CÔNG NGHỆ MAN e và ỨNG DỤNG tại VIỄN THÔNGTHỪA THIÊN HUẾ

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
---------

NGUYỄN THÚC HUY

CÔNG NGHỆ MAN-E VÀ ỨNG DỤNG TẠI VIỄN
THÔNGTHỪA THIÊN HUẾ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Huế - 2016


ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
---------

NGUYỄN THÚC HUY

CÔNG NGHỆ MAN-E VÀ ỨNG DỤNG
TẠI VIỄN THÔNG THỪA THIÊN HUẾ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện tử, Truyền thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: ThS. HỒ ĐỨC TÂM LINH

Huế - 2016

3

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình 5 năm học tập tại Trường Đại Học Khoa Học Huế cũng như
trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được sự quan tâm dạy bảo tận tình
của quý thầy cô, sự động viên cổ vũ giúp đỡ của gia đình, bạn bè.
Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý thầy cô Trường Đại Học Khoa
Học Huế và đặc biệt là các thầy cô trong Khoa Điện Tử - Viễn Thông đã dạy dỗ,
truyền đạt cho em những vốn kiến thức quý giá trong suốt 5 năm học vừa qua giúp em
hình thành một nền tảng kiến thức căn bản để có thể bước ra hòa nhập với xã hội và
quyết định đường đi cho tương lai. Em xin chân thành cảm ơn thầy Ths Hồ Đức Tâm
Linh đã hướng dẫn và giúp em hoàn thiện đồ án này.
Em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè, những người đã luôn ở bên, động
viên em trong suốt quá trình học tập cũng như trong suốt quá trình hoàn thành đồ án.
Cuối cùng xin gửi lời cảm ơn đến tập thể ĐTVT K35, một tập thể vững mạnh,
tuyệt vời đã luôn ở bên, chia sẻ vui buồn cũng như những lời động viên, giúp nhau học
tập và hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!

Huế, tháng 05 năm 2016
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thúc Huy


4

MỤC LỤC

5

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ


6

DANH SÁCH CÁC BẢNG


7

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Diễn giải
Dịch nghĩa
ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao bất đối xứng
Chế độ chuyển mạch không đồng
ATM
Asynchronous Transfer Mode
bộ
BGP
Boder Gateway Protocol
Giao thức định tuyến toàn cầu
BRAS Broadband Remote Access Sever
Máy chủ truy nhập băng rộng từ xa
CE
Customer Edge
Phía khách hàng

CES
Carier Ethernet Switch
Chuyển mạch truyền tải ethernet
Dense
Wavelength
Division Ghép kênh theo bước sóng mật độ
DWDM
Multiplex
cao
Digital Subscriber Line Access Bộ ghép kênh truy nhập đường dây
DSLAM
Multiplexer
thuê bao số tập trung
E-LAN Ethernet LAN Service
Dịch vụ LAN Ethernet
EVC
Ethernet Virtual Connection
Kênh kết nối ảo Ethernet
Công nghệ sử dụng cáp quang tới
FTTH Fiber To The Home
nhà thuê bao
GE
Gigabit Ethernet
Gigabit Ethernet
GGSN Gateway GPRS Support Node
Nút hỗ trợ cổng nối GPRS
Generalized Multiprotocol Label Chuyển mạch đa giao thức tổng
GMPLS
Switching
quát

Institution
of
Elictrical
and
IEEE
Viện kỹ nghệ điện và điện tử
Electronic Engineers
Tổ chức đặc nhiệm kỹ thuật
IETF
Internet Engineering Task Force
Internet
IGP
Interior Gateway Protocol
Giao thức định tuyến trong
IP
Internet Protocol
Giao thức internet
IPTV
Internet Protocol Television
Truyền hình Internet
ISP
Internet Service Provider
Nhà cung cấp dịch vụ internet
International Telecommunications
ITU-T Union (Telecommunications
Hiệp hội viễn thông quốc tế
Standardisation Sector)
LAN
Local Area Network
Mạng nội bộ

LDP
Lable Distribution Protocol
Giao thức phân phối nhãn
MAC
Media Access Control
Điều khiển truy nhập môi trường
MAN
Metro Area Network
Mạng đô thị
Mạng đô thị sử dụng công nghệ
MAN-E Metro Area Network - Ethernet
Ethernet
MEN
Metro Ethernet Network
Mạng công nghệ Ethernet
MEF
Metro Etherner Forum
Diễn đàn mạng Ethernet đô thị
MPBN Mobile Packet Backbone Network
Mạng trục dữ liệu di động
MPLS Multiprotocol Lable Switching
Chuyển mạch nhãn đa giao thức


8
MSAN Multi Service Access Node
NGN
Next Generation Network
NG-SDH Next Generation SDH
Operation,

Administration
and
OAM
Mantenance
OSPF Open Shortest Path First
Open
System
Interconnection
OSI
Reference Model
PE
Provider Egde
POP
Post Office Protocol
Public
Switching
Telephone
PSTN
Network
QoS
Quality of Service
RNC
SDH
SONET
STP
TDM
UNI
VCAT
VLAN
VoD

VPN
VRF
WAN
WDM

Radio Network Controller
Synchronous Digital Hierachy
Synchronous Optical Netwok
Spanning Tree Protocol
Time Division Multiplexing
User-to-Network Interface
Virtual Concatenation
Virtual LAN
Video on Demand
Virtual Private Network
Virtual Routing Forwarding
Wide Area Network
Wavelength Division Multiplex

