Mạng thế hệ mới

Mạng thế hệ mới
Biên tập bởi:
Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên


Mạng thế hệ mới
Biên tập bởi:
Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên
Các tác giả:
Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên

Phiên bản trực tuyến:
/>

MỤC LỤC
1. Bài 1: Tổng quan về Mạng thế hệ mới
1.1. Tổng quan về Mạng thế hệ mới
2. Bài 2: Cấu trúc mạng NGN
2.1. Kết nối mạng hiện tại lên mạng NGN
2.2. Cấu trúc vật lý của NGN
2.3. Các công nghệ làm nền cho Mạng thế hệ mới
3. Bài 3: Các dịch vụ trong mạng NGN
3.1. Giới thiệu
3.2. Các dịch vụ kỹ thuật, công nghệ NGN
3.3. Các dịch vụ người sử dụng trong NGN
3.4. Kiến trúc phân lớp của dịch vụ NGN
4. Bài 4: Các công nghệ mạng tốc độ cao
4.1. Các đặc điểm của mạng 10BaseX Ethernet
4.2. Các đặc điểm của Fast Ethernet (100BaseT)
4.3. Mạng Ethernet Gigabit và 10 Gigabit (IEEE 802.3z a e)
4.4. 40 and 100 Gbps Ethernet initiatives

5. Bài 5: Địa chỉ IPv6
5.1. Tổng quát chung về địa chỉ IP
5.2. Cấu trúc và đặc điểm các dạng địac hỉ IPv6
5.3. Cơ chế cấp phát và cách thiết lập địa chỉ IPv6
6. Bài 6 : Công nghệ VoIP (Voice over Internet Protocol)
6.1. Giới thiệu về công nghệ VoIP
6.2. Hoạt động của VoIP
6.3. Các giao thức-chuẩn sử dụng trong VoIP
6.4. Chất lượng dịch vụ cho VoIP
6.5. Những thuận lợi và khó khăn trong việc lựa chọn VoIP
7. Bài 7: Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS - Multiprotocol Label Switching)
7.1. Tổng quan về MPLS
7.2. Hoạt động của MPLS
7.3. Kiến trúc MPLS
8. Bài 8: Công nghệ WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)
8.1. Tổng quan về WiFi
8.2. Wimax

1/163


9. Bài 9: Chất lượng dịch vụ và bảo mật trong mạng NGN (QoS and Security)
9.1. Bảo mật
9.2. Chất lượng dịch vụ (QoS)
10. Bài 10: Công nghệ mạng Peer to Peer
10.1. Khái quát về công nghệ P2P
10.2. Ưu điểm của công nghệ P2P với Client-Server
10.3. Mạng ngang hàng có cấu trúc và không có cấu trúc
11. Bài 11: Các cấu trúc mạng P2P
11.1. Distributed Hash Table (DHT) và Chord

11.2. Pastry
11.3. Mạng CAN ( Content Addressable Network)
11.4. Peer to Peer Security
Tham gia đóng góp

2/163


Bài 1: Tổng quan về Mạng thế hệ mới
Tổng quan về Mạng thế hệ mới
Tổng quan về mạng hiện tại
Mạng Client/Server
Client/Server là mô hình tổng quát nhất, trên thực tế thì một server có thể được nối
tới nhiều server khác nhằm làm việc hiệu quả và nhanh hơn. Khi nhận được 1 yêu cầu
từ client, server này có thể gửi tiếp yêu cầu vừa nhận được cho server khác ví dụ như
database server vì bản thân nó không thể xử lý yêu cầu này được. Máy server có thể thi
hành các nhiệm vụ đơn giản hoặc phức tạp. Ví dụ như một máy chủ trả lời thời gian
hiện tại trong ngày, khi một máy client yêu cầu lấy thông tin về thời gian nó sẽ phải gửi
một yêu cầu theo một tiêu chuẩn do server định ra, nếu yêu cầu được chấp nhận thì máy
server sẽ trả về thông tin mà client yêu cầu. Có rất nhiều các dịch vụ server trên mạng
nhưng nó đều hoạt động theo nguyên lý là nhận các yêu cầu từ client sau đó xử lý và trả
kết quả cho client yêu cầu. Thông thường chương trình server và client được thi hành
trên hai máy khác nhau. Cho dù lúc nào server cũng ở trạng thái sẵn sàng chờ nhận yêu
cầu từ client nhưng trên thực tế một tiến trình liên tác qua lại (interaction) giữa client và
server lại bắt đầu ở phía client, khi mà client gửi tín hiệu yêu cầu tới server. Các chương
trình server thường đều thi hành ở mức ứng dụng (tầng ứng dụng của mạng). Sự thuận
lợi của phương pháp này là nó có thể làm việc trên bất cứ một mạng máy tính nào có hỗ
trợ giao thức truyền thông chuẩn cụ thể ở đây là giao thức TCP/IP. Với các giao thức
chuẩn này cũng giúp cho các nhà sản xuất có thể tích hợp nhiều sản phẩm khác nhau
của họ lên mạng mà không gặp phải khó khăn gì. Với các chuẩn này thì các chương

