Giải pháp tối ưu hóa mạng đô thị với MPLS TE

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Tô Hồng Đức

GIẢI PHÁP TỐI ƢU HOÁ MẠNG ĐÔ THỊ VỚI MPLS TE

Chuyên ngành: Công nghệ thông tin

LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT
CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN:
TS. Nguyễn Tuấn Dũng

Hà Nội – 2016

1


LỜI CAM ĐOAN
Những kiến thức trình bày trong luận văn là do tôi tìm hiểu, nghiên cứu và
trình bày theo những kiến thức tổng hợp của cá nhân. Kết quả nghiên cứu trong luận
văn này chƣa từng đƣợc công bố tại bất kỳ công trình nào khác. Trong quá trình làm
luận văn, tôi có tham khảo các tài liệu có liên quan và đã ghi rõ nguồn tài liệu tham
khảo. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và không sao chép của
bất kỳ ai.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm, nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật
theo quy định.

Hà Nội, ngày 15 tháng 3 năm 2016
Học viên

Tô Hồng Đức

2


LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS. Nguyễn Tuấn Dũng đã tận tình
hƣớng dẫn, chỉ bảo và có những nhận xét, góp ý quý báu giúp em trong suốt quá trình
thực hiện luận văn.
Em cũng xin cảm ơn đến tất cả các thầy cô giáo trong trƣờng Đại học Bách Khoa Hà
Nội, đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện để em đƣợc nghiên cứu, học
tập trong môi trƣờng thuận lợi nhất.
Hà Nội, ngày 15 tháng 3 năm 2016
Tác giả luận văn

Tô Hồng Đức

3


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Viết tắt

Tiếng Anh

ADM
ATM

BGP

add/drop multiplexers
Asynchronous Transfer Mode
Border Gateway Protocol

BRAS

Broadband Remote Access Server

Tiếng Việt

DAC
DSL

digital access cross-connect
Digital subscriber line
Digital subscriber line access
DSLAM
multiplexer
ESCON Enterprise System Connection
ETTx
FICON
HDLC

Ethernet to the X (X = everywhere)

IGP
IPTV
LAN

LSP

Fiber Connectivity
High-level Data Link Control
Institute of Electrical and Electronics
Engineers
Interior Gateway Protocol
Internet protocol television
Local area network
Label Switch Path

LSR

Label Switch Router

IEEE

MAC
MPLS
PDH
PE

Media Access Control
Multiprotocol Label Switching
PLESIOCHRONOUS DIGITAL
HIERARCHY

Passive Optical Network
Point to point Protocol
Quality of Service

RSTP

Rapid Spanning Tree Protocol

RSVP

Resource Reservation Protocol
SYNCHRONOUS DIGITAL
HIERARCHY
Spanning Tree Protocol

SDH
STP

Viện kỹ nghệ điện và điện tử
Giao thức định tuyến nội vùng
Truyền hình giao thức internet
Mạng nội bộ
Đƣờng vận chuyển mạch nhãn
Router làm nhiệm vụ chuyển mạch nhãn
trong miền MPLS
Giao thức điều khiển truy nhập
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Truyền dẫn cận đồng bộ
Router biên làm nhiệm vụ kết nối tới khách
hàng
Mạng quang thụ động
Giao thức kết nối điểm - điểm
Quản lý chất lƣợng dịch vụ

Tƣơng tự nhƣ giao thức STP nhƣng tốc độ
cao hơn
Giao thức chiếm trƣớc tài nguyên

Provider Edge

PON
PPP
QoS

Bộ ghép kênh số xen rớt luồng
Chế độ truyền tải bất đồng bộ
Giao thức định tuyến liên vùng
Thiết bị cung cấp địa chỉ ip động và tĩnh
cho thuê bao adsl
Bộ ghép kênh số kết nối chéo
Dịch vụ thuê bao số
Thiết bị cung cấp dịch vụ ADSL dùng cáp
đồng
Hệ thống kết nối tới các doanh nghiệp lớn
Bất kì thiết bị hay kết nối nào sử dụng
Ethernet
Kết nối sử dụng cáp quang
Giao thức liên kết dữ liệu mức cao

Truyền dẫn đồng bộ
Giao thức ngăn chặn sự lặp vòng

4

TCP/IP
TDM
TE
UMTS
VLAN
VNPT
VoD
VoIP
VPN
WAN

Transmission Control Protocol
/Internet Protocol
Time Division Multiplexing
Traffic engineering
Universal Mobile
Telecommunications Systems
Virtual Local Area Network
Vietnam Post & Telecommunications
Video on Demand
Voice over Internet Protocol
Virtual Private Network
Wide area network

5

Giao thức điều khiển truyền tải và giao
thức internet
Ghép kênh phân thời

Kỹ thuật điều khiển lƣu lƣợng
Hệ thống viễn thông di động toàn cầu
Mạng nội bộ ảo
Tập đoàn Bƣu chính Viễn thông Việt Nam
Dịch vụ truyền hình theo yêu cầu
Phƣơng thức truyền âm thanh qua Internet
Mạng riêng ảo
Mạng diện rộng


DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Hình 1-1: Sơ đồ tổng quát mạng Metro ............................................................................. 12
Hình 1-2: Băng thông trong TDM...................................................................................... 14
Bảng 1-3: So sánh chi phí giữa Ethernet và TDM ........................................................... 15
Hình 1-4: Kiến trúc Metro Ethernet ................................................................................... 17
Hình 1-5: Sơ đồ mạng MAN-E hiện tại của HNT............................................................ 19
Hình 1-6: Sơ đồ mạng MAN-E mở rộng ........................................................................... 20
Hình 1-7: Router 7609-S ..................................................................................................... 21
Hình 1-8: Kết nối tại Core Switch ...................................................................................... 22
Hình 1-9: Kết nối tại Access Switch .................................................................................. 23
Hình 2-1: Truyền tại Ethernet qua SONET....................................................................... 24
Hình 2-2: Chức năng chuyển mạch và ánh xạ nằm trên ADM....................................... 25
Hình 2-3: Chức năng chuyển mạch và ánh xạ EOS nằm trên Switch ........................... 25
Hình 2-4: Móc nối ảo Virtual Concatenation.................................................................... 27
Hình 2-5: Vận chuyển Ethernet trên nền SONET dựa trên kĩ thuật VCAT.................. 28
Hình 2-6: EOS bên trong các thiết bị truyền dẫn ............................................................. 30
Hình 2-7: Chức năng tập trung EOS bên trong thiết bị truyền dẫn................................ 31
Hình 2-8: EOS với chuyển mạch tập trung ....................................................................... 32
Hình 2-9: EOS với mạch phân tán ..................................................................................... 33
Hình 2-10: Trƣờng hợp khác của chuyển mạch phân tán................................................ 33

Hình 2-11: Triển khai công nghệ RPR .............................................................................. 36
Hình 2-12: Vòng RPR.......................................................................................................... 37
Hình 2-13: Chức năng MAC Datapath .............................................................................. 38
Hình 2-14: Kiến trúc bộ đệm gói đơn ................................................................................ 39
Hình 2-15: Kiến trúc bộ đệm gói kép ................................................................................ 40
Hình 2-16: Đƣờng đi của dữ liệu trƣớc khi sợi quang bị đứt.......................................... 42
Hình 2-17: Đƣờng đi của dữ liệu sau khi Wrap................................................................ 42
Hình 2-18: Đƣờng đi của dữ liệu sau khi phát hiện ra topo mới .................................... 43
Hình 2-19: Ethernet MAC và VLAN................................................................................. 46
Hình 2-20: Giao diện trunk ................................................................................................. 47
6


Hình 2-21: Vị trí VLAN ...................................................................................................... 48
Hình 2-22: Cấu hình Gigabit Ethernet Hub-and-Spoke .................................................. 49
Hình 2-23: Cấu hình Gigabit Ethernet ring ....................................................................... 50
Hình 3-1: Cấu trúc nhãn MPLS .......................................................................................... 53
Hình 3-2: Vị trí nhãn MPLS trong frame. ......................................................................... 54
Hình 3-3: Nguyên lí ho ạt động của MPLS ........................................................................ 56
Hình 3-4: Pseudo wire đƣợc tạo ra giữa 2 router PE ....................................................... 58
Hình 3-5: Quá trình gắn nhãn cho frame khi đi qua miền MPLS .................................. 59
Hình 3-6: Giao thức báo hiệu targeted-LDP ..................................................................... 60
Bảng 3-7: Các loại PW đƣợc ấn định bởi IANA .............................................................. 61
Hình 3-8: Định dạng và vị trí của từ điều khiển ............................................................... 64
Hình 4-1: Hoạt động của giao thức phân phối nhãn RSVP ............................................ 69
Hình 5-1: LSP khi không bị đứt kết nối............................................................................. 70
Hình 5-2: LSP khi đứt kết nối và có đƣờng dự phòng ..................................................... 71
Hình 5-3: LSP đƣợc bảo vệ và không mất lƣu lƣợng ...................................................... 71
Hình 5-4: Đƣờng TE FRR chính ........................................................................................ 72
Hình 5-5: Đƣờng TE FRR dự phòng.................................................................................. 72

Hình 5-6: Sơ đồ mô tả các vòng ring c ủa mạng MAN Hà Nội ...................................... 73
Hình 5-7: Sơ đồ mạng mô phỏng ....................................................................................... 74

7


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................................2
LỜI CẢM ƠN ..........................................................................................................................3
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................4
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU .........................................................................6
LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 10
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐÔ THỊ .......................................................... 12
1.1.

Giới thiệu ................................................................................................................ 12

1.1.1.

Khái niệm mạng Metro .................................................................................. 12

1.1.2.

Ethernet trong mạng Metro ........................................................................... 13

1.1.3.

Kiến trúc mạng Metro Ethernet .................................................................... 17

1.2.

Giải pháp Metro Ethernet đƣợc áp dụng trong mạng Metro của Hà Nội ....... 18

1.2.1. Kiến trúc tổng thể ............................................................................................ 18
1.2.2. Dòng sản phẩm sử dụng ................................................................................. 20
CHƢƠNG 2. CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TRONG MẠNG METRO ................... 24
2.1.