Thiết bị truy nhập đa dịch vụ
Mạng thế hệ sau
SDH thế hệ sau
Vận hành, quản lý và bảo dưỡng
Thuật toán chọn đường ngắn nhất
Mô hình tham chiếu kết nối hệ
thống mở
Nhà cung cấp
Giao thức tầng ứng dụng
Mạng điện thoại công cộng
Chất lượng dịch vụ

Bộ điều khiển thông tin di động thế
hệ ba
Hệ thống phân cấp số đồng bộ
Mạng quang đồng bộ
Giao thức ngăn chặn sự lặp vòng
Ghép kênh theo thời gian
Giao diện kết nối người sử dụng –
mạng
Ghép chuỗi ảo
LAN ảo
Dịch vụ xem video theo yêu cầu
Mạng riêng ảo
Chuyển tiếp định tuyến ảo
Mạng diện rộng
Ghép kênh theo bước sóng


9

MỞ ĐẦU
Sự tăng trưởng mạnh về kinh tế, xã hội, văn hóa trong môi trường các thành
phố và đô thị nên nhu cầu trao đổi thông tin cũng rất lớn đa dạng cả về loại hình dịch
vụ, tốc độ. Cùng với sự phát triển nhanh chóng, vượt bậc của các công nghệ truy nhập
băng rộng mới (xDSL, FTTx…) và các dịch vụ mới (VoIP, IPTV, VoD…), đặc biệt xu
hướng tiến lên NGN của các nhà khai thác viễn thông. Yêu cầu về băng thông kết nối
tới các thiết bị truy nhập ngày càng cao, yêu cầu cơ sở hạ tầng truyền tải phải đáp ứng
các công nghệ mới của IP để sẵn sàng cho các dịch vụ mới, đáp ứng nhu cầu của
khách hàng…
Các mạng nội bộ LAN chỉ có thể đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin với
phạm vi địa lý rất hẹp (trong khoảng vài trăm mét). Trong khi đó nhu cầu kết nối với

mạng bên ngoài (truy nhập Internet, truy nhập cơ sở dữ liệu, kết nối chi nhánh văn
phòng…) là rất lớn. Điều này dẫn đến việc cơ sở hạ tầng thông tin hiện tại với công
nghệ TDM (chuyển mạch kênh PSTN, công nghệ SDH) sẽ rất khó đáp ứng yêu cầu
trao đổi thông tin rất lớn như vậy cả về loại hình dịch vụ và cường độ lưu lượng trao
đổi thông tin. Do vậy việc tìm kiếm một công nghệ để xây dựng một cơ sở hạ tầng
mạng đô thị (MAN) đáp ứng được yêu cầu nói trên là công việc cấp thiết đối với
những nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói
riêng.
Với sự phát triển bùng nổ của mạng MAN, em đã chọn đề tài “Công nghệ
MAN-E và ứng dụng tại viễn thông Thừa Thiên Huế” cho bài đồ án tốt nghiệp của
mình. Nội dung đề tài này gồm các chương:
Chương 1: Mạng đô thị và xu hướng phát triển.
Chương 2: Công nghệ truyền tải Ethernet trong MAN
Chương 3: Xây dựng mô hình mạng MAN tại tỉnh Thừa Thiên Huế.
Chương 4: Mô phỏng dịch vụ L3VPN trên mạng MAN-E.
Yêu cầu cần đạt khi thực hiện đồ án là:
-

Nắm được khái niệm, cấu trúc cơ bản của mạng MAN. Tìm hiểu các công nghệ sử

-

dụng, các tiêu chí lựa chọn công nghệ trong mạng.
Giải pháp Ethernet, các dịch vụ cung cấp, các thuộc tính dịch vụ Ethernet.


10
-

Xây dựng mô hình MAN cho tỉnh Thừa Thiên Huế và các dịch vụ sẽ triển khai trên đó.

Biết cách sử dụng phần mềm GNS3 để mô phỏng, giả lập mô hình mạng đã xây dựng.
Kiểm tra định tuyến động OSPF, chuyển mạch MPLS trong lõi MAN được cấu hình

-

trong các router trên mạng mô phỏng hoạt động tốt.
Biết cách trình bày, nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu từ các nguồn khác nhau để hoàn thiện
một đồ án hoàn chỉnh.
Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng các vần đề trình bày trong đồ án chưa thể
mang tính hoàn chỉnh. Rất mong các bạn và quý thầy cô đóng góp thêm ý kiến để đồ
án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cám ơn!
-


11

CHƯƠNG 1
MẠNG ĐÔ THỊ VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN
1.1. Giới thiệu về mạng đô thị
Mạng đô thị (MAN) là mạng dữ liệu băng rộng được xây dựng để trao đổi lưu
lượng của các mạng cục bộ LAN có dung lượng và kích cỡ mạng lớn. Qui mô của
MAN có thể bao phủ toàn bộ một thành phố hoặc chỉ là một mạng để liên kết một vài
khu nhà (chung cư, khu công nghệ/công nghiệp, các cơ quan tổ chức, các trường đại
học, viện nghiên cứu) với nhau.

Hình 1. Phạm vi mạng đô thị.

