Kỹ thuật điều khiển lưu lượng MPLS và ứng dụng cho mạng NGN của VNPT

i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG MPLS VÀ
ỨNG DỤNG CHO MẠNG NGN CỦA VNPT
Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Học viên: NGÔ ANH TUẤN
Người HD Khoa học: PGS.TS. NGUYỄN HỮU CÔNG
THÁI NGUYÊN 2013
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ii
LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Ngô Anh Tuấn.
Học viên lớp cao học KTĐT – K13 - Trường ĐHKTCN Thái Nguyên.
Tôi xin cam đoan đây là phần nghiên cứu và thể hiện đồ án tốt nghiệp của
riêng tôi, không sao chép các đồ án khác. Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu
tham khảo như đã nêu trong phần tài liệu tham khảo nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn
trách nhiệm và chịu mọi kỷ luật của khoa và nhà trường đề ra.
Thái Nguyên, tháng 11 năm 2012
Học viên thể hiện
Ngô Anh Tuấn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
iii
MỤC LỤC
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các hình vẽ và đồ thị
Danh mục chữ viết tắt
Danh mục các bảng biểu

NỘI DUNG
Trang
LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN 1
1.1.Tổng quan về mạng NGN 1
1.1.1. Định nghĩa 1
1.1.2. Đặc trưng của mạng NGN 2
1.1.2.1.Nền tảng là hệ thống mạng mở 2
1.1.2.2. Mạng NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phải
thực hiện độc lập với mạng lưới
2
1.1.2.3. Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức
thống nhất
2
1.1.2.4. Mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng cũng
ngày càng tăng, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu về dịch vụ
3
1.1.3. Cấu trúc mạng NGN cơ bản 3
1.1.3.1.Cấu trúc vật lý 3
1.1.3.2.Cấu hình hệ chuyển mạch thế hệ mới - NGN 5
1.2.Định hướng mạng NGN của VNPT 7
1.2.1.Sự cần thiết chuyển đổi công nghệ mạng 7
1.2.2. Các yêu cầu đối với cấu trúc mạng thế hệ mới của VNPT 8
1.2.3 Cấu trúc mạng NGN của VNPT 10
1.2.4.Các dịch vụ trên nền NGN 14
1.2.4.1.Dịch vụ điện thoại cố định 14
1.2.4.2.Dịch vụ điện thoại di động 15
1.2.4.3.Dịch vụ Internet và truyền số liệu 15
1.2.4.4. Các dịch vụ thẻ 16
1.2.5.Một số khó khăn trong quá trình triển khai 16

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
iv
CHƯƠNG 2: TỔNG QUANG VỀ CÔNG NGHỆ MPLS 18
2.1.Lịch sử phát triển 18
2.2.Các định nghĩa về công nghệ MPLS 18
2.3.Các thành phần trong công nghệ MPLS 19
2.3.1.MPLS Domain 20
2.3.2. Bộ định tuyến nhãn LSR (Label Switching Router) 20
2.3.3.Nhãn MPLS 21
2.3.3.1.Ngăn xếp nhãn 24
2.3.3.2.Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn 26
2.3.3.3.Đường chuyển mạch nhãn (LSP) 28
2.3.3.4.Lớp chuyển tiếp tương đương 29
2.3.3.5.Bảng cơ sở dữ liệu nhãn (LIB – Label Information Base) 30
2.3.3.6.Bảng cơ sở thông tin chuyển gói (LFIB) 30
2.4.Các chế độ hoạt động của MPLS 31
2.5. Các giao thức định tuyến trong MPLS 38
2.5.1.Các giao thức khởi đầu 38
2.5.2.Các giao thức định tuyến ràng buộc 38
2.5.3.Giao thức phân bố nhãn LDP (Label Ditribution Protocol) 38
2.5.4.Giao thức phân phối nhãn ràng buộc (CR-LDP) 39
2.5.5.Giao thức RSVP – TE 39
2.6. Ưu điểm của MPLS 40
2.7.Các ứng dụng của MPLS 40
2.7.1. Tích hợp IP và ATM 40
2.7.2.Dịch vụ mạng riêng ảo IP (VPN) 41
2.7.3.Điều khiển lưu lượng và đinh tuyến IP hiện 41
CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG MPLS 42
3.1.Tổng quan về điều khiển lưu lượng trong MPLS 42
3.1.1.Hoạt động định hướng lưu lượng và định hướng tài nguyên 42