Công nghệ SONET/SDH ...................................................................................... 24

2.1.1.

Ethernet trên nền SONET/SDH .................................................................... 24

2.1.2.

Vai trò của móc nối ảo – Virtual Concatenation ........................................ 26

2.1.3.

Điều chỉnh dung lƣợng liên kết – Link Capacity Adjusment Scheme..... 28

2.1.4.

Các mô hình triển khai Ethernet trên nền SONET/SDH ........................... 29

2.1.5.

Kết luận ............................................................................................................ 34

2.2.

Công nghệ RPR – Resilient Packet Ring ............................................................ 34

2.2.1.

Khái niệm RPR ............................................................................................... 34

2.2.2.

Các thuộc tính của RPR ................................................................................. 36

2.2.3.

Kết luận ............................................................................................................ 43

2.3.

Công nghệ truyền tải Ethernet truyền thống....................................................... 44

2.3.1.

Phƣơng thức họat động .................................................................................. 44

2.3.2.

Kết luận ............................................................................................................ 51

2.4.

So sánh giữa các công nghệ truyền tải ................................................................ 51

CHƢƠNG 3: ETHERNET TRÊN NỀN MPLS ............................................................... 53
3.1.

Giới thiệu công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ......................... 53
8


3.1.1.

Khái niệm MPLS ............................................................................................ 53

3.1.2.

Ƣu điểm của MPLS ........................................................................................ 56

3.2.

Ethernet trên nền MPLS........................................................................................ 57

3.2.1.

Kiến trúc EoMPLS ......................................................................................... 57

3.2.2.

Mặt phẳng dữ liệu của EoMPLS .................................................................. 59

3.2.3.

Báo hiệu Pseudo Wire.................................................................................... 60

3.2.4.

Từ điều khiển .................................................................................................. 63

3.2.5.

Ƣu điểm của EoMPLS ................................................................................... 65

CHƢƠNG 4: KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG TE TRONG MPLS ................................. 67
4.1

Sự cần thiết của MPLS TE ................................................................................... 67

4.2

Tổng quan về MPLS TE ....................................................................................... 67

4.3

Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lƣu lƣợng ........................................................ 68

4.3.1 Phân loại ............................................................................................................ 68
4.3.2

Bài toán nghẽn .................................................................................................. 68

4.4

Giao thức phân phối nhãn RSVP ......................................................................... 68

4.5

Kỹ thuật tái định tuyến nhanh FRR ..................................................................... 69

CHƢƠNG 5: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TỐI ƢU HÓA MẠNG MAN HÀ NỘI VỚI
MPLS TE ............................................................................................................................... 70
5.1

Ƣu điểm của công nghệ MPLS TE+FRR ........................................................... 70

5.2

MPLS TE+FRR bảo vệ kết nối cho mạng MAN ............................................... 71

5.3

Mô hình mô phỏng và kết quả.............................................................................. 73

5.3.1

Giới thiệu về công cụ mô phỏng GNS 3 và thiết bị mô phỏng.................. 73

5.3.2

Mục tiêu và kết quả cần đạt đƣợc sau bài mô phỏng:................................. 75

5.3.3

Các bƣớc tiến hành thử nghiệm và kết quả thu đƣợc ................................. 75

5.3.4

Tổng hợp kết quả và kết luận......................................................................... 80

DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................ 81

9


LỜI MỞ ĐẦU
Trong thời gian qua, một số thành phố lớn nhƣ Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh… đã triển
khai hàng loạt các dự án lớn nhƣ: tin học hóa quản lí nhà nƣớc-chính phủ điện tử, cao
ốc công nghệ thông tin-viễn thông, hệ thống đối thoại doanh nghiệp-chính quyền
thành phố… Các dự án này đi vào hoạt động và đã đem lại lợi ích thiết thực cho công
việc quản lí hành chính nhà nƣớc và nhu cầu của ngƣời dân. Việc triển khai các dự án
này yêu cầu một mô hình mạng đô thị có khả năng mở rộng linh hoạt với băng thông
cao và có khả năng hỗ trợ đa dịch vụ tốt và mô hình mạng MAN Ethernet đã đƣợc đầu
tƣ phát triển để đáp ứng các yêu cầu đó.
Mạng MAN Ethernet (Metropolitan Area Network Ethernet) gọi tắt là Metro Ethernet
là một mạng đô thị băng thông rộng sử dụng công nghệ Ethernet trên cơ sở tích hợp
cấu trúc mạng thế hệ mới NGN (Next Generation Network) có khả năng cung cấp một
siêu xa lộ thông tin, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ mang đến cho khác hàng các
mô hình dịch vụ kết nối tốc độ cao MAN/WAN với giao diện Ethernet (Ethernet
UNI).
Metro Ethernet thực hiện chức năng thu gom lƣu lƣợng của các thiết bị truy nhập
mạng (MSAN/IP-DSLAM…), lƣu lƣợng của các khách hàng kết nối trực tiếp vào
mạng MAN để truyền tải trong nội tỉnh đồng thời kết nối lên mạng trục để truyền tải