Thiết bị MAN có thể được xây dựng và quản lý bởi nhiều tổ chức khác nhau
hoặc chỉ với một nhà cung cấp dịch vụ MAN duy nhất. Các công nghệ được lựa chọn

áp dụng để xây dựng MAN chủ yếu tập trung vào 6 loại công nghệ chính là:







IP
WDM.
SONET/SDH-NG.
Ethernet/Giagabit Ethernet (GbE).
RPR.
Chuyển mạch kết nối MPLS/GMPLS.
Các công nghệ này được xây dựng khác nhau cả phạm vi và các phương thức
mà chũng sẽ được sử dụng. Trong một số trường hợp, các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng
lại triển khai cùng một công nghệ cho các ứng dụng khác nhau. Các nhà khai thác


12
mạng có xu hướng kết hợp một số loại công nghệ trên cùng một mạng của họ, vì tất cả
các công nghệ sẽ đóng góp vào việc đạt được những mục đích chung:






Giảm chi phí đầu tư xây dựng mạng.
Rút ngắn thời gian đáp ứng dịch vụ cho khách hàng.

Dự phòng dung lượng đối với sự gia tăng lưu lượng dạng gói.
Tăng lợi nhuận từ việc triển khai dịch vụ mới.
Nâng cao hiệu suất khai thác mạng.

1.2. Cấu trúc tổng quan của MAN
1.2.1.

Cấu trúc phân lớp dịch vụ

Hình 1.2 cho ta một cái nhìn tổng quan nhất về cấu trúc phân lớp xét trên quan
điểm về cung cấp dịch vụ. Cấu trúc này chỉ mang tính logic nó phụ thuộc vào kích cỡ
mạng và độ phức tạp của mạng cụ thể. Theo cấu trúc này, MAN được chia thành 2 lớp:
Lớp mạng lõi (Core) và lớp truy nhập (Access).
 Lớp truy nhập thực hiện chức năng tích hợp các loại hình dịch vụ bao gồm cả dịch vụ
từ người sử dụng và dịch vụ mạng. Lớp mạng này thực thi kết nối cung cấp các loại
hình dịch vụ xuất phát từ mạng truy nhập ứng dụng bởi nhiều công nghệ truy nhập
khác nhau như: các dịch vụ trên cơ sở công nghệ Ethernet, ATM, Frame Relay, DSL,
cáp đồng, cáp quang... và với nhiều loại giao diện khác nhau.
 Lớp mạng lõi thực hiện chức năng truyền tải lưu lượng tích hợp trong mạng đô thị một
cách hợp lý; lớp này thực hiện chức năng định tuyến truyền tải lưu lượng trong nội
vùng đô thị hoặc chuyển giao lưu lượng với mạng trục (backbone).

Hình 1. Cấu trúc phân lớp dịch vụ của MAN

Mạng đô thị thực hiện tiếp cận với rất nhiều loại hình ứng dụng và giao thức
giao thức truyền tải cần phải truyền một cách “trong suốt” giữa người sử dụng hoặc


13
các mạng văn phòng với nhau. Do vậy vấn đề đặt ra là cần phải cân nhắc giữa mục

tiêu là truyền lưu lượng trong suốt và đạt hiệu suất sử dụng mạng cao, đó là một bài
toán đặt ra đối với các nhà xây dựng mạng đô thị. Nó sẽ quyết định đến chiến lược
triển khai mạng và dịch vụ cũng như như việc lựa chọn nhà cung cấp thiết bị mạng. [8]
1.2.2.

Cấu trúc phân lớp chức năng

Theo cấu trúc phân lớp chức năng, MAN có thể phân chia thành 2 lớp mạng:
lớp mạng biên và lớp mạng lõi. Trong mỗi lớp mạng đó có thể bố trí các thiết bị mạng
có chức năng khác nhau để thực thi các chức năng cần phải thực hiện của lớp mạng
này tùy thuộc vào mục tiêu, qui mô, kích cỡ của MAN cần phải xây dựng.

1.3. Các công nghệ ứng dụng trong mạng đô thị
Xu hướng phát triển của mạng thế hệ kế tiếp NGN là thay thế hoặc chuyển lưu
lượng mạng sử dụng công nghệ TDM sang mạng sử dụng công nghệ chuyển mạch gói.
Do vậy công nghệ áp dụng xây dựng mạng MAN cũng không nằm ngoài xu hướng nói
trên, đó là xây dựng cơ sở hạ tầng mạng với mục tiêu hội tụ đủ các loại hình dịch vụ
dữ liệu, tiếng nói, truyền hình để truyền tải trên cũng một cơ sở hạ tầng mạng.
1.3.1.

Công nghệ IP

IP là giao thức chuyển tiếp gói tin, nó đóng gói và chuyển gói tới đích một cách
hiệu quả sử dụng địa chỉ trong phần header của gói. IP cung cấp dịch vụ chuyển dữ
liệu hướng không kết nối, nó chỉ nỗ lực tối đa để chuyển gói tin tới đích chứ không
đảm bảo chất lượng dịch vụ. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu
định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp. Gói IP chỉ chứa địa chỉ bên nhận,
địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và MAN đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển
gói tin tới đích.
Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng. Do

vậy cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin về
nguyên tắc chuyển tin và nó có khả năng hoạt động trong môi trường mạng gồm có
nhiều nút. Kết quả tính toán của cơ cấu định tuyến được lưu trong các bản chuyển tin
(forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tới đích.
Dựa trên các bảng chuyển tin, cơ cấu chuyển tin để chuyển mạch các gói IP
hướng tới đích. Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một. Ở cách
này, mỗi nút mạng tính toán bảng chuyển tin một cách độc lập. Vì vậy, phương thứ này


14
yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán với
nhau. Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn tới chuyển gói tin sai hướng dẫn đến
mất gói tin.
Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng. Ví dụ, nếu các
gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ mà đi qua cùng một nút thì cũng sẽ được truyền
qua cùng một tuyến tới điểm đích. Điều này khiến mạng không thể thực hiện một số
chức năng khác như định tuyến theo đích, theo dịch vụ.
Tuy nhiên, phương thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao độ tin cậy cũng
như khả năng mở rộng của mạng. Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản ứng
lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được sự thay đổi topo mạng
thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối. Với các phương thức như
CIDR (Classess Interdomain Routing), kích thước của bảng chuyển tin được duy trì ở
mức chấp nhận được, và do việc tính toán định tuyến đều do các nút thực hiện, mạng
có thể mở rộng mà không cần bất kì sự thay đổi nào.
Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở
rộng cao. Tuy nhiên việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định
tuyến theo từng chặng. Ngoài ra IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ.
1.3.2.