3.1.1.1.Sự phân phối thông tin (Information distribution) 42
3.1.1.2.Tính toán và thiết lập đường truyền (Path calculation and setup) 43
3.1.1.3.Thuộc tính ưu tiên (priority) và sự chiếm trước (preemption) LSP 45
3.1.1.4.Chuyển tiếp lưu lượng vào một đường hầm (Forwarding traffic
down a tunnel)
45
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
v
3.1.2.Kỹ thuật sắp xếp lưu lượng 48
3.1.2.1.Hàng đợi vào trước ra trước (FIFO – First in first out) 49
3.1.2.2.Hàng đợi công bằng FQ (fair queuing) 50
3.1.2.3.Hàng đợi công bằng trọng số (WFQ) 50
3.1.2.4.Hàng đợi theo yêu cầu (CQ) – 16 hàng đợi 50
3.1.2.5.Hàng đợi ưu tiên (PQ) 51
3.1.3.Tắc nghẽn và điều khiển tắc nghẽn 51
3.1.4.Trung kế lưu lượng, luồng lưu lượng và tuyến chuyển mạch nhãn 53
3.2.Các cơ chế điều khiển lưu lượng 55
3.3.Các giao thức 58
3.3.1.Giao thức phân phối nhãn LDP 58
3.3.2.Giao thức RSVP 63
3.3.2.1.Giới thiệu về RSVP 63
3.3.2.2.Các khía cạnh liên quan đến MPLS 66
3.3.3.Giao thức RSVP-TE 69
3.3.3.1.Các bản tin thiết lập dự trữ RSVP 69
3.3.3.2.Các bản Tear Down, Error và Hello của RSVP-TE 70
3.3.3.3.Thiết lập tuyến tường minh điều khiển tuần tự theo yêu cầu 70
3.3.3.4.Giảm lượng overhead làm tươi RSVP 72
3.3.4.Giao thức CR-LDP 72
3.3.4.1.Mở rộng cho định tuyến ràng buộc 72
3.3.4.2.Thiết lập một CR-LSP 73

3.3.4.3.Tiến trình dự trữ tài nguyên 74
3.4.Tính toán đường ràng buộc 75
3.4.1.Quảng bá các thuộc tính của liên kết 75
3.4.2.Tính toán LSP ràng buộc 76
3.4.3.Giải thuật chọn đường 76
3.4.4.Ví dụ về chọn đường cho trung kế lưu lượng 77
3.4.5.Tái tối ưu hóa 78
Chương 4: BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG MPLS 80
4.1.Khả năng ứng dụng MPLS trong điều khiển lưu lượng 80
4.2.Bài toán định tuyến và vấn đề lưu lượng 81
4.2.1.Vấn đề nghẽn lưu lượng gặp phải khi định tuyến 82
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
vi
4.2.2.Các lý do để chọn điều khiển lưu lượng dựa trên MPLS 83
4.3. Bài toán thực tế 83
Bài 1: Bảo vệ và khôi phục đường 83
Bài 2 : Điều khiển lưu lượng theo các hàng đợi ưu tiên 87
Kết luận và kiến nghị 91
Tài liệu tham khảo 92
Phụ lục
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Cấu trúc vật lý mạng NGN 1
Hình 1.2. Mô hình phân lớp hệ chuyển mạch NGN 5
Hình 1.3. Sơ đồ triển khai mạng NGN của VNPT 10
Hình 1.4. Cấu hình kết nối lớp điều khiển và ứng dụng mạng NGN 12
Hình 2.1. Mô hình mạng MPLS 20
Hình 2.2. Cấu trúc nhãn MPLS 24

Hình 2.3. Vị trí ngăn xếp nhãn 25
Hình 2.4. Cấu trúc bộ định tuyến chuyển mạch nhãn 26
Hình 2.5. Hoạt động của MPLS 32
Hình 2.6. MPLS hoạt động trong chế độ chuyển tiếp khung 33
Hình 2.7. MPLS hoạt động trong chế độ chuyển tiếp khung (tiếp theo) 33
Hình 2.8. Định tuyến trong MPLS 34
Hình 2.9. Mạng MPLS 35
Hình 2.10. Quá trình chuyển tiếp nhãn 36
Hình 2.11. Quá trình chuyển tiếp nhãn (tiếp theo) 36
Hình 2.12. Quá trình chuyển tiếp nhãn (tiếp theo) 36
Hình 2.13. Quá trình chuyển tiếp nhãn (tiếp theo) 37
Hình 2.14. Quá trình chuyển tiếp nhãn (tiếp theo) 37
Hình 2.15. Quá trình chuyển tiếp nhãn (tiếp theo) 37
Hình 2.16. Quá trình chuyển tiếp nhãn (tiếp theo) 38
Hình 2.17. Phân phối nhãn MPLS 39
Hình 3.1. Sử dụng màu liên kết 44
Hình 3.2. Cách các LSP sử dụng giao thức IGP 46
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
viii
Hình 3.3. Sắp xếp lưu lượng tại LSR lối vào 48
Hình 3.4. Tắc nghẽn gây ra bởi kỹ thuật chọn đường ngắn nhất 52
Hình 3.5. Giải pháp cho vấn đề sử dụng kỹ thuật lưu lượng 52
Hình 3.6. FEC, trung kế lưu lượng và LSP 53
Hình 3.7. Vị trí giao thức LDP trong bộ giao thức MPLS 56
Hình 3.8. Thủ tục phát hiện LSR lân cận 57
Hình 3.9. Tiêu đề LDP
62
Hình 3.10. Khuôn dạng các bản tin LDP
62
Hình 3.11.Các thực thể hoạt động RSVP

63
Hình 3.12. Các bản tin Path và Reservation
65
Hình 3.13. Bộ mô tả lưu lượng
66
Hình 3.14. Sử dụng các đối tượng bản tin RSVP để hỗ trợ định tuyến hiện
68
Hình 3.15. Thiết lập LSP với RSVP-TE
71
Hình 3.16. Thiết lập LSP và CR-LD
73
Hình 3.17. Băng thông khả dụng ứng với từng mức ưu tiên
75
Hình 3.18. Xem xét các ràng buộc khống chế.
77
Hình 3.19. Xem xét tài nguyên khả dụng
78
Hình 3.20. Chọn đường tốt nhất
78
Hình 4.1. Điều khiển lưu lượng
79
Hình 4.2. Topo mạng mẫu
81
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ix
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ
ATM Asynchronous Transfer Mode Truyền dẫn không đồng bộ
BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng đường biên
CR Constrained Routing Định tuyến ràng buộc

