Nghiên cứu mạng lõi sử dụng công nghệ MPLS trong mạng thế hệ mới NGN

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
Ngày nay, với sự bùng nổ công nghệ thông tin đi đôi với việc phát triển
của internet. Các công nghệ mạng ngày phát triển với tốc độ truyền cũng như bảo
vệ dữ liệu ngày càng tăng cao. Mạng lõi trong mạng thế hệ mới NGN với công
nghệ MPLS đang là một xu hướng phát triển của công nghệ trong thời gian qua.
Đề tài này nhằm nghiên cứu về công nghệ MPLS sử dụng trong mạng lõi
NGN. Trong đó em tập trung nghiên cứu về công nghệ MPLS và việc sử dụng nó
trong mạng lõi NGN để nâng cao chất lượng dịch vụ, đáp ứng nhu cầu ngày càng
cao của khách hàng.
Cụ thể đồ án đã tìm hiểu được những vấn đề sau :
 Tìm hiểu về mạng NGN và công nghệ MPLS sử dụng trong mạng
lõi NGN.
 Tìm hiểu về chất lượng dịch vụ trong mạng IP trong đó tập trung
vào các giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ trong mạng IP.
 Tìm hiểu về sự kết hợp giữa MPLS và Diffserv nhằm nâng cao chất
lượng dịch vụ. Mô phỏng và làm sáng rõ ưu nhược điểm khi kết
hợp công nghệ MPLS với Diffserv.
Trong quá trình làm đồ án, em đã hết sức cố gắng nhưng có thể còn thiếu
sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý và thông cảm của các thầy cô
giáo, để em có cơ hội được tiếp tục nghiên cứu sâu hơn nữa và phát triển về đề
tài này.

1


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập lâu dài và làm đồ án tốt nghiệp với đề tài
thực tập “Nghiên cứu mạng lõi sử dụng công nghệ MPLS trong mạng thế hệ
mới NGN”. Em đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của các các thầy, cô
giáo thuộc bộ môn Công nghệ điện tử -truyền thông và tất cả các thầy cô trong
trường.

Em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo cùng các thầy cô giáo trong
trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông - Đại học Thái Nguyên đã
quan tâm, dạy bảo và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập cũng
như thời gian làm đồ án tốt nghiệp.
Đặc biệt em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc nhất đến cô giáo hướng dẫn:
Th.S Đoàn Thị Thanh Thảo, đã trực tiếp hướng dẫn em làm đề tài này, cô đã
mang đến cho em nguồn tri thức mới cùng với sự dạy bảo tận tình của cô trong
quá trình học tập và nghiên cứu của em.
.

Em xin chân thành cảm ơn !!!
Thái Nguyên, tháng 6 năm 2012
Sinh viên thực hiện

Phan Thùy Linh

2


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan:
Những nội dung trong đồ án này là do em thực hiện dưới sự hướng dẫn
của cô giáo hướng dẫn : Th.S Đoàn Thị Thanh Thảo
Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả,
tên công trình, thời gian, địa điểm công bố.
Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, em xin
chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2012
Sinh viên:

Phan Thùy Linh

3


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN............................................................................................ 1
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... 2
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ 3
DANH SÁCH CÁC BẢNG ................................................................................. 7
DANH SÁCH CÁC HÌNH .................................................................................. 8
DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ 10
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................. 13
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN .................................................. 15
1.1. Tổng quan về NGN ...........................................................................................15
1.2. Đặc điểm của mạng NGN................................................................................15
1.3. Cấu trúc mạng NGN .........................................................................................16
1.4. Các công nghệ nền tảng trong mạng thế hệ mới NGN ............................19
1.4.1. Công nghệ IP ...........................................................................................19
1.4.2. Công nghệ ATM .....................................................................................20
1.4.3. Công nghệ IP Over ATM .....................................................................21
1.5. Công nghệ MPLS ..............................................................................................22
1.5.1. Khái niệm MPLS ....................................................................................22
1.5.2. Miền MPLS và một số thành phần trong mạng MPLS ................22
1.5.3. LSRs và LERs .........................................................................................23
1.5.4. Lớp chuyển tiếp tương đương FEC ...................................................23
1.5.5. Nhãn (lable)..............................................................................................24
1.5.6. Đường dẫn chuyển mạch LSP .............................................................25
1.5.7. Giao thức phân phối nhãn LDP ..........................................................26