Công nghệ WDM/DWDM

Công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM hay DWDM là công nghệ truyền
tải trên sợi quang đã xây dựng và phát triển từ những năm 90 của thế kỷ trước. Các hệ
thống WDM hiện nay có tốc độ truyền dẫn kênh 2,5Gbps hoặc 10Gbps và có thể tích
hợp tới 100 bước sóng trên một sợi quang cho phép truyền dẫn dung lượng hàng ngàn
Gigabit trên một sợi quang.
Nguyên lý cơ bản của công nghệ này là thực hiện truyền đồng thời các tín hiệu
quang thuộc nhiều bước sóng khác nhau trên một sợi quang [6]. Băng tần truyền tải
thích hợp của trên sợi quang được phân chia thành những bước sóng chuẩn với khoảng
cách thích hợp giữa các bước sóng (đã được chuẩn hóa bởi tiêu chuẩn G.692 của ITUT), mỗi bước sóng có thể truyền tải một luồng thông tin có tốc độ lớn (chẳng hạn
luồng thông tin số tốc độ 10Gbit/s). Do đó, công nghệ WDM cho phép xây dựng
những hệ thống truyền tải thông tin quang có dung lượng gấp nhiều lần so với hệ
thống thông tin quang đơn bước sóng. Hiện tại, sản phẩm và các hệ thống truyền dẫn


15
WDM đã được sản xuất bởi nhiều hãng sản xuất thiết bị viễn thông và đã được triển
khai trên mạng của nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trên thế giới.
Mạng WDM có thể thiết lập các cấu hình điểm nối điểm, ring và mesh. Việc
chuyển đổi hay nâng cấp giữa các cấu hình tương đối linh hoạt. [3]

Hình 1. Mạng Metropilitan sử dụng công nghệ DWDM.

Ưu điểm:
-

Tăng băng thông truyền trên sợi quang số lần tương ứng với số bước sóng được ghép

-

vào để truyền trên một sợi quang.[6]
Tính trong suốt: Do công nghệ WDM thuộc kiến trúc mạng vật lý nên có thể hỗ trợ

-

định dạng các số liệu và thoại như: ATM, GE, IP …[6]
Khả năng mở rộng: Những tiến bộ trong công nghệ WDM hứa hẹn tăng băng thông
sợi quang lên tới hàng Tbps, đáp ứng nhu cầu mở rộng mạng ở nhiều cấp độ khác

-

nhau.[6]
Hiện tại chỉ có duy nhất công nghệ WDM là cho phép xây dựng mô hình mạng truyền
tải quang giúp truyền tải nhiều loại hình dịch vụ, quản lý hiệu quả, định tuyến linh
động …
Nhược điểm:

-

Vẫn chưa khai thác hết băng tần hoạt động có thể của sợi quang (chỉ mới tận dụng

-

được băng L và băng C).
Quá trình khai thác, bảo dưỡng phức tạp hơn gấp nhiều lần.
Nếu hiện tại, sợi quang đang sử dụng là sợi DSF theo chuẩn G653 thì rất khó truyển
khai WDM vì xảy ra hiện tượng trộn bốn bước sóng khá gay gắt.[6]


16

1.3.3.

Công nghệ SDH-NG

Công nghệ SDH hiện tại là công nghệ truyền dẫn được áp dụng phổ biến nhất
trong mạng của những nhà cung cấp dịch vụ trên thế giới. Công nghệ SDH được xây
dựng trên cơ sở hệ thông phân cấp ghép kênh đồng bộ TDM với cấu trúc phân cấp
ghép kênh STM-N cho phép cung cấp các giao diện truyền dẫn tốc độ từ vài Mbps tới
vài Gbps. Đặc tính ghép kênh TDM và phân cấp ghép kênh đồng bộ của công nghệ
SDH cho phép cung cấp các kênh truyền dẫn có băng thông cố định và cố độ tin cậy
cao với việc áp dụng các cho chế phục hồi và bảo vệ, cơ chế quản lý hệ thống theo cấu
trúc tô-pô mạng phù hợp và đã được chuẩn hóa bởi các tiêu chuẩn của ITU-T.

Hình 1. Mô hình mạng sử dụng công nghệ SDH-NG.

