Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ GMPLS vào mạng NGN Việt Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Vũ Minh Yên

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG
NGHỆ GMPLS VÀO MẠNG NGN VIỆT NAM
Ngành: Công nghệ Điện tử Viễn thông.
Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc.
Mã số: 2.07.00

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS Nguyễn Cảnh Tuấn.

HÀ NỘI-2008

MỤC LỤC
Trang
Chƣơng I: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ...................................... 14

Trang i


1.1 Tổng quan về công nghệ MPLS ................................................................. 14
1.1.1 MPLS và mô hình tham chiếu OSI ..................................................... 14
1.1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS ..... Error! Bookmark not defined.
1.1.3 Mã hoá nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLSError!

Bookmark

not defined.
1.1.4 Cấu trúc chức năng MPLS .................. Error! Bookmark not defined.
1.1.5 Hoạt động chuyển tiếp MPLS ............. Error! Bookmark not defined.
1.2 Định tuyến và báo hiệu MPLS ....................... Error! Bookmark not defined.
1.2.1 Định tuyến trong MPLS ...................... Error! Bookmark not defined.
1.2.2 Các chế độ báo hiệu MPLS ................. Error! Bookmark not defined.
1.3 Các giao thức phân phối nhãn MPLS ........... Error! Bookmark not defined.
1.3.1 Giao thức LDP (Label Distribution Protocol)Error! Bookmark not
defined.
1.3.2 Giao thức CR-LDP (Constrain- Based Routing LDP) ................. Error!
Bookmark not defined.
1.3.3 Giao thức RSVP- TE (RSVP- Traffic Engineering)Error! Bookmark
not defined.
1.3.4 Giao thức BGP (Boder Gateway Protocol)Error!

Bookmark

not

defined.
1.4 Ƣu, nhƣợc điểm của công nghệ MPLS.......... Error! Bookmark not defined.
1.4.1 Ưu điểm của công nghệ MPLS ........... Error! Bookmark not defined.
1.4.2 Nhược điểm của công nghệ MPLS ..... Error! Bookmark not defined.
Chƣơng II: Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS .......... Error!
Bookmark not defined.
2.1 Giới thiệu về công nghệ GMPLS ................... Error! Bookmark not defined.
2.1.1 Từ MPLS đến GMPLS ........................ Error! Bookmark not defined.
2.1.2 Thiết lập LSP trong mạng GMPLS ..... Error! Bookmark not defined.
2.2 Báo hiệu trong mạng GMPLS........................ Error! Bookmark not defined.

Trang ii


2.2.1 Nhãn tổng quát .................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2 LSP hai chiều....................................... Error! Bookmark not defined.
2.3 Mở rộng các giao thức trong mạng GMPLS Error! Bookmark not defined.
2.3.1 Giao thức RSVP-TE ............................ Error! Bookmark not defined.
2.3.2 Giao thức CR-LDP .............................. Error! Bookmark not defined.
2.3.3 Giao thức OSPF-TE, IS-IS-TE............ Error! Bookmark not defined.
2.3.4 Giao thức LMP (Link Management Protocol)Error! Bookmark not
defined.
2.4 Công nghệ GMPLS cho quản lý điều khiển chuyển tải SDH ........... Error!
Bookmark not defined.
2.4.1 Giới thiệu ............................................. Error! Bookmark not defined.
2.4.2 Các tham số lưu lượng SDH ............... Error! Bookmark not defined.
2.4.3 Điều khiển, quản lý SDH trong giao thức RSVP-TEError! Bookmark
not defined.
2.4.4 Điều khiển, quản lý SDH trong giao thức CR-LDPError! Bookmark
not defined.
Chƣơng III: Nghiên cứu ứng dụng GMPLS vào mạng NGN Việt Nam Error!
Bookmark not defined.
3.1 Nhu cầu áp dụng công nghệ GMPLS cho mạng NGN Việt Nam ..... Error!
Bookmark not defined.
3.2 Kinh nghiệm áp dụng công nghệ GMPLS của các nƣớc. Error! Bookmark
not defined.
3.2.1 Dự án MUPBED của Châu Âu ........... Error! Bookmark not defined.
3.2.2 Dự án KDDI của Nhật Bản ................. Error! Bookmark not defined.
3.3 ứng dụng công nghệ GMPLS trong mạng NGN Việt Nam............... Error!
Bookmark not defined.

