửi trước đó 9-Bản tin Lable Request: Bản tin yêu cầu nhãn được LSR sử dụng để yêu cầu một LDP đồng cấp cung cấp một sự kết hợp nhãn ( Binding ) cho một FEC. Một LSR có thể phát bản tin yêu cầu nhãn dưới bất kỳ một trong những trường hợp sau: - LSR nhận ra một FEC mới thông qua bảng chuyển tiếp và Hop tiếp theo là một thực thể LDP đồng cấp nhưng LSR không có ánh xạ từ Hop tiếp theo cho FEC đã cho. - Có sự thay đổi FEC của chặng tiếp theo nhưng LSR không có sự ánh xạ từ chặng tiếp theo đối với FEC đã cho. - LSR nhận một yêu cầu nhãn đối với một FEC từ một LDP đồng cấp lên (Upstream LDP peer ) FEC Hop tiếp theo là một LDP đồng cấp và LSR không ánh xạ nhãn cho chặng tiếp theo 10-Bản tin giải phóng nhãn ( Lable Release Message): Bản tin này được LSR sử dụng khi nhận được chuyển đổi nhãn mà nó không cần thiết nữa. LSR phải phát bản tin giải phóng nhãn này dưới bất kỳ một trong những trường hợp sau. - LSR gửi ánh xạ nhãn không thuộc Hop tiếp theo đối với một FEC đã được ánh xạ và LSR được cấu hình để duy trì cho quá trình hoạt động. - LSR nhận một ánh xạ nhãn từ một LSR mà chúng không phải là của Hop tiếp theo đối với một FEC và LSR được cấu hình cho việc duy trì quá trình hoạt động Ở chế độ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu từ phía trước, LSR sẽ yêu cầu gán nhãn từ LSR lân cận phía trước sử dụng bản tin Lable Request. Nếu bản tin Lable Request cần phải huỷ bỏ trước khi dược chấp nhận ( do nút kế tiếp trong FEC yêu cầu đã thay đổi ) thì LSR yêu cầu sẽ loại bỏ yêu cầu nhờ bản tin Lable Request Abort. 11-Bản tin Lable Abort Request ( Bản tin bỏ dở nhãn ): Bản tin này được sử dụng để lạo bỏ các bản tin yêu cầu nhãn bất thường Các chế độ phân phối nhãn: Chúng ta đã biết một số chế độ hoạt động trong việc phân phối nhãn như: không yêu cầu phía trước, theo yêu cầu phía trước, điều khiển LSP theo lệnh hay tự lập, duy trì tiên tiến hay lưu giữ. Các chế độ này được thoả thuận bởi LSR trong quá trình khởi tạo phiên LDP. Khi LSR hoạt động ở chế độ duy trì lưu trữ, nó sẽ giữ những giá trị nhãn/ FEC mà nó cần tại thời điểm hiện tại. Các chuyển đổi khác được giải phóng. Ngược lại trong chế độ duy trì tiên tiến, LSR giữ tất cả các chuyển đổi mà nó được thông báo ngay cả những chuyển đổi đó không được sử dụng tại thời điểm hiện tại, Hoạt động của chế độ này như sau: - LSR1 gửi liên kết nhãn vào một số FEC đến một trong các LSR kế tiếp ( LSR2 ) cho FEC đó. - LSR2 nhận thấy LSR1 hiện tại không phải là nút tiếp theo đối với FEC đó và nó không thể sử dụng liên kết này cho mục đích chuyển tiếp tại thời điểm hiện tại nhưng nó vẫn lưu giữ liên kết này lại. - Tại thời điểm nào đó sau này có sự xuất hiện thay đổi định tuyến và LSR1 trở thành nút tiếp theo của LSR2 đối với FEC đó thì LSR2 sẽ cập nhật thông tin trong bảng định tuyến tương ứng và có thể chuyển tiếp các gói có nhãn đến LSR1 trên tuyến mới. Việc này được thực hiệ một cách tự động mà không cần đến báo hiệu LDP hay quá trình phân bổ nhãn mới. Ưu điểm lớn nhất của chế độ duy trì tiên tiến là khả năng phản ứng nhanh hơn khi có sự thay đổi định tuyến. Nhược điểm lớn nhất là lãng phí bộ nhớ và nhãn. Điều này đặc biệt quan trọng và có ảnh hưởng rất lớn đối với những thiết bị lưu trữ bảng định tuyến trong phần cứng như ATM-LSR. Thông thường chế độ duy trì lưu giữ nhãn được sử dụng cho các ATM-LSR. Giao thức phân phối nhãn dựa trên ràng buộc ( CR-LDP ). Giao thức phân phối nhãn định tuyến dựa trên ràng buộc CR-LDP ( Constraint-Based Routing-LDP ) được sử dụng để điều khiển cưỡng bức LDP. Giao thức này là phần mở rộng của LDP cho quá trình định tuyến cưỡng bức của LSP. Cũng giống như LDP, nó sử dụng các phiên TCP giữa các LSR đồng cấp để gửi các bản tin phân phối nhãn. Để hiểu rõ hơn về định tuyến cưỡng bức dựa trên ràng buộc, ta xét việc định tuyến với một mạng IP truyền thống. Một mạng có thể được xem như là một tập hợp các hệ thống tự trị AS, trong đó việc định tuyến ở mỗi AS tuân theo giao thức định tuyến trong miền. Việc định tuyến giữa các AS lại tuân theo định tuyến liên miền. Các giao thức định tuyến trong miền có thể là RIP, OSPF, IS-IS còn giao thức định tuyến liên miền đang được sử dụng là BGP. Trong phạm vi một hệ thống tự trị, cơ chế xác định tuyến trong các giao thức định tuyến trong miền thường tuân theo thuật toán tối ưu. Ví dụ: Trong giao thức định tuyến RIP thì đó là sự tối ưu về số nút mạng trên tuyến đường mà gói tin đi từ nguồn tới đích. Có nhiều tuyến đường để đi từ nguồn đến một đích nhưng mỗi một tuyến đường lại có số nút, băng thông, độ trễ khác nhau. Do vậy với RIP thì thuật toán Bellman-Ford được sử dụng để xác định sao cho đường đi qua ít nút nhất. Đối với định tuyến cưỡng bức, ta có thể xem một mạng như là một tập hợp các nút mạng và một tập hợp các kết nối gữa các nút mạng đó. Mỗi kênh sẽ có các đặc điểm riêng. Để kết nối giữa hai nút bất kỳ thì cần phải thoả mãn một số yêu cầu ( ràng buộc ) và coi các ràng buộc này như là các đặc điểm của các kênh. Chỉ có nút đầu tiên trong cặp đóng vai trò khởi tạo đường kết nối mới biết đặc điểm này. Nhiệm vụ của định tuyến cưỡng bức là tính toán xác định đường kết nối từ nút này đến nút kia sao cho thoả mãn một số điều kiện ràng buộc đã được đặt ra với liên kết đó, các điều kiện ràng buộc có thể là một trong nhiều các tiêu chí. Ví dụ như: Số nút ít nhất, đường đi ngắn nhất, băng thông rộng nhất, dung lượng đường truyền, thời gian thực…Tuy nhiên việc tối ưu hoá theo các tiêu chí khác nhau không thể được đáp ứng một cách đồng thời. Một thuật toán chỉ tối ưu theo một tiêu chí nào đó chứ không thể đáp ứng một thời điểm nhiều tiêu chí vì hai yêu cầu hai tiêu chí đó có thể xung đột nhau, chẳng hạn: đường đi ngắn nhất số nút ít nhất chưa chắc băng thông rộng nhất. Do vậy thuật toán định tuyến ràng buộc cũng không thể đáp ứng tối ưu theo tiêu chí. Nó chỉ thực hiện tối ưu theo một tiêu chí nào đó đồng thời thoả mãn một số điều kiện ràng buộc được đặt ra. Khi xác định được một đường kết nối thì định tuyến cưỡng bức sẽ thực hiện thiết lập, duy trì và chuyển trạng thái kết nối dọc theo các kênh phù hợp nhất trên tuyến đường. Ngoài các điều kiện ràng buộc được đặt ra đối với kênh, còn có các điều kiện được đặt ra đối với việc quản trị. Chẳng hạn nhà quản trị muốn ngăn không cho một lưu lượng nào đó đi qua một số kênh nhất định trong mạng được xác định bởi một số đặc điểm nào đó. Do đó, thuật toán định tuyến mà nhà quản trị phải thực hiện là tìm các kênh xác định mà nó cho qua lưu lượng trên, đồng thời thoả mãn một số điều kiện ràng buộc khác nữa. Định tuyến cưỡng bức còn có thể là sự kết hợp của cả hai điều kiện ràng buộc là quản lý và đặc điểm kênh một cách đồng thời chứ không phải chỉ từng điều kiện riêng rẽ. Ví dụ, định tuyến cưỡng bức phải tìm ra một đường vừa phải có độ rộng băng tần nhất định, vừa phải loại trừ ra một số kênh có đặc điểm nhất định. Điểm khác biệt chính giữa định tuyến IP truyền thống với định tuyến cưỡng bức là: thuật toán định tuyến IP truyền thống chỉ tìm ra một đường tối ưu ứng với duy nhất một tiêu chí được đặt ra, trong khi thuật toán định tuyến cưỡng bức vừa tìm ra một tuyến đường tối ưu theo một tiêu chí nào đó đồng thời phải thoả mãn một số điều kiện ràng buộc nhất định.Chính vì điều này mà thuật toán định tuyến cưỡng bức trong mạng MPLS có thể đáp ứng được yêu cầu trong khi các mạng sử dụng các thuật toán tìm đường khác không thể có được, kể cả giao thức định tuyến IP. Để làm được điều này, có rất nhiều nguyên nhân. Trong đó, nguyên nhân chính là do định tuyến cưỡng bức yêu cầu đường đi phải được tính toán và xác định từ phía nguồn. Các nguồn khác nhau có các ràng buộc khác nhau đối với một tuyến đường trên cùng một đích. Các điều kiện ràng buộc ứng với bộ định tuyến của một nguồn cụ thể chỉ được biết đến bởi bộ định tuyến đó mà thôi, không một bộ định tuyến nào khác trên mạng được biết về các điều kiện này. Ngược lại trong bộ định tuyến IP thì đường đi được xác định và tính toán bởi tất cả các bộ định tuyến phân tán toàn mạng. Một nguyên nhân khác là khả năng định tuyến hiện ( hoặc nguồn ) vì các nguồn khác nhau có thể tính toán xác định các đường khác nhau đến cùng một đích. Vì vậy, chỉ dựa vào thông tin về đích là không đủ để có thể xác định đường truyền các gói tin. Một nguyên nhân nữa là đối với phương pháp định tuyến cưỡng bức thì việc tính toán xác định đường phải tính đến các thông tin về đặc điểm tương ứng của từng kênh trong mạng. Đối với các phương pháp IP đơn giản không hỗ trợ khả năng này. Ví dụ giao thức định tuyến truyền thống dựa vào trạng thái kênh ( như OSPF…)chỉ truyền duy nhất các thông tin bận, rỗi của từng kênh và độ dài của từng kênh, các giao thức định tuyến vector khoảnh cách như RIP thì chỉ truyền đo các thông tin địa chỉ nút tiếp theo và khoảng cách. 1.3.3. Giao thức dành trước tài nguyên RSVP ( Resource Reservation Protolcol ). RSVP là giao thức báo hiệu đóng vai trò quan trọng trong mạng MPLS, được sử dụng để dành trước tài nguyên cho một phiên truyền trong mạng Internet. Nó cho phép các ứng dụng thông báo về các yêu cầu chất lượng dịch vụ ( QoS ) với mạng và mạng sẽ đáp ứng bằng các thông báo thành công hay thất bại. RSVP được dùng để cung cấp khả năng vận hành được bảo vệ bằng việc đặt trước tài nguyên cần thiết tại mỗi máy tham gia vào hỗ trợ luồng lưu lượng ví dụ như truyền hình hội nghị,… Đối với các giao thức IP là giao thức không kết nối nó không hỗ trợ việc thiết lập các đường cho luồng lưu lượng, trong khi RSVP được thiết kế để thiết lập các đường truyền cũng như bảo vệ giải thông trên các đường truyền. RSVP yêu cầu các máy nhận lưu lượng về yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS cho luồng dữ liệu. Các ứng dụng tại máy nhận phải giải quyết các thuộc tính QoS sẽ được truyền tới RSVP. Sau khi phân tích các yêu cầu này, RSVP được sử dụng để gửi các bản tin tới tất cả các nút nằm trên tuyến đường của gói tin. RVSP thao tác với tất cả tủ tục đơn hướng và đa hướng, việc liên mạng ở thời điểm hiện tại là các giao thức đa hướng. RSVP mang các thông tin sau: - Thông tin phân loại nhờ nó mà các luông lưu lượng với các yêu cầu QoS cụ thể có thể được nhận biết trong mạng. Thông tin này bao gồm địa chỉ IP phía gửi và phía nhận, số cổng UDP. - Chỉ tiêu kỹ thuật của luồng lưu lượng và các yêu cầu QoS, theo khuôn dạng TRpec và Rspec bao gồm các dịch vụ yêu cầu ( có bảo đảm hoặc tải điều khiển ). RSVP phải mang các thông tin trên từ các máy chủ tới tất cả các tổng đài chuyển mạch và các bộ định tuyến dọc theo đường truyền từ bộ phát tới bộ tu. Vì vậy, tất cả các thành phần mạng phải tam gia vào việc đảm bảo các yêu cầu QoS của ứng dụng. RSVP sử dụng bản tin trao đổi tài nguyên dành trước qua mạng cho luồng IP. RSVP là giao thức riêng ở mức IP. Nó sử dụng các gói dữ liệu IP hoặc UDP ở phần biên của mạng để thông tin giữa các LSR đồng cấp. Nó không đòi hỏi duy trì phiên TCP, nhưng sau phiên này nó phải xử lý những mất mát của các bản tin điều khiển. RSVP mang thông tin trong đó có hai loại cơ bản là PATH và RESV để xác định luồng và các QoS cho luồng. Các yêu cầu này chỉ ra dịc vụ được bảo vệ, ví dụ tốc độ đính cho luồng dữ liệu, kích thước cụm. Một bản tin PATH bao giờ cũng được gửi tới một địa chỉ gọi là địa chỉ phiên, nó có thể là địa chỉ đơn hưóng hoặc đa hướng. Chúng ta thường xem phiên đại diện cho một ứng dụng đơn, nó được xác nhận bằng một địa chỉ đích và số cổng đích sử dụng riêng cho ứng dụng. Khi bộ thu nhận bản tin PATH nó có thể gửi bản tin RESV trở lại cho bộ phát, bản tin RESV dùng để xác nhận phiên có chứa thông tin về số cổng dành riêng và Rspec xác nhận mức QoS mà bộ thu yêu cầu. Nó cũng bao gồm một số thông tin xem xét những bộ phát nào được phép sử dụng tài nguyên đang được cấp phát. Khi cổng dành riêng được thiết lập, các bộ định tuyến nằm giữa bộ phát và bộ thu sẽ xác định các gói tin thuộc cổng dành riêng nào nhờ kiểm tra năm trường trong mào đầu IP và giao thức truyền tải đó là: địa chỉ nguồn, số cổng nguồn, số giao thức ( UDP,TCP….), địa chỉ đích, số cổng đích. Tập hợp các gói tin được nhận dạng theo cách này được gọi là luồng dành riêng. Các thông tin trong luồng dành riêng được khống chế để đảm bảo không phát sinh lưu lượng vượt quá so với thông báo trong Tspec và được xếp vào hàng đợi phù hợp theo yêu cầu QoS. Một đặc điểm nữa cần phải nhắc đến đối với giao thức này đó là RSVP là giao thức “ trạng thái mềm”. Nó khác với các lạo giao thức khác là trạng thái sẽ tự động hết hiệu lực sau một thời gian trừ khi nó được làm tươi theo định kỳ, tức là RSVP sẽ liên tục gửi các bản tin PATH và RESV để làm tươi các cổng dành riêng. Nếu chúng không được gửi đi trong một khoảng thời gian nào đấy thì cổng dành riêng tự động huỷ bỏ. Quá trình MPLS hỗ trợ RSVP RSVP được sử dụng trong mạng MPLS để hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS và điều khiển lưu lượng. MPLS sử dụng RSVP để cho phép các LSR dựa vào việc phân loại gói tin theo nhãn chứ không phải theo mào đầu IP để nhận biết các gói tin thuộc các luồng của cổng dành riêng. Vì vậy, cần phải có sự kết hợp phân phối giữa các luồng và các nhãn cho các luồng có các cổng dành riêng RSVP. Ta có thể xem một tập các gói tin tạo bởi cổng dành riêng RSVP như là một trường hợp riêng của FEC. Chúng ta định nghĩa một đối tượng RSVP mới là đối tượng Lable được mang trong bản tin RSVP RESV. Khi một LSR muốn gửi bản tin RESV cho một luồng RSVP mới, LSR cấp phát một nhãn từ trong tập nhãn rồi, tại một lối vào trong LFIB của nó với nhãn lối vào được đặt cho nhãn cấp phát và gửi bản tin RESV có chứa nhãn này. Khi nhận được bản tin RESV chứa đối tượng Lable, một LSR thiết lập LFIB của nó với nhãn này là nhãn lối ra. Sau đó, nó cấp phát một nhãn để sử dụng như là nhãn lối vào và chèn nó vào bản tin RESV trước khi nó gửi đi . Khi các bản tin RESV truyền đến các LSR ngược, LSP được thiết lập dọc theo tuyến đường. Khi các nhãn được cung cấp trong các bản tin RESV, mỗi LSR có thể dễ dàng kết hợp các tài nguyên QoS phù hợp với LSR. Việc thiết lập cho một luồng dành riêng RSVP là chỉ có bộ định tuyến đầu tiên trong LSP liên quan tới việc xem xét các gói tin thuộc luồng dành riêng nào. Điều này cho phép RSVP được áp dụng trong môi trường MPLS theo cách mà nó không thể thực hiện được trong mạng IP truyền thống. Theo quy ước thì các cổng dành riêng RSVP chỉ có thể tạo những luồng ứng dụng riêng lẻ, tức là những luồng ứng dụng được xác định nhờ vào 5 trường mào đầu như đã đề cập ở trên. Tuy nhiên cũng có thể đặt cấu hình của bộ định tuyến để chọn các gói dựa trên một số tiêu chuẩn ví dụ định tuyến có thể xem xét các tiền tố ứng với cùng một đích và đặt chúng vào LSP. Vì vậy, thay vì có một LSP cho mỗi luồng ứng dụng riêng, một LSP có thể cung cấp QoS cho nhiều luồng lưu lượng. Do vậy, đặc tính này có thể áp dụng cho khả năng cung cấp (đường ống ) với băng thông đảm bảo yêu cầu cho một đường thuê bao thay vì phải sử dụng nhiều đường thuê bao riêng để có được cùng giải thông như trên. Điều này rất hữu dụng với các công ty lớn muốn có nhiều kết nối với các công ty khác mà chỉ sử dụg một đường thuê bao nhằm giảm bớt sự phức tạp trong việc quản trị cũng như điều khiển lưu lượng, ở đây một lưu lượng lớn cần được gửi dọc theo các LSP với băng thông đủ để tải lưu lượng. Để hỗ trợ một số cách sử dụng tăng cường của RSVP, MPLS định nghĩa một đối tượng RSVP mới có thể mang trong bản tin PATH là đối tượng Lable Request. Bản tin này đã đề cập trong phần các bản tin LDP. Khả năng mở rộng của RSVP Một trong những điều chắc chắn về RSVP là nó có thể chịu tổn thất về khả năng mở rộng ở một mức nào đấy. Trong thực tế, đặc tính này không chính xác hoàn toàn. RSVP khởi đầu được thiết kế để hỗ trợ dự trữ tài nguyên cho các luồng ứng dụng riêng và đây là nhiệm vụ với những thách thức về khả năng mở rộng vốn có. Nói chung thuật ngữ này được sử dụng để chỉ giới hạn sử dụng tài nguyên tăng nhanh như thế nào khi mạng tăng trưởng. Ví dụ, trong mạng IP quy mô lớn như mạng xương sống nhà cung cấp dịch vụ Internet, chúng ta có thể quan tâm đến việc liệu một bảng định tuyến sẽ chiếm bộ nhớ của bộ định tuyến lớn đến