Từ trước tới nay công nghệ truyền dẫn SDH được xây dựng chủ yếu cho việc
tối ưu truyền tải lưu lượng thoại. Theo những dự báo và phân tích về thị trường mạng
viễn thông gần đây, các doanh nghiệp có sẽ gia tăng mạnh mẽ các loại hình dịch vụ
truyền dữ liệu và có xu hướng chuyển dần lưu lượng của các dịch vụ thoại sang truyền
tải theo các giao thức truyền dữ liệu (ví dụ như dịch vụ thoại qua IP (VoIP).. Trong khi
đó, các cơ sở hạ tầng mạng SDH hiện có khó có khả năng đáp ứng nhu cầu truyền tải
lưu lượng gia tăng trong tương lai gần. Do vậy yêu cầu đặt ra là cần phải có một cơ sở
hạ tầng truyền tải mới để có thể đồng thời truyền tải trên nó lưu lượng của hệ thống
SDH hiện có và lưu lượng của các loại hình dịch vụ mới khi chúng được triển khai. Đó
chính là lý do của việc hình thành một hướng mới của công nghệ SDH, đó là SDH thế
hệ kế tiếp SDH-NG. [8]


17
Các công nghệ để tạo ra SDH-NG được tập hợp chung trong một khái niệm đó

là khái niện truyền dữ liệu qua mạng SDH DoS (data over SDH). DoS là cơ cấu truyền
tải lưu lượng cung cấp một số chức năng và các giao diện nhằm mục đích tăng hiệu
quả của việc truyền dữ liệu qua mạng SDH. Mục tiêu quan trọng nhất mà các hướng
công nghệ nói trên cần phải thực hiện được đó là phối hợp hỗ trợ lẫn nhau để thực hiện
chức năng cài đặt/chỉ định băng thông cho các dịch vụ một cách hiệu quả mà không
ảnh hưởng tới lưu lượng đang truyền qua mạng SDH hiện tại. Điều này có nghĩa là
mạng sẽ đảm bảo được chức năng hỗ trợ truyền tải lưu lượng dịch vụ của mạng hiện
có và triển khai các loại hình dịch vụ mới.
Thêm vào đó, SDH-NG cung cấp chức năng đảm bảo chất lượng dịch dụ QoS
với mức độ chấp nhận nào đó cho các loại hình dịch vụ mới; mềm dẻo và linh hoạt
trong việc hỗ trợ truyền tải lưu lượng bởi các giao thức khác nhau qua mạng.
Cơ cấu của DoS gồm 3 giao thức chính:
-

Thủ tục đóng khung tổng quát GFP (Generic Framing Procedure).
Kỹ thuật liên kết chuỗi ảo VC (Virtual Concatenation).
Cơ cấu điều chỉnh dung lượng đường thông LCAS (Link Capacity Adjustment
Scheme).
Cả 3 giao thức này đã được ITU-T chuẩn hóa lần lượt bởi các tiêu chuẩn
G.7041/Y.1303, G.707, G.7042/Y.1305. Giao thức GFP cung cấp thủ tục đóng gói
khung dữ liệu cho các dạng lưu lượng khác nhau (Ethernet, IP/PPP, RPR, kênh quang)
vào các phương tiện truyền dẫn TDM như là SDH hoặc hệ thống truyền tải quang
OTN (Optical Transport Network). Giao thức VC cung cấp những thủ tục cài đặt băng
thông cho kênh kết nối mềm dẻo hơn so với những thủ tục áp dụng trong hệ thống
truyền dẫn TDM trước đó. Giao thức LCAS cung cấp thủ tục báo hiệu đầu cuối tới đầu
cuối để thực hiện chức năng điều chỉnh động dung lượng băng thông cho các kết nối
khi sử dụng VC trong kết nối SDH. [8]
Ưu điểm của SDH-NG

-

Cung cấp các kết nối có băng thông cố định cho khách hàng.
Độ tin cậy của kênh truyền dẫn cao, trễ truyền tải thông tin nhỏ.
Các giao diện truyền dẫn đã được chuẩn hóa và tương thích với nhiều thiết bị trên

-

mạng.
Thuận tiện cho kết nối truyền dẫn điểm – điểm.
Quản lý dễ dàng.


18
-

Công nghệ đã được chuẩn hóa
Thiết bị đã được triển khai rộng rãi.
Nhược điểm của SDH-NG

-

Công nghệ SDH được xây dựng nhằm mục đích tối ưu cho truyền tải lưu lượng

-

chuyển mạch kênh, không phù hợp với truyền tải lưu lượng chuyển mạch gói.
Do cấu trúc ghép kênh phân cấp nên cần nhiều cấp thiết bị để ghép tách, phân chia

-

giao diện đến khách hàng.
Khả năng nâng cấp không linh hoạt và giá thành nâng cấp là tương đối đắt.
Không phù hợp với tổ chức mạng theo cấu trúc Mesh.
Khó triển khai các dịch vụ ứng dụng Multicast.
Dung lượng băng thông dành cho bảo vệ và phục hồi lớn.
Phương thức cung cấp kết nối phức tạp, thời gian cung ứng kết nối dài.
1.3.4.

Công nghệ Ring gói tự phục hồi

RPR là một giao thức ở phân lớp MAC (Media Acces Control) được thiết kế để
tối ưu quản lý băng thông và dễ dàng triển khai dịch vụ dữ liệu trên một mạng ring.
RPR vận hành ở lớp 2 của mô hình OSI, nó không phân biệt ở lớp 1 nên độc lập với
truyền dẫn nên có thể làm việc với WDM, SDH hay truyền dẫn dựa trên Ethernet.
Ngoài ra, RPR đi từ thiết bị đa lớp đến dịch vụ mạng thông minh lớp 3 như MPLS. Sự
kết hợp độ tin cậy và khả năng hồi phục của RPR với ưu điểm quản lý lưu lượng và
khả năng mở rộng của MPLS VPN và MPLS–TE được xem là giải pháp xây dựng
MAN trên thế giới hiện nay.