lƣu lƣợng đi liên tỉnh hoặc quốc tế. Việc áp dụng công nghệ Ethernet vào mạng đô thị
đem lại nhiều lợi ích cho cả nhà cung cấp dịch vụ cũng nhƣ khách hàng nhờ những
đặc điểm nổi bật nhƣ băng thông cao, chi phí rẻ, tính linh hoạt và dễ sử dụng.
Tuy nhiên, nhu cầu sử dụng c ủa con ngƣời ngày càng gia tăng, yêu cầu về chất lƣợng
dịch vụ ngày càng cao nhƣ: băng thông lớn hơn, độ trễ thấp hơn, mạng tin cậy hơn
cho các dịch vụ: VoIP, VoD, IPTV, truyền hình hội nghị, chia sẻ dữ liệu... Chính các
nhu cầu ngày càng gia tăng đó đòi hòi hệ thống mạng Metro phải liên tục thay đổi
công nghệ để có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu của con ngƣời một cách tốt nhất.
Do vậy tôi làm luận văn với đề tài “Giải pháp tối ƣu hóa mạng đô thị với MPLS
TE” với mục đích nhằm giới thiệu tổng quan mạng Metro và xu hƣớng phát triển trên
10


thế giới, các công nghệ, dịch vụ đã và đang đƣợc áp dụng trong hệ thống mạng, đề
xuất giải pháp tối ƣu hóa một cách phù hợpcho hệ thống mạng đô thị dựa trên mô hình
mạng đô thị của Viễn Thông Hà Nội và giải pháp Metro của hãng Cisco.
Nội dung chính của luận văn gồm có 05 chƣơng:
Chƣơng 1: Tổng quan về mạng đô thị - Giới thiệu tổng quan về mô hình, hạ
tầng mạng đô thị.
Chƣơng 2: Công nghệ truyền dẫn trong mạng đô thị - Giới thiệu các công nghệ
truyền dẫn đƣợc áp dụng trong mạng đô thị, so sánh, đánh giá ƣu nhƣợc điểm
của các công nghệ này.
Chƣơng 3: Ethernet trên nền MPLS – Giới thiệu về công nghệ MPLS và các lợi
ích của công nghệ này.
Chƣơng 4: Kĩ thuật lƣu lƣợng TE trong MPLS – Giới thiệu về kĩ thuật Traffic
Engineering trong MPLS và lợi ích của công nghệ này.
Chƣơng 5: Đề xuất giải pháp và mô hình mô phỏng
Trong quá trình thực hiện luận văn, cũng không thể tránh khỏi một số các thiếu xót và
hạn chế về mặt nội dung, kiến thức. Rất mong sẽ nhận đƣợc các ý kiến đóng góp của
các thầy cô và của các anh chị em học viên để tôi có thể xây dựng một giải pháp hoàn

chỉnh hơn trong tƣơng lai.
Học viên

Tô Hồng Đức

11


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐÔ THỊ
1.1. Giới thiệu
1.1.1. Khái niệm mạng Metro
Mạng Metro hay mạng đô thị là một mô hình mạng đa dịch vụ cung cấp băng thông
rộng, tốc độ cao với hạ tầng hợp nhất. Mạng Metro thực hiện chức năng thu gom lƣu
lƣợng của các thiết bị truy nhập mạng (MSAN/IP-DSLAM…), lƣu lƣợng của các
khách hàng kết nối trực tiếp vào mạng MAN để truyền tải trong nội tỉnh đồng thời kết
nối lên mạng trục để truyền tải lƣu lƣợng đi liên tỉnh hoặc quốc tế. Mô hình mạng
Metro là một giải pháp NGN ở khu vực đô thị nhằm đáp ứng nhu cầu bùng nổ công
nghệ thông tin hiện nay.
Metro là một mạng mở rộng giúp kết nối ngƣời dùng và doanh nghiệp vào mạng
WAN. Các đối tƣợng đƣợc phục vụ trong mạng metro bao gồm: hộ gia đình, doanh
nghiệp lớn (LE – large enterprises), doanh nghiệp nhỏ (SOHO – small office / home
office), doanh nghiệp nhỏ-vừa (SMB – small and medium-sized businesses), các tòa
nhà chung cƣ, tập thể ( MTU, MDU )…

Hình 1-1: Sơ đồ tổng quát mạng Metro [9]
12


Mạng Metro ra đời không những giúp nhà cung cấp dịch vụ đem đến cho các khách
hàng các mô hình dịch vụ đa dạng mà còn làm đơn giản hóa hạ tầng kiến trúc mạng