trình server cho một dịch vụ nào đấy có thể thi hành trên một hệ thống chia sẻ thời gian
(timesharing system) với nhiều chương trình và dịch vụ khác hoặc nó có thể chạy trên
chính một máy tính các nhân bình thường. Có thể có nhiều chương server cùng làm một
dịch vụ, chúng có thể nằm trên nhiều máy tính hoặc một máy tính. Với mô hình trên
chúng ta nhận thấy rằng mô hình client/server chỉ mang đặc điểm của phần mềm không
liên quan gì đến phần cứng mặc dù trên thực tế yêu cầu cho một máy server là cao hơn
nhiều so với máy client. Lý do là bởi vì máy server phải quản lý rất nhiều các yêu cầu từ
các clients khác nhau trên mạng. Ưu và nhược điểm chính Có thể nói rằng với mô hình
client/server thì mọi thứ dường như đều nằm trên bàn của người sử dụng, nó có thể truy
cập dữ liệu từ xa (bao gồm các công việc như gửi và nhận file, tìm kiếm thông tin, ...)
với nhiều dịch vụ đa dạng mà mô hình cũ không thể làm được. Mô hình client/server
cung cấp một nền tảng lý tưởng cho phép tích hợp các kỹ thuật hiện đại như mô hình
thiết kế hướng đối tượng, hệ chuyên gia, hệ thông tin địa lý (GIS) ... Một trong những
vấn đề nảy sinh trong mô hình này đó là tính an toàn và bảo mật thông tin trên mạng.

3/163


Do phải trao đổi dữ liệu giữa 2 máy ở 2 khu vực khác nhau cho nên dễ dàng xảy ra hiện
tượng thông tin truyền trên mạng bị lộ.
Client Trong mô hình client/server, người ta còn định nghĩa cụ thể cho một máy client là
một máy trạm mà chỉ được sử dụng bởi 1 người dùng với để muốn thể hiện tính độc lập
cho nó. Máy client có thể sử dụng các hệ điều hành bình thường như Win9x, DOS, OS/
2... Bản thân mỗi một client cũng đã được tích hợp nhiều chức năng trên hệ điều hành
mà nó chạy, nhưng khi được nối vào một mạng LAN, WAN theo mô hình client/server
thì nó còn có thể sử dụng thêm các chức năng do hệ điều hành mạng (NOS) cung cấp với
nhiều dịch vụ khác nhau (cụ thể là các dịch vụ do các server trên mạng này cung cấp),
ví dụ như nó có thể yêu cầu lấy dữ liệu từ một server hay gửi dữ liệu lên server đó...
Thực tế trong các ứng dụng của mô hình client/server, các chức năng hoạt động chính là
sự kết hợp giữa client và server với sự chia sẻ tài nguyên, dữ liệu trên cả 2 máy Vai trò

của client Trong mô hình client/server, client được coi như là người sử dụng các dịch vụ
trên mạng do một hoặc nhiều máy chủ cung cấp và server được coi như là người cung
cấp dịch vụ để trả lời các yêu cầu của các clients. Điều quan trọng là phải hiểu được vai
trò hoạt động của nó trong một mô hình cụ thể, một máy client trong mô hình này lại có
thể là server trong một mô hình khác. Ví dụ cụ thể như một máy trạm làm việc như một
client bình thường trong mạng LAN nhưng đồng thời nó có thể đóng vai trò như một
máy in chủ (printer server) cung cấp dịch vụ in ấn từ xa cho nhiều người khác (clients)
sử dụng. Client được hiểu như là bề nổi của các dịch vụ trên mạng, nếu có thông tin vào
hoặc ra thì chúng sẽ được hiển thị trên máy client
Mạng Peer to Peer
Mạng ngang hàng là một cấu trúc được tạo nên bởi các máy tính liên kết với nhau, vai
trò của mỗi máy tính là như nhau, mỗi máy tính là một phần và duy trì sự tồn tại của
mạng ngang hàng. Các máy tính trong mạng thường xuyên liên lạc với các máy tính
khác để ổn định mạng và chia sẻ dữ liệu với nhau.Mỗi máy tính gửi các thông tin lên
toàn mạng cho biết sự có mặt của nó và duy trì . Mạng ngang hàng thường được sử dụng
để kết nối các máy thông qua một lượng kết nối dạng ad hoc. Mạng ngang hàng có nhiều
ứng dụng. Ứng dụng thường xuyên gặp nhất là chia sẻ tệp tin, tất cả các dạng như âm
thanh, hình ảnh, dữ liệu,... hoặc để truyền dữ liệu thời gian thực như điện thoại VoIP.
Một mạng ngang hàng đúng nghĩa không có khái niệm máy chủ và máy khách, nói cách
khác, tất cả các máy tham gia đều bình đẳng và được gọi là peer, là một nút mạng đóng
vai trò đồng thời là máy khách và máy chủ đối với các máy khác trong mạng. Dữ liệu
được chứa trên các máy tính và chia sẽ trực tiếp với nhau cũng thông qua các máy tinh
trong mạng.
Một số mạng hay kênh như Napster, IRC (thuộc thế hệ thứ nhất) sử dụng mô hình máy
chủ-máy khách cho một số tác vụ và mô hình ngang hàng cho những tác vụ khác. Ngược
lại, các mạng như Gnutella hay Freenet (thế hệ thứ 2) sử dụng mô hình ngang hàng cho

4/163

tất cả các tác vụ, nên các mạng này thường được xem như là mạng ngang hàng đúng
nghĩa (thực ra Gnutella vẫn sử dụng một số máy chủ để giúp các máy trong mạng tìm
kiếm địa chỉ IP của nhau).
Cấu trúc mạng ngang hàng là biểu hiện của một trong những khái niệm quan trọng nhất
của Internet, mô tả trong "RFC 1, Host Software" xuất bản ngày 7 tháng 4 năm 1969.
Gần hơn, khái niệm này đã được sự công nhận rộng rãi trong các cấu trúc chia sẻ nội
dung mà không có máy chủ trung tâm.
Khái niệm mạng ngang hàng ngày nay được tiến hóa vào nhiều mục đích sử dụng khác
nhau, không chỉ để trao đổi tệp mà còn khái quát hóa thành trao đổi thông tin giữa người
với người, đặc biệt trong những tình huống hợp tác giữa một nhóm người trong cộng
đồng.