Hình 1. Mô hình mạng sử dụng RPR.


19
Hình 1.5 chỉ ra mô hình triển khai RPR cơ bản. Các CMTS (Cable Modem
Termination System – hệ thống đầu cuối điều giải cáp) tập hợp lưu lượng đến thông
qua cáp đồng trục từ nhà khách hàng rồi chuyển tới router RPR. Có nhiều router RPR
kết nối với nhau bằng một ring OC48, sau đó lưu lượng tập trung chuyển đến một hub
trung tâm để thực hiện kết nối ra Internet. [1]
Giải pháp này sử dụng các Router kết nối cáp quang với công nghệ RPR hỗ trợ
IP hoặc thậm chí MPLS đáp ứng tất cả các dịch vụ khác nhau. RPR là công nghệ chủ

đạo cho mạng đô thị thế hệ mới đang được các hãng viễn thông lớn tập trung phát triển
(Cisco, Nortel, Siemens, Redstone…). Công nghệ này kết hợp tính ưu việt của phương
thức bảo vệ đường như ở công nghệ SDH cho phép khả năng hồi phục tuyến cực
nhanh ở mức 50 ms trên cơ sở hai phương thức: phương thức steering và phương thức
wrapping.
-

Wrapping: Một vòng RPR gồm hai vòng sợi quang truyền ngược chiều nhau. Nếu một
thiết bị hay sợi quang bị phát hiện có lỗi, lưu lượng đi đến sẽ chuyển sang hướng

-

ngược lại trên vòng quang kia.
Steering: Khi phát hiện lỗi sẽ không thực hiện chuyển lưu lượng sang vòng khác. Node
phát hiện lỗi đầu tiên sẽ khởi tạo bản tin báo lỗi gửi cho các node khác. Khi node nhận
được bản tin bảo vệ, sẽ thực hiện tính toán loại đường đến đích và topology sẽ được
cập nhật tương ứng.
Steering là kỹ thuật bảo vệ mặc định. Nếu các router trong vòng có hỗ trợ cả kiểu
bảo vệ thì Steering sẽ được chọn. Mọi router trong vòng phải chạy cùng một kiểu bảo vệ.
Tất cả các hoạt động cảnh báo và chuyển lưu lượng được thực hiện không quá 50ms.
Như vậy RPR có những đặc điểm chính sau:

-

Kết nối theo cấu hình Ring.
Khôi phục đường truyền nhanh khi có sự cố (<50ms).
Hỗ trợ đa dạng phân lớp dịch vụ.
Sự linh hoạt của lớp vật lý: Có thể tương thích với các lớp tiêu chuẩn vật lý khác nhau

-

như Ethernet, SONET/SDH, DWDM.
Cho phép truyền tải lưu lượng theo phương thức quảng bá.
Điều khiển băng thông tránh tắc nghẽn.
Tuy nhiên: Giá thành thiết bị ở thời điểm hiện tại còn khá đắt, khả năng tương thích
với các thiết bị của các hãng khác nhau còn kém. Chức năng bảo vệ phục hồi còn gặp
vấn đề.


20
1.3.5.

Công nghệ chuyển mạch MPLS

MPLS là phương thức chuyển mạch phối hợp ưu điểm của IP và ATM. Trước
khi phương thức này ra đời người ta cũng quan tâm tới mô hình IP over ATM của
IETF xem IP như một lớp nằm trên lớp ATM. Phương thức tiếp cận xếp chồng này cho
phép IP và ATM hoạt động với nhau mà không cần thay đổi giao thức của chúng. Tuy
nhiên cách này không tận dụng hết khả năng của ATM, không thích hợp với mạng
nhiều router và không thật hiệu quả trên một số mặt.
Công nghệ MPLS sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ
truyền gói tin mà không cần thay đổi giao thức định tuyến IP,
MPLS tách chức năng của IP router làm hai phần riêng biệt:
 Chức năng chuyển gói tin: có nhiệm vụ gửi gói tin giữa các router, sử dụng cơ chế
hoán đổi nhãn tương tự trong ATM. Trong MPLS, nhãn là một số có độ dài cố định và
không phục thuộc vào lớp mạng. Kỹ thuật hoán đổi nhãn thực chất là việc tìm nhãn
cho một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn mới của
gói đó. Các router thực hiện kỹ thuật này gọi là LSR (Label Switch Router).
 Chức năng điều khiển: gồm các gia thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối
thông tin giữa các LSR, giao thức phân phối nhãn thiết lập nhãn trong các bảng định

tuyến.
MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác như
OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Gateway Protocol)
Một số ưu điểm của MPLS:
 MPLS đảm bảo chất lượng dịch vụ do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho
phép thiết lập tuyến cố định. Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến (fast
rerouting). Do MPLS là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, khả năng bị ảnh
hưởng bởi lỗi đường truyền cao hơn. Trong khi đó các dịch vụ mà MPLS hỗ trợ lại yêu
cầu dung lượng cao. Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung
cấp dịch vụ của mạng không phục thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên
dưới.
 Công nghệ MPLS giúp cho việc quản lý mạng được dễ dàng hơn. Do MPLS quản lý
việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các gói tin thuộc một FEC (Forwarding
Equivalence Class) thể xác định bởi một giá trị của nhãn. Do vậy trong miền MPLS