mức nào, khả năng bộ xử lý và băng thông liên kết. Vì thế, bảng định tuyến tăng chậm hơn nhiều so với số người sử dụng kết nối vào mạng. Dự trữ tài nguyên cho các luồng ứng dụng riêng rõ ràng là ảnh hưởng xấu đến khả năng mở rộng. Chúng ta có thể cho rằng mỗi người sử dụng sẽ dự trữ tại nguyên tại một vài tốc độ trung bình, vì thế số tài nguyên dự trữ được tạo ra qua mạng lớn có khả năng tăng nhanh bằng số người sử dụng của mạng. Điều này sẽ dẫn đến chi phí lớn nếu mỗi bộ định tuyến phải lưu trữ trạng thái và tiến trình một vài bản tin cho mỗi tài nguyên dự trữ cho luồng ứng dụng riêng. Nói tóm lại, sẽ chính xác hơn nếu nói rằng mức dự trữ tài nguyên cho các luồng ứng dụng là kém hơn so với RSVP. Sự khác nhau này đặc biệt quan trọng khi chúng ta xem xét rằng RSVP không những đòi hỏi cho việc dự trữ tài nguyên cho các luồng ứng dụng riêng mà còn dự trữ tài nguyên cho lưu lượng tổng hợp 1.3.4. Giao thức MPLS-BGP MPLS mở rộng chức năng cho BGP để mang các nhãn trong giao thức cổng biên BGP, MPLS-BGP cho phép bộ định tuyến chạy BGP phân phối nhãn tới các bộ định tuyến biên khác một cách trực tiếp thông qua bản tin cập nhật của BGP. Tiếp cận này đảm bảo cho quá trình phân phối nhãn và các thông tin định tuyến ổn định và giảm bớt tiêu đề của bản tin điều khiển xử lý. Hoạt động của MPLS: Để gói tin truyền qua mạng MPLS, mạng sẽ thực hiện các bước sau: Tạo và phân phối nhãn. Tạo bảng cho mỗi bảng định tuyến. Tạo đường chuyển mạch nhãn. Gán nhãn dựa trên tra cứu bảng. Truyền gói tin. Nguồn gửi các dữ liệu của nó tới đích. Trong miền MPLS, không phải tất cả các lưu lượng từ một nguồn cần thiết truyền qua cùng một tuyến đường. Dựa trên các đặc tính lưu lượng, các LSP khác nhau có thể được tạo ra cho các gói tin với các yêu cầu khác nhau từ phía nguồn. Tạo và phân phối nhãn: Trước khi dữ liệu truyền, các bộ định tuyến quyết định tạo ra liên kết nhãn tới các FEC cụ thể và tạo bảng Trong LDP các bộ định tuyến luồng xuống bắt đầu phân phối nhãn và gán nhãn vào FEC. Các đặc tính liên quan đến lưu lượng và dung lượng MPLS được điều chỉnh thông qua sử dụng LDP. Giao thức báo hiệu nên dùng giao thức vận chuyển có thứ tự và đảm bảo tin cậy Tạo bảng: Khi chấp nhận các liên kết nhãn mối LSR tạo ra bảng cơ sở dữ liệu nhãn ( LIB ). Nội dung của các bảng này xác định mối liên hệ giữa nhãn và FEC, ánh xạ giữa cổng vào và bảng nhãn vào đến cổng ra và bảng nhãn ra. Các LIB được cập nhật khi có sự thay đổi hoặc điều chỉnh nhãn. Tạo đường chuyển mạch nhãn: Các LSP được tạo ra theo chiều ngược với các mục trong các LIB. Gán nhãn dựa trên bảng tra cứu: Bộ định tuyến đầu tiên LER1 trong hình trên sử dụng bảng LIB để tìm đường tiếp theo yêu cầu nhãn cho FEC cụ thể Các bộ định tuyến tiếp theo sử dụng bảng để tìm đường tiếp theo. Khi gói tin đến LSR lối ra LER4 hình trên nhãn được loại bỏ và gói tin được truyền tới đích. Chuyển tiếp gói tin: Hình trên mô tả đường đi của gói tin khi nó được truyền từ nguồn tới đích. Lần đầu tiên của yêu cầu nhãn, các gói tin không có nhãn tại LER1. Trong mạng IP, nó sẽ tìm địa chỉ dài nhất để tìm các bước tiếp theo. LSR1 là bước tiếp theo của LER1. LER1 sẽ khởi phát các yêu cầu nhãn tới LSR1. Yêu cầu này sẽ được phát trên toàn mạng. LDP sẽ xác định đường dẫn ảo đảm bảo QoS. Mỗi bộ định tuyến trung gian LS2 và LS3 sẽ nhận gói tin gán nhãn thay đổi nhãn và truyền đi. Gói tin đến LER4, loại bỏ nhãn vì gói ra khỏi miền hoạt động của MPLS và phân phát tới đích. Đường truyền gói tin được chỉ ra trong hình trên. Có hai chế độ hoạt động đối với MPLS: chế độ hoạt động khung ( Frame-mode) và chế độ tế bào ( Cell-mode ). Chế độ hoạt động khung. Chế độ hoạt động này xuất hiện khi sử dụng MPLS trong môi trường các thiết bị định tuyến thuần điều khiển các gói tin IP điểm-điểm. Các gói tin dán nhãn được chuyển tiếp trên cơ sở khung lớp 2. Cơ chế hoạt động của MPLS trong chế độ này được mô tả hình dưới đây. Hình 1.11: Mạng MPLS trong hoạt động chế độ khung Các hoạt động trong mảng số liệu: Quá trình chuyển tiếp một gói IP qua mạng MPLS được thực hiện qua một bước cơ bản sau đây: LSR biên lối vào nhận gói IP, phân loại gói vào nhóm chuyển tiếp tương đương FEC và gán nhãn cho gói với ngăn xếp nhãn tương ứng với FEC đã xác định. Trong trường hợp định tuyến một địa chỉ đích, FEC sẽ tương ứng với mạng con đích và việc phân lại gói sẽ đơn giản là việc so sánh bảng định tuyến lớp 3 truyền thống. LSR lõi nhận gói tin có nhãn và sử dụng bảng chuyển tiếp nhãn để thay đổi nhãn lối vào của gói đến với nhãn lối ra tương ứng với cùng FEC ( trong trường hợp mạng con là mạng IP ). Khi LSR biên lối ra của vùng FEC này nhận được gói tin có nhãn, nó loại bỏ nhãn và thực hiện chuyển tiếp gói tin IP theo bản định tuyến lớp 3 truyền thống. Mào đầu nhãn MPLS. Nhãn MPLS được chèn trước số liệu cần gán nhãn ở chế độ hoạt động khung. Tức là nhãn MPLS được chèn vào giữa mào đầu lớp 2 và nội dung thông tin lớp 3 của khung lớp 2, vị trí của nhãn MPLS trong khung lớp 2 được thể hiện trong hình vẽ. Do nhãn MPLS được chèn vào vị trí như vậy nên bộ định tuyến gửi thông tin phải có phương tiện gì đó thông báo cho bộ đinh tuyến nhận biết rằng gói đang được gửi đi không phải là gói IP thuần mà là gói có nhãn. Để đơn giản chức năng này, một số dạng giao thức mới được định nghĩa trong lớp 2 như sau: Trong môi trường LAN các gói có nhãn truyền tải gói lớp 3 hướng hay đa hướng sử dụng giá trị 8847H và 8848H cho dạng Ethernet. Các giá trị này được sử dụng trực tiếp trên phương tiện Ethernet ( bao gồm cả Ethernet và Gigabit Ethernet ). Trên kênh điểm-điểm sử dụng giao thức PPP, sử dụng giao thức mới được gọi này MPLS ( giao thức điều khiển ). Các gói MPLS được đánh dấu bởi giá trị 8281H trong trường giao thức PPP Các gói MPLS truyền qua chuyển dịch khung DLCI giữa một cặp thiết bị định tuyến được đánh dấu bởi nhận dạng giao thức SNAP của chuyển dạng khung, tiếp theo mào đầu SNAP với giá trị 8847H cho Ethernet như trong mạng LAN. Chuyển mạch nhãn trong chế độ khung: Ta sẽ xét quá trình chuyển đổi nhãn như hình trên trong mạng MPLS sau khi nhận được một gói tin IP. Sau khi nhận khung PPP lớp 2 từ bộ định tuyến biên số 1, LSR lõi lập tức nhận dạng gói nhận được là gói có nhãn dựa trên giá trị trường giao thức PPP và thực hiện việc kiểm tra nhãn trong cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn. Kết quả nhãn 30 được thay bằng nhãn ra 28 tương ứng với việc gói tin sẽ chuyển tiếp đến LSR3 lõi 3. Tại lõi 3, nhãn được kiểm tra, nhãn số 28 được thay bằng hãn số 37 và cổng ra được xác định. Gói tin được chuyển tiếp đến LSR biên số 4 Tại LSR biên số 4, nhãn 37 bị loại bỏ và việc kiểm tra địa chỉ IP địa chỉ lớp 3 được thực hiẹn, gói tin được chuyển tiếp đến bộ định tuyến ngoài mạng MPLS. Quá trình chuyển đổi nhãn được thực hiện trong các LSR lõi dựa trên bảng định tuyến nhãn. Bảng định tuyến này phải được cập nhật đầy đủ để đảm bảo mọi LSR trong mạng MPLS có đầy đủ thông tin về tất cả các hướng chuyển tiếp. Quái trình này xảy ra trước khi thông tin được truyền trong mạng và được gọi là quá trình liên kết nhãn ( Lable Binding ). Quá trình liên kết và lan truyền nhãn. Khi xuất hiện một LSR mới trong mạng MPLS hay bắt đầu khởi tạo mạng MPLS, các thành viên LSR trong mạng MPLS phải có liên lạc với nhau trong quá trình khai báo qua bản tin Hello. Sau khi bản tin này được gửi, một phiên giao dịch giữa hai LSR được thực hiện thủ tục trao đổi là LDP. Sau khi cơ sở dữ liệu nhãn LIB được tạo ra trong LSR, nhãn được gán cho mỗi FEC mà LSR nhận biết được. Đối với định tuyến đơn hướng, FEC tương đương với tiền tố trong bảng định tuyến IP và bản chuyển đổi chứa trong LIB. Vậy nhãn được gán trong mỗi tiền tố trong bảng định tuyến này được cập nhật liên tục khi xuất hiện những tuyến trong miền mới. Do LSR gán nhãn cho mỗi tiền tố IP trong bảng định tuyến của chúng ngay sau khi tiền tố xuất hiện trong bảng định tuyến và nhãn là phương tiện được LSR khác sử dụng, khi gửi gói tin có nhãn này được gọi là gán nhãn điều khiển độc lập với quá trình phân phối ngược không yêu cầu. Việc