của nhà cung cấp dịch vụ. Trƣớc kia để cung cấp các dịch vụ khác nhau, khách hàng
phải mua các thiết bị đầu cuối phù hợp với chi phí khá đắt và cồng kềnh và phải chờ
đợi một thời gian để có thể sử dụng dịch vụ yêu cầu. Trong mạng Metro, vấn đề sử
dụng thêm các thiết bị đầu cuối phù hợp là không cần thiết nhờ kiến trúc hợp nhất của
hạ tầng mạng, thêm vào đó thời gian cung cấp dịch vụ vô cùng nhanh chóng, nhà cung
cấp dịch vụ chỉ việc cung cấp thêm dịch vụ mới trên cơ sở kết nối sẵn có và áp dụng
mức phí phù hợp.
Có nhiều quan điểm khác nhau về việc sử dụng công nghệ phù hợp để phát triển mạng
Metro. Ở một số nƣớc Bắc Mĩ nhƣ Mĩ và Canada, công nghệ ghép kênh số TDM nhận
đƣợc sự quan tâm tƣơng đối lớn từ các chuyên gia do công nghệ này giúp tận dụng
đƣợc hạ tầng mạng sẵn có mà không phải đầu tƣ gì thêm, tuy nhiên do những nhƣợc
điểm cố hữu mà công nghệ này không đƣợc ứng dụng nhiều để xây dựng mạng Metro.
Ở một số nƣớc châu Á nhƣ Trung Quốc, Singapore, Malaysia… công nhệ Ethernet
đƣợc ƣu tiên trong việc xây dựng hạ tầng mạng Metro do những ƣu điểm nổi trội của
công nghệ này. Mục tiếp theo sẽ làm rõ vì sao Ethernet đƣợc lựa chọn để phát triển
mạng Metro.
1.1.2. Ethernet trong mạng Metro
Mạng metro truyền thống sử dụng công nghệ TDM - một công nghệ rất tối ƣu cho các
dịch vụ thoại. Thiết bị TDM đƣợc sử dụng bao gồm: các bộ ghép kênh số, DAC
(digital access cross-connect), ADM (SONET/SDH add/drop multiplexers)…. Tuy
nhiên việc triển khai và cài đặt một mạng thuần TDM tốn rất nhiều chi phí tiền bạc và
công sức, bời vì TDM bản thân nó là một công nghệ không linh hoạt, không kinh tế để
đáp ứng yêu cầu mở rộng của khách hàng. Thách thức lớn mà các giao diện TDM gặp
phải là vấn đề băng thông, băng thông không tăng một cách tuyến tính theo yêu cầu
của khách hàng mà lại tăng giật cấp theo bậc. Ví dụ, một giao diện T1 có băng thông
1.5Mbps, giao diện DS3, băng thông nhảy lên một bậc là 45Mbps, đến giao diện OC3,
băng thông nhảy vọt lên 155Mbps. Vì thế khi băng thông của khách hàng c ần lớn hơn
13

1.5Mbps, dù chỉ một ít, bắt buộc phải sử dụng giao diện DS3 hoặc phải sử dụng nhiều
kênh T1. Việc di chuyển từ giao diện T1 lên giao diện DS3/Ocn hoặc nhiều giao diện
T1 khiến khách hàng có thể phải thay đổi thiết bị.

Hình 1-2: Băng thông trong TDM

[9]

Ethernet là một công nghệ thông dụng đƣợc sử dụng phổ biến trong mạng LAN. Một
giao tiếp Ethernet rẻ hơn giao tiếp SDH hoặc PDH có cùng băng thông. Ethernet cũng
hỗ trợ băng thông với chất lƣợng cao mà chất lƣợng này thì không có trong các kết nối
SDH truyền thống. Một ƣu điểm khác biệt của một mạng truy nhập dựa Ethernet là nó
có thể dễ dàng kết nối đến mạng khách hàng, bởi vì sự thông dụng của Ethernet trong
các công ty và gần đây là các mạng khu dân cƣ. Do đó, Ethernet đƣợc đƣa vào mạng
MAN mang lại tiện ích lớn cho cả nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng. Xây dựng hạ
tầng mạng Metro dựa trên công nghệ Ethernet không những giúp khắc phục đƣợc
những nhƣợc điểm của công nghệ TDM truyền thống mà còn tận dụng đƣợc những ƣu
điểm sau:
Tính dễ sử dụng
Dịch vụ Ethernet dựa trên một giao diện Ethernet (Ethernet interface) chuẩn, phổ biến
dùng rộng rãi trong các hệ thống mạng cục bộ (LAN). Hầu nhƣ tất cả các thiết bị và
máy chủ trong LAN đều kết nối dùng Ethernet, vì vậy việc sử dụng Ethernet để kết
14


nối với nhau sẽ đơn giản hóa quá trình ho ạt động và các chức năng quản trị, quản lí và
cung cấp.
Hiệu quả về chi phí
Dịch vụ Ethernet làm giảm chi phí đầu tƣ và chi phí vận hành:
-

Một là, do sự phổ biến của Ethernet trong hầu hết tất cả các sản phẩm mạng nên
giao diện Ethernet có chi phí không đắt.
Hai là, ít tốn kém hơn những dịch vụ cạnh tranh khác do giá thành thiết bị thấp,

-

chi phí quản trị và vận hành thấp hơn.
Bảng sau so sánh chi phí giữa Ethernet và dịch vụ TDM truyền thống
Bảng 1-3: So sánh chi phí giữa Ethernet và TDM

Ethernet

-

[9]

TDM

6 Mbps at ~$10/month

T1 (1.5 Mbps) at ~$50/month

10 Mbps at ~$20/month

2 * T1 at ~$100/month

100 Mbps at ~$720/month

T3 (45 Mbps) at ~$1500/month

Ba là, nhiều nhà cung cấp dịch vụ Ethernet cho phép những thuê bao tăng băng
thông một cách khá mềm dẻo… Điều này cho phép thuê bao tăng băng thông khi
cần thiết và họ chỉ trả cho những gì họ cần.
Tính linh hoạt

-

Một giao diện Ethernet có thể cung cấp băng thông một cách mềm dẻo theo yêu
cầu của khách hàng (có thể tăng băng thông đến từng Mbps), không theo phân
mức cứng nhắc nhƣ ở TDM (tăng một cách giật cấp T1: 1,5Mbps; DS3: 45
Mbps; OC3: 155Mbps).