4


1.5.8. Hoạt động của MPLS ............................................................................30
1.6. Ưu nhược điểm của công nghệ MPLS .........................................................32
1.6.1. Ưu điểm.....................................................................................................32
1.6.2. Nhược điểm ..............................................................................................33
1.7. Vì sao Công nghệ MPLS là sự lựa chọn của NGN .................................33
1.8. Kết luận ................................................................................................................36
CHƯƠNG 2 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP............................ 37
2.1 Giới thiệu về chất lượng dịch vụ.....................................................................37
2.2. Các tham số QoS trong mạng IP ..................................................................37
2.2.1. Băng thông – Bandwidth ......................................................................37
2.2.2. Độ trễ (delay) ...........................................................................................37
2.2.3. Jitter (biến động trễ)...............................................................................38
2.2.4. Mất gói ......................................................................................................38
2.2.5. Bảo mật .....................................................................................................38
2.3. Một số giải pháp bản đảm QoS trên nền mạng IP ....................................39
2.3.1 .Giải pháp Best-Effort ...........................................................................39
2.3.2. Giải pháp IntServ - Integrated Services và giao thức RSVP .....39
2.3.3. Giải pháp DiffServ - Differentiated Services..................................46
2.4. So sánh Intserv và Diffserv .............................................................................52
2.4.1. Mô hình tích hợp dịch vụ Intserv. ......................................................52
2.4.2. Mô hình dịch vụ phân biệt DiffServ ..................................................52
2.5. Kết luận ...............................................................................................................54
CHƯƠNG 3 SỰ KẾT HỢP GIỮA DIFFSERV VÀ MPLS ............................... 55
3.1. Kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE ........................................................................55
5

3.1.1. Tổng quan về kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE ..................................55
3.1.2. Cơ chế điều khiển lưu lượng trong MPLS .......................................56
3.2. Sự kết hợp giữa MPLS và DIFFSERV ........................................................59
3.2.1. Giới thiệu ..................................................................................................59
3.2.2. Sự kết hợp giữa MPLS và DiffServ...................................................59
3.2.3.Kiểu chuyển tiếp nhãn trong các Router LSR DiffServ ................64
3.2.4. Các kiểu thực thi .....................................................................................66
3.3. Thực nghiệm .......................................................................................................67
3.3.1. Mô phỏng định tuyến ràng buộc trong mạng MPLS không hỗ trợ
Diffserv…………………………………………………………………………..68
3.3.2. Mô phỏng mạng MPLS kết hợp Diffserv ........................................71
3.4. Kết luận ................................................................................................................74
KẾT LUẬN ....................................................................................................... 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 76
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ................................................ 77

6


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1 : Ý nghĩa các bít xx và yyy của kiểu đối tượng .................................. 45
Bảng 2.2: Giá trị của IP Precedence và DSCP trong các PHB............................ 50
Bảng 3.1: Các thông số của luồng...................................................................... 68
Bảng 3.2: Kết quả thống kê ............................................................................... 70
Bảng 3.3: Thống kê các luồng và kết quả khi các lưu lượng đi qua 1 LSP ......... 71
Bảng 3.4: Thống kê các luồng và kết quả khi các sử dụng kết hợp DiffServ và MPLS 72

7

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1: Topo mạng thế hệ sau. ....................................................................... 16
Hình 1.2: Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN (góc độ dịch vụ) .............................. 16
Hình 1.3: Miền MPLS ....................................................................................... 22
Hình 1.4 : Lớp chuyển tiếp tương đương FEC trong MPLS ............................... 24
Hình 1.5 : Định dạng chung của nhãn MPLS ..................................................... 24
Hình 1.6 : Đường chuyển mạch nhãn LSP ........................................................ 25
Hình 1.7 : Thiết lập LSP điều khiển độc lập ...................................................... 26
Hình 1.8: Thiết lập LSP điều khiển theo thứ tự .................................................. 26
Hình 1.9 : Giao thức LDP .................................................................................. 27
Hình 1.10: Thủ tục phát hiện LSR lân cận ......................................................... 29
Hình 1.11: Tạo LSP và chuyển gói tin qua miền MPLS. ................................... 31
Hình 1.12: Định tuyến dựa trên địa chỉ đích ...................................................... 35
Hình 2.1: Mô hình Best - Effort ......................................................................... 39
Hình 2.2 : Nguyên lý hoạt động của RSVP ........................................................ 41
Hình 2.3: Định dạng thông điệp RSVP .............................................................. 42
Hình 2.4: Khuôn dạng đối tượng RSVP ............................................................. 43
Hình 2.5: Khuôn dạng của kiểu đối tượng ......................................................... 45
Hình 2.6: Kiến trúc dịch vụ DiffServ ................................................................. 47
Hình 2.7: Nguyên lý hoạt động của mô hình dịch vụ phân biệt DiffServ............ 48
Hình 2.8: Cấu trúc của file TOS ........................................................................ 51
Hình 2.9: Khung DSCP ..................................................................................... 52
Hình 3.3: Ánh xạ giữa IP header với MPLS shim header cho đường E-LSP ..... 61
8