quảng bá các nhãn được quảng bá ngay dến tất cả các bộ định tuyến thông qua phiên LDP. Chế độ hoạt động tế bào MPLS. Để triển khai MPLS qua mạng ATM cần phải giải quyết một số vấn đề sau. Hiện tại không tồn tại cơ chế nào cho việc trao đổi trực tiếp các gói IP giữa các nút MPLS lân cận qua giao diện ATM. Tất cả các số liệu trao đổi qua giao diện ATM phải được thực hiện qua kênh ảo ATM. Các tổng đài ATM không thể thực hiện việc kiểm tra nhãn ha địa chỉ lớp 3. Khả năng duy nhất của ATM là chuyển đổi VC đầu vào sang VC đầu ra của giao diện ra. Để thực thi MPLS qua ATM thì cần một số cơ chế sau. Các gói tin IP trong mảng điều khiển không thể trao đổi trực tiếp qua giao diện ATM. Một kênh ảo VC phải được thiết lập giữa 2 nút lân cận để trao đổi gói thông tin điều khiển. Nhãn trên cùng trong ngăn xếp nhãn phải được sử dụng cho các giá trị VPI/VCI. Các thủ tục gán và phân phối nhãn được sửa đổi để đảm bảo các tổng đài ATM không phải kiểm tra địa chỉ lớp 3. Trong phần này một số thuật ngữ sau được sử dụng. Giao diện ATM điều khiển chuyển mạch nhãn ( LC-ATM ): là giao diện ATM trong tổng đài hoặc trong bộ định tuyến mà giá trị VPI/VCI được gán bằng thủ tục điều khiển MPLS (LDP). ATM-LSR là tổng đài ATM sử dụng giao thức MPLS trong mảng điều khiển và thực hiện chuyển tiếp MPLS giữa các giao diện LC-ATM trong mảng số liệu bằng chuyển mạch tế bào truyền thống. LSR theo khung là LSR chuyển tiếp toàn bộ các khung giữa các giao diện của nó. Bộ định tuyến truyền thống là LSR kiểu này. Miền ATM-LSR là tập hợp các ATM-LSR kết nối với nhau qua các giao diện LC-ATM ATM-LSR biên là LSR theo khung có ít nhất một giao diện LC-ATM. Kết nối trong mảng điều khiển qua giao diện LC-ATM Cấu trúc MPLS đòi hỏi liên kết thuần IP giữa các mảng điều khiển của các LSR lân cận để trao đổi liên kết nhãn cũng như các gói điều khiển khác. Ở chế độ hoạt động MPLS khung yêu cầu này được đáp ứng một cách đơn giản bởi các thiết bị định tuyến có thể gửi nhận các gói IP và các gói có nhãn qua bất kỳ giao diện chế độ khung nào dù LAN hay Wan. Còn tổng đài ATM không có khả năng đó. Để cung cấp kết nối IP thuần giữa các ATM-LSR có hai cách thức sau. Thông qua kết nối ngoài băng như kết nối Ethernet giữa các tổng đài Thông qua kênh ảo quản lý trong băng tương tự cách mà giao thức ATM Fourum thực hiện như sau: Kênh ảo điều khiển MPLS VC thông thường sử dụng giá trị VPI/VCI là 0/32 và bắt buộc phải sử dụng phương pháp đóng gói LLC/SNAP cho các gói IP theo tiêu chuẩn RFC1483. Khi triển khai MPLS trong tổng đài ATM ( ATM-LSR ) phần điều khiển trung tâm của tổng đài ATM phải hỗ trợ thêm báo hiệu MPLS và giao thức thiết lập kênh VC. Chuyển tiếp các gói có nhãn qua miền ATM-LSR: Việc chuyển tiếp các gói nhãn qua miền ATM-LSR được thực hiện trực tiếp qua các bước sau: ATM-LSR biên lối vào nhận gói có nhãn hoặc không có nhãn thực hiện kiểm tra cơ sở dữ liệu chuyển tiếp LIB hay cơ sở cuyển tiếp dữ liệu chuyển tiếp nhãn được phân chia thành tế bào ATM và gửi đến ATM-LSR tiếp theo. Giá trị VPI/VCI được gắn vào mào đầu từng tế bào. Các nút ATM-LSR chuyển mạch tế bào theo giá trị VPI/VCI trong mào đầu của tế bào theo cơ chế chuyển mạch ATM truyền thống. Cơ chế phân bổ và phân phối nhãn phải bảo đảm việc chuyển đổi giá trị VPI/VCI trong miền và ngoài miền là chính xác. ATM-LSR tại lối ra tái tạo lại các gói có nhãn từ các tế bào, thực hiện việc kiểm tra nhãn và chuyển tiếp tế bào đến LSR tiếp theo. Việc kiểm tra nhãn dựa vào giá trị VPI/VCI của tế bào đến mà không dựa vào nhãn trên đỉnh ngăn xếp trong mào đầu nhãn MPLS do ATM-LSR giữa các biên của miền ATM-LSR chỉ thay đổi giá trị VPI/VCI mà không thay đổi nhãn bên trong các tế bào ATM. Trong đó cần chú ý rằng nhãn đỉnh của ngăn xếp được lập lại giá trị banừg 0 bởi ATM-LSR biên lối vào trước khi gói có nhãn được phân chia thành tế bào. Phân bổ và phân phối nhãn trong miền ATM-LSR. Hình 1.12: Phân bổ nhãn trong mạng ATM-MPLS Việc phân bổ và phân phối nhãn trong chế độ hoạt động này có thể sử dụng cơ chế giống như trong chế độ hoạt động khung. Tuy nhiên nếu triển khai như vậy thì sẽ dẫn tới các hạn chế bởi mỗi nhãn được gán qua giao diện LC-ATM tương ứng với một ATM VC. Vì số lượng VC qua giao diện ATM là hạn chế nên cần giới hạn số lượng VC phân bổ qua LC-ATM ở mức thấp nhất. Để đảm bảo được điều này, các LSR phía sau sẽ đảm nhận trách nhiệm yêu cầu phân bổ và phân phối nhãn qua giao diện LC-ATM. LSR phía sau cần nhãn để gói tin đến nút tiếp theo phải yêu cầu nhãn từ LSR phía trước nó. Thông thường các nhãn được yêu cầu dựa trên nội dung bảng định tuyến mà không dựa vào luồng dữ liệu điều đó đòi hỏi nhãn cho mỗi đích trong phạm vi của nút kế tiếp qua giao diện LC-ATM. LSR phía trước đó có thể đơn giản phân bổ nhãn và trả lời yêu cầu cho LSR phía sau với bản tin trả lời tương ứng. Trong một số trường hợp, LSR phía trước có thể phải có khả năng kiểm tra địa chỉ lớp 3 ( nếu nó không còn nhãn phía trước yêu cầu cho đích ). Đối với tổng đài ATM, yêu cầu như vậy sẽ không được trả lời bởi chỉ khi nào nó có nhãn được phân bổ cho đích phía trước thì nó mới trả lời yêu cầu. Nếu ATM-LSR không có nhãn phía trước đáp ứng yêu cầu của LSR phía sau thì nó sẽ yêu cầu nhãn từ LSR phía trước nó và chỉ trả lời khi đã nhận được nhãn từ LSR phía trước nó. Hợp nhất VC. Hợp nhất VC tức là gán cùng VC cho các gói đến đích. Đây là một vấn đề quan trọng cần giải quyết đối với tổng đài ATM trong mạng MPLS. Để tối ưu hoá quá trình gán nhãn ATM-LSR có thể sử dụng lại nhãn cho các gói cùg đích. Khi các gói đó xuất phát từ các nguồn khác nhau ( các LSR khác nhau ) nếu sử dụng chung một giá trị VC cho đích thì sẽ không có khả năng phân biệt gói nào thuộc luồng nào và LSR phía trước không có khả năng tái tạo lại đúng gói từ các tế bào. Để tránh trường hợp này, ATM-LSR phải yêu cầu LSR phía trước nó phân bổ nhãn mới mỗi khi LSR phía sau nó đòi hỏi nhãn đến bất cứ đích nào ngay cả trong trường hợp nó đã có nhãn phân bổ cho đích đó. Quá trình gửi kế tiếp các tế bào ra kênh VC như vậy được gọi là hợp nhất kênh ảo VC. Chức năng hợp nhất kênh ảo VC này giảm tối đa số lượng nhãn phân bổ trong miền ATM-LSR. Hoạt động của MPLS khung trong mạng ATM-LSR. Do việc chuyển đổi công nghệ mạng tác động đến rất nhiều mặt trong mạng khai thác từ những vấn đề ghép nối mạng cũng như quan niệm và cách thức vận hành khai thác. Quá trình chuyển đổi sang mạng MPLS có thể được thực hiện theo nhiều cách: hoặc là thực hiện qua một số giai đoạn nhất định hoặc triển khai đồng loạt từ đầu. MPLS có hai chế độ hoạt động cơ bản là chế độ hoạt động khung và chế độ hoạt động tế bào. Đối với hạ tầng cơ sở như Frame-Relay hoặc ATM-PVC thì rất khó triển khai cế độ hoạt động tế bào của MPLS, thông thường thì chế độ khung sẽ được sử dụng trong môi trường như vậy để thực hiện kết nối MPLS xuyên suốt mạng. Trong một số điều kiện nhất định như trong giai đoạn chuyển dịch sang mạng IP+ATM=( MPLS ) hoặc chuyển mạch ATM chuyển tiếp không hỗ trợ MPLS thì cần thiết phải sử dụng chế độ hoạt động khung qua mạng ATM-PVC. Cấu hình này phải phù hợp, tuy nhiên nó cũng gặp khó khăn khi sử dụng IP qua ATM trong chế độ chuyển dịch ( do số lượng lớn các VC ). Hình 1.13: Kết nối MPLS qua mạng ATM-PVC Kết nối giữa hai LSR được thiết lập bằng kênh PVC xuyên suốt. Các phiên LDP được thực hiện thông qua kết nối PVC này. Quá trình phân phối nhãn được thực hiện theo kiểu phân phối nhãn chiều đi không yêu cầu. Việc sử dụng MPLS qua mạng ATM-PVC yêu cầu đóng gói bằng ALL5-SNAP trên kênh PVC đó. Việc sử dụng chế độ khung qua mạng ATM-PVC là rất cần thiết trong quá trình chuyển dịch sang mạng MPLS. Các ưu điểm của MPLS - Hỗ trợ mềm dẻo và linh hoạt cho tất cả các dịch vụ trên một mạng đơn. - Đơn giản hoá cấu hình mạng so với giải pháp IP trên nền ATM. - Hỗ trợ tất cả các công cụ điều khiển lưu lượng mạng mẽ bao gồm cả định tuyến liên tiếp và chuyển mạch bảo vệ. - Hỗ trợ đa kết nối và đa giao thức. - Khả năng mở rộng chức năng điều khiển và chuyển tiếp. Mỗi phần có thể phát triển không cần đến các phần khác, tạo sự phát triển không cần đến các phần khác, tạo sự phát triển mạng dễ dàng hơn, giá thấp hơn và ít lỗi hơn. - Hỗ trợ cho tất cả các loại lưu lượng - Định tuyến gián tiếp: một thuộc tính của MPLS là nó hỗ trợ cho định tuyến gián tiếp. Các đường chuyển mạch nhãn định tuyến gián tiếp có hiệu quả hơn định tuyến nguồn trong IP. Cung cấp các chức năng cho kỹ thuật điều khiển lưu lượng. Các đường định tuyến gián tiếp cũng như các đường hầm ảo có thể mang loại lưu lượng bất kỳ như SNA, IPX.. - Định tuyến liên vùng: chuyển mạch nhãn cung cấp khả năng tách hoàn thiện hơn giữa định tuyến liên vùng và trong vùng. Những khả năng cải tiến này của quá trình xử lý định tuyến và thực tế tạo lại các tuyến biết được yêu cầu bên trong một vùng. Lợi ích này của ISP và những tải tin có thể có một lượng lớn lưu lượng truyền thông. 