15


-

Một giao diện Ethernet đơn có thể kết nối nhiều mạng ở vị trí khác nhau để thành
lập một Intranet VPN của họ, kết nối những đối tác kinh doanh thành Extranet
VPN hoặc kết nối Internet tốc độ cao đến ISP.

-

Khách hàng có thể thay đổi băng thông chỉ đơn giản là gọi nhà cung cấp. Nhà
cung cấp có thể ngay lập tức cấp cho khách hàng lƣợng băng thông yêu cầu bằng
cách thay đổi tham số thông qua phần mềm mà không phải cử cán bộ kỹ thuật
đến kiểm tra, hỗ trợ tại chỗ. Ngoài ra, những thay đổi này không đòi hỏi thuê bao
phải mua thiết bị mới.

-

Cung cấp nhanh: các thuê bao cũng có thể thêm vào hoặc thay đổi băng thông
trong vài phút thay vì trong vài ngày ngày hoặc thậm chí vài tuần khi sử dụng
những dịch vụ mạng truy nhập khác (Frame relay, ATM,…).

Từ những đặc điểm nổi bật kể trên, Ethernet đã đƣợc lựa chọn để phát triển mạng
Metro nhƣ các giao diện truy nhập mang thay thế cho các giao diện T1/E1 truyền
thống. Rất nhiều các dịch vụ có thể đƣợc triển khai trong mạng Metro bao gồm các
dịch vụ Ethernet kết nối điểm - điểm và các dịch vụ Ethernet Lan kết nối đa điểm cho
phép khách hàng mở rộng mạng LAN của họ tới các chi nhánh thông qua mạng lõi
của nhà cung cấp dịch vụ. Ethernet có thể chạy trên nền tảng các công nghệ truyền
dẫn khác nhau trong mạng Metro, bao gồm công nghệ truyền dẫn quang đồng bộ
SONET/SDH, truyền dẫn quang đồng bộ SONET/SDH thế hệ mới, công nghệ gói
vòng co giãn RPR (Resilient Packet Ring), công nghệ ghép kênh quang theo bƣớc
sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) và ngay cả công nghệ truyền tải
Ethernet truyền thống (Công nghệ mạng LAN).
Bản thân công nghệ Ethernet không đƣợc thiết kế để đáp ứng những yêu cầu nghiêm
ngặt về dịch vụ trong các ứng dụng mạng Metro và đặc biệt là những thiếu sót khó có
thể bù đắp về khả năng mở rộng và độ tin cậy khi phát triển mạng. Việc triển khai
Ethernet trong mạng Metro đặt ra yêu cầu khắt khe về khả năng mở rộng và những
tính năng mạnh mẽ, chỉ có trong mặt phẳng điều khiển của giao thức IP lớp 3 và
MPLS. Chính vì vậy, việc kết hợp giữa giao thức lớp 2 (Ethernet) với giao thức lớp 3
16


(IP) và mạng MPLS đƣợc sử dụng nhƣ một giải pháp tối ƣu cho phép kết hợp những
ƣu điểm về sự đơn giản và chi phí rẻ của Ethernet với khả năng mở rộng linh hoạt và
thông minh của mô hình mạng MPLS/IP.
1.1.3. Kiến trúc mạng Metro Ethernet

Về cơ bản kiến trúc mạng Metro Ethernet mà VNPT xây dựng bao gồm 5 phân lớp
sau:

Hình 1-4: Kiến trúc Metro Ethernet

[9]

Lớp mạng trục (IP/MPLS-Core): hình thành một lõi chuyển mạch gói chung dựa
trên công nghệ MPLS, kết nối tất cả các tỉnh thành trong cả nƣớc.
Lớp mạng biên (IP/MPLS Edge): xử lý thông tin trƣớc khi vào core MPLS. Bóc
tách nhãn, gán nhãn, thực hiện provisioning dịch vụ, thiết lập QoS MPLS, traffic
engineering…
Lớp mạng tập trung lƣu lƣợng (IP/MPLS Aggregation over Ethernet): đảm bảo
tập trung lƣu lƣợng từ các mạng truy cập (IP-DSLAM, ETTx, UMTS… ) tới
mạng trục (BRAS)

