Mạng đô thị Man và giải pháp xây dựng mạng viễn thông Hà nội

bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

LUậN VĂN THạC Sỹ KHOA HọC
Ngành: kỹ thuật điện tử

MạNG ĐÔ THị MAN Và GIảI PHáP XÂY
DựNG MạNG VIễN THÔNG Hà NộI

CAO NGọC TIếN

Hà NộI 2009


bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

LUậN VĂN THạC Sỹ KHOA HọC

MạNG ĐÔ THị MAN Và GIảI PHáP XÂY
DựNG MạNG VIễN THÔNG Hà NộI

Ngành: kỹ tht ®iƯn tư
M· sè:

Cao ngäc tiÕn

Ng­êi h­íng dÉn khoa häc: TS. NGUN VIÕT NGUY£N

Hµ NéI 2009


-i-

MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
TỪ VIẾT TẮT .......................................................................................................... A
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................ E
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................. F
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1................................................................................................................3
TỔNG QUAN VỂ MẠNG ĐÔ THỊ.........................................................................3
1.1. Mạng đơ thị là gì, vai trị của mạng. ................................................................3
1.2. Cấu trúc phân lớp của mạng MAN, các công nghệ ứng dụng. ........................6
1.3. Các công nghệ ứng dụng phân lớp 3 ...............................................................7
1.3.1. Công nghệ IP ............................................................................................7
1.3.2. Công nghệ MPLS .....................................................................................8
1.3.3. Công nghệ G-MPLS ...............................................................................21
1.4. Các công nghệ ứng dụng phân lớp 2 .............................................................22
1.5. Các công nghệ ứng dụng phân lớp 1 .............................................................34
CHƯƠNG 2..............................................................................................................46
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ CỦA MẠNG ĐÔ THỊ .........................46
2.1. Khái niệm chất lượng dịch vụ (QoS- Quality of Service) .............................46
2.2. Các phương pháp đánh giá QoS ....................................................................47
2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ QoS ......................................50
2.4. Các mơ hình kiến trúc đảm bảo QoS .............................................................51
CHƯƠNG 3..............................................................................................................66

GIẢI PHÁP CỦA MỘT SỐ NHÀ SẢN XUẤT VÀ CÁC DỊCH VỤ ỨNG
DỤNG TRONG MẠNG METRO .........................................................................66
3.1. Cấu trúc, giải pháp Metro của một số Nhà sản xuất ......................................66
3.2. Đa dịch vụ trong mạng Metro ........................................................................72
CHƯƠNG 4..............................................................................................................77
ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP MẠNG ĐÔ THỊ MAN-NGN CHO THÀNH PHỐ HÀ
NỘI ...........................................................................................................................77


- ii -

4.1. Sơ lược về mạng viễn thông hiện tại của Thành phố Hà Nội ........................77
4.2. Nhu cầu phát triển lên MAN – NGN của thành phố Hà Nội.........................79
4.3. Đề xuất về cấu trúc, các giải pháp xây dựng mạng Metro cho BĐHN .........81
4.4. Hướng triển khai xây dựng cụ thể mạng MAN của BĐHN ..........................84
4.5. Thiết kế mô hình QoS cho mạng Viễn thơng Hà Nội....................................88
KẾT LUẬN ..............................................................................................................93
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................94
TÓM TẮT LUẬN VĂN


-A-

TỪ VIẾT TẮT
TỪ VIẾT TĂT

NGHĨA TIẾNG ANH

NGHĨA TIẾNG VIỆT

ACK

Acknowledgment

Xác nhận

ADSL

Đường dây thuê bao số bất đối xứng

ARP
ARQ
ATM

Asymmetric Digital Subcriber
Line
Add Drop Multiplexer
Assured Forwarding
Aggresgate Route-Based IP
Switching
Address Resolution Protocol
Admission Request
Asynchronuos Transfer Mode

BCF

Bearer Control Function

BE
BER

BGP
B-ISDN

Best Effort
Bit Error Ratio
Border Gateway Protocol
B-Inergrated Service Digital
Network
Bandwidth Request
BroadBand Remote Access
Server
Bandwidth
Broadband Wireless Access
Call Agent
Common Access Signalling
Common Chanell Signalling
No7
Connectionless Operation
Connection Oriented
Operation
Class of Servcie
Customer Premise Equipment
Carrier Sense Multiple
Access
Connection Service Network
Dynamic Host Configuration
Protocol
Differentiated Services
Digital Subcriber Line
DSL Access Module