CR-LDP Constrained Routing - LDP LDP - Định tuyến ràng buộc
CR-LSP Constrained Routing - LSP LSP - Định tuyến ràng buộc
CSPF Constrained Shortest Path First SPF ràng buộc
DiffServ Differentiated Service Các dịch vụ được phân biệt
ER Explicit Routing Định tuyến hiện
FEC Fowarding Equivalent Class Lớp chuyển tiếp tương đương
FR Frame Relay Chuyển tiếp khung
GMPLS Generalized Multiprotocol Label
Switching
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
tổng quát.
IETF Internet Engineering Task Force Nhóm tác vụ kỹ thuật Internet
IP Internet Protocol Giao thức Internet
IPOA IP over ATM IP trên ATM
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LANE LAN Emulation Mô phỏng LAN
LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn
LER Label Edge Router Bộ định tuyến biên nhãn
LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn
LIS Logical IP Subnet Mạng con IP logic
LSFT Label Switching Forwarding Table Bảng chuyển tiếp nhãn
LSP Label Switched Path Đường dẫn chuyển mạch nhãn
LSR Label Switch Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức
NHRP Next Hop Resolution Protocol Giao thức phân giải chặng kế tiếp
OSPF Open Shortest Path First Giao thức đường đi ngắn nhất đầu
tiên
PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm - điểm
PSTN Public Switch Telephone Network Mạng thoại chuyển mạch công
cộng

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RESV Resevation Bản tin dành trước
RSVP Resource Resevation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên
SLA Service Level Agreement Thoả thuận mức dịch vụ
SPF Shortest Path First Đường đi ngắn nhất đầu tiên
SVC Signaling Virtual Circuit Kênh ảo báo hiệu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
x
TCP Transission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn
TLV Type-Leng-Value Kiểu-Chiều dài-Giá trị
ToS Type of Service Kiểu dịch vụ
TTL Time To Live Thời gian sống
UDP User Datagram Protocol Giao thức lược đồ dữ liệu
VC Virtual Circuit Kênh ảo
VCI Virtual Circuit Identifier Nhận dạng kênh ảo
VP Virtual Path Đường ảo
VPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảo
VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo
WAN Wide Area Network Mạng diện rộng
WFQ Weighted Fair Queuing Hàng đợi công bằng tải trọng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
xi
DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. So sánh chuyển mạch nhãn với chuyển mạch IP
21
Bảng 3.1. Thuộc tính của trung kế lưu lượng (hoặc LSP)
54
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
xii

LỜI NÓI ĐẦU
Để đáp ứng nhu cầu phát triển băng thông không ngừng của người sử dụng,
nhà cung cấp dịch vụ (ISP) cần có thiết bị định tuyến và chuyển mạch tốc độ cao.
Nhu cầu về một phương thức chuyển tiếp đơn giản mà các đặc tính quản lý lưu
lượng và chất lượng chuyển mạch truyền thống được kết hợp với chuyển tiếp thông
minh của một bộ định tuyến là rất rõ ràng. Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS)
là một công nghệ mới, được phát triển dựa trên việc kế thừa các ưu điểm của cả IP
và ATM. Những khả năng rất mạnh mà MPLS mang lại là định tuyến ràng buộc và
kĩ thuật điều khiển lưu lượng.
Định tuyến ràng buộc tìm đường đi theo yêu cầu lưu lượng và tài nguyên
hiện có trong mạng nên tránh được vấn đề tắc nghẽn xảy ra khi dồn nhiều lưu lượng
vào một liên kết không đủ tài nguyên. MPLS đưa ra khái niệm FEC cho phép nhóm
các luồng lưu lượng với kích cỡ thích hợp. Việc vận chuyển lưu lượng theo các
đường đi LSP giúp tránh được những dao động lưu lượng mạng. Ngoài ra, MPLS
còn cho phép thiết lập nhiều đường giữa hai cặp nút với tỷ lệ thích hợp để giải quyết
vấn đề cân bằng tải.
Trong MPLS kĩ thuật lưu lượng được cung cấp bằng cách sử dụng các đường
dẫn được định tuyến tường minh. Các LSP có thể được tạo một cách độc lập dựa
trên các chính sách do người sử dụng định nghĩa. Tuy nhiên, điều này có thể cần
đến sự can thiệp của các nhà khai thác một cách mạnh mẽ. RSVP và CR-LDP là hai
giải pháp để cung cấp kĩ thuật lưu lượng động và QoS trong MPLS.
VNPT là một trong những nhà khai thác đầu tiên ở Việt nam tìm kiếm khả
năng ứng dụng MPLS vào cơ sở hạ tầng mạng viễn thông của mình. Hiện nay,
mạng NGN với phần lõi MPLS của VNPT đã đi vào hoạt động, song để khai thác
nó một cách hiệu quả và tận dụng tối đa những ưu điểm mà nó mang lại thì việc tìm
hiểu các vấn đề cơ bản về công nghệ MPLS trên cả hai khía cạnh lí thuyết và thực
tiễn triển khai là vô cùng cần thiết.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
xiii
Có rất nhiều vấn đề đặt ra cần phải nghiên cứu và giải quyết khi triển khai