21
các thiết bị đo lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các gói tin. Lưu
lượng đi qua các tuyến chuyển mạch nhãn (LSP) được giám sát một cách dễ dàng
dùng RTFM (Realtime Flow Measurement). Bằng cách giám sát lưu lượng tại các
LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể được
xác định nhanh chóng. Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương thức này không đưa
ra được toàn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ trễ từ điểm đầu tới điểm cuối
của miền MPLS). Việc đo trễ có thể được thực hiện bới giao thức lớp 2. Để giám sát
tốc độ của mỗi luồng và đảm bảo các luồng lưu lượng tuân thủ tính chất lưu lượng đã
định trước, hệ thống giám sát có thể dùng một thiết bị nắn lưu lượng. Thiết bị này sẽ
cho phép giám sát và đảm bảo tuân thủ tính chất lưu lượng mà không cần thay đổi các
tính chất hiện có.
Tóm lại, MPLS là một công nghệ chuyển mạch có nhiều triển vọng. MPLS có
khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng IP truyền thống. Đồng thời cải thiện

lưu lượng mạng một cách đáng kể.
1.3.6.

Công nghệ Ethernet/Gigabit Ethernet

Ethernet là công nghệ đã được áp dụng phổ biến cho mạng nội bộ LAN trong
thời gian dài, là công nghệ chủ đạo trong hầu hết các văn phòng trên toàn thế giới và
hiện nay đã được dùng ngay cả trong các hộ gia đình để chia sẽ các đường dây truy nhập
băng rộng giữa các thiết bị với nhau. Đặc biệt tất cả các máy tính cá nhân đều được kết
nối bằng Ethernet và ngày càng nhiều thiết bị truy nhập dùng đến công nghệ này.
Công nghệ Ethernet đã được xây dựng và chuẩn hóa để thực hiện các chức năng
mạng lớp đường dữ liệu và lớp vật lý. Công nghệ này hỗ trợ cung cấp rất tốt các dịch
vụ kết nối điểm – điểm với cấu trúc topo mạng phổ biến theo kiểu ring và hub- nan
hoa (hub-and-spoke). Với cấu hình hub-nan hoa trong các mạng cơ quan khu văn
phòng thường triển khai các nút mạng là Switch và Hub. Nút mạng đóng vai trò là
cổng (gateway) kết nối kép (dual home) với nút mạng thực hiện chức năng POP (Point
of Present) của nhà cung cấp dịch dụ để tạo nên cấu trúc mạng nan hoa. Cách tổ chức
mạng này xét về khía canh kinh tế tương đối đắt, bù lại mạng có độ duy trì mạng cao
và có khả năng mở rộng, nâng cấp dung lượng.


22

Hình 1. Cấu hình Hub-and-Spoke

Mạng tổ chức theo cấu trúc topo ring được áp dụng nhiều vì có tính hiệu quả về
mặt tiết kiệm chi phí đầu tư mạng ban đầu. Tuy nhiên, một trong những yếu điểm của
mạng này là không hiệu quả khi triển khai thuật toán phân đoạn hình cây (Spanning
Tree Algorithm); một trong những thuật toán định tuyến quan trọng áp dụng trong
mạng Ethernet do những hạn chế của cơ chế bảo vệ và dung lượng băng thông hữu hạn

của vòng ring. Một điểm nữa là thuật toán định tuyến phân đoạn hình cây có thời gian
hội tụ dài hơn nhiều so với thời gian hồi phục đối với cơ chế bảo vệ vòng ring (tiêu
chuẩn là 50ms).


23

Hình 1. Cấu hình Ring Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet là bước phát triển tiếp theo của công nghệ Ethernet. Ngoài đặc
điểm công nghệ Ethernet truyền thống, công nghệ Gigabit Ethernet phát triển và bổ
sung rất nhiều chức năng và tiện ích mới nhằm đáp ứng yêu cầu đa dạng về loại hình
dịch vụ, tốc độ truyền tải, phương tiện truyền dẫn. Hiện tại các giao thức Gigabit
Ethernet đã được chuẩn hóa trong các tiêu chuẩn IEEE 802.3z, 802.3ae, 802.1w.
Gigabit Ethernet cung cấp các kết nối có tốc độ 100Mbps, 1Gbps hoặc vài chục Gbps
và hỗ trợ rất nhiều các tiện ích truyền dẫn vật lý khác nhau như cáp đồng, cáp quang
với phương thức truyền tải đơn công (half-duplex) hoặc song công (full-duplex). Công
nghệ Gigabit Ethernet hỗ trợ triển khai nhiều loại hình dịch vụ khác nhau cho nhu cầu
kết nối điểm – điểm, kết nối đa điểm… điển hình là các dịch vụ đường kết nối
Ethernet ELS (Ethernet Line Service), dịch vụ chuyển tiếp Ethernet ERS (Ethernet
Relay Service), dịch vụ kết nối đa điểm Ethernet EMS (Ethernet Multipoint Service).
Một trong những ứng dụng quan trọng tập hợp chức năng của nhiều loại hình dịch vụ
kết nối là dịch vụ mạng LAN ảo VLAN (virtual LAN), dịch vụ này cho phép các cơ
quan, doanh nghiệp, các tổ chức kết nối mạng từ ở các phạm vi địa lý tách rời thành
một mạng thống nhất. [9]
Ưu điểm:
Công nghệ Ethernet/Gigabit Ethernet có những ưu điểm nổi bật là:


24

-

Công nghệ Ethernet có khả năng hỗ trợ rất tốt cho ứng dụng truyền tải dữ liệu ở tốc độ

-

cao và có đặc tính lưu lượng mang tính đột biến và tính “bùng nổ”.
Cơ cấu truy nhập CSMA/CD công nghệ Ethernet cho phép truyền tải lưu lượng với