Density Wavelength Division

ADM
AF
ARIS

BR
BRAS
BW
BWA
CA
CAS
CCS7
CL
CO
CoS
CPE
CSMA
CSN
DHCP
Diffserv
DSL
DSLAM
DWDM

Thiết bị xen/rẽ lưu lượng
Chuyển tiếp đảm bảo
Chuyển mạch IP theo phương pháp
tổng hợp tuyến
Giao thức phân tích địa chỉ

Yêu cầu đăng ký
Phương thức truyền dẫn không đồng
bộ
Chức năng điều khiển tải tin
Dịch vụ nỗ lực tốt nhất
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
Giao thức cổng biên
Mạng số các dịch vụ tích hợp băng
rộng
Yêu cầu băng thông
Máy chủ truy nhập băng rộng từ xa
Băng thông
Truy nhập không dây băng rộng
Đại lý gọi
Báo hiệu kênh chung
Hệ thống báo hiệu số 7
Hoạt động phi kết nối
Hoạt động hướng kết nối
Lớp dịch vụ
Thiết bị phía khách hàng
Đa truy nhập cảm nhận sóng mang
Mạng dịch vụ kết nối
Giao thức cấu hình Host động
Dịch vụ phân biệt
Đường dây thuê bao số
Khối truy nhập DSL
Ghép kênh phân chia bước sóng dày


-B-

EF
ETSI

FEC
FIB
FDM

Multiplexing
Expedited Forwarding
European
Telecommunications
Standards Institute
Forwarding Equivalence
Classes
Forwarding Information Base

LIB

Frequence Division
Mutiplexing
Gigabit Ethernet
Guardrantee Service
Institute of Electrical and
Electronic Engineers
Intergrated Service
Internet Protocol
The IP over ATM
Integrated Services Digital
Network

Internet Service Provider
Integrated Switch Router
Local Area Network
Label Distribution Protocol
Label Forwarding
Information Base
Label Information Base

LSP
LSR

Label Switch Path
Label Switch Router

MAC
MAN
MG
MGC
MPLS

Medium Access Control
Metropolitan Area Network
Media Gateway
Media Gateway Controller
Multi Protocol Label
Switching
Next Generation Network
Operation Adminitration and
Maintenance
Optical Add Drop

Multiplexer
Optical Channel
Personal Area Network
Point Control Function
Personal Digital Assistant

GE
GS
IEEE
Intserv
IP
IPATM
ISDN
ISP
ISR
LAN
LDP
LFIB

NGN
OAM
OADM
OCh
PAN
PCF
PDA

đặc
Chuyển tiếp xúc tiến
Viện các chuẩn viễn thông Châu Âu

Lớp chuyển tiếp tương đương
Bảng gửi chuyển tiếp trong bộ định
tuyến
Ghép kênh phân chia theo tần số
Mạng gigabit
Dịch vụ đảm bảo
Viện các kĩ sư điện và điện tử
Dịch vụ tích hợp
Giao thức Internet
Giao thức Internet trên ATM
Mạng số đa dịch vụ
Nhà cung cấp dịch vụ Internet
Bộ định tuyến chuyển mạch tích hợp
Mạng vùng cục bộ
Giao thức phân phối nhãn
Bộ thông tin chuyển tiếp nhãn
Bảng thông tin nhãn trong bộ định
tuyến
Tuyến chuyển mạch nhãn
Thiết bị định tuyến chuyển mạch
nhãn
Điều khiển truy nhập phương tiện
Mạng đô thị/ Mạng diện rộng
Cổng phương tiện
Thiết bị điều khiển MG
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Mạng kế tiếp
Khai thác quản lý và bảo dưỡng
Thiết bị xen / rẽ quang
Kênh quang