17


Lớp mạng truy cập (Access): cung c ấp kết nối dịch vụ tới khách hàng (các dịch
vụ Cable, xDSL, PON hay ETTx…) thông qua các thiết bị truy cập nhƣ IPDSLAM, ETTx, UMTS hay Ethernet Switches)
Lớp mạng biên khách hàng (Subscriber Edge): đóng vai trò biên m ạng phía
khách hàng, cung cấp kết nối tới lớp truy cập của nhà cung cấp dịch vụ và cung
cấp dịch vụ cho các ngƣời sử dụng bên trong mạng.
Các hãng khác nhau đƣa ra những mô hình kiến trúc khác nhau phù hợp với giải pháp
của mình, nhƣng về cơ bản đều chia thành 5 phân lớp nhƣ trên. Việc xây dựng mạng
Metro theo kiến trúc phân lớp giúp đơn giản hóa việc quản lí, nâng cao khả năng mở
rộng cũng nhƣ khắc phục lỗi nhanh chóng khi sự cố xảy ra.
1.2. Giải pháp Metro Ethernet đƣợc áp dụng trong mạng Metro của Hà Nội
1.2.1. Kiến trúc tổng thể

Việc xây dựng mạng Metro nhằm mục đích cung cấp các dịch vụ đa dạng với tốc độ
cao và chất lƣợng ổn định trên nền tảng hạ tầng mạng hợp nhất là xu hƣớng tất yếu ở
các đô thị lớn trên thế giới. Không nằm ngoài qui luật đó, các đô thị lớn ở Việt Nam
đang trong quá trình xây dựng và dần dần hoàn thiện mô hình mạng Metro đáp ứng số
lƣợng thuê bao ngày càng tăng với yêu cầu về các mô hình dịch vụ đa dạng.
Dựa theo khuyến nghị của hãng Cisco System, Viễn Thông Hà Nội đã bắt đầu xây
dựng mạng MAN-E từ năm 2006 và đến nay đã mở rộng để cung cấp thêm các dịch
vụ khác nhƣ IPTV, VoIP… với số lƣợng thuê bao tăng lên nhanh chóng.

18


Hình 1-5: Sơ đồ mạng MAN-E hiện tại của HNT

[1]

Mạng MAN-E hiện tại của VTHN gồm 4 Core-Switch Cisco 7609 đƣợc nối với nhau
thành vòng RING 10GE và nối lên BRAS VNPT Net bằng các đƣờng n*1GE. Từ các
Core-Switch này nối xuống 16 Access-Switch đƣợc đặt tại các trạm của công ty Điện
thoại 1 và công ty Điện thoại 2 bằng kết nối 1GE. Giữa các Access Switch và Core
Switch là miền MPLS thực hiện chức năng truyền tải lƣu lƣợng Ethernet. Từ AccessSwitch này đƣợc nối đến lớp mạng truy cập để cung cấp dịch vụ cho khách hàng.
Trong thời gian tới Viễn Thông Hà Nội dự tính sẽ tăng băng thông vòng Ring từ
10GE lên 50GE, tăng kết nối Access-Switch đến Core-Switch lên 10GE. AccessSwitch đƣợc nâng cấp thêm LineCard mới, thành Aggregate-Switch, có khả năng
cung cấp các dịch vụ nâng cao một cách mềm dẻo và tối ƣu. Kết nối từ Core-Switch
lên VNPT Net cũng đƣợc nâng cấp lên n*10GE. Bên cạnh khả năng thực hiện tập
trung lƣu lƣợng HSI (truy nhập internet tốc độ cao – High Speed Internet) hiện tại
cũng nhƣ nhu cầu mở rộng trong giai đoạn 2015 - 2016, việc xây dựng mạng ME còn
cho phép HNT khả năng cung cấp các dịch vụ mới đa dạng và nhanh chóng, nhƣ L2
VPN, L3 VPN, VoIP, Video (IPTV/ VoD) và nhiều dịch vụ giá trị gia tăng khác.
19

Sơ đồ mạng MAN-E pha 2 nhƣ sau:

Hình 1-6: Sơ đồ mạng MAN-E mở rộng [1]
1.2.2.Dòng sản phẩm sử dụng
Hiện tại, 04 Core Switch và 16 Aggregation Switch trong mạng MAN Ethernet của
HNT đều sử dụng dòng sản phẩm Cisco 7609, chỉ khác nhau số lƣợng và chủng loại
linecard. 7609 là dòng sản phẩm phù hợp với nhu cầu cung cấp dịch vụ đa dạng và
khả năng mở rộng cao do có cấu trúc module hóa. Kiến trúc tổng thể của Cisco 7609
nhƣ sau:
-

09 khe cắm (slots), 2 slot dùng riêng cho SUP (supervisor engine). Trong trƣờng
hợp controller card là SUP 720, hai slot tƣơng ứng là slot 5 & slot 6. SUP 720 có
2 cổng GE uplink và 1 cổng 10/100/1000 TX, nhƣng tại mỗi thời điểm chỉ 1
cổng active.

20


-

Tất cả các thiết bị đều dùng nguồn cấp 1+1, chạy ở chế độ redundant (share tải tự
động).