Mạng thế hệ mới
Định nghĩa
NGN là bước tiếp theo trong lĩnh vực truyền thông thế giới, truyền thống được hỗ trợ
bởi 3 mạng lưới: mạng thoại PSTN, mạng không dây và mạng số liệu (Internet). NGN
hội tụ cả 3 mạng trên vào một kết cấu thống nhất để hình thành một mạng chung, thông
minh, hiệu quả cho phép truy xuất toàn cầu, tích hợp nhiều công nghệ mới, ứng dụng
mới và mở đường cho các cơ hội kinh doanh phát triển.
Có thể đề cập tới ba loại hình dịch vụ thúc đẩy sự ra đời của NGN: Dịch vụ truyền thông
thời gian thực (real-time services) và phi thời gian thực (non real-time services); dịch
vụ nội dung (content services) và các hoạt động giao dịch (transaction services). Đến
lượt mình, NGN tạo điều kiện để các nhà cung cấp dịch vụ tăng cường khả năng kiểm
soát, tính bảo mật, và độ tin cậy trong khi giảm thiểu được chi phí vận hành
Nguyên nhân xuất hiện NGN
- Thứ nhất: do các nhà khai thác dịch vụ cạnh tranh và các nhà khai thác cấp trên cùng
phụ thuộc vào một tập hữu hạn các sản phẩm tổng đài điện thoại nội hạt, chính điều đó
buộc họ phải cung cấp các dịch vụ giống nhau. Và khi đã cung cấp các dịch vụ giống
nhau thì chỉ có một con đường duy nhất để thu hút khách hàng đó là chính sách giá cả,
muốn có một lượng khách hàng lớn thì phải giảm giá cước. Nhưng chỉ tạo sự chênh lệch

về mặt giá cả vốn đã không phải là một chiến lược kinh doanh lâu dài tốt trong lĩnh vực
viễn thông. Nếu có giải pháp nào đó mà cho pháp tạo ra các dịch vụ thật sự mới và hấp
dẫn thì các nhà khai thác sẽ có cơ hội tạo sự khác biệt về mặt dịch vụ chứ không chỉ về
giá cước.

5/163


- hứ hai: khi xét về khía cạnh đầu tư, thì đối với bất kỳ một nhà đầu tư nào, trước khi có
ý định đầu tư vào việc xây dựng mạng, thì yếu tố quan trọng đầu tiên mang tính quy't
định đó là thời gian đầu tư và hoàn vốn, mà động lực của nó là tỷ lệ giữa sự đổi mới và
kết quả dự báo về kinh t' của công nghệ lõi được chọn trong mạng. Do thời gian phát
triển nhanh và chi phí vận hành cũng như bảo dưỡng các mạng chuyển mạch gói thấp
hơn nhiều so với chuyển mạch kênh, nên các nhà điều hành mạng ngày nay tập trung
chú ý đ'n công nghệ chuyển mạch gói IP.
Do vậy, khi càng ngày càng nhiều lưu lượng dữ liệu chảy vào mạng qua Internet, thì cần
phải có một giải pháp mới, đặt trọng tâm vào dữ liệu, cho việc thiết k' chuyển mạch của
tương lai dựa trên công nghệ gói để chuyển tải chung cả thoại và dữ liệu. Như một sự
lựa chọn, các nhà cung cấp dịch vụ đã và đang cố gắng hướng tới việc xây dựng một
mạng thế hệ mới Next Generation Network - NGN trên đó hội tụ các dịch vụ thoại, số
liệu, đa phương tiện trên một mạng duy nhất - sử dụng công nghệ chuyển mạch gói trên
mạng xương sống (Backbone Network). Đây là mạng của các ứng dụng mới và các khả
năng mang lại lợi nhuận mà chỉ đòi hỏi giá
thành thấp. Và đó không chỉ là mạng phục vụ thông tin thoại, cũng không chỉ là mạng
phục vụ tryền số liệu mà đó là một mạng thống nhất, mạng hội tụ đem lại ngày càng
nhiều các dịch vụ tiên tiến đáp ứng nhu cầu ngày một tăng, và khắt khe hơn từ phía
khách hàng.
Mạng thế hệ mới NGN không phải là một cuộc cách mạng về mặt công nghệ mà nó là
một bước phát triển, một xu hướng tất yếu. Hạ tầng cơ sở mạng của thế kỷ 20 không thể
được thay thế trong một sớm một chiều, vì thế NGN phải tương thích tốt với môi trường

mạng sẵn có và phải kết nối hiệu quả với mạng PSTN.
Những vấn đề mà mạng thế hệ mới cần giải quy't gồm :
- Vấn đề báo hiệu và điều khiển trên nhiều loại giao thức khác nhau cho hội tụ thông tin
thoại, fax, số liệu, đa phương tiện.
- Vấn đề kết nối với mạng chuyển mạch kênh hiện hữu, đặc biệt là kết nối phần báo hiệu
(mạng SS7).
- Vấn đề phát triển dịch vụ
Giải pháp cốt lõi trong mạng NGN chính là công nghệ Softswitch công nghệ chuyển
mạch mềm
Đặc điểm của mạng thế hệ mới
Sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm (SW-SoftSwitch) thay thế các thiết bị tổng đài
chuyển mạch phần cứng (hardware) cồng kềnh. Các mạng của từng dịch vụ riêng rẽ
6/163