MPLS trong cơ sở hạ tầng mạng viễn thông của một quốc gia. Tuy nhiên, trong
khuôn khổ luận văn này chỉ đề cập đến một số vấn đề kĩ thuật liên quan đến bài
toán điều khiển lưu lượng trong mạng lõi dựa trên nền MPLS.
Luận văn “KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG MPLS VÀ ỨNG
DỤNG CHO MẠNG NGN CỦA VNPT” với mục đích nghiên cứu một số kĩ thuật
điều khiển lưu lượng, bảo vệ và khôi phục đường trong MPLS nhằm tối ưu hóa hiệu
suất sử dụng tài nguyên mạng.
Nội dung luận văn gồm 04 chương:
Chương 1. TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN
Chương 2. TỔNG QUANG VỀ CÔNG NGHỆ MPLS
Chương 3. KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG MPLS
Chương 4. BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG MPLS
Qua đây, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Hữu Công,
người thầy đồng thời là giáo viên hướng dẫn trực tiếp tôi, tôi xin cảm ơn chân thành
về sự giúp đỡ của các thầy cô trong khoa đào tạo sau đại học, trường Đại học Kỹ
thuật công nghiệp Thái Nguyên. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè,
đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn.
Học viên
Ngô Anh Tuấn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN MẠNG THẾ HỆ MỚI NGN
1.1.Tổng quan về mạng NGN
1.1.1. Định nghĩa
Bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch
gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng, mạng thông tin thế hệ mới (NGN) ra đời là
mạng có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói,
triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa
thoại và số liệu, giữa cố định và di động.
- Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau).

- Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ).
- Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng).
- Mạng nhiều lớp (mạng được phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng độc
lập nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng TDM
Time-Division Multiplexing).
Như vậy, có thể xem mạng thông tin thế hệ mới là sự tích hợp mạng thoại
PSTN, chủ yếu dựa trên kỹ thuật TDM, với mạng chuyển mạch gói, dựa trên kỹ
thuật IP/ATM. Nó có thể truyền tải tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN đồng thời
cũng có thể nhập một lượng dữ liệu rất lớn vào mạng IP, nhờ đó có thể giảm nhẹ
gánh nặng của PSTN.
Tuy nhiên, NGN không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà
còn là sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói, giữa mạng cố định và di
động. Vấn đề chủ đạo ở đây là làm sao có thể tận dụng hết lợi thế đem đến từ quá
trình hội tụ này. Một vấn đề quan trọng khác là sự bùng nổ nhu cầu của người sử
dụng cho một khối lượng lớn dịch vụ và ứng dụng phức tạp bao gồm cả đa phương
tiện, phần lớn trong đó là không được trù liệu khi xây dựng các hệ thống mạng hiện
nay.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2
1.1.2. Đặc trưng của mạng NGN
1.1.2.1.Nền tảng là hệ thống mạng mở
Các khối chức năng của tổng đài truyền thống chia thành các phần tử mạng
độc lập, các phần tử được phân theo chức năng tương ứng, và phát triển một cách
độc lập.
Giao diện và giao thức giữa các bộ phận phải dựa trên các tiêu chuẩn tương
ứng.
Việc phân tách làm cho mạng viễn thông vốn có dần dần đi theo hướng mới, nhà
kinh doanh có thể căn cứ vào nhu cầu dịch vụ để tự tổ hợp các phần tử khi tổ chức mạng
lưới. Việc tiêu chuẩn hóa giao thức giữa các phần tử có thể thực hiện nối thông giữa các
mạng có cấu hình khác nhau.

1.1.2.2. Mạng NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phải thực
hiện độc lập với mạng lưới
- Chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi.
- Chia tách cuộc gọi với truyền tải.
Mục tiêu chính của chia tách là làm cho dịch vụ thực sự độc lập với mạng,
thực hiện một cách linh hoạt và có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ. Thuê bao có thể
tự bố trí và xác định đặc trưng dịch vụ của mình, không quan tâm đến mạng truyền
tải dịch vụ và loại hình đầu cuối. Điều đó làm cho việc cung cấp dịch vụ và ứng
dụng có tính linh hoạt cao.
1.1.2.3. Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống
nhất
Mạng thông tin hiện nay, dù là mạng viễn thông, mạng máy tính hay mạng truyền
hình cáp, đều không thể lấy một trong các mạng đó làm nền tảng để xây dựng cơ sở hạ
tầng thông tin. Nhưng mấy năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ IP, người ta
mới nhận thấy rõ ràng là mạng viễn thông, mạng máy tính và mạng truyền hình cáp cuối
cùng rồi cũng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế lớn mà người ta thường
gọi là “dung hợp ba mạng”. Giao thức IP làm cho các dịch vụ lấy IP làm cơ sở đều có thể
thực hiện nối thông các mạng khác nhau; con người lần đầu tiên có được giao thức thống
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3
nhất mà ba mạng lớn đều có thể chấp nhận được; đặt cơ sở vững chắc về mặt kỹ thuật cho
hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia.
Giao thức IP thực tế đã trở thành giao thức ứng dụng vạn năng và bắt đầu được sử
dụng làm cơ sở cho các mạng đa dịch vụ, mặc dù hiện tại vẫn còn ở thế bất lợi so với các
chuyển mạch kênh về mặt khả năng hỗ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chất lượng dịch vụ
đảm bảo cho số liệu. Tốc độ đổi mới nhanh chóng trong thế giới Internet, mà nó được tạo
điều kiện bởi sự phát triển của các tiêu chuẩn mở sẽ sớm khắc phục những thiếu sót này.
1.1.2.4. Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng cũng ngày
càng tăng, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu về dịch vụ
Cung cấp đa dịch vụ bao gồm cả dịch vụ thoại và hội nghị thời gian thực