1.6 Ứng dụng của MPLS Mạng MPLS có nhiều ứng dụng trong đó có 3 ứng dụng chủ yếu - Tích hợp IP và ATM: do chuyển mạch nhãn có thể thực hiện được bởi các chuyển mạch ATM, MPLS là một phương pháp tích hợp các dịch vụ IP trực tiếp trên chuyển mạch ATM. Sự tích hợp cần phải đặt định tuyến IP và phần mềm LDP trực tiếp trên chuyển mạch ATM. Do tích hợp hoàn toàn IP trên mạch ATM, MPLS cho phép chuyển mạch ATM hỗ trợ tối ưu các dịch vụ IP như IP đa hướng (multicast), lớp dịch vụ IP, RSVP (Resource Reservation Protocol-giao thức dành trước tài nguyên hỗ trợ QoS) và mạng riêng ảo. - Dịch vụ mạng riêng ảo IP (VPN): VPN thiết lập cơ sở hạ tầng cho mạng Intranet và Extranet đó là mạng IP mà các công ty kinh doanh sẽ thiết lập trên cơ sở toàn bộ cấu trúc kinh doanh của họ. Dịch vụ VPN là dịch vụ Intranet và Etranet mà các mạng đó được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ đến nhiều tổ chức khách hàng. MPLS kết hợp với giao thức cổng biên ( BGP ) cho phép một nhà cung cấp mạng hỗ trợ hàng nghìn VPN của khách hàng. Như vậy, mạng MPLS cùng với BGP tạo ra cách thức cung cấp dịch vụ VPN trên cả ATM và các thiết bị dựa trên gói tin rất linh hoạt, dễ mở rộng quy mô và dễ quản lý. Thậm chí trên các mạng của nhà cung cấp nhỏ, khả năng linh hoạt và dễ quản lý của các dịch vụ MPLS+BGP VPN là ưu điểm chủ yếu. - Điều khiển lưu lượng và đinh tuyến IP hiện: Vấn đề quan trọng trong các mạng IP liên tục là thiếu khả năng linh hoạt các luồng lưu lượng IP để sử dụng hiệu quả dải thông mạng có sẵn. Do vậy, thiếu hụt này liên quan đế khả năng gửi các luồng được chọn sẵn ví dụ như chọn các đường trung kế được đảm bảo cho các lớp dịch vụ riêng. MPLS sử dụng các đường chuyển mạch nhãn (LSPs). Khả năng điều khiển lưu lượng IP của MPLS sử dụng thiết lập đặc biệt các LSP để điều khiển một cách linh hoạt các luồng lưu lượng IP CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CẤU TRÚC MẠNG ĐƯỜNG TRỤC CỦA VIỆT NAM 2.1 Cấu trúc vật lý mạng viễn thông. 2.1.1 Khái niệm về mạng viễn thông. Mạng viễn thông là phương tiện truyền đưa thông tin từ đầu phát tới đầu thu. Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng. Mạng viễn thông bao gồm các thành phần chính: Thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn, môi trường truyền và thiết bị đầu cuối. Hình 2.1: Các thành phần chính của mạng viễn thông - Thiết bị chuyển mạch gồm có tổng đài nội hạt và tổng đài quá giang. Các thuê bao được nối vào các tổng đài nội hạt và tổng đài nội hạt được nối vào tổng đài quá giang. Nhờ các thiết bị chuyển mạch mà đường truyền dẫn được dùng chung và mạng có thể sử dụng kinh tế. - Thiết bị truyền dẫn dùng để nối thiết bị đầu cuối với tổng đài, hay giữa các tổng đài để thực hiện việc truyền các tín hiệu. Thiết bị truyền dẫn chia làm hai loại: thiết bị truyền dẫn phía thuê bao và thiét bị truyền dẫn cáp quang. Thiết bị truyền dẫn phía thuê bao dùng môi trường thường là cáp kim loại, tuy nhiên có một số trường hợp môi trường truyền là cáp quang hoặc vô tuyến. - Môi trường truyền dẫn bao gồm truyền hữu tuyến và vô tuyến. Truyền hữu tuyến bao gồm cáp kim loại, cáp quang. Truyền vô tuyến bao gồm vi ba ,vệ tinh. Mạng viễn thông cũng có thể được định nghĩa như sau: Mạng viễn thông là một hệ thống gồm các nút chuyển mạch được nối với nhau bằng các đường truyền dẫn tạo thành các cấp mạng khác nhau. Mạng viễn thông hiện nay được chia thành nhiều loại. Đó là mạng mắc lưới, mạng sao, mạng tổng hợp, mạng vòng kín. Các loại mạng này có ưu điểm và nhược điểm khác nhau để phù hợp với các vùng địa lý khác nhau. Mạng viễn thông PSTN hiện nay được phân cấp như sau Hinh 2.2: Cấu trúc mạng PSTN phân cấp Trong mạng hiện nay gồm 3 nút: - Nút cấp 1: Trung tâm chuyển mạch quốc tế - Nút cấp 2: Trung tâm chuyển mạch đường dài. - Nút cấp 3: Trung tâm chuyển mạch nội hạt. 2.1.2. Các đặc điểm của mạng viễn thông hiện nay. 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. - Mạng Telex: Dùng để gửi các bức điện dạng ký tự được mã hoá có tốc độ truyền rất thấp. - Mạng điện thoại công cộng ( POTS: Plain Old Telephone Service ): Ở đây thông tin tiếng nói được số hoá và chuyển mạch ở hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng PSTN. - Mạng truyền số liệu: Bao gồm các mạng chuyển mạch gói để trao đổi dữ liệu giữa các máy tính dựa trên giao thức của X.25. - Các tín hiệu truyền hình bằng sóng vô tuyến, cáp… - Trong phạm vi cư quan, số liệu giữa các máy tính được trao đổi thông qua mạng cục bộ LAN ( Local Area Network ) đó là các mạng Ethernet, Token Bus ,Token Ring Quá khứ là bàn đạp cho tương lai. Do vậy trước khi tìm hiểu công nghệ viễn thông mới ta cần rút kinh nghiệm từ lịch sử phát triển của mạng: - 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. 2.1.3 Mạng viễn thông công cộng (PSTN) Xét về mặt chức năng cung cấp dịch vụ, cấu trúc mạng viễn thông VNPT được phân thành hai lớp: chuyển tải dịch vụ và truy nhập dịch vụ. - Lớp chuyển tải dịch vụ sẽ bao gồm các tổng đài quốc tế, tổng đài chuyển tiếp, tổng đài nội hạt. - Lớp truy nhập dịch vụ gồm phần thuê bao của Host, các vệ tinh, thiết bị truy nhập thuê bao quang, cáp đồng, vô tuyến. 2.1.3.1 Hệ thống chuyển mạch Với cấu trúc mạng hiện nay thì mạng chuyển mạch của VNPT chia làm 3 cấp dựa trên các tổng đài chuyển tiếp quốc tế, chuyển tiếp quốc gia, nội tỉnh và nội hạt. Các tổng đài chuyển tiếp quốc tế được đặt tại ba trung tâm là Hà Nội, Tp HCM và Đà Nẵng, các tỉnh thành khác nhau có các cấu trúc mạng khác nhau với nhiều tổng đài Host. Các tổng đài hiện có phổ biến trên mạng viễn thông Việt Nam là: các tổng đài VKX liên doanh giữa Việt Nam và Hàn Quốc, A1000E10 của Alcatel, NEAX61∑ của NEC, AXE10 của Ericsson, EWSD của Siemens. Các công nghệ chuyển mạch đang sử dụng là chuyển mạch kênh cho mạng PSTN, X.25 cho mạng Frame relay và ATM cho truyền số liệu. Về mặt cấu trúc mạng, mạng viễn thông Việt Nam hiện tại có thể chia thành 3 cấp Hình 2.3: Cấu trúc mạng Viễn thông PSTN Việt Nam hiện tại - Cấp quốc tế: bao gồm các tổng đài Gateway, các đường truyền dẫn quốc tế như: các trạm vệ tinh mặt đất, các hệ thống cáp quang biển TVH, SE-ME-WE3, tuyến áp quang CSC. - Cấp quốc gia: bao gồm các tổng đài chuyển tiếp Transit quốc gia, các tuyến truyền dẫn đường trục. - Cấp nội tỉnh: Gồm các tổng đài Host, các vệ tinh, truy nhập, tổng đài độc lập, thiết bị truy nhập thuê bao, các tuyến truyền dẫn nội tỉnh. Sơ đồ sau là sơ đồ kết nối mạng chuyển mạch. Dựa theo số liệu thuê bao theo vùng địa lý, mạng VNPT được tổ chức thành 5 vùng lưu lượng phân định như sau: - Vùng 1: Khu vực miền Bắc kết nối các tổng đài thuộc 27 tỉnh thuộc khu vực tỉnh miền Bắc (từ Hà Giang đến Hà Tĩnh, trừ Hà Nội). - Vùng 2: Thuộc khu vực Hà Nội. - Vùng 3: Khu vực miền Trung, các tỉnh từ Quảng Bình trở vào đến Khánh Hoà, ĐakLak. - Vùng 4: Khu vực T.P Hồ Chí Minh. - Vùng 5: 18 Tỉnh đồng bằng Nam bộ và đồng bằng Sông Cửu Long ( các tỉnh còn lại). Mỗi vùng lưu lượng được chia thành các khu vực chuyển tiếp (Transit Area), việc chuyển tiếp lưu lượng vào, ra và trong các khu vực do các nút chuyển mạch quốc gia (National Transit Switch) đảm trách. Số lượng cụ thể các nút chuyển mạch quốc gia trong một vùng lưu lượng tuỳ thuộc vào số lượng thuê bao của từng