được kết nối với nhau thông qua sự điều khiển của một thiết bị tổng đài duy nhất, thiết
bị tổng đài này dựa trên công nghệ SW được ví như là 'trái tim' của NGN.
Mạng hội tụ thoại và dữ liệu, cố định và di động. Các loại tín hiệu được truyền tải theo
kỹ thuật chuyển mạch gói, xu hướng sắp tới đang tiến dần lên sử dụng mạng IP với kỹ
thuật QoS như MPLS.
Mạng băng thông rộng cung cấp đa dịch vụ: Mạng truyền dẫn quang với công nghệ
WDM (Wavelength Division Multiplexing) hay DWDM (dense WDM).
Công nghệ và những vấn đề cần quan tâm khi phát triển NGN

7/163


Bài 2: Cấu trúc mạng NGN
Kết nối mạng hiện tại lên mạng NGN
Kết nối với mang PSTN

Kết nối mạng NGN với mạng PSTN hiện tại được thực hiện thông qua thiết bị gh p
luồng trung k' (Trunking Gateway-TGW) ở mức nxE1 và báo hiệu số 7. Không sử dụng
báo hiệu R2 cho kết nối này. Cấu hình kết nối được mô tả trong hình 5.8

Cấu hình kết nối NGN-PSTN
Các thiết bị Trunking gateway có tính năng chuyển tiếp các cuộc gọi thoại tiêu chuẩn
64kb/s hoặc các cuộc gọi thoại VOIP qua mạng NGN.
Điểm kết nối được thực hiên tại tổng đài Host hoặc tandem nội hạt và tổng đài gateway
quốc t' 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 64kb/s .

8/163


Các cuộc thoại liên tỉnh tiêu chuẩn 64kb/s liên tỉnh hoặc quốc tế từ các tổng đài Host
PSTN sẽ được chuyển tiếp qua mạng NGN tới các Host khác hoặc tới tổng đài gateway
quốc tế.

Kết nối với mạng Internet
Kết nối mạng NGN với trung tâm mạng Internet ISP và IAP được thực hiện tại node
ATM+IP quốc gia thông qua giao tiếp ở mức LAN. Tốc độ cổng LAN không thấp hơn
tốc độ theo chuẩn Gigabit Ethernet (GbE). N'u trung tâm mạng không cùng vị trí đặt
node ATM+IP quốc gia thì sử dụng kết nối LAN qua cổng quang 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 ATM+IP nội vùng thông qua giao tiếp
ở mức LAN. Tốc độ cổng LAN phụ thuộc vào qui mô của POP. N'u POP không cùng vị
trí đặt node ATM+IP 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 mạng Internet POP tích hợp
được thực hiện tại bộ tập trung ATM hoặc tại các node ATM+IP nội vùng thông qua
giao tiếp ATM tuỳ thuộc vào vị trí của POP tích hợp.
Tốc độ cổng ATM phụ thuộc vào qui mô của POP nhưng ít nhất là nxE1. Cấu hình kết
nối được mô tả trong hình 5.9

9/163


Cấu hình kết nối NGN-Internet-PSTN

10/163


Cấu trúc vật lý của NGN
Cấu trúc vật lý
Xét về mặt kiến trúc thì mạng NGN có thể được chia ra làm bốn lớp chức năng như sau:

Cấu trúc lớp mạng NGN
Cấu trúc mạng NGN bao gồm 5 lớp chức năng: lớp truy nhập dịch vụ (service access
layer), lớp chuyển tải dịch vụ (service transport/core layer), lớp điều khiển (control
layer), lớp ứng dụng/dịch vụ (application/service layer) và lớp quản lý (management
layer). Hình 1 thể hiện cấu trúc của NGN.
Lớp ứng dụng/dịch vụ: Lớp ứng dụng và dịch vụ cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như
dịch vụ mạng thông minh IN (Intelligent network), 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 nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng các
dịch vụ trên mạng. Trong môi trường phát triển cạnh tranh sẽ có rất nhiều thành phần
tham gia kinh doanh trong lớp này.

Lớp điều khiển: Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển kết nối cuộc gọi giữa
các thuê bao thông qua việc điều khiển các thiết bị chuyển mạch (ATM+IP) của lớp
chuyển 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/dịch vụ. Các chức năng như quản lý, chăm sóc
khách hàng, tính cước cũng được tích hợp trong lớp điều khiển.

11/163


Lớp chuyển tải dịch vụ: Bao gồm các nút chuyển mạch (ATM+IP) và các hệ thống
truyền dẫn (SDH, WDM), 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 cuộc gọi
thuộc lớp điều khiển. Hiện nay đang còn nhiều tranh cãi khi sử dụng ATM hay MPLS
cho lớp chuyển tải này.
Lớp truy nhập dịch vụ : 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, hoặc cáp quang,
hoặc thông qua môi trường vô tuyến (thông tin di động, vệ tinh, truy nhập vô tuyến cố
định...)Lớp quản lý: Đây là lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp trên. Các chức năng quản lý
được chú trọng là: quản lý mạng, quản lý dịch vụ, quản lý kinh doanh.