Hình 3.4 Mạng MPLS sử dụng E-LSP ............................................................... 62
Hình 3.5 Ánh xạ giữa IP header và MPLS shim header cho đường L-LSP ....... 63
Hình 3.6 Mạng MPLS sử dụng L-LSPs ............................................................. 63
Hình 3.7: Mạng MPLS sử dụng đồng thời cả 2 E-LSP và L-LSP ...................... 64

Hình 3.8: Topo mạng sử dụng trong quá trình mô phỏng ................................... 67
Hình 3.9: Mô phỏng định tuyến ràng buộc trong MPLS không hỗ trợ DiffServ . 69
Hình 3.10: Đồ thị băng thông sử dụng bởi các luồng lưu lượng ........................ 69
Hình 3.11: Mô phỏng sự quá tải trong mạng MPLS không sử dụng DiffServ .... 70
Hình 3.12: Kết quả mô phỏng ............................................................................ 71
Hình 3.13: Mô phỏng mạng MPLS sử dụng DiffServ ....................................... 73
Hình 3.14: Kết quả băng thông cho việc kết hợp MPLS sử dụng DiffServ ......... 73

9


DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT

STT

Từ viết tắt

Từ gốc

Dịch nghĩa

1

AF

Assured Forwarding

Chuyển tiếp đảm bảo

2

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền không
đồng bộ

3

BA

Behavior Aggretate

Tập hợp đối xử

4

BE

Best Effort

Nổ lực tối đa

5

BGP

Border Gateway Protocol

Giao thức cổng biên

6

CBQ

Class Based Queue

Hàng đợi lớp cơ sở

7

CR-LSP

Contraint Routing-LSP

Định tuyến ràng buộc
LSP

8

CS

Class Selector

Chọn lớp

9

DiffServ

Differented Service

Dịch vụ phân biệt

10

IntServ

Integrated Service

Dịch vụ tích hợp

11

DS

Domain Service

Miền dịch vụ

12

DSCP

Differantiated Service Code Point

Điểm mã dịch vụ phân
biệt

13

EF

Expecdited Forwarding

Chuyển tiếp xúc tiến

14

WRED

Weighted Random Early Drop

Hủy bỏ sớm ngẫu nhiên
trọng số

15

WFQ

Weighted Fair Queue

Hàng đợi cân bằng trọng
số

16

UDP

User Datagram Protocol

Giao thức khối dữ liệu
người dùng

17

ToS

Type Of Service

Kiểu dịch vụ

18

TCP

Transport Control Protocol

Giao thức đk vẫn
chuyển

19

TCA

Traffic Control Aggrate
10

Tập hợp điều khiển lưu

lượng
20

RSVP

Resource Reservation Protocol

Giao thức dự trữ tài
nguyên

21

SLA

Service level Agreement

Thỏa thuận mức dịch vụ

22

QoS

Quality Of Service

Chất lượng dịch vụ

23

ER

Explicit Route

Tuyến tường minh

24

E-LSP

EXP-inferred-class LSP

LSP có lớp tham chiếu
EXP

25

FEC

Forwarding Equivalence Class

Lớp chuyển tiếp tương
đương

26

FIB

Forwarding Information Base

Cơ sở thông tin chuyển
tiếp

27

IPv4

IP version 4

IP phiên bản 4

28

LDP

Label Distribution Protocol

Giao thức phân phối
nhãn

29

LFIB

Label Forwarding Information

Cơ sở thông tin chuyển

Base

tiếp nhãn

30

LIB

Label Information Base

Cơ sở thông tin nhãn

31

L-LSP

Label-inferred-class LSP

LSP có lớp tham chiếu
nhãn

32

LSP

Label Switching Path

Đường dẫn chuyển
mạch nhãn

33

LSR

Label Switching Router

Router chuyển mạch
nhãn

34

MF

Multi-Field

Đa môi trường

35

MPLS

MultiProtocol Label Switching

Chuyển mạch nhãn đa
giao thức

36