Hình 1-7: Router 7609-S [10]
Tất cả các MEN switch dùng Slot 5 và Slot 6 cho 02x SUP 720 – 3B.
Với trƣờng hợp của Core Switch, phân bổ khe cắm cho các I/O line card nhƣ sau:
-

Slot 1: SIP_600 (1x10GE)

-

Slot 2: SIP_600 (1x10GE)

-

Slot 3: SIP_600 (10x1GE)

-

Slot 4: WS_X6724_SFP (24 cổng GE SFP)

21


Hình 1-8: Kết nối tại Core Switch [10]

Với trƣờng hợp của Access Switch, phân bổ khe cắm cho các I/O line card nhƣ sau:
-

Slot 1: SIP_400 (2 x 1GE)

-

Slot 2: WS_X6724_SFP (24 cổng GE SFP)

-

Slot 3: WS_X6148_FE_SFP (48 cổng FE SFP)

22


Hình 1-9: Kết nối tại Access Switch [10]
Sử dụng dòng sản phẩm 7609 có cấu trúc module hóa giúp tăng khả năng mở rộng
thuê bao nhờ việc cung cấp dịch vụ thông minh phân theo Linecard. Bản thân
Linecard có thể thực hiện việc định tuyến và chuyển mạch mà không phải qua bộ xử lí
trung tâm vì vậy nâng cao hoạt động của hệ thống.

23


CHƢƠNG 2. CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TRONG MẠNG
METRO
Các dịch vụ và ứng dụng trong mạng Metro Ethernet không cần thiết phải đƣợc triển
khai trên công nghệ truyền dẫn Ethernet ở lớp dƣới mà có thể đƣợc xây dựng trên các
công nghệ truyền dẫn khác nhau.
2.1.

Công nghệ SONET/SDH

2.1.1. Ethernet trên nền SONET/SDH
Phân cấp số cận đồng bộ SDH và mạng quang số SONET chỉ một tập hợp các tốc độ
truyền dẫn bằng cáp sợi quang có thể truyền tải tín hiệu số với dung lƣợng khác nhau
dựa trên công nghệ ghép kênh số TDM. Việc sử dụng SONET/SDH làm công nghệ
truyền dẫn trong mạng Metro cho phép tận dụng đƣợc hạ tầng truyền dẫn TDM sẵn có
mà không phải thay đổi nhiều. Hơn nữa việc triển khai Ethernet thông qua môi trƣờng

truyền dẫn SONET cho phép cung cấp các dịch vụ Ethernet tới các thuê bao trong khi
vẫn kế thừa đƣợc các đặc tính của truyền dẫn SONET/SDH nhƣ: khả năng hồi phục
nhanh, khả năng quản lí chất lƣợng kết nối… Với việc truyền tải Ethernet qua
SONET/SDH, khung thông tin Ethernet đƣợc giữ nguyên và đóng gói vào trong tải tin
SONET ở đầu vào của mạng và sẽ đƣợc gỡ ra ở đầu bên kia.
Trong việc truyền tải Ethernet qua SONET/SDH, khung thông tin Ethernet đƣợc giữ
nguyên và đóng gói vào trong t ải tin SONET ở đầu vào của mạng và sẽ đƣợc gỡ ra ở
đầu bên kia.

Hình 2-1: Truyền tải Ethernet qua SONET
Có 2 cách để truyền tải khung Ethernet qua mạng SONET/SDH:
24

[2]


LAPS (Link Access Procedure SDH) – thủ tục truy nhập kết nối SDH. Truyền
dẫn Ethernet thông qua chuẩn LAPS đƣợc định nghĩa bởi tổ chức ITU-T. LAPS
là giao thức kết nối không định hƣớng tƣơng tự nhƣ HDLC (High-level Data
Link Control).
GFP (Generic Framing Procedure) – thủ tục tạo khung chung. GFP cũng là một
tiêu chuẩn đƣợc thông qua bởi ITU. Sự khác biệt giữa GFP và LAPS là GFP có
thể hỗ trợ các dạng khung khác ngoài khung Ethernet nhƣ PPP, FICON (fiber
Connectivity), ESCON (Enterprise Systems Connection)…
Chức năng đóng gói khung Ethernet vào t ải tin SONET đƣợc thực hiện trên các bộ
xen/rẽ kênh ADM hoặc switch. Điều này đƣợc thực hiện đơn giản bằng việc kết hợp
các phần cứng làm chức năng ánh xạ và tạo khung các frame ở bên trong các bộ
ADM.

Hình 2-2: Chức năng chuyển mạch và ánh xạ nằm trên ADM

[2]

Hình 2-3: Chức năng chuyển mạch và ánh xạ EOS nằm trên Switch [2

]

Giữa 2 trƣờng hợp này không có khác biệt về mặt chức năng truyền tải dữ liệu mà sự
khác biệt chủ yếu nằm ở khía cạnh cấu hình trên Switch. Trong trƣờng hợp chức năng
chuyển mạch và ánh xạ nằm trên ADM, Ethernet Switch chỉ nhìn thấy kết nối
Ethernet qua môi trƣờng truyền dẫn SONET mà không có khả năng điều khiển đƣợc
các thuộc tính truyền dẫn trên nền SONET nhƣ trong trƣờng hợp chức năng này nằm
trên các bộ ADM.

25