vùng lưu lượng. Lưu lượng đi về của các vùng nào được định tuyến qua các tổng đài Transit quốc gia của vùng đó qua cổng Gateway để đi quốc tế. Sử dụng phương thức định tuyến Nhìn chung mạng chuyển mạch hiện nay còn nhiều cấp và việc điều khiển bị phân tán trong mạng (điều khiển nằm tại các tổng đài). Mạng chuyển mạch quốc gia Mạng chuyển mạch quốc gia bao gồm 09 tổng đài Transit quốc gia TOLL/VTN như sau: - Tổng đài AXE 10 local 6 ( BYB 202): 03 hệ thống với năng lực xử lý tối đa là 600.000 BHCA và dung lượng tối đa 24.000 trung kế được lắp đặt tại Hà Nội, T.P Hồ Chí Minh, Đà Nẵng. - Tổng đài AXE 10 local 7.2 ( BYB 501): 04 hệ thống với năng lực xử lý tối đa là 1.500.000 BHCA và dung lượng tối đa 60.000 trung kế được lắp đặt tại Hà Nội, Đà Nẵng, Tp Hồ Chí Minh và Cần Thơ. - Tổng đài loại TDX 10 lắp đặt tại Hà Nội (160 E1) và Tp Hồ Chí Minh (272 E1). Tuy nhiên hiện nay do chất lượng dịch vụ không tốt, không đảm bảo được yêu cầu của khách hàng nên đang trong kế hoạch sẽ chuyển sang chế độ dự phòng cho mạng chuyển mạch liên tỉnh. - 07 tổng đài AXE đều có tính năng STP làm điểm chuyển tiếp báo hiệu cho hệ thống báo hiệu C7 của toàn mạng và tính năng SCCP phục vụ cho dịch vụ Roaming cho mạng di động. Mỗi vùng được trang bị ít nhất 2 tổng đài Transit, các tổng đài Transit trong vùng được đấu chéo để khắc phục sự mất cân bằng lưu lượng. Lưu lượng qua tuyến trực tiếp này chỉ chiếm 5% tổng lưu lượng Transit của tổng đài. 2.1.3.2 Hệ thống truyền dẫn Mạng truyền dẫn của Việt Nam hiện nay sử dụng cả vô tuyến và hữu tuyến. Về vô tuyến có các hệ thống viba sử dụng công nghệ PDH bên cạnh đó còn có các đường truyền qua vệ tinh đi quốc tế. Trong truyền dẫn hữu tuyến thì phổ biến là cáp quang tuy vậy vẫn có những đoạn dùng các loại cáp khác. Về truyền dẫn quang thì Việt Nam đang khai thác các thiết bị của nhiều hãng khác nhau cho từng hệ thống. Các hệ thống truyền dẫn quang chủ yếu sử dụng công nghệ SDH với các cấp độ ghép khác nhau như STM-4, STM-16 hay STM-64 cho các tuyến liên tỉnh còn trong tỉnh có thể là STM-1 hay STM-4 tùy vào nhu cầu dung lượng thực tế và tương lai. Tuyến trục Bắc-Nam sử dụng mạng Ring cáp quang 2,5 Gbit/s (trên cáp quang quốc lộ 1A và cáp quang 500 KV) và tuyến viba PDH 140 Mbit/s Mạng truyền dẫn cáp quang liên tỉnh đã phát triển được tới hầu hết các trung tâm tỉnh, với: - Tổng chiều dài tuyến cáp quang quốc lộ 1A là 1.935 km. - Tổng chiều dài các tuyến cáp quang liên tỉnh là 5.090 Km. Nâng dung lượng mạch trục Backbone lên 20 Gbit/s sử dụng công nghệ DWDM đã đưa vào sử dụng vào tháng 10/2003. Hoàn chỉnh 13 mạng Ring liên tỉnh theo cấu trúc đã được duyệt, nâng cấp các mạng Ring lên có dung lượng đủ đáp ứng nhu cầu xã hội ( 2.5 Gbit/s- 5 Gbit/s). Nâng cấp Ring trung kế liên đài tại Hà Nội, T.P Hồ Chí Minh và Đà Nẵng lên 5- 10 Gbit/s. Vừa qua VNPT đã đưa vào khai thác hệ thống truyền dẫn Backbone Bắc – Nam 20Gbit/s dựa trên công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng DWDM sử dụng thiết bị của Nortel 2.1.3.3 Hệ thống truy nhập Hiện tại trên mạng có nhiều loại truy nhập khác nhau tuỳ thuộc vào từng loại mạng với từng loại dịch vụ. Trong di động, truyền hình ta có truy nhập vô tuyến với nhiều công nghệ khác nhau như MMDS, LMDS, GPRS, CDMA, FDAM…Gần đây còn có thêm truy nhập WLAN cũng được triển khai tại một số địa điểm. Về truy nhập hữu tuyến ta có truy nhập bằng thoại truyền thống, ADSL, truy nhập qua đường cáp truyền hình, qua đường điện lực và công nghệ mong đợi sẽ là truy nhập quang tới từng hộ gia đình… 2.1.3.4 Hệ thống báo hiệu Hiện tại mạng viễn thông Việt Nam sử dụng cả hai loại báo hiệu là R2 và SS7. Mạng báo hiệu SS7 đã và đang thay thế dần báo hiệu R2 trong từng công đoạn báo hiệu, tuy vậy với mạng thoại thì báo hiệu R2MFC vẫn được sử dụng phổ biến. Hệ thống SS7 đã được triển khai với một cấp STP (điểm chuyển giao báo hiệu) tại ba trung tâm Hà Nội,Tp HCM và Đà Nẵng. Hình 2.4: Hệ thống báo hiệu Việt nam 2.1.3.5 Hệ thống quản lý Việc khai thác và bảo dưỡng mạng viễn thông tập chung ( TMN) có nhiều ưu điểm cho các nhà khai thác mạng. Bởi nhiều chức năng có thể được quản lý một cách hiệu quả từ một hoặc vài điểm trên mạng điều này có nghĩa là chỉ cần ít nhân viên cho điều hành mạng lưới . Xu hướng tới đây sẽ là tự động hoá cho các chức năng quản lý mạng. Việt Nam đang trong quá trình xây dựng mạng quản lý viễn thông tập trung TMN. Còn hiện tại thì mỗi hệ thống mạng riêng được quản lý bởi các phương thức quản lý khác nhau. 2.1.3.6 Hệ thống đồng bộ Mạng đồng bộ Việt Nam hoạt động theo nguyên tắc chủ tớ có dự phòng, bao gồm 4 cấp và hai loại giao diện chuyển giao tín hiệu đồng bộ chủ yếu là 2MHz và 2Mb/s. Mạng được phân chia làm 3 vùng độc lập, mỗi vùng có hai đồng hồ mẫu, một đồng hồ chính (Cesium) và một đồng hồ dự phòng (GSP). Các đồng hồ được đặt tại trung tâm của 3 vùng và được điều khiển theo nguyên tắc chủ tớ. Các tổng đài quốc tế và tổng đài Toll trong mỗi vùng được điều khiển bởi đồng hồ chủ theo phương thức chủ tớ. Các tổng đài Tandem và Host tại các tỉnh hoạt động bám theo các tổng đài Toll và các tổng đài vệ tinh đồng bộ theo tổng đài Host mà nó đấu tới, tất cả đều theo phương thức chủ tớ. 2.2 Cấu trúc mạng viễn thông NGN 2.2.1. Định nghĩa mạng NGN Cho tới nay các tổ chức và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới rất quan tâm đến NGN nhưng vẫn chưa có một định nghĩa rõ ràng. Do vậy ta chỉ có thể tạm định nghĩa NGN như sau: “ NGN là mạng có 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, là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu, giữa cố định và di động.” 2.2.2. Các yếu tố thúc đẩy tiến tới NGN 2.2.2.1. Cải thiện chi phí đầu tư Công nghệ chuyển mạch kênh truyền thống chậm thay đổi so với sự thay đổi nhanh chóng của công nghệ máy tính. Các chuyển mạch kênh chiếm phần lớn trên mạng PSTN nhưng không thực sự tối ưu cho truyền số liệu. Trong khi đó nhu cầu trao đổi thông tin giữa mạng PSTN và mạng Internet ngày càng tăng, do đó xuất hiện nhu cầu xây dựng hệ thống chuyển mạch tương lai dựa trên công nghệ hoàn toàn gói cho cả thoại và dữ liệu. Các giao diện mở tại mỗi lớp cho phép lựa chọn linh hoạt nhà cung cấp thiết bị. Truyền tải dựa trên gói cho phép phân bổ băng tần hiệu quả và linh hoạt. Nhờ đó giúp nhà khai thác quản lý dễ dàng, nâng cấp một cách hiệu quả phần mềm tại các nút điều khiển, dễ dàng triển khai dịch vụ mới mà không cần thay đổi mạng qua đó giúp giảm chi phí vận hành khai thác mạng. 2.2.2.2. Xu thế đổi mới viễn thông Trong vòng hội nhập kinh tế thế giới xu thế hội nhập cũng diễn ra mạnh mẽ trong viễn thông. Cạnh tranh ngày càng khốc liệt khi thế giới buộc các chính phủ phải mở của thị trường viễn thông. Để thích ứng với xu thế đó, đáp ứng được khả năng cung cấp loại hình dịch vụ cho nhiều dạng khách hàng thì yêu cầu hệ thống mạng phải có độ mở cao để có thể kết nối nhiều nhà cung cấp dịch vụ với nhau. Với yêu cầu này các mạng cũ không thể thực hiện được trong khi đó NGN thích ứng rất tốt với đòi hỏi này nhờ một cấu trúc mở hợp lý. 2.2.2.3. Các doanh thu mới Dự báo hiện nay cho thấy doanh thu từ thoại gần như đạt mức bão hoà và không thể tăng thêm được nữa. Trong khi đó doanh thu từ các dịch vụ giá trị gia tăng ngày càng tăng, xu hướng sẽ vượt doanh thu từ thoại trong tương lai gần. Trước viễn cảnh đó nhiều nhà cung cấp, khai thác viễn thông không thể bỏ qua cơ hội tăng doanh thu này. Do vậy việc phát triển một mạng mới để đáp ứng tất cả các dịch vụ gia tăng hiện có cũng như những nhu cầu dịch vụ mới trong tương lai là không thể không làm. Tất cả các điều trên cho thấy sự phát triển mạng viễn thông lên NGN là một điều thiết yếu và cần thiết cho cuộc sống cũng như sự tồn tại của các nhà khai thác cung cấp dịch vụ viễn thông. Yêu cầu để phát triển NGN Trước hết các nhà khai thác dịch vụ viễn thông phải xem xét mạng TDM mà họ đã tốn rất nhiều chi phí đầu tư để quyết định xây dựng một NGN xếp chồng hay thậm chí thay thế các tổng đài truyền thống bằng những chuyển mạch công nghệ mới sau này. Các nhà khai thác cần tìm ra phương