PHB

Per-Hop Behavior

Đối xử từng chặn

37

PSTN

Public Switch Telephone Network Mạng điện thoại chuyển
mạch công cộng
11


38

39

GSM

CDMA

Global System for Mobile

Hệ thống thông tin di

Communication

động toàn cầu

Code Division Multiple Access

Đa truy cập phân chia

theo mã

40

NGN

Next Generation Network

Mạng thế hệ sau

41

MGCP

42

SS7

Signalling System No7

Hệ thống báo hiệu số 7

43

SIP

Session Initial Protocol

Giao thức khởi tạo phiên

44

SONET

Synchronous Optical Network

Mạng quang đồng bộ

45

DWDM

46

MGW

Media Gateway Controller

Thiết bị điều khiển MG

47

MG

Media Gateway

Cổng chuyển đổi
phương tiện

48

MGCP

Media Gateway Control Protocol

Giao thức điều khiển
cổng thiết bị

49

TDM

Time Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia
theo thời gian

50

FIFO

First In First Out

Hàng đợi vào trước , ra
trường

51

FQ

Fair Queuing

Hàng đợi cân bằng

52

RED

Random Early Detection

Phát hiện sớm ngẩu
nhiên

53

WFQ

Weighted FQ

Trọng số FQ

54

CoS

Class of Service

Lớp dịch vụ

55

WRR

Weighted Round Robin

Hàng đợi xoay vòng
trọng số

12


LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển vượt bậc về công nghệ kỹ thuật trong tất cả các lĩnh
vực đặc biệt là: Công nghệ thông tin, điện tử viễn thông đã làm thay đổi bộ hoàn
toàn bộ mặt của cấu trúc mạng viễn thông ở trên toàn thế giới và cấu trúc mạng
viễn thông của Việt Nam cũng không ngoại lệ.
Khi chưa có sự ra đời của các công nghệ chuyển mạch mới thì VNPT đã
xây dựng được một hệ thống mạng PSTN với chất lượng tốt cho khách hàng.
Nhưng cùng với sự phát triển của công nghệ và sự bùng nổ của mạng Internet thì
mạng PSTN đã bộc lộ nhiều hạn chế: Chuyển mạch kênh đã khai thác hết năng
lực và trở lên lạc hậu với các nhu cầu ngày càng cao của khách hàng, sự kém
hiệu quả của TDM trong việc phân bổ băng thông hoặc là điều khiển tắc nghẽn,
một hạn chế rõ nét nữa trong mạng PSTN là sự phức tạp trong hệ thống báo hiệu
và đồ bộ. Ngoài ra ở mạng viễn thông hiện tại còn có nhiều kiểu mô hình mạng
rời rạc thiếu độ linh hoạt trong quá trình trao đổi thông tin giữa các mạng này. Từ
những hạn chế đó nảy sinh ra một yêu cầu tất yếu là phải phát triển hệ thống
mạng thành một hệ thống mạng đồng nhất, có băng tần rộng, hiệu suất cao, hỗ
trợ nhiều loại hình dịch vụ, đơn giản về cấu trúc và quản lý, dễ dàng mở rộng và
triển khai nhanh chóng các dịch vụ đến khách hàng. Và mạng thế hệ mới( NGN)
ra đời đã giải quết vấn đề này.

Điềm nổi bật và là một phần yếu tố quan trọng trong mạng thế hệ mới là
lớp mạng lõi. Lớp mạng lõi cùng với công nghệ chuyển mạch nhãn( MPLS) đã
giải quyết được nhiều vấn đề còn tồn tại trong mạng viễn thông hiện tại. Xuất
phát từ đó em đã chọn đề tài “ Nghiên cứu mạng lõi sử dụng công nghệ MPLS
trong mạng thế hệ mới NGN” làm đồ án tốt nghiệp.Trong đồ án này em sẽ trình
bày nội dung như sau :
Chương 1 : Tổng quan về mạng NGN
Mục đích của chương này nhằm nghiên cứu mạng NGN, trong đó tập
trung vào công nghệ MPLS, ưu nhược điểm của MPLS và nguyên nhân lựa chọn
công nghệ MPLS trong mạng lõi NGN.