Mô hình kiến trúc mạng NGN

Các thành phần mạng và chức năng
+ Lớp truyền tải: Chức năng cơ bản của lớp truyền tải là xử lý, chuyển vận gói tin. Lớp
này bao gồm các thiết bị đảm nhiệm đóng mở gói, định tuy'n, chuyển gói tin d−ới sự
điều khiển của lớp Điều khiển và báo hiệu cuộc gọi (Call Control and Signaling Plane).
12/163


Lớp truyền tải được phân chia làm ba miền con

- Miền truyền tải thông tin theo giao thức IP Miền này bao gồm:
+ Mạng truyền dẫn backbone.
+ Các thiết bị mạng như : Router, Switch. + Các thiết bị cung cấp cơ chế QoS. - Miền
liên kết mạng:
Miền liên kết mạng với nhiệm vụ chính nhận các dữ liệu đ'n, chuyển đổi khuôn dạng dữ
liệu cho phù hợp để thông tin có thể truyền thông một cách trong suốt trên toàn bộ mạng.
Trong miền này là tập hợp các Gateway như Signaling Gateway, Media Gateway, trong
đó, Signaling Gateway thực hiện chức năng cầu nối giữa mạng PSTN và mạng IP và ti'n
hành phiên dịch thông tin báo hiệu giữa hai mạng này. Media Gateway thực hiện quá
trình chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu giữa các môi tr−ờng truyền thông khác nhau.
- Miền truy nhập không dựa trên giao thức IP
Trong miền này bao gồm các thiết bị truy cập cung cấp các cổng kết nối cho thiết bị
đầu cuối thuê bao. cung cấp các dịch vụ như POTS, IP, VoIP, ATM FR, xDSL, X25,
IP-VPN.
+ Lớp điều khiển và báo hiệu cuộc gọi: Đây là lớp trung tâm của hệ thống thực thi quá
trình điều khiển, giám sát và xử lý cuộc gọi nhằm cung cấp các dịch vụ thông suốt từ
đầu cuối đ'n đầu cuối (end-toend) với bất cứ loại giao thức và báo hiệu nào. Thực thi
quá trình giám sát các kết nối cuộc gọi giữa các thuê bao thông qua việc điều khiển các
thành phần của lớp truyền tải -Transport Plane. Quá trình xử lý và báo hiệu cuộc gọi về
bản chất có nghĩa là xử lý các yêu cầu của thuê bao về việc thiết lập và huỷ bỏ cuộc gọi
thông qua các bản tin báo hiệu. Lớp này còn có chức năng kết nối cuộc gọi thuê bao với
lớp ứng dụng và dịch vụ - Service and Application Plane. Các chức năng này sẽ được
thực thi thông qua các thiết bị như Media Gateway Controller ( hay Call Agent hay Call
Controller ), các SIP Server hay Gatekeeper.
+ Lớp ứng dụng và dịch vụ: Lớp ứng dụng và dịch vụ là lớp cung cấp các ứng dụng và
dịch vụ mạng thông minh IN - Intelligent Networks, các dịch vụ giá trị gia tăng... . Lớp
này liên kết với lớp điều khiển và báo hiệu thông qua các giao diện lập trình mở API Application Programing Interface. Cũng chính nhờ đó mà việc cập nhật, tạo mới và triển
khai ứng dụng, dịch vụ mạng trở nên vô cùng nhanh chóng và hiệu quả. Trên lớp này sử
dụng các thiết bị như Application Server, Feature Server. Lớp này cúng có thể thực thi
việc điều khiển những thành phần đặc biệt như Media Server, một thiết bị được bi't đ'n

với tập các chức năng như conferencing, IVR, xử lý tone ...

13/163


+ Lớp quản lý: Lớp quản lý mạng có nhiệm vụ cung cấp các chức năng như giám sát
các dịch vụ và khách hàng, tính cước và các tác vụ quản lý mạng khác. Nó có thể tương
tác với
bất kỳ hoặc cả ba lớp còn lại thông qua các chuẩn công nghiệp ví dụ như SNMP hoặc
các chuẩn riêng và các APIs - giao diện lập trình mở.
Dựa vào mô hình mạng NGN ở trên, Chuyển mạch mềm Softswitch phải thực hiện các
chức năng sau :
- Trung tâm báo hiệu và điều khiển cuộc gọi trong toàn mạng, quản lí và điều khiển các
loại gateway truy nhập mạng, hoạt động theo tất cả các loại giao thức báo hiệu từ H323,
SIP đ'n MGCP/MEGACO.
- Giao tiếp với báo hiệu của mạng PSTN (chủ yếu là kết nối với mạng báo hiệu SS7) và
liên kết với hệ thống Softswitch khác.
- Tạo ra các môi trường lập trình mở để cho ph p các hãng thứ ba dễ dàng tích hợp và
phát triển ứng dụng (trên nền IP)và kết nối với các môi trường cung cấp dịch vụ đã có
sẵn (ví dụ IN).

14/163


Các công nghệ làm nền cho Mạng thế hệ mới
Các phần tử của mạng NGN được thể hiện trên hình 2.2, bao gồm:
- Softswitch: là phần tử có chức năng điều khiển cuộc gọi, mà thành phần tương tác
chính của nó là các Media Gateway, và các Access Gateway thông qua các giao thức
điều khiển gateway truyền thông như MGCP/H248 MEGACO. Mặt khác nó cũng có
khả năng tương tác với mạng H323, và SIP cho ph p ng−ời sử dụng thực hiện các cuộc

gọi, PC to Phone, PC to PC, Phone to PC.
- SIP Server: Có vai trò chức năng định tuy'n các bản tin báo hiệu SIP giữa các SIP
client. N'u trong mạng chỉ có một SIP server thì, nó vừa đóng vai trò là Proxy Server,
Redirect Server, Location Sever.
- Gatekeeper: cho ph p các thuê bao H323 đăng ký , nhận thực, đồng thời giám sát các
kết nối Multimedia giữa các đầu cuối H323.
- Signalling Gateway: thực hiện chức năng Gateway báo hiệu
- Media Sever: Nó cho ph p sự tương tác giữa thuê bao và các ứng dụng thông qua thiết
bị điện thoại, Ví dụ như nó có thể trả lời cuộc gọi, đ−a ra một lời thông báo, đọc th−
điện tử, thực hiện chức năng của IVR