-

hiệu suất băng thông và thông lượng truyền tải lớn.
Thuận lợi trong việc kết nối cung cấp dịch vụ cho khách hàng. Không đòi hỏi khách

-

hàng phải thay đổi công nghệ, thay đổi hoặc nâng cấp mạng nội bộ, giao diện kết nối.
Sự phổ biến của công nghệ Ethernet tại lớp truy nhập sẽ tạo điều kiện rất thuận lợi cho
việc kết nối hệ thống với độ tương thích cao nếu như xây dựng một mạng MAN dựa
trên cơ sở công nghệ Ethernet. Điều này sẽ dẫn tới việc giảm đáng kể chi phí đầu tư

-

xây dựng mạng.
Mạng xây dựng trên cơ sở Ethernet có khả năng mở rộng và nâng cấp dễ dàng do đặc
tính của công nghệ này là chia sẻ chung tiện ích băng thông truyền dẫn và không thực

-

hiện cơ cấu ghép kênh phân cấp.

Hầu hết các giao thức, giao diện truyền tải ứng dụng trong công nghệ Ethernet đã
được chuẩn hóa (họ giao thức IEEE 802.3). Việc chuẩn hóa này tạo điều kiện kết
nối dễ dàng, độ tương thích kết nối cao giữa các thiết bị của nhà sản xuất khác

-

nhau.
Quản lý đơn giản. [8]
Nhược điểm:
Nếu chỉ xét công nghệ Ethernet một cách độc lập, bản thân công nghệ này còn
một số nhược điểm sau:

-

Thời gian bảo vệ phục hồi lớn.
Không phù hợp cho việc truyền tải loại hình ứng dụng có tính nhạy cảm với sự thay

-

đổi về trễ truyền tải (jitter) và có độ ì (latency) lớn.
Chưa thực hiện chức năng đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho những dịch vụ cần
truyền tải có yêu cầu về QoS. [8]
Khả năng áp dụng
Ngoài ra, một số giải pháp công nghệ thực hiện kết hợp công nghệ Ethernet và
một số công nghệ truyền tải khác, có thể khắc phục một số nhược điểm của công nghệ
Ethernet để có thể ứng dụng công nghệ này trong lớp mạng lõi MAN. Việc áp dụng
công nghệ Ethernet ở lớp mạng nào còn tùy thuộc vào quy mô phạm vi của mạng cần


25

xây dựng và còn phục thuộc vào cấu trúc topo mạng được lựa chọn phù hợp với mạng
cần xây dựng. [8]

1.4. Một số chỉ tiêu đánh giá các công nghệ
Một điều cần khẳng định rằng: Mạng MAN thế hệ mới được xây dựng là tổ hợp
của các công nghệ truyền dẫn, công nghệ chuyển mạch/định tuyến được lựa chọn. Do
vậy chúng ta chỉ có thể nói là lựa chọn giải pháp xây dựng mạng MAN dựa trên tổ hợp
công nghệ truyền dẫn, chuyển mạch nào đó để đạt được những tiêu chí cụ thể đề ra
trước khi xây dựng mạng. Để xác định công nghệ nào được lựa chọn trước hết cần
phải xác định được những tiêu chí chủ yếu cho việc xây dựng mạng. Các tiêu chí đó
là: Năng lực truyền tải của mạng, giá thành của mạng, khả năng cung cấp và mở rộng
mạng. [8]
1.4.1.

Năng lực truyền tải của mạng

Năng lực truyền tải của mạng là một trong những chỉ tiêu quan trọng cần phải
đạt được khi xây dựng mạng. Năng lực truyền tải của mạng cấu thành bởi một số yếu
tố như là trễ mạng, khả năng bảo vệ, thông lượng, hiệu suất băng thông, độ khả dụng
của mạng. [8]
 Trễ mạng
Trễ mạng bao gồm các hiện tượng trễ do bảo vệ phục hồi (tính theo giá trị trung
bình), trễ truyền tải khi thông tin được truyền qua nhiều mạng thành phần (tính theo
giá trị min, max). Giải pháp mạng (bao gồm công nghệ được lựa chọn, cấu trúc tô pô
mạng, kích cỡ mạng) cũng như cường độ lưu lượng truyền tải trên mạng là những yếu
tố ảnh hưởng rất lớn đến trễ mạng. Bảng 1.1 đưa ra các mức trễ của một số giải pháp
công nghệ có thể áp dụng cho MAN. Gigabit Ethernet có thời gian trễ phục hồi ngắn
nhưng trễ truyền tải lớn. Trong khi đó công nghệ RPR cho giá trị trễ truyền tải nhỏ hơn
so với công nghệ SDH-NG do áp dụng chức năng chuyển gói (packet forwarding). Độ
khả dụng cũng là một yếu tố cần phải đưa ra xem xét.

Hầu hết các giải pháp công nghệ đều có thể thực hiện mạng nhằm đạt được độ
khả dụng “năm số chin” (99,999%), nhưng bù lại chi phí xây dựng mạng có thể tăng
rất nhiều. Một vấn đề lớn đặt ra là có cần thiết phải thực hiện mạng có độ khả dụng
cao như vậy không? Phần lớn khách hàng thường thỏa mãn với mức độ khả dụng nhỏ,
đặc biệt trong trường hợp giá của các loại hình dịch vụ giảm đi đáng kể. Trong những
trường hợp như vậy thì công nghệ Gigabit Ethernet có vẻ chiếm ưu thế vượt trội.