13


Chương 2 : Chất lượng dịch vụ trong mạng IP
Mục đích của chương này nhằm tập trung tìm hiểu các cơ chế đảm bảo
chất lượng dịch vụ trong mạng IP, qua đó ứng dụng những ưu điểm của cơ chế
đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng IP vào mạng MPLS.
Chương 3 : Sự kết hợp giữa MPLS và Diffserv
Mục đích của chương này là nghiên cứu giải pháp kết hợp DiffServ và
MPLS nhằm tăng cường khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng
MPLS .

14


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN
1.1. Tổng quan về NGN
Mạng NGN là một mạng dựa trên chuyển mạch gói có khả năng cung cấp

các dịch vụ viễn thông và sử dụng các công nghệ chuyển tải băng rộng, hỗ trợ
QoS. Và trong đó, việc cung cấp các dịch vụ độc lập với công nghệ liên quan tới
chuyển tải. Hỗ trợ người sử dụng lựa chọn dịch vụ mà không phụ thuộc vào
mạng và nhà cung cấp dịch vụ. NGN hỗ trợ khả năng di động tạo điều kiện cung
cấp dịch vụ ở mọi lúc, mọi nơi .
1.2. Đặc điểm của mạng NGN
Mạng NGN có 4 đặc điểm chính:
 Nền tảng là hệ thống mạng mở.
 Mạng NGN là do mạng đa dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phải
độc lập với mạng lưới.
 Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức
thống nhất.
 Là mạng có cấu trúc mở dễ phát triển về dung lượng.
Mạng NGN do dịch vụ thúc đẩy, với đặc điểm của:
o Chia tách chức năng điều khiển cuộc gọi ra khỏi tổng đài.
o Chia tách dịch vụ ra khỏi tổng đài.
o Mục tiêu của việc chia tách là cho dịch vụ độc lập với mạng, thực
hiện linh hoạt và thực hiện có hiệu quả việc cung cấp các dịch vụ.
Thuê bao có thể tự bố trí và xác định đặc trưng dịch vụ của mình.
o Mạng thông tin hiện nay dù là mạng truyền dữ liệu hay mạng thoại,
hay là mạng máy tính thì không thể lấy các mạng đó làm cơ sở để
phát triển mạng NGN được. Cùng với đó là sự phát triển mạnh mẽ
của công nghệ IP và những ưu điểm vượt trội của nó đã cho thấy
công nghệ IP sẽ thực hiện kết nối các mạng khác nhau.
o Tuy nhiên do giao thức IP không hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS(
Quality Of Service) nên nó có một số hạn chế trong các dịch vụ của
15


thoại yêu cầu thời gian thực và đảm bảo chất lượng của các dịch vụ

truyền số liệu. Nhưng cùng với sự bùng nổ Internet và sự phát triển
của khoa học kỹ thuật thì có các giao thức sẽ khắc phục được những
thiếu sót này.

Hình 1.1: Topo mạng thế hệ sau.
1.3. Cấu trúc mạng NGN
Nhìn từ góc độ dịch vụ cấu trúc mạng mới có đặc điểm chung là bao gồm
5 lớp như sau:

Hình 1.2: Cấu trúc mạng và dịch vụ NGN (góc độ dịch vụ)

16


-

Lớp truy nhập
o Các cổng truy nhập : AG – Access Gateway kết nối giữa mạng lõi
với mạng truy nhập, RG – Residental Gateway kết nối mạng lõi với
mạng thuê bao tại nhà.
o Lớp vật lý : Cáp đồng, xDSL hiện đang được sử dụng. Tuy nhiên
trong tương lai thì công nghệ chính là truyền dẫn quang QWDM sẽ
là công nghệ chủ đạo.
o Vô tuyến : Thông tin di động – công nghệ WCDMA, truy nhập vô
tuyến cố định hoặc vệ tinh.
o Lớp 2 và lớp 3 : Công nghệ IP là chủ đạo.
o Thành phần là tất cả các thiết bị đầu cuối.
o Chức năng: Cung cấp giao diện kết nối cho các thiết bị đầu cuối.

-

Lớp truyền tải
 Phần truyền tải
o Lớp vật lý : Truyền dẫn quang với kỹ thuật ghép kênh bước sóng
quang DWDM.
o Lớp 2 và lớp 3 : Truyền dẫn trên mạng lõi dựa vào kỹ thuật chuyển
mạch gói cho tất cả các dịch vụ với chất lượng dịch vụ theo yêu
cầu phù hợp.