Mô hình mạng NGN

15/163


- MediaGateway: là thiết bị truyền thông kết nối với mạng chuyển mạch kênh hiện tại và
mạng NGN. Nó cung cấp các cổng kết nối trực tiếp với đ−ờng trung k' của mạng PSTN
và mạng di động và bi'n đổi các luồng TDM đó thành những gói IP và ng−ợc lại. Các
Gateway này hoạt động đơn thuần như một thiết bị kết nối trung gian, được điều khiển
bởi Softswitch.
- Access Gateway: là Gateway truy cập có thể cung cấp truy cập đa dịch vụ như xDSL,
VoDSL, POTS/ISDN...
- IP client: là các thiết bị đầu cuối IP hỗ trợ các giao thức H323, SIP. các đầu cuối này
có thể thực hiện những cuộc gọi Multimedia trong mạng của nó hay gọi thoại ra mạng
PSTN thông qua softswitch. Các đầu cuối này có thể là IP phone, PBX trên nền IP...

16/163

Bài 3: Các dịch vụ trong mạng NGN
Giới thiệu
Sự cạnh tranh gay gắt trong lĩnh vực mạng thông tin diễn ra trong khoảng 5-10 năm trở
lại đây. Khi sự cạnh tranh gia tăng, điều đặc biệt quan trọng đối với các công ty là xác
định vị trí thích hợp để mang lại thuận lợi cho khả năng cốt lõi của mình và để chuẩn bị
cho môi trường truyền thông mới đang nổi lên. Trong môi trường cạnh tranh này, sự hoà
nhập, liên kết và cạnh tranh của các thành viên mới tham gia vào thị trường phải hoạt
động tích cực để tìm ra phương thức mới để giữ và/hoặc thu hút hầu hết các khách hàng
có lợi (lucrative subscribers). Các nhà cung cấp dịch vụ hiện nay đang cố gắng tìm ra sự
khác nhau giữa chúng trong bối cảnh cạnh tranh mở rộng này bằng cách tìm kiếm các
phương thức mới để đóng nhãn và đóng gói các dịch vụ, thực hiện việc giảm các chi phí
hoạt động, và vị trí đem lại lợi thế cho chính bản thân họ, trong mối quan hệ cạnh tranh.

Sự hội tụ của điện thoại và Internet
Mạng thế hệ sau (Next Generation Network - NGN) có thể được hiểu là mạng dựa trên
mạng chuyển mạch gói nơi mà chuyển mạch gói và các phần tử truyền thông (như các bộ
định tuyến, chuyển mạch và cổng) được phân biệt một cách logic và vật lý (physic) theo
khả năng điều khiển thông minh dịch vụ hoặc cuộc gọi. Khả năng điều khiển thông minh
này thường hỗ trợ cho tất cả các loại dịch vụ trên mạng truyền thông chuyển mạch gói,
bao gồm mọi dịch vụ từ các dịch vụ thoại cơ bản (basic voice telephony services) đến
các dịch vụ dữ liệu, hình ảnh, đa phương tiện, băng rộng tiên tiến (advanced broadband),

17/163


và các ứng dụng quản lý - management applications), nó có thể được hiểu là một kiểu
khác của dịch vụ mà NGN cung cấp.
Từ góc độ người sử dụng, các mạng hiện nay đã trở thành một phương tiện, để thực
hiện mục đích là cho phép kết nối giữa con người và máy móc ở bất cứ khảng cách nào.
Cần phải xét các vấn đề liên quan đến mạng NGN như: kiểu truy nhập ví dụ như lai

ghép cáp đồng trục-quang lai HFC, đường dây thuê bao số không đối xứng ADSL, vô
tuyến, ... và mạng truyền tải (backbone) được thiết kế như thế nào?; Có thể dựa trên IP
(Internet Protocol), ATM (Asynchronous Transfer Mode), ... Quản lý và vận hành được
điều khiển như thế nào trong môi trường mới?. Mặc dù các câu hỏi trên là quan trọng
cấp thiết, nhưng vấn đề quan trọng nhất được đưa ra là nhằm vào các vấn đề liên quan
đến dịch vụ NGN và cách thực hiện chúng trong môi trường NGN như thế nào?.

18/163


Các dịch vụ kỹ thuật, công nghệ NGN
Ứng dụng làm SS7, PRI Gateway ( giảm tải Internet ): ứng dụng này nhằm vào các nhà
khai thác dịch vụ thoại, những doanh nghiệp đang tìm ki'm một giải pháp giá thành thấp
cho chuyển mạch kênh truyền thống để cung cấp giao diện PRI cho các nhà cung cấp
dịch vụ Internet (ISP) phục vụ các đường truy nhập Dial-up.
Hiện nay khi nhu cầu truy cập internet bùng nổ, các ISP có khuynh hướng mở rộng các
kết nối PRI giữa Access Server của họ nối với các tổng đài chuyển mạch số làm cho các
nhà cung cấp dịch vụ nhanh chóng cạn h't cổng PRI hiện có. Mặt khác nó còn cung cấp
các dịch vụ như mạng riêng ảo VPN cho ph p người sử dụng quay số truy cập vào các
mạng Lan (kết hợp với mạng IP của nhà cung cấp) như Intranet, Extranet, dịch vụ này
rất hữu dụng cho những người đi công tác xa.
Bên cạnh việc thiếu các kênh PRI, lưu lượng truy cập Internet qua đường dail-up làm
quá tải và tắc nghẽn cho mạng chuyển mạch kênh. Bởi vì chuyển mạch kênh vốn được
thiết k' để phục vụ các cuộc gọi có độ dài trung bình ngắn, nên khi khoảng thời gian
trung bình tăng thêm do truy cập Internet, có xu hướng làm giảm tài nguyên tổng đài
hoặc cung cấp cho các ISP các kênh PRI có lưu lượng tải thấp.