cũng như những dịch vụ thông tin: các dịch vụ Internet hiện tại và các dịch vụ sẽ sử
dụng trong tương lai. Đưa ra nhiều kiểu truyền thông đa phương tiện như: thoại,
video, hình ảnh và dữ liệu. Hỗ trợ tính lưu động của người dùng, thiết bị đầu cuối
và dịch vụ.
1.1.3. Cấu trúc mạng NGN cơ bản
1.1.3.1.Cấu trúc vật lý
Hình 1.1. Cấu trúc vật lý mạng NGN
*Các phần tử mạng trong NGN:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4
*Media gateway: Media Gateway cung cấp phương tiện để truyền tải thông tin
thoại, dữ liệu, fax và video giữa mạng gói IP và mạng PSTN. Trong mạng PSTN,
dữ liệu thoại được mang trên kênh DS0. Để truyền dữ liệu này vào mạng gói, mẫu
thoại cần được nén lại và đóng gói. Đặc biệt ở đây người ta sử dụng một bộ xử lý
tín hiệu số DSP (Digital Signal Processors) thực hiện các chức năng: chuyển đổi
AD (analog to digital), nén mã thoại/ audio, triệt tiếng dội, bỏ khoảng lặng, mã hóa,
tái tạo tính hiệu thoại, truyền các tín hiệu DTMF,…
*Media gateway controller: MGC là đơn vị chức năng chính của Softswitch. Nó
đưa ra các quy luật xử lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện các quy luật đó. Nó
điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc gọi. Ngoài ra nó còn giao tiếp với hệ thống
OSS và BSS.
MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau, như
PSTN, SS7, mạng IP. Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệu qua
các mạng khác nhau. Nó còn được gọi là Call Agent do chức năng điều khiển các
bản tin .
Một MGC kết hợp với MG, SG tạo thành cấu hình tối thiểu cho Softswitch.
*Signalling Gateway – SG: Signaling Gateway tạo ra một chiếc cầu giữa mạng báo
hiệu SS7 với mạng IP dưới sự điều khiển của Media Gateway Controller (MGC).
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.

*Feature Server, gatekeeper, Cung cấp chức năng điều khiển cuộc gọi theo mô
hình cuộc gọi, quá trình báo hiệu và cung cấp việc điều khiển Media gateway. Nó
cũng phải cung cấp các giao diện (giao diện chuẩn hay giao diện API mở) về phía
server ứng dụng để điều khiển dịch vụ.
*Server ứng dụng: Còn được biết đến với các tên SCP (Secure copy). Trong mạng
NGN, server ứng dụng được phát triển của trên nền tảng Web có thể thực hiện các
dịch vụ điều khiển Call server. Do đó, server ứng dụng có thể hiểu như một nền IT
đóng vai trò IN-SCF mở rộng các chức năng của chúng để kiểm soát các mô hình
hoạt động (scenarios) mạng mới.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
5
*Media server: Cung cấp các chức năng cho phép tương tác giữa các bên gọi và các
ứng dụng qua các thiết bị thoại.
*Messaging server: chịu trách nhiệm lưu trữ và điều khiển các bản tin đến, đi và
việc truyền các bản tin giữa các Messaging server khác nhau.
1.1.3.2.Cấu hình hệ chuyển mạch thế hệ mới - NGN
Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu. Nó
phân chia các khối vững chắc của tổng đài hiện nay thành các lớp mạng riêng lẽ,
các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn.
Sự thông minh của xử lý cuộc gọi cơ bản trong chuyển mạch của PSTN thực
chất là đã được tách ra từ phần cứng của ma trận chuyển mạch. Bây giờ, sự thông
minh ấy nằm trong một thiết bị tách rời gọi là chuyển mạch mềm (softswitch) cũng
được gọi là một bộ điều khiển cổng truyền thông (Media Gateway Controller) hoặc
là một tác nhân cuộc gọi (Call Agent), đóng vai trò phần tử điều khiển trong kiến
trúc mạng mới. Các giao diện mở hướng tới các ứng dụng mạng thông minh (IN-
Intelligent Network) và các server ứng dụng mới tạo điều kiện dễ dàng cho việc
nhanh chóng cung cấp dịch vụ và đảm bảo đưa ra thị trường trong thời gian ngắn.
Tại lớp truyền thông, các cổng được đưa vào sử dụng để làm thích ứng thoại
và các phương tiện khác với mạng chuyển mạch gói. Các media gateway này được
sử dụng để phối ghép hoặc với thiết bị đầu cuối của khách hàng (RGW- Residental