Phần chuyển mạch
o Kỹ thuật chuyển mạch MPLS là nền trong truyền dẫn mạng lõi.
Mạng lõi có thể là mạng MAN hay mạng đường trục.
o Các router sử dụng ở biên mạng lõi khi sử dụng với lưu lượng lớn,
khi lưu lượng thấp thì sử dụng các Switch lớp 3.
o Chức nằng của lớp này là thực hiện các chức năng truyền dẫn, chức
năng chuyển mạch và phải đảm bảo QoS.
o Thành phần : Các nút chuyển mạch/định tuyến ( IP/ATM hoặc
IP/MPLS), các chuyển mạch kênh của mạng PSTN, nhưng ở đường
trục thì kỹ thuật chuyền tải chính là IP hoặc IP/ATM. Các hệ thống
chuyển mạch và hệ thống định tuyến cuộc gọi.
17


 Phần truyền thông
Thành phần : Là các cổng truyền thông( MG – Media Getway) gồm có:
Các cổng giao tiếp : TG – Trunking Gateway nối giữa mạng lõi với mạng
PSTN/ISDN, WG – Wireless Gateway kết nối mạng lõi với mạng di động…
Chức năng : Chuyển đổi các loại môi trường( PSTN, Frame Delay, Lan,...
sang môi trường truyền dẫn đóng gói được áp dụng trên mạng lõi và ngược lại.

Nhờ có các nút chuyển mạch ( ATM + IP) và các hệ thống truyền dẫn sẽ
thực hiện chức năng chuyển mạch, định truyến cuội gọi giữa các thuê bao của lớp
truy nhập dưới sự điều khiển của các thiết bị lớp điều khiển.
-

Lớp điều khiển
Thành phần :
Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần chính là

Softswitch còn gọi là Media Gateway Controller hay Call Agent được kết nối với
các thành phần khác để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP như: SGW
(Signaling Gateway), MS (Media Server), FS (Feature Server), AS (Application
Server).
Chức năng :
Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ thông suốt từ
đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào.
Cụ thể, lớp điều khiển thực hiện :
-

Định tuyến lưu lượng giữa các khối chuyển mạch.

-

Thiết lập yêu cầu, điều chỉnh và thay đổi các kết nối hoặc các
luồng, điều khiển sắp xếp nhãn (label mapping) giữa các giao diện
cổng.

-

Phân bổ lưu lượng và các chỉ tiêu chất lượng đối với mỗi kết nối

(hay mỗi luồng) và thực hiện giám sát điều khiển để đảm bảo QoS.

-

Báo hiệu đầu cuối từ các trung kế, các cổng trong kết nối với lớp
media. Thống kê và ghi lại các thông số về chi tiết cuộc gọi, đồng
thời thực hiện các cảnh báo.

18


-

Thu nhận thông tin báo hiệu từ các cổng và chuyển thông tin này
đến các thành phần thích hợp trong lớp điều khiển.

-

Các chức năng quản lý, chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp
trong lớp điều khiển.

-

Lớp ứng dụng
Thành phần :
Lớp ứng dụng gồm các nút thực thi dịch vụ SEN (Service Excution

Node), thực chất do các server dịch vụ cung cấp các ứng dụng cho khách hàng
thông qua lớp truyền tải.
Chức năng :

Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều
mức độ. Một số loại dịch vụ sẽ làm chủ việc thực hiện điều khiển logic của
chúng và truy cập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ được
điều khiển từ lớp điều khiển như dịch vụ thoại truyền thống. Lớp ứng dụng liên
kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ đó mà các nhà cung
cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên các
dịch vụ mạng.
-

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 triển khai kế hoạch xây dựng mạng giám
sát viễn thông TMN, như một mạng riêng theo dõi và điều phối các thành phần
mạng viễn thông đang hoạt động. Tuy nhiên cần phân biệt các chức năng quản lý
với các chức năng điều khiển. Vì căn bản NGN sẽ dựa trên các giao diện mở và
cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ trong một mạng đơn, cho nên mạng quản lý
phải làm việc trong một môi trường đa nhà đầu tư, đa nhà khai thác, đa dịch vụ.
1.4. Các công nghệ nền tảng trong mạng thế hệ mới NGN
1.4.1. Công nghệ IP
IP là giao thức chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp gói tin được thực hiện
theo cơ chế phi kết nối . IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu
19


định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gói tin IP gồm địa
chỉ của bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông
tin cần cho việc chuyển gói tới đích.
IP là giao thức chuyển mạch có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao. Tuy

nhiên việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến
theo từng chặng. Mặt khác IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ.
Ưu điểm : Thiết kế linh hoạt dễ dàng trong việc mỡ rộng mạng , có độ tin
cậy
Nhược điểm : Với các hệ thống mạng hoạt động theo cách thức IP truyền
thống, mỗi node mạng (router) đều phải thực hiện hai chức năng chính : định
tuyến (routing) và chuyển tiếp (Switching hoặc forwarding), nên nó sẽ gặp phải
ba hạn chế lớn :
-

Phải dựa vào các giao thức định tuyến để phân bố thông tin định
tuyến.