Sơ đồ truy cập Internet qua PRI
Ứng dụng Softswitch làm SS7 PRI Gateway là một trong những giải pháp trong tình
huống này. Mô hình truy cập Internet qua PRI và SS7 được thể hiện trên hình

2.3,2.4, trong đó khi một thuê bao khởi tạo một cuộc gọi tới ISP thông qua phần mềm
máy tính , GW sẽ kết cuối phiên PPP, nó cung cấp cho user một địa chỉ IP, trong dải địa
chỉ IP của nó. Sau đó số bị gọi được gửi cho Softswitch, và Softswitch sẽ ra lệnh cho
GW truyền thông kích hoạt thủ tục login vào mạng thông qua phương thức RAS, báo
hiệu giữa MG và MGC là MGCP. Thông thường trong thủ tục login vào mạng thì sẽ
19/163


thực hiện những thủ tục sau nhận thực truy cập Authentication, nhận thực sử dụng dịch
vụ Authorization, tính cước Accouting qua AAA Server.

Sơ đồ truy cập Internet qua trung kế SS7

Các công nghệ chuyển mạch mềm - Softswitch
Những hạn chế của tổng đài chuyển mạch kênh
Hiện nay cơ sở hạ tầng chuyển mạch viễn thông công cộng bao gồm rất nhiều mạng,
công nghệ và các hệ thống khác nhau, trong đó hệ thống chuyển mạch kênh sử dụng
công nghệ gh p kênh phân chia theo thời gian (TDM-Time Division Multiplex) đã phát
triển khá toàn diện về dung lượng, chất lượng và quy mô mạng lưới. Mạng PSTN ngày
nay nói chung đáp ứng được rất tốt nhu cầu dịch vụ thoại của khách hàng. Tuy nhiên
trong lĩnh vực cung cấp dịch vụ thoại còn có nhiều vấn đề chưa được giải quyết một các
thực sự thoả đáng, chưa nói đến những dịch vụ mới khác.
Trong mạng chuyển mạch kênh ngày nay, chỉ có các khách hàng cỡ vừa và lớn được
hưởng lợi từ sự cạnh tranh trong thị trường dịch vụ viễn thông, họ có thể thuê một số
luồng E1 để đáp ứng nhu cầu của mình. Các khách hàng doanh nghiệp nhỏ, cỡ 16 line
trở xuống được hưởng rất ít ưu đãi. Trong khi đó thị trường các khách hàng nhỏ mang
lại lợi nhuận khá lớn cho các nhà khai thác dịch vụ. Các nhà khai thác vẫn thu được rất
nhiều từ các cuộc gọi nội hạt thời gian ngắn, từ các cuộc gọi đường dài, và từ các dịch
vụ tuỳ chọn khác như Voicemail. Hiện nay, tất cả các dịch vụ thoại nội hạt đều được
cung cấp thông qua các tổng đài nội hạt theo công nghệ chuyển mạch kênh, đơn giản

bởi vì chẳng có giải pháp nào khác. Chính điều này là cản trở đối với sự phát triển của
dịch vụ, bởi những nguyên nhân chính sau đây:
20/163


Không có sự phân biệt dịch vụ:
Các tổng đài bao giờ cũng chỉ cung cấp tập các dịch vụ cho người sử dụng như đợi cuộc
gọi đến, chuyển cuộc gọi, xác định số chủ gọi, hạn chế cuộc gọi. Hầu hết các dịch vụ
này đều đã tồn tại từ nhiều năm qua, các dịch vụ hoàn toàn mới tương đối hiếm. Thứ
nhất bởi vì sẽ rất tốn k m khi phát triển và thử nghiệm các dịch vụ mới, thứ hai cũng bởi
vì tập các dịch vụ hiện có đã bao hàm hầu hết các khả năng mà một khách hàng có thể
thực hiện trên các nút bấm điện thoại của mình.
Giới hạn trong phát triển mạng
Thông thường sơ đồ đấu nối của mạng tổng đài chuyển mạch kênh là hình cây, được
thể hiện trên hình 1.1, ở trên là các tổng đài quốc tế, đến tổng đài Toll, tổng đài tandem,
tổng đài host. Cứ mỗi tổng đài mới được lắp thì nó phải nối với các tổng đài đài cấp cao
hơn với sơ đồ đầu nối phức tạp, mỗi hướng kết nối thì phải tạo riêng các luồng truyền
dẫn để kết nối với hai tổng đài điều này gây khó khăn cho việc đấu nối chuyền dẫn, mặt
khác khi bổ xung tổng đài mới thì lưu lượng thoại ở các trung kế nối các tổng đài lớp
trên ngày càng cao đến một lúc nào đó thì phải nâng cấp mở rộng dung lượng của trung
kế đó. Khi khai mới một đầu số trong toàn mạng thì phải khai hết tất cả trong các tổng
đài, điều này gây mất rất nhiều thời gian và có thể gặp những sự cố không đáng có...
Mô hình tổ chức của mạng viễn thông thường thấy hiện nay là : một mạng tổng đài
TDM cấp thấp nhất (lớp 5, tổng đài nội hạt, MSC của mạng di động ...) được nối với
nhau bằng một mạng lưới trung kế điểm-điểm khá phức tạp và nối tới tổng đài chuyển
tiếp cấp cao hơn (lớp 3, 4).