Gateway), với các mạng truy nhập (AGWAccess Gateway) hoặc với mạng PSTN
(TGW- Trunk Access). Các server phương tiện đặc biệt rất nhiều chức năng khác
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Service node
Call Processor
Data Bus
Subcriber, trunks
Lớp ứng dụng/dịch
vụ
Lớp điều khiển
Lớp truy nhập
Lớp chuyển
tải
Chuyển mạch kênh Chuyển mạch gói
Hình 1.2: Mô hình phân lớp hệ chuyển mạch NGN
6
nhau, chẳng hạn như cung cấp các âm quay số hoặc thông báo. Ngoài ra, chúng còn
có các chức năng tiên tiến hơn như : trả lời bằng tiếng nói tương tác và biến đổi văn
bản sang tiếng nói hoặc tiếng nói sang văn bản.
Các giao diện mở của kiến trúc mới này cho phép các dịch vụ mới được giới
thiệu nhanh chóng. Đồng thời chúng cũng tạo thuận tiện cho việc giới thiệu các
phương thức kinh doanh mới bằng cách chia tách chuỗi giá trị truyền thống hiện tại
thành nhiều dịch vụ có thể do các hãng khác nhau cung cấp.
Hệ thống chuyển mạch NGN được phân thành 4 lớp tách biệt thay vì tích
hợp thành một hệ thống như công nghệ chuyển mạch kênh hiện nay: lớp ứng dụng
và dịch vụ (Application-Service Layer), lớp điều khiển (Control Layer), lớp truyền
tải dịch vụ (Service Transport Layer), lớp truy nhập (Service Access Layer). Mô
hình phân lớp của hệ chuyển mạch thế hệ mới được mô tả trong hình 1.2
*Lớp ứng dụng và dịch vụ mạng.
Lớp ứng dụng và dịch vụ cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như dịch vụ

mạng thông minh IN trả tiền trước, dịch vụ giá trị gia tăng Internet cho khách
hàng thông qua lớp điều khiển. Hệ thống ứng dụng và dịch vụ mạng này liên kết với
lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ giao diện mở này mà VNPT
có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng các dịch vụ trên mạng.
*Lớp điều khiển.
Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển (Call controller) kết nối
cuộc gọi giữa các thuê bao thông qua việc điều khiển các thiết bị chuyển mạch
(ATM+IP) của Lớp truyền tải và các thiết bị truy nhập của Lớp truy nhập. Lớp điều
khiển có chức năng kết nối cuộc gọi thuê bao với Lớp ứng dụng và dịch vụ. Các
chức năng như quản lý, chăm sóc khách hàng, tính cước cũng được tích hợp trong
lớp điều khiển.
*Lớp truyền tải.
Bao gồm các nút chuyển mạch (ATM+IP) và các hệ thống truyền dẫn thực
hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến các cuộc gọi giữa các thuê bao của Lớp
truy nhập dưới sự điều khiển của thiết bị điều khiển thuộc lớp điều khiển.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
7
*Lớp truy nhập.
Bao gồm các thiết bị truy nhập cung cấp các cổng kết nối với thiết bị đầu
cuối thuê bao qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, cáp quang hoặc vô tuyến. Các
thiết bị truy nhập có thể cung cấp các loại cổng truy nhập cho các loại thuê bao sau:
POST, VOIP, IP, FR, X.25, ATM, xDLS, di động v.v
1.2.Định hướng mạng NGN của VNPT
1.2.1.Sự cần thiết chuyển đổi công nghệ mạng
Yếu tố hàng đầu là tốc độ phát triển theo hàm số mũ của nhu cầu truyền dẫn
dữ liệu và các dịch vụ dữ liệu là kết quả của tăng trưởng Internet mạnh mẽ. Các hệ
thống mạng công cộng hiện nay chủ yếu được xây dựng nhằm truyền dẫn lưu lượng
thoại, truyền dữ liệu thông tin và video đã được vận chuyển trên các mạng chồng
lấn, tách rời được triển khai để đáp ứng những yêu cầu của chúng. Do vậy, một sự
chuyển đổi sang hệ thống mạng chuyển mạch gói tập trung là không thể tránh khỏi

khi mà dữ liệu thay thế vị trí của thoại và trở thành nguồn tạo ra lợi nhuận chính.
Cùng với sự bùng nổ Internet trên toàn cầu, rất nhiều khả năng mạng thế hệ mới sẽ
dựa trên giao thức IP. Tuy nhiên, thoại vẫn là một dịch vụ quan trọng và do đó,
những thay đổi này dẫn tới yêu cầu truyền thoại chất lượng cao qua IP.
*Những lý do chính dẫn tới sự xuất hiện của mạng thế hệ mới:
*Cải thiện chi phí đầu tư.
Công nghệ căn bản liên quan đến chuyển mạch kênh truyền thống được cải
tiến chậm trễ và chậm triển khai kết hợp với nền công nghiệp máy tính. Các chuyển
mạch kênh này hiện đang chiếm phần lớn trong cơ sở hạ tầng PSTN. Tuy nhiên
chúng chưa thật sự tối ưu cho mạng truyền số liệu. Kết quả là ngày càng có nhiều
dòng lưu lượng số liệu trên mạng PSTN đến mạng Internet và sẽ xuất hiện một giải
pháp với định hướng số liệu làm trọng tâm để thiết kế mạng chuyển mạch tương lai,
nền tảng dựa trên công nghệ chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu.
*Xu thế đổi mới viễn thông.
Khác với khía cạnh kỹ thuật, quá trình giải thể đang ảnh hưởng mạnh mẽ đến
cách thức hoạt động của các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới. Xuyên suốt
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
8
quá trình được gọi là “mạch vòng nội hạt không trọn gói”, các luật lệ của chính phủ
trên toàn thế giới đã ép buộc các nhà khai thác lớn phải mở cửa để các công ty mới
tham gia thị trường cạnh tranh. Trên quan điểm chuyển mạch, các nhà cung cấp
thay thế phải có khả năng giành được khách hàng địa phương nhờ đầu tư trực tiếp
vào “ những dặm cuối cùng” của đường cáp đồng. Điều này dẫn đến việc gia tăng
cạnh tranh.
*Các nguồn doanh thu mới.
Dự báo hiện nay cho thấy mức suy giảm trầm trọng của doanh thu thoại và
xuất hiện mức tăng doanh thu đột biến do các dịch vụ giá trị gia tăng mang lại. Kết
quả là phần lớn các nhà khai thác truyền thống sẽ phải tái định mức mô hình kinh
doanh của họ dưới ánh sáng của các dự báo này. Cùng lúc đó, các nhà khai thác mới
sẽ tìm kiếm mô hình kinh doanh mới cho phép họ nắm lấy thị phần, mang lại lợi