-

Việc thực hiện quá trình chuyển tiếp chỉ dựa trên địa chỉ đích của
gói tin, không thể dựa trên các tham số QoS.

-

Mỗi node mạng đều phải thực hiện việc tìm kiếm các thông tin định
tuyến.

1.4.2. Công nghệ ATM
Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói.
Thông tin được nhóm vào các gói tin có độ dài cố định ngắn. Trong đó vị trí gói
không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho
trước. Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ
khác nhau. ATM có hai đặc điểm quan trọng :
- ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào

ATM. Các tế bào nhỏ với tốc độ truyền cao sẽ làm cho trễ truyền lan và
biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng tạo
điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao dễ dàng hơn.
- ATM có khả năng nhóm một số kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp
cho công việc định tuyến được dễ dàng.
20


Quá trình chuyển giao các tế bào qua tổng đài ATM cũng giống như
chuyển giao gói qua router. Tuy nhiên ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì
nhãn gắn trên cell có kích thước cố định và nhỏ hơn IP, kích thước bảng định
tuyến nhỏ hơn nhiều so với của IP router. Việc này thực hiện trên các thiết bị
phần cứng chuyên dụng nên dung lượng tổng đài ATM thường lớn hơn dung
lượng IP router truyền thống.
Ưu điểm : Tốc độ truyền cao sẽ giảm trễ truyền lan và biến động, có thể
nhóm một số kênh ảo thành một đường ảo làm cho việc định tuyến được dễ dàng.
Nhược điểm : Cồng kềnh phức tạp, khó khăn trong việc quản lý, mở rộng
mạng do kết nối dạng full mesh.
1.4.3. Công nghệ IP Over ATM
Trong mạng IP có các kỹ thuật sau : IP over SDH/ SONET, IP over WDM
và IP over Fiber. Tuy nhiên công nghệ ATM do có tốc độ cao, QoS, điều khiển
lưu lượng mà các kỹ thuật trên chưa có nên đã được sử dụng rộng rải trên mạng
đường trục IP. Do yêu cầu kỹ thuật của IP over ATM cao nên việc nghiêm cứu
công nghệ này rất quan trong. Mà MPLS là sự cải tiến của IP over ATM.
IP over ATM là một kỹ thuật xếp chồng, nó xếp IP (lớp 3) lên ATM (lớp
2); giao thức của hai tầng hoàn toàn độc lập với nhau, giữa chúng phải nhờ một
loạt giao thức nữa để nối thông như NHRP, ARP…. mới đảm bảo kết nối thông
suốt. Điều đó hiện nay không được sử dụng rộng rãi trong thực tế.
Ưu điểm : Tốc độ cao có hổ trợ QoS, điều khiển lưu lượng. IP over ATM
là công nghệ được MPLS kế thừa nhưng dùng kỹ thuật chuyển mạch nhãn thay

vì kỹ thuật xếp chồng IP over ATM phiên bản cũ .
Nhược điểm :
-

Mạng sẽ quá tải do sử dụng kỹ thuật xếp chồng .

-

Không thích hợp với mạng nhiều router và không hiệu quả trên một số
mặt chẳng hạn như sự chồng chéo về chức năng, quản lý mạng phức
tạp.

-

Không thể áp dụng cho mạng đường trục.

-

Các giao thức kết nối IP và ATM phức tạp do chúng xây dựng riêng rẽ.
21


1.5. Công nghệ MPLS
1.5.1. Khái niệm MPLS
MPLS là kỹ thuật chuyển mạch đa giao thức nhãn , là một công nghệ tích
hợp tốt nhất các khả năng phân phát gói tin từ nguồn tới đích qua mạng Internet.
MPLS là một tập các công nghệ mở dựa vào chuẩn Internet tức là một công
nghệ kết hợp những đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 (layer 3 routing) và
chuyển mạch lớp 2 (layer 2 switching) cho phép chuyển tải các gói rất nhanh
trong mạng lõi (core) và định tuyến tốt ở các mạng biên (edge) bằng cách dựa