pháp cung cấp các dịch vụ mới cho khách hàng của họ trong thời kỳ quá độ trước khi các mạng của họ chuyển sang NGN một cách đầy đủ. Vấn đề lớn nhất cần nhắc tới là phải hỗ trợ dịch vụ thoại qua IP và hàng loạt các dịch vụ giá trị gia tăng khác trong khi cơ chế “best effort” phân phối các gói tin không còn đủ đáp ứng nữa. Một thách thức căn bản nữa là mở rộng mạng IP theo nhiều hướng, nhiều khả năng cung cấp dịch vụ trong khi vẫn giữ được ưu thế của mạng IP. Một khía cạnh khác là quy mô mạng phải đủ lớn để cung cấp cho khách hàng nhằm chống lại hiện tượng tắc nghẽn cổ chai trong lưu lượng của mạng lõi. Việc tăng số lượng các giao diện mở cũng làm tăng nguy cơ mất an ninh mạng. Do đó đảm bảo an toàn thông tin mạng chống lại sự xâm nhập trái phép từ bên ngoài trở thành vấn đề sống còn của các nhà khai thác mạng. Vấn đề cũng không kém phần quan trọng là các giải pháp quản lý thích hợp cho NGN trong môi trường đa nhà khai thác, đa dịch vụ. Mặc dù còn mất nhiều thời gian và công sức trước khi hệ thống quản lý mạng được triển khai nhưng mục tiêu này vẫn có giá trị và sẽ mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phí khai thác, dịch vụ đa dạng. Một vấn đề quan trọng nữa khi triển khai NGN là các công nghệ áp dụng trên mạng lưới phải sẵn sàng: * Về công nghệ truyền dẫn: phải phát triển các cộng nghệ truyền dẫn quang SDH, WDM hay DWDM với khả năng hoạt động mềm dẻo linh hoạt, thuận tiện cho khai thác và điều hành quản lý. * Về công nghệ truy nhập: phải đa dạng hoá các dạng truy nhập cả vô tuyến và hữu tuyến. Tích cực phát triển và hoàn thiện để đem vào ứng dụng rộng rãi các công nghệ truy nhập tiên tiến như truy nhập quang, truy nhập WLAN, truy nhập băng rộng, đặc biệt là triển khai rộng truy nhập ADSL và hệ thống di động 3G. * Về công nghệ chuyển mạch: Mặc dù có nhiều tranh luận về việc lựa chọn công nghệ nào cho NGN trong các công nghệ IP, ATM, IP/MPLS, song có thể nói chuyển mạch gói sẽ là sự lựa chọn trong NGN. Gần đây với sự hoàn thiện về nghiên cứu công nghệ MPLS sẽ hứa hẹn là công nghệ chuyển mạch chủ đạo trong NGN. Bên cạnh đó một công nghệ khác là chuyển mạch quang cũng đang được nghiên cứu, hy vọng sẽ sớm được ứng dụng trong thực tế. 2.2.4. Cấu trúc chức năng NGN có cấu trúc chức năng như sau: - Lớp kết nối (truy nhập và truyền dẫn/ở phần lõi) - Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media) - Lớp điều khiển - Lớp quản lý Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay rất phức tạp với nhiều loại giao thức, khả năng tương thích giữa các thiết bị của các hãng là vấn đề đang được các nhà khai thác quan tâm. Hình 2.5: Cấu trúc mạng NGN ở cấp độ dịch vụ Hình 2.6 : Cấu trúc chức năng của NGN * Lớp truyền dẫn và truy nhập Phần truyền dẫn - Tại lớp vật lý truyền dẫn quang với công nghệ ghép kênh theo bước sóng DWDM sẽ được sử dụng. - Công nghệ IP/MPLS có thể được sử dụng truyền dẫn trên mạng lõi để đảm bảo QoS. - Các router được sử dụng ở biên mạng lõi khi lưu lượng lớn và ngược lại khi lưu lượng nhỏ Switch – router có thể đảm nhận luôn chức năng những router này. - 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. Lớp ứng dụng sẽ đưa ra các yêu cầu về năng lực truyền tải và nó sẽ thực hiện yêu cầu đó. Phần truy nhập - Với truy nhập hữu tuyến: có cáp đồng và xDSL đang được sử dụng. Tuy vậy trong tương lai truyền dẫn quang DWDM, PON sẽ dần chiếm ưu thế, thị trường của xDSL và modem sẽ dần thu nhỏ lại. - Với truy nhập vô tuyến ta có hệ thống thông tin di động GSM hoặc CDMA, truy nhập vô tuyến cố định, vệ tinh. Trong tương lại các hệ thống truy nhập không dây sẽ phát triển rất nhanh như truy nhập hồng ngoại, bluetooth hay WLAN. - Lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đường trục qua cổng giao tiếp thích hợp. NGN cũng cung cấp hầu hết các truy nhập chuẩn cũng như không chuẩn của các thiết bị đầu cuối như: truy nhập đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính PC, tổng đài nội bộ PBX… * Lớp truyền thông * Gồm các thiết bị là các cổng phương tiện như: - Cổng truy nhập: AG kết nối giữa mạng lõi và mạng truy nhập, RG kết nối mạng lõi và mạng thuê bao nhà. - Cổng giao tiếp: TG kết nối mạng lõi với mạng PSTN/ISDN, WG kết nối mạng lõi với mạng di động. Lớp này chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trường (FR, PSTN, LAN, vô tuyến…) sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên mạng lõi và ngược lại. * Lớp điều khiển Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần chính là Softswitch còn gọi là MGC hay Call agent, được kết nối với các thành phần khác nhau như: SGW MS FS AS để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP. Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ truyền thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào. Các chức năng quản lý và chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp trong lớp điều khiển. Nhờ có 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. * Lớp ứng dụng Lớp này gồm các nút thực thi dịch vụ ( thực chất là các server dịch vụ) cung cấp các ứng dụng cho khách hàng thông qua lớp truyền tải. Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều mức độ. Một số dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc điều khiển logic của chúng và truy nhập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ thực hiện điều khiển từ lớp điều khiển. Lớp ứng dụng kết nối với lớp điều khiển thông qua 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 dịch vụ mạng. * Lớp quản lý Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp từ kết nối cho đến lớp ứng dụng. Tại lớp quản lý người ta có thể khai thác hoặc 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. 2.2.5. Các thành phần của NGN NGN là mạng thế hệ kế tiếp không phải là mạng hoàn toàn mới do vậy khi xây dựng NGN ta cần chú ý vần đề kết nối NGN 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 vật lý của NGN Hình 2.7: Cấu trúc vật lý của NGN 2.2.5.1. Các thành phần của NGN Trong NGN có rất nhiều thành phần song ở đây chỉ trình bày những thành phần thể hiện rõ nét sự tiên tiến của NGN so với mạng viễn thông truyền thống cụ thể là: Media Gateway (MG) Media Gateway Controller (MGC) Signalling Gateway (SG) Media Server (MS) Application Server (Feature Server) Hình 2.8: Các thành phần của NGN * 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 DSo. 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. * Media Gateway Controller MGC MGC là đơn vị chính của Softswitch. Nó đưa ra các quy luật xử lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện các quy luật đó. Nó điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc gọi. Ngoài ra nó còn giao tiếp với hệ thống OS và BSS MGC chính là 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. Nó cũng được gọi là Call Server do chức năng điều khiển các bản tin. Một MGC kết hợp với MG, SG tạo thành một cấu hình tối thiểu cho Softswitch. * Signalling Gateway SG Signalling Gateway tạo ra chiếc cầu nối giữa mạng báo hiệu SS7 với mạng IP dưới sự điều khiển của Media Gateway Controller (MGC). SG làm cho Softswitch giống như một nút SS7 trong mạng báo hiệu SS7. Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu. * Media Server Media Server là thành phần lựa chọn của Softswitch, được sử dụng để xử lý các thông tin đặc biệt. Một Media Server phải hỗ trợ phần cứng DSP với hiệu suất cao nhất. * Application Server /Feature Server Server đặc tính là một server ở mức độ ứng dụng chứa một loạt dịch vụ của doanh nghiệp. Chính vì vậy nó còn được gọi là Server ứng dụng thương mại. Vì hầu hết các server này tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua mạng IP nên chúng không ràng buộc nhiều với Softswitch về việc phân chia hay nhóm các thành phần ứng dụng. Các dịch vụ cộng thêm có thể trực thuộc Call Agent hoặc cũng có thể thực hiện một cách độc lập. Những ứng dụng này giao tiếp với Call Agent thông qua các giao thức như SIP, H323… Chúng thường độc lập với phần cứng nhưng lại yêu cầu truy nhập cơ sở dữ liệu đặc trưng. Feature Server xác định tính hợp lệ và hỗ trợ các thông số dịch vụ thông thường cho hệ thống đa chuyển mạch. 2.2.5.2 Nguyên tắc tổ chức cấu trúc mạng thế hệ sau - NGN Phân vùng lưu lượng: Cấu trúc mạng thế hệ sau được xây dựng dựa trên phân bố thuê bao theo vùng địa lý, không tổ chức theo địa bàn hành chính mà được phân theo vùng lưu lượng. Trong một vùng có nhiều khu vực và trong một khu vực có thể gồm một hoặc nhiều tỉnh, thành. Số lượng các tỉnh thành trong một khu vực tuỳ thuộc vào số lượng thuê bao của các tỉnh thành đó. Căn cứ vào phân bố thêu bao, mạng NGN của VNPT được phân thành 5 vùng lưu lượng như sau: Vùng 1: Các tỉnh phía bắc trừ Hà nội, Hà Tây, Bắc Ninh, Bắc Giang và Hưng Yên. Vùng 2: Hà Nội, Hà Tây, Bắc Ninh, Bắc Giang và Hưng Yên. Vùng 3: Các tỉnh Miền Trung và Tây Nguyên. Vùng 4: TP Hồ Chí Minh. Vùng 5: Các tỉnh phía Nam trừ TP Hồ Chí Minh. Tổ chức lớp ứng dụng và dịch vụ - Lớp ứng dụng và dịch vụ được tổ chức thành một cấp cho toàn mạng. - Số lượng nút ứng dụng và dịch vụ phụ thuộc vào lưu lượng dịch vụ cũng như số lượng và loại hình dịch vụ. Giai đoạn đầu toàn mạng sẽ có 2 node đặt tại Hà Nội và Tp Hồ Chí Minh. Tổ chức lớp điều khiển Lớp điều khiển được tổ chức thành một cấp chung cho toàn mạng thy vì có 4 cấp như hiện nay gồm: quốc tế, liên tỉnh, tên đệm và nội hạt) và được phân theo khu vực quản lý có 3 node điểu khiển đặt tại Hà Nội, TP Hồ Chí Minh và Đà Nẵng. Service Nodes Service Nodes (Lớp điều khiển) Miền Nam TP.HCM HN Miền Bắc Miền Trung (ĐN) (Lớp chuyển tải) Hình 2.9: Mô hình kết nối lớp điều khiển và ứng dụng mạng NGN Lớp điều khiển có chức năng điều khiển lớp chuyển tải và lớp truy nhập cung cấp các dịch vụ của mạng NGN, gồm nhiều module như module điều khiển kết nối IP/MPLS, điều khiển định tuyến kết nối IP, điều khiển kết nối cuộc gọi thoại báo hiệu số 7... Tổ chức lớp chuyển tải. Lớp chuyển tải: được tổ chức thành 2 cấp: cấp đường trục quốc gia và cấp vùng) - Cấp đường trục quốc gia: gồm toàn bộ các note chuyển mạch đường trục (lõi IP/MPLS) và các tuyến truyền dẫn kết nối các nút trục. Cấp đường trục được tổ chức gồm 2 plane A và B, kết nối chéo giữa các node đường trục tốc độ là 2,5 Gbit/s nhằm đảm bảo độ an toàn mạng, có nhiệm vụ chuyển mạch cuộc gọi giữa các khu vực. - Cấp vùng: Gồm toàn bộ các note chuyển mạch (IP/MPLS) cũng như các bộ tập trung nội vùng đảm bảo việc chuyển mạch cuộc gọi trong nội vùng và sang vùng khách. Kết nối từ node vùng lên node trục 155 Mbit/s. - Các node chuyển mạch IP/MPLS trong vùng phải có tính năng để tích hợp lưu lượng mạng XDSL (kết nối với các BRAS hoặc tích hợp tính năng BRAS trong mạng (xDSL) hoặc để cung cấp dịch vụ cho các thuê bao băng rộng xDSL. Bộ tập trung IP/MPLS có thể dùng để thu gom lưu lượng kênh kết nối lên các node vùng. Tổ chức lớp truy nhập - Lớp truy nhập: gồm các node truy nhập hữu tuyến và vô tuyến, các node này được tổ chức không theo địa giới hành chính - Các node truy nhập của các vùng lưu lượng chỉ được kết nối đến node chuyển mạch đường trục của vùng đó. - Các thiết bị truy nhập thế hệ mới phải có khả năng cung cấp cổng dịch vụ truyền thống PSTN cũng như các dịch vụ mới bao gồm POTS, VOIP, IP/MPLS, FR, X25, IP2 VPN, xDSL.. 2.2.6 Kết nối mạng NGN với mạng truyền thống 2.2.6.1 Kết nối với mạng PSTN Kết nối mạng NGN với mạng PSTN hiện tại được thực hiện thông qua thiết bị ghép luồng trung kế (trunking Gateway – TGW) ở mức n x E1 và báo hiệu số 7, không sử dụng báo hiệu R2 cho kết nối này. Các thiết bị Trunking Gateway có tính năng chuyển tiếp các cuộc gọi thoại tiêu chuẩn 64 Kbit/s hoặc các cuộc gọi thoại VoIP qua mạng NGN. Điểm kết nối được thực hiện tại tổng đài Host hoặc tandem nội hạt và tổng đài Gateway quốc tế nhằm giảm cấp chuyển mạch, giảm chi phí đầu tư cho truyền dẫn và chuyển mạch của mạng PSTN và tận dụng năng lực chuyển mạch của mạng NGN. Đối với mạng PSTN, mạng NGN sẽ đóng vai trò như hệ tổng đài Transit quốc gia của mạng PSTN cho các dịch vụ thoại tiêu chuẩn 64 Kbit/s. Các cuộc thoại liên tỉnh tiêu chuẩn 64 kbit/s liên tỉnh hoặc quốc tế từ các tổng đài Host PSTN sẽ được chuyển tiếp qua mạng tới các Host khác hoặc tới tổng đài Gateway quốc tế. Cấu hình kết nối như mô tả hình vẽ sau Hình 2.10: Cấu hình kết nối NGN – PSTN 2.2.6.2 Kết nối với mạng Internet Kết nối mạng NGN với trung tâm mạng Internet ISP và IAP được thực hiện tại node IP/MPLS quốc gia thông qua giao tiếp ở mức LAN. Tốc độ cổng LAN không thấp hơp tốc độ theo chuẩn Gigabit Ethernet (GE). Nếu trung tâm mạng không cùng vị trí đặt node IP/MPLS quốc gia thì sử dụng kết nối LAN qua cổng GBE Điểm kết nối mạng NGN với các node truy nhập mạng internet POP độc lập cho thuê bao truy nhập gián tiếp được thực hiện tại node IP/MPLS nội vùng thì sử dụng kết nối LAN qua cổng quang. Đối với các vệ tinh của tổng đài Host PSTN có tích hợp tính năng truy nhập Internet POP thì điểm kết nối mạng NGN với các node truy nhập Internet POP tích hợp được thực hiện tại bộ tập trung IP/MPLS hoặc tại các node IP/MPLS nội vùng thông qua giao tiếp IP/MPLS tuỳ thuộc vào vị trí của POP tích hợp. Tốc độ cổng IP/MPLS phụ thuộc vào quy mộ của POP nhưng ít nhất là n x E1. Cấu hình kết nối được mô tả như (hình 2.20) 2.2.6.3 Kết nối với mạng FR, X25 hiện tại Các mạng FR, X25 hiện nay sẽ thuộc lớp truy nhập của mạng NGN, do vậy sẽ được kết nối với mạng NGN qua bộ tập trung IP/MPLS. Hình 2.11: Cấu hình kết nối NGN – Internet – PSTN 2.2.7 Lộ trình chuyển đổi 2.2.7.1 Yêu cầu : Phương án chuyển đổi dần cấu trúc mạng hiện tại sang mạng NGN đến năm 2010 cần bảo đảm một số yêu cầu cơ bản sau đây: - Không ảnh hưởng đến việc cung cấp dịch vụ viễn thông trên mạng. - Việc chuyển đổi phải thực hiện theo nhu cầu của thị trường từng bước. - Thực hiện được phân tải lưu lượng Internet ra khỏi các tổng đài Host có số thuê bao truy nhập Internet chiếm tới 20%. - Bảo đảm cung cấp dịch vụ truy nhập băng rộng tại các thành phố lớn. - Bảo toàn vốn đã đầu tư của VNPT. 2.2.7.2 Nguyên tắc thực hiện Thực hiện chuyển đổi từng bước, ưu tiên thực hiện trên mạng liên tỉnh trước nhằm đáp ứng nhu cầu về thoại và truyền số liệu liên tỉnh và tăng hiệu quả sử dụng các tuyến truyền dẫn đường trục. Mạng nội tỉnh thực hiện có trọng điểm tại các tỉnh thành phố có nhu cầu về truyền số liệu truy nhập Internet băng rộng ưu tiên giải quyết phân tải lưu lượng Internet cho mạng chuyển mạch nội hạt và đáp ứng nhu cầu truy nhập Internet tốc độ cao trước nhằm tạo cơ sở hạ tầng thông tin băng rộng để phát triển các dịch vụ đa phượng tiên, phục vụ chương trình chính phủ điện tử, e- commerce... của quốc gia. Không nâng cấp các tổng đài Host hiện có lên NGN do có sự khác biệt khá lớn giữa công nghệ chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói, tổ chức xây dựng hệ thống chuyển mạch NGN mới , riêng biệt và thực hiện kết nối với các mạng hiện tại theo các nguyên tắc ở mục 2.4.1.3 trên. Ngừng việc trang bị mới các tổng đài host công nghệ cũ, chỉ mở rộng tổng đài Host đang hoạt động trên mạng để đáp ứng các nhu cầu thoại và truyền số liệu băng hẹp và chỉ nâng cấp với mục đích phân tải Internet và cung cấp dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao dùng công nghệ xDSL trong khi mạng NGN chưa bao phủ hết vùng phục vụ. Phát triển nút truy nhập mới của NGN để đáp ứng các nhu cầu Host mới. 2.2.7.3 Lộ trình chuyển đổi - Giai đoạn 2001 – 2003 Trang bị 2 node điều khiển và 2 node dịch vụ tại miền bắc (đặt tại Hà Nội) và miền nam (đặt tại TP. Hồ Chí Minh). năng lực xử lý cuộc gọi của một node trên 4 triệu BH CA tương đương với trên 240.000 kênh trung kế hoặc trên 400.000 thuê bao. Trang bị 3 node IP/MPLS đường trục tại miền bắc (đặt tại Hà Nội) và miền nam (đặt tại TP Hồ Chí Minh) và miền trung (tại Đà Nẵng). Trang bị các node ghép luồng trung kế TGW và mạng IP/MPLS nội vùng cho 11 tỉnh và thành phố lớn gồm Hà nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Quảng Ninh, Huế, Đà Năng, Khánh Hoà, Bà Rịa Vũng Tầu, Đồng Nai, Cần Thơ, Bình Dương. Lắp đặt các node truy nhập NGN nhằm cung cấp dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao (xD