3.3.1 Xây dựng mạng GMPLS đường trục .. Error! Bookmark not defined.

Trang iii


3.3.2 Xây dựng mạng GMPLS trong mạng biênError!

Bookmark

not

defined.
3.3.3 Xây dựng mạng GMPLS tổng thể ....... Error! Bookmark not defined.
3.3.4 Lộ trình triển khai xây dựng mạng GMPLSError!

Bookmark

not

defined.
Tài liệu tham khảo............................................................................................. 16

Trang iv


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AAL

ATM Adaptation Layer

AS

Autonomous System

ASIC

Application-Specific Integrated Circuit

ASON

Automatic Switched Optical Network.

ATM

Asynchronous Transfer Mode

BGP

Border Gateway Protocol

CBQ

Class Based Queueing

CBR

Constant Bit Rate

CBS

Committed Burst Size

CCI

Connection Control Interface

CDR

Committed Data Rate

CLIP

Classical IP

CQ

Custom Queuing

CR

Constraint-based Routing

CR-LDP

Constraint-based Routing Label Distribution Protocol

CR-LSP

Constraint-based Routing Label Switched Path

CSPF

Constrained Shortest Path First Diffserv Differentiated Service

DLCI

Data Link Connection Identifier

DSCP

Service Code Point

eBGP

exterior Border Gateway Protocol

EBS

Excess Burst Size

EGP

External (Exterior) Gateway Protocol

E- NNI

Exterior Network Network Interface.

ER

Explicit Route

ERB

Explicit Route Information Base

ERO

Explicit Route Object

EXP

Experimental field

Trang v


FDDI

Fiber Distributed Data Interface

FEC

Forwarding Equivalence Class

FF

Fixed Filter (RSVP reservation style)

FIB

Forwarding Infomation Base

FIFO

Fault Information Signal

FR

Frame Relay

FRS

Fault Recovery Signal

FTN

FEC to NHLFE Map

FSC

Fiber-Switch Capable

GFC

Generic Flow Control (ATM)

GMPLS

Generalized MPLS

G-Pid

Generalized PID

HEC

Header Error Control (ATM)

iBGP

interior Border Gateway Protocol

IETF

Internet Engineering Task Force

IGP

Interior Gateway Protocol

ILM

Incoming Label Map

I- NNI

Interior NNI

IP

Internet Protocol

IS-IS

Intermediate System - to - Intermediate System

IS-IS TE

IS-IS with Traffic Engineering

LC-ATM

Label Controlled ATM Interface

LDP

Label Distribution Protocol

LER

Label Edge Router

LFIB

Label Forwarding Information Base

LIB

Label Information Base

LIFO

Last-in First-out

LMP

Link Management Protocol

Trang vi


LSA

Link State Advertisements

LSC

Lambda-Switch Capable

L2SC

Layer-2 Switch Capable

LSP

Label Switched Path

LSR

Label Switching Router

MPLS

MultiProtocol Label Switching

MPLSCP

MPLS Control Protocol

MPLS-TE

MPLS Traffic Engineering

MPOA

Multiprotocol over ATM

MSTP

Multiple Spanning Tree Protocol

MTU

Maximum Transfer Unit

NCP

Network Control Program

NGN

Next Generation Network

NHLFE

Next Hop Label Forwarding Entry

NHRP

Next Hop Resolution Protocol

NLRI

Network Layer Reachability Information

NNI

Network Network Interface.

OSI

Open System Interconnection

OSPF

Open Shortest Path First

OSPF-TE

OSPF with Traffic Engineering

OXC

Optical Cross Connect System

PBS

Peak Burst Size

PDR

Peak Data Rate

PDU

Protocol Data Unit

PHP

Penultimate Hop Popping

PIL

Protection Ingress LSR

PML

Protection Mergin LSP

POR

Point of Repair

Trang vii


PPP

Point to Point Protocol

PQ

Priority Queuing

PSC

Packet- Switch Capable

PSL

Path Switch LSR

PTI

Payload Type Identifier (ATM)

PVC

Permanent Virtual Connection

PXC

Photonic Cross-Connect

QoS

Quality of Service

RED

Random Early Detection (Discard)

RFC

Transmission Control Protocol

REF

Reference

RIB

Routing Information Base

RSVP

Resource reSerVation Protocol

RSVP-TE

RSVP with Traffic Engineering

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

SLA

Service Level Agreement

SONET

Synchronous Optical Network

SPF

Shortest Path First

TDMC

Time-Division- Multiplex Capable

TCP

Transmission Control Protocol

TE

Traffic Engneering

TLV

Type-Length-Value

ToS

Type of Service

TTL

Time To Live

UBR
UDP
UPSR
UNI
VC

Unspecified Bit Rate
User Datagram Protocol
Unidirectional Path Switched Ring
User Network Interface
Virtual Circuit

Trang viii


VCI
VPI

VPN

Virtual Circuit Identifier
Virtual Path Identifier
Virtual Private Network

Trang ix


DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang

Hình 1: MPLS và mô hình tham chiếu TCP/IP, OSI .......................................... 15
Hình 2: Miền MPLS ............................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3: Upstream và Downstream LSR. ............ Error! Bookmark not defined.
Hình 4: Lớp chuyển tiếp tương đương trong MPLS.Error!