Mạng cá nhân
Chức năng điều khiển điểm
Hỗ trợ cá nhân dùng kĩ thuật số


-C-

PDH
PDU
PHY
POS
POST
PMD
PMP
PSTN
PPP
QoS
RAS
RAS
REQ
RFI
RSVP
Rx
SAN
SAP
SDH
SDU
SNR
SOHO
SONET

SS
SSCS
STC
STM
TC
TDM
TDP
TE/RRR
TE
TER
Tx
VoIP
VLAN
VP

Plesiochoronous Digital
Hierachy
Protocol Data Unit
Physical
Packet over SDH
Plain Old Telephone Service
Physical Media Dependent
Point to Multipoint
Public Switch Telephone
Network
Point to Point Protocol
Quality Of Service
Remote Access Server
Registration Admission
Status

Request
Radio Frequency Interference

Phân cấp đồng bộ số

Resource Reservation
Protocol
Receiver
Storage Area Network
Service Access Point
Synchronous Digital
Hierarchy
Service Data Unit
Signal to Noise Ratio
Small Office Home Office
Synchronous Optical
Network
Subscriber Station
Specify ServicesConvergence
Sublayer
Space Time Code
Synchronuos Transfer Mode
Transmission Convergence
Time Division Multiplexer
Tag Distribution Protocol
Traffic Engineering/ Routing
with Resource Reservation
Termination Equipment
Tag Edge Routers
Transmition

Voice over IP
Vitual LAN
Vitual Path

Giao thức dành sẵn tài nguyên

Đơn vị dữ liệu giao thức
Lớp vật lý
Gói trên SDH
Mạng thoại truyền thống
Đường truyền vật lý độc lập
Điểm - đa điểm
Mạng điện thoại chuyển mạch công
cộng
Giao thức điểm-điểm
Chất lượng dịch vụ
Máy chủ truy nhập từ xa
Đăng ký, chấp nhận, tình trạng
Yêu cầu
Nhiễu tần số vô tuyến
Đầu thu
Mạng lưu trữ dữ liệu vùng
Điểm truy nhập dịch vụ
Hệ thống phân cấp kỉ thuật số đồng
bộ
Đơn vị dữ liệu dịch vụ
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu
Văn phịng gia đình văn phịng nhỏ
Mạng quang đồng bộ
Trạm thuê bao

Lớp con hội tụ các dịch vụ riêng
Mã không gian thời gian
Trường chuyển mạch đồng bộ
Lớp hội tụ truyền dẫn
Ghép kênh phân chia theo thời gian
Giao thức phân phối thẻ
Kỹ thuật lưu lượng/ Định tuyến dành
trước tài nguyên
Thiết bị đầu cuối
Bộ định tuyến thẻ rìa
Máy phát
Thoại qua IP
Mạng LAN ảo
Đường dẫn ảo


-D-

VPC
VPN
WAN
WDM
WLL
WS
xDSL

Vitual Path Connection
Virtual Private Network
Wide Area Network
Wavelength Division

Multiplexing
Wireless Local Loop
Work Station
Digital Subcriber Line

Cuộc kết nối đường ảo
Mạng riêng ảo
Mạng diện rộng
Ghép kênh phân chia theo bước sóng
Mạch vịng vơ tuyến nội hạt
Trạm làm việc
Họ công nghệ DSL


-E-

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Khoảng cách truyền dẫn hỗ trợ bởi PMD .................................................33
Bảng 1.2. Thông số của PMD và PHY .....................................................................33
Bảng 2.1. Một số đặc điểm QoS quan trọng của MPLS ...........................................64
Bảng 4.1. Các hình thức kết nối ................................................................................81
Bảng 4.2. Bảng cam kết đáp ứng dịch vụ .................................................................92


-F-

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. So sách tốc độ các loại dịch vụ băng thơng rộng ........................................4
Hình 1.2. Mơ hình mạng MAN ...................................................................................5
Hình 1.3. Cấu trúc phân lớp của mạng MAN .............................................................6

Hình 1.4. Các cơng nghệ trong lớp truyền tải của mạng MAN ..................................7
Hình 1.5. Sự hội tụ của MPLS ..................................................................................10
Hình 1.6. Cấu trúc khung của MPLS ........................................................................10
Hình 1.7. Nhiệm vụ của các node mạng MPLS ........................................................11
Hình 1.8. Cơ chế chuyển gói tin................................................................................12
Hình 1.9. Cơ chế cấp phát nhãn ................................................................................13
Hình 1.10. Bản tin