nhuận cao hơn trên thị trường viễn thông.
Các cơ hội kinh doanh mới bao gồm các ứng dụng đa dạng tích hợp với các
dịch vụ của mạng viễn thông hiện tại, số liệu Internet, các ứng dụng video.
1.2.2. Các yêu cầu đối với cấu trúc mạng thế hệ mới của VNPT
Trước hết các nhà cung cấp dịch vụ chính thống phải xem xét cơ sở TDM mà
họ đã lắp đặt và do vậy phải đối đầu với quyết định khó khăn về việc nâng cấp hệ
thống này, nên đầu tư vốn cho thiết bị chuyển mạch kênh và xây dựng một mạng
NGN xếp chồng, hay thậm chí nên thay thế các tổng đài truyền thống bằng những
chuyển mạch công nghệ mới sau này. Họ cũng phải xem xét ảnh hưởng của sự gia
tăng lưu lượng Internet quay số trực tiếp với thời gian giữ máy ngắn hơn nhiều. Để
duy trì cạnh tranh các nhà khai thác này cần tìm ra phương pháp cung cấp các dịch
vụ mới cho các khách hàng của họ trong thời kỳ quá độ trước khi các mạng của họ
tiến triển sang NGN một cách đầy đủ.
Vấn đề lớn nhất cần cân nhắc khi sắp tới cần hỗ trợ dịch vụ thoại qua IP và
hàng loạt các dịch vụ giá trị gia tăng khác là cơ chế “best effort” phân phối các gói
tin không còn đủ đáp ứng nữa. Một thách thức căn bản ở nay là mở rộng mạng IP
theo nhiều hướng, khả năng cung cấp đa dịch vụ trong khi vẫn giữ được ưu thế của
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
9
mạng IP. Để đảm bảo QoS cần thiết, các nhà khai thác sẽ phải có khả năng cam kết
cung cấp các thỏa thuận về mức dịch vụ (SLA), các yêu cầu về băng tần và các
tham số chất lượng.
Một khía cạnh khác bảo đảm chất lượng là quy mô mạng phải đủ lớn để cung
cấp cho khách hàng nhằm chống lại hiện tượng nghẽn cổ chai trong lưu lượng của
mạng lõi. Một trong những đặc trưng của NGN chính là khả năng tăng số lượng của
các giao diện mở, nhưng điều đó cũng hàm chứa các nguy cơ đe dọa an ninh của
mạng. Do đó, đảm bảo an toàn thông tin trở thành vấn đề sống còn của các nhà
khai thác nhằm bảo vệ mạng chống lại sự tấn công từ phía các tin tặc. Các công cụ
an ninh và mật mã hóa phải luôn luôn sẵn sàng.
Một vấn đề không kém phần quan trọng là vấn đề về các giải pháp quản lý

thích hợp cho mạng NGN. Trong khi mong muốn xây dựng một mạng quản lý phải
làm việc trong một môi trường đa nhà đầu tư, đa nhà khai thác, đa dịch vụ còn
mang tính logic, tuy vậy nó vẫn bộc lộ là điểm rất cần lưu ý. Mặc dù còn phải 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 thuyết phục và sẽ mang lại nhiều lợi ích như giảm chi
phí khai thác, dịch vụ đa dạng.
Tất cả những yếu tố trên dường như làm cho NGN mang đậm sự phức tạp.
Tuy nhiên nên nhìn mạng NGN trong mạng thông tin toàn cầu ngày nay, trong đó
các mạng chuyển mạch kênh truyền thống và chuyển mạch gói song song tồn tại,
các mạng di động và cố định không đơn giản trong việc cùng khai thác, và thậm chí
các thành phần mạng khác nhau trên mạng cũng yêu cầu phần quản lý riêng biệt.
Trên quan điểm đó, NGN hướng về một cái gì đó hết sức phức tạp, nhưng sẽ cho
phép tiết kiệm chi phí khai thác một cách thích đáng.
Cấu trúc mạng viễn thông thế hệ mới NGN của VNPT phải đảm bảo các yêu
cầu sau:
- Cung cấp các dịch vụ thoại và truyền số liệu băng rộng bao gồm: thoại, Fax, di
động, ATM, IP, IP-VPN, FR, X25, xDSL, IN v.v trên cơ sở hạ tầng thông tin
thống nhất.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
10
- Mạng có cấu trúc đơn giản, giảm tối thiểu cấp chuyển mạch nhằm nâng cao chất
lượng dịch vụ và hạ thấp giá thành dịch vụ.
- Cấu trúc phải có tính mở, có độ linh hoạt và tính sẵn sàng cung cấp dịch vụ cao.
- Mạng tuân thủ theo các tiêu chuẩn quốc tế được Tổng cục Bưu điện lựa chọn áp
dụng cho mạng viễn thông Việt Nam đảm bảo tính tương thích kết nối với các
mạng khác, các nhà khai thác khác.
- Cấu trúc mạng phải đảm bảo tính an toàn cao nhằm duy trì chất lượng dịch vụ
và đáp ứng nhu cầu phục vụ an ninh quốc phòng.
- Bảo toàn vốn đầu tư của VNPT đối với mạng hiện tại.
- Cấu trúc mạng được tổ chức không phụ thuộc vào địa giới hành chính.