Bookmark

not

defined.
Hình 5: Stack nhãn .............................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 6: Đường chuyển mạch nhãn LSP.............. Error! Bookmark not defined.
Hình 7: Phân cấp LSP trong MPLS .................... Error! Bookmark not defined.
Hình 8: Gói IP đi qua mạng MPLS ..................... Error! Bookmark not defined.
Hình 9: Định dạng một entry trong stack nhãn. .. Error! Bookmark not defined.
Hình 10: Shim header được “chêm” vào giữa header lớp 2 và lớp 3 .......... Error!
Bookmark not defined.
Hình 11: Nhãn trong chế độ Cell ATM .............. Error! Bookmark not defined.

Hình 12: Đóng gói gói có nhãn trên link ATM... Error! Bookmark not defined.
Hình 13: Cấu trúc LER và Transit- LSR............. Error! Bookmark not defined.
Hình 14: FTN, ILM và NHLFE .......................... Error! Bookmark not defined.
Hình 15: Quá trình chuyển tiếp 1 gói đến hop kế tiếpError!

Bookmark

not

defined.
Hình 16: Một ví dụ về NHLFE ........................... Error! Bookmark not defined.
Hình 17: Bên trong mặt phẳng chuyển tiếp MPLSError!

Bookmark

not

defined.
Hình 18: Ví dụ hoạt động chuyển tiếp gói. ......... Error! Bookmark not defined.
Hình 19: Một ví dụ định tuyến ràng buộc ........... Error! Bookmark not defined.
Hình 20: Phân phối nhãn không cần yêu cầu ...... Error! Bookmark not defined.
Hình 21: Phân phối nhãn theo yêu cầu................ Error! Bookmark not defined.

Trang x


Hình 22: Duy trì nhãn tự do ................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 23: Duy trì nhãn bảo thủ............................. Error! Bookmark not defined.
Hình 24: Điều hiển độc lập ................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 25: Điều khiển tuần tự ................................ Error! Bookmark not defined.

Hình 26: Vùng hoạt động của LDP ..................... Error! Bookmark not defined.
Hình 27: Trao đổi thông điệp LDP ..................... Error! Bookmark not defined.
Hình 28: LDP header........................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 29: Ví dụ LDP chế độ điều khiển độc lập theo yêu cầuError!

Bookmark

not defined.
Hình 30: Thiết lập LSP với CR-LDP .................. Error! Bookmark not defined.
Hình 31: Tiến trình dự trữ tài nguyên ................. Error! Bookmark not defined.
Hình 32: Thiết lập LSP với RSVP-TE ................ Error! Bookmark not defined.
Hình 33: Nội dung bản tin BGP Update ............. Error! Bookmark not defined.
Hình 34: BGP phân phối nhãn qua nhiều Autonomous System .................. Error!
Bookmark not defined.
Hình 35: Thiết lập LSP qua môi trường mạng không đồng nhất................. Error!
Bookmark not defined.
Hình 36: Cơ chế chuyển tiếp cận kề ................... Error! Bookmark not defined.
Hình 37: Cấu trúc phân cấp mạng ....................... Error! Bookmark not defined.
Hình 38: Cấu trúc phân cấp LSP ......................... Error! Bookmark not defined.
Hình 39: Cơ chế bó đường LSP trong môi trường mạng không đồng nhất. Error!
Bookmark not defined.
Hình 40: Xử lý các hư hỏng trong mạng GMPLSError!

Bookmark

not

defined.
Hình 41: Cơ chế phục hồi hỗ trợ bởi mạng GMPLSError!

Bookmark

not

defined.
Hình 42: Khuôn dạng nhãn tổng quát ................. Error! Bookmark not defined.

Trang xi


Hình 43: Khuôn dạng thông tin trong một tập hợp nhãnError! Bookmark not
defined.
Hình 44: Mô hình tranh chấp nhãn ..................... Error! Bookmark not defined.
Hình 45: Giải quyết tranh chấp nhãn không có hạn chế về tài nguyên ....... Error!
Bookmark not defined.
Hình 46: Tranh chấp nhãn với tài nguyên hạn chếError!