vào nhãn (label).
Bằng cách sử dụng các giao thức điều khiển và định tuyến Internet, MPLS
cung cấp chuyển mạch hướng kết nối ảo qua các tuyến Internet bằng cách sử
dụng các nhãn và trao đổi nhãn. MPLS bao gồm việc thực hiện các đường
chuyển mạch nhãn LSP, nó cũng cung cấp các thủ tục và các giao thức cần thiết
để phân phối các nhãn giữa các chuyển mạch và các bộ định tuyến .
1.5.2. Miền MPLS và một số thành phần trong mạng MPLS
Miền MPLS là một tập hợp các nút mạng thực hiện hoạt động định tuyến
và chuyển tiếp MPLS. Một miền MPLS thường được quản lý và điều khiển bởi
một nhà quản trị.

Hình 1.3: Miền MPLS
Miền MPLS được chia thành 2 phần: phần mạng lõi (Core) và phần mạng
biên (Edge). Các nút thuộc miền MPLS được gọi là router chuyển mạch nhãn
LSR (Label Switch Router), các nút ở phần mạng lõi được gọi là Transit-LSR

22


hay Core-LSR (gọi tắt là LSR), các nút ở biên được gọi là router biên nhãn LER
(Label Edge Router).
1.5.3. LSRs và LERs
Thiết bị trong giao thức MPLS có thể được phân loại thành LERs và LSRs :
-

Một LSR(Label Switching Router) là một thiết bị định tuyến tốc độ cao
trong lõi của mạng MPLS tham gia vào quá trình thiết lập LSP sử dụng
giao thức thích hợp và chuyển mạch tốc cao luồng dữ liệu dựa trên con
đường đã được thiết lập.

-

Một LER (Label Edge Router) là một thiết bị hoạt động ở biên của mạng
truy cập và mạng MPLS. LER hỗ trợ nhiều cổng (port) nối tới các mạng
không tương đồng ( như ATM, Frame Relay, Ethenet) và chuyển những
luồng lưu lượng này tới mạng MPLS sau khi thiết lập các LSP, sử dụng
giao thức báo hiệu nhãn ở đầu vào và phân phối lưu lượng trở lại mạng
truy cập ở đầu ra. LER đóng vai trò rất quan trọng trong việc gán và bỏ
nhãn khi các luồng lưu lượng vào và tồn tại trong mạng MPLS.

1.5.4. Lớp chuyển tiếp tương đương FEC
FEC là một nhóm các gói IP được chuyển tiếp trên cùng một đường
chuyển mạch nhãn LSP và các gói trong nhóm được router chuyển mạch nhãn
LSR đáp ứng theo cùng một cách thức để 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 như 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.

23


Hình 1.4 : Lớp chuyển tiếp tương đương FEC trong MPLS
1.5.5. 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) mà gói tin được ấn định.
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.
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 bit, 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.

Hình 1.5 : Định dạng chung của nhãn MPLS

24


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).

-

BS : Là bít cuối chồng. Nhãn cuối chồng bit này được thiết lập lên, 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.

1.5.6. Đường dẫn chuyển mạch LSP
Đường chuyển mạch nhãn LSP là một đường nối giữa router ngõ vào và
router ngõ ra, được thiết lập bởi các nút MPLS để chuyển các gói đi xuyên qua
mạng. Đường dẫn của một LSP qua mạng được định nghĩa bởi sự chuyển đổi các
giá trị nhãn ở các LSR dọc theo LSP bằng cách dùng thủ tục hoán đổi nhãn.

Hình 1.6 : Đường chuyển mạch nhãn LSP
LSP được cung cấp bởi các giao thức như LDP, RSVP-TE, CR-LDP hoặc
BGP. LSP có thể xem như là con đường bao gồm một tập các router mà các gói
thuộc về một FEC nào đó đi qua để đến đích.
LSP cho phép sử dụng chồng nhãn. Vì vậy có thể có các LSP khác nhau
tại các mức nhãn khác nhau để một gói đến đích. LSP là đơn hướng (các gói tin
không thể đi ngược trở lại). Để xây dựng LSP, LSR phải sử dụng các giao thức
định tuyến.
Thiết lập LSP : thiết lập LSP có thể thực hiện theo hai cách:
-

Điều khiển độc lập: LSR tự chọn một nhãn trong số các nhãn chưa được
sử dụng trong bảng LIB cho một FEC cụ thể và cập nhật LFIB. Sau đó,
25