- Hệ thống quản lý mạng, quản lý dịch vụ có tập trung cao, bảo đảm việc cung
cấp dịch vụ đến tận các thuê bao thuộc các vùng hành chính khác nhau.
1.2.3 Cấu trúc mạng NGN của VNPT
Hình 1.3.Sơ đồ triển khai mạng NGN của VNPT.
Để phục vụ cho các dịch vụ thông tin như thoại, số liệu, fax, telex và các
dịch vụ khác như điện thoại di động , nhắn tin,… nên nước ta hiện nay ngoài mạng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
11
chuyển mạch công cộng còn có các mạng của một số dịch vụ khác. Riêng mạng
Telex không kết nối với mạng thoại của VNPT, còn các mạng khác đều được kết
nối vào mạng của VNPT thông qua các kênh trung kế hoặc các bộ MSU (Main
Switch Unit), một số khác lại truy nhập vào mạng PSTN qua các kênh thuê bao
bình thường, sử dụng kỹ thuật DLC (Digital Loop Carrier), kỹ thuật truy nhập vô
tuyến,…
Về cấu trúc mạng, mạng viễn thông của VNPT hiện nay chia thành 3 cấp:
cấp quốc tế, cấp quốc gia, cấp nội tỉnh/thành phố.
Xét về khía cạnh các chức năng của các hệ thống thiết bị trên mạng thì mạng
viễn thông bao gồm: mạng chuyển mạch, mạng truy nhập, mạng truyền dẫn và các
mạng chức năng.
Giải pháp xây dựng NGN của VNPT lựa chọn là giải pháp SURPASS của
Siemens. Với lựa chọn này NGN sẽ sử dụng thiết bị của Siemens cụ thể là hiQ, hiA,
hiG…Theo cấu trúc đó NGN sẽ có cấu trúc 3 lớp: lớp truyền tải, truy cập, điều
khiển.
*Phân vùng lưu lượng.
Cấu trúc mạng thế hệ mới 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 thuê 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.
- Vùng 2: các tỉnh Hà nội, Hà tây, Bắc ninh.
- Vùng 3: các tỉnh Miền trung và Tây nguyên.
- Vùng 4: thành phố Hồ Chí Minh.
- Vùng 5: các tỉnh phía nam trừ Tp Hồ Chí Minh.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
12
*Tổ chức lớp ứng dụng và dịch vụ.
Lớp ứng dụng và dịch vụ được tổ chức thành một cấp cho toàn mạng nhằm
bảo đảm cung cấp dịch vụ đến tận nhà thuê bao một cách thống nhất và đồng bộ. Số
lượng nút ứng dụng và dịch vụ phụ thuộc vào lưu lượng dịch vụ cũng như số lượng
và loại hình dịch vụ.
Node ứng dụng và dịch vụ được kết nối ở mức Gigabit Ethernet 1+1 với
node điều khiển và được đặt tại các trung tâm mạng NGN tại Hà nội và Tp. HCM
cùng với các node điều khiển.
*Tổ chức lớp điều khiển.
Hình 1.4: Cấu hình kết nối lớp điều khiển và ứng dụng mạng NGN
Lớp điều khiển được tổ chức thành một cấp cho toàn mạng thay vì có 4 cấp
như hiện nay (Quốc tế, liên tỉnh, tandem nội hạt và nội hạt) và được phân theo vùng
lưu lượng, nhằm giảm tối đa cấp mạng và tận dụng năng lực xử lý cuộc gọi cực lớn
của thiết bị điều khiển thế hệ mới, giảm chi phí đầu tư trên mạng.
Lớp điều khiển có chức năng điều khiển lớp truyền tải và lớp truy nhập cung
cấp các dịch vụ mạng NGN, gồm nhiều module như module điều khiển kết nối
ATM, điều khiển định tuyến kết nối IP, điều khiển kết nối cuộc gọi thoại, báo hiệu
số 7.
Số lượng node điều khiển phụ thuộc vào lưu lượng phát sinh của từng vùng
lưu lượng phát sinh của từng vùng lưu lượng, được tổ chức thành cặp (Plane A&B)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Service Nodes Service Nodes
Lớp dịch vụ & ứng dụng

Lớp điều khiển
Lớp chuyển tải
TP.HCM
M.Trung
Hà nội
M.Nam
M.Bắc