Bookmark

not

defined.
Hình 47: Khuôn dạng các đối tượng trong yêu cầu nhãn đề xuất................ Error!
Bookmark not defined.
Hình 48: Khuôn dạng đối tượng nhãn tổng quát. Error! Bookmark not defined.
Hình 49: Khuôn dạng đối tượng chuyển mạch băng thôngError! Bookmark not
defined.
Hình 50: Khuôn dạng đối tượng tập hợp nhãn.... Error! Bookmark not defined.
Hình 51: Khuôn dạng các đối tượng trong yêu cầu nhãn đề xuất................ Error!
Bookmark not defined.

Hình 52: Khuôn dạng đối tượng nhãn tổng quát. Error! Bookmark not defined.
Hình 53: Khuôn dạng đối tượng chuyển mạch băng thôngError! Bookmark not
defined.
Hình 54: Khuôn dạng đối tượng tập hợp nhãn.... Error! Bookmark not defined.
Hình 55: Khuôn dạng các bản tin LMP .............. Error! Bookmark not defined.
Hình 56: Khuôn dạng các tham số lưu lượng trong SDHError! Bookmark not
defined.
Hình 57: Kiến trúc của mạng thử nghiệm MUPBEDError!

Bookmark

not

Bookmark

not

defined.
Hình 58: Topo mạng giai đoạn đầu dự án MUPBEDError!
defined.
Hình 59: 5 vùng mạng khác nhau trong dự án MUPBEDError! Bookmark not
defined.

Trang xii


Hình 60: Mô hình thử nghiệm GMPLS dự án KDDIError!

Bookmark

not

defined.
Hình 61: Tổ chức mạng GMPLS đường trục theo mô hình chồng lấn ........ Error!
Bookmark not defined.
Hình 62: Tổ chức mạng GMPLS đường trục theo mô hình ngang hàng ..... Error!
Bookmark not defined.
Hình 63: Tổ chức mạng GMPLS đường trục theo mô hình lai ghép........... Error!
Bookmark not defined.
Hình 64: Tổ chức mạng GMPLS Metro theo mô hình chồng lấn ............... Error!
Bookmark not defined.
Hình 65: Tổ chức mạng GMPLS Metro theo mô hình ngang hàng............. Error!
Bookmark not defined.
Hình 66: Tổ chức mạng GMPLS Metro theo mô hình lai ghép .................. Error!
Bookmark not defined.
Hình 67: Phương án triển khai mạng với mạng trục là GMPLS ................. Error!
Bookmark not defined.
Hình 68: Phương án triển khai mạng với mạng trục là GMPLS mạng vùng là
mạng IP/MPLS .................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 69: Phương án triển khai GMPLS hoàn toànError!
defined.

Trang xiii

Bookmark

not


MỞ ĐẦU

Từ khi chiếc máy điện tín được Samuel FB Morse phát minh vào năm 1837
đến nay công nghệ truyền thông đã có những bước tiến nhảy vọt. Các công nghệ
mới ra đời có tính kế thừa và phát triển trên nền của các công nghệ trước đó.
Hiện trạng mạng viễn thông của các nhà khai thác trên thế giới nói chung và
ở Việt Nam nói riêng là sự trộn lẫn giữa các mạng đang hoạt động dựa trên các
công nghệ mạng khác nhau. Việc xây dựng cơ sở hạ tầng mạng tương lai cần
phải tính đến khả năng tận dụng những cơ sở hạ tầng mạng đã có sẵn.
Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS là sự kế thừa
và hội tụ những ưu điểm của những công nghệ trước đó. Được xây dựng và hoàn
thiện trên nền của công nghệ MPLS, công nghệ GMPLS cho phép thiết lập một
mặt phẳng điều khiển chung cho tất cả các môi trường chuyển mạch (TDMC,
PSC, LSC, FSC) có khả năng thiết lập các kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối
xuyên qua các môi trường mạng không đồng nhất.
Ngày nay, hầu hết các nhà khai thác đều có định hướng hoặc đã triển khai
mạng thế hệ sau trên cơ sở công nghệ MPLS & GMPLS. Việc tìm hiểu bản chất
công nghệ cũng như xu hướng phát triển, triển khai sản phẩm trên thế giới về
GMPLS và khả năng ứng dụng của công nghệ GMPLS là rất cần thiết, vì vậy
em đã chọn đề tài "Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ GMPLS vào
mạng NGN Việt nam". Nội dung của đề tài gồm 3 chương:
Chƣơng I:

Chuyển mạch nhãn đa giao thức.