21/163

Cấu trúc mạng và báo hiệu của mạng PSTN.
Một số cuộc gọi (ví dụ như truy nhập hộp thư thoại hay quay số bằng giọng nói...) lại
được định tuyến trực tiếp tới tổng đài chuyển tiếp để sử dụng các tài nguyên tập trung
phục vụ cho các dịch vụ cao cấp. Kiến trúc này đã được sử dụng nhiều năm nay, và cũng
đã được cải tiến rất nhiều nhằm phục vụ các ứng dụng thoại, tuy nhiên vẫn có một số
giới hạn:
Chi phí điều hành và bảo dưỡng cao, mất thời gian; việc định lại cấu hình và nâng cấp
mạng lưới phải tiến hành liên tục nhằm để tránh bị nghẽn mạng, hơn nữa luôn phải thiết
lập mạng lớn hơn nhu cầu thực tế cho các tổng đài chuyển tiếp.
Các trung kế điểm-điểm hoạt động với hiệu suất không cao vì chúng được thiết kế để
hoạt động được trong những giờ cao điểm, và những giờ cao điểm này lại khác nhau
trong các vùng của mạng (ví dụ ở thành phố là ban ngày còn ở ngoại ô lại là buổi đêm).
Nếu có nhiều tổng đài chuyển tiếp trong mạng, mỗi tổng đài đó lại nối với một nhóm
các tổng đài nội hạt, cuộc gọi có thể phải chuyển qua nhiều tổng đài chuyển tiếp để đến
được nơi lưu giữ tài nguyên mạng (như trong trường hợp dịch vụ hộp thư thoại)
Trong mạng NGN các tổng đài TDM sẽ được thay thế bằng các tổng đài chuyển mạch
mềm(Softswitch) . Kết nối các softswitch là mạng chuyển mạch gói đa dịch vụ IP/ATM/

22/163


MPLS. Phần tiếp cận thuê bao của mạng NGN là các BAN (Broadband Access Node) và
IAD (Integrated Access Device) hỗ trợ các loại đầu cuối như máy tính, máy điện thoại
IP, máy điện thoại thông thường... Mạng NGN giao tiếp với các mạng khác như mạng
PSTN và mạng di động qua các Media Gateway.
Những lợi ích của Softswitch
Mạng thế hệ sau có khả năng cho ra đời những dịch vụ giá trị gia tăng hoàn toàn mới
hội tụ ứng dụng thoại, số liệu và video. Các dịch vụ này hứa hẹn đem lại doanh thu cao
hơn nhiều so với các dịch vụ truyền thống.
Do các dịch vụ của NGN được viết trên các phần mềm . Do đó việc triển khai, nâng cấp,

cũng như việc cung cấp các dịch vụ mới cũng trở nên dễ dàng.
Khả năng thu hút khách hàng của mạng NGN rất cao, từ sự tiện dụng hội tụ cả thoại dữ
liệu, video đến hàng loạt các dịch vụ khác mà nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp cho
khách hàng, thêm nữa họ có khả năng kiểm soát các dịch vụ thông tin của mình điều này
làm cho khách hàng luôn luôn thoả mãn và lệ thuộc hơn vào nhà cung cấp dịch vụ, cơ
hội kinh doanh của nhà cung cấp sẽ lớn hơn, và ổn định hơn.
Giảm chi phí xây dựng mạng: Khi xây dựng một mạng hoàn toàn mới cũng như mở rộng
mạng có sẵn , thì mạng chuyển mạch mềm có chỉ phí ít tốn k m hơn nhiều so với mạng
chuyển mạch kênh. Điều này làm cho trở ngại khi tham gia thị trường của những nhà
khai thác dịch vụ mới không còn lớn như trước nữa. Hiện nay, sự cạnh tranh giữa các
nhà khai thác dịch vụ chính là những dịch vụ gì mà họ có thể cung cấp cho khách hàng,
và độ hài lòng của khách hàng khi sử dụng những dịch vụ đó, nên hầu hết các nhà khai
thác đều tập trung đầu tư vào việc viết phần mềm phát triển dịch vụ.
Giảm chi phí vận hành bảo dưỡng và quản lý mạng hiệu quả hơn
Các dịch vụ chuyển mạch gói: Mobile IP, TCP, UDP, Multimedia Transport, IP
Application signalling protocols
+ Mobile IP
Nguyên lý hoạt động của IP di động: Như đã biết là trong mạng, mỗi một thiết bị, một
nút mạng sẽ được gắn liền với một địa chỉ IP nhất định. Trong một quá trình liên lạc, địa
chỉ IP chính là điểm gắn vật lý với Internet. Do đó khi một CN (correspondent node) gửi
một gói tin đến một nút di động MN (Mobile Node), gói đó được định tuyến đến mạng
thường trú của MN (home network), không phụ thuộc vào vị trí của MN vì các máy CN
không có thông báo gì về sự di động này. Để cho gói tin ấy vẫn đến được MN, đó chính
là vai trò củaMIP. Các khái niệm: Khi MN đang trong mạng thường trú, nó được phân

23/163