Chƣơng II:

Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát.

Chƣơng III: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GMPLS trong mạng NGN
Việt Nam.
Trong quá trình thực hiện đề tài, em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn,

chỉ bảo tận tình của PGS.TS Nguyễn Cảnh Tuấn và các thầy cô trường Đại học
công nghệ đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường.

Trang xiv


Xin cảm ơn các đồng nghiệp tại Công ty Cổ phần phát triển Công trình viễn
thông, đơn vị em đang công tác. Cảm ơn các anh chị trong Ban viễn thông tập
đoàn VNPT, trung tâm thông tin Bưu điện, Alcatel Việt nam, Huawei Cop và
các thành viên của lớp K11Đ2 đã tạo điều kiện giúp đỡ và có những lời khuyên
bổ ích cho em trong quá trình thực hiện đề tài.
Hà nội, ngày 20 tháng 11 năm 2008
Học viên

Vũ Minh Yên

Trang xv


CHƢƠNG I: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS
1.1 Tổng quan về công nghệ MPLS [1, 4, 5]
MPLS là viết tắt của từ “Multi Protocol Label Switching”. Đây là một công
nghệ lai, kết hợp những đặc tính tốt nhất của định tuyến lớp 3 và chuyển mạch lớp
2.
Trong mạng chuyển mạch kênh, các thiết bị thông minh đều tập trung tại mạng
lõi (Core), ví dụ như tổng đài Toll, Transit, MSC .v.v. Các thiết bị kém thông minh
hơn thì được đặt tại mạng biên (Edge), ví dụ như các tổng đài nội hạt, truy nhập
.v.v.
Trong mạng IP, tính thông minh gần như chia đều cho các thiết bị trên mạng.
Tất các các Router đều phải làm nhiệm vụ định tuyến và chuyển mạch. Đây là ưu

điểm nhưng cũng là nhược điểm của mạng IP.
Trong mạng MPLS tính thông minh được đưa tối đa ra biên. Lý do là các thiết
bị ở mạng lõi phải chịu tải rất cao. Thành phần mạng lõi nên có độ thông minh
thấp và năng lực chuyển tải cao. MPLS phân tách hai chức năng định tuyến và
chuyển mạch: Các Router ở biên thực hiện định tuyến và gắn nhãn cho gói, các
Router ở mạng lõi chỉ tập trung làm nhiệm vụ chuyển tiếp gói với tốc độ cao dựa
vào nhãn. Tính thông minh được đẩy ra ngoài biên là một trong những ưu điểm lớn
nhất của MPLS.
1.1.1 MPLS và mô hình tham chiếu OSI

Trang 16


Hình 1: MPLS và mô hình tham chiếu TCP/IP, OSI

Trang 17


TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Anh
[01] MPLS Fundamentals
(Luc De Ghein - CiscoPress 2006)
[02] GMPLS Architecture and Applications
(Adrian Farrel and Igor Bryskin- Morgan Kaufmann Publishers 2006)
[03] Traffic Engineering with MPLS
(Eric Osborne, Ajay Simha - CiscoPress 2002)
[04] MPLS Based Recovery Mechanisms
(Johan Martin - University of Oslo 2005)
[05] RFC 3031: Multiprotocol Label Switching Architecture

[06] RFC 3032: MPLS Label Stack Encoding (updated by RFC 3443,RFC 4182)
[07] RFC 3036: LDP Specification
[08] RFC 3212: Constraint-Based LSP Setup using LDP
[09] RFC 2205: Resource ReSerVation Protocol (RSVP)
[10] RFC 4271: Border Gateway Protocol 4 (BGP-4)
[11] RFC 3471: GMPLS Signaling Functional Description
[12] RFC 3472: GMPLS Signaling - CR-LDP Extensions
[13] RFC 3473: GMPLS Signaling - RSVP-TE Extensions
[14] RFC 3630: TE Extensions to OSPF Version 2
[15] RFC 4204: Link Management Protocol (LMP)
[16] RFC 3946: GMPLS Extensions for SONET/SDH Control
[17] RFC 3945: Generalized Multi-Protocol Label Switching Architecture
[18] www.iec.org/online/tutorials/gmpls/topic02.html
[19]
[20] GMPLS/OXC network testbed of JGN II
Trang 18


( NICT Tsukuba RC, Japan KDDI R&D Laboratories, Inc)

Trang 19


Tiếng Việt
[21] />[22]

/>
trien-mang-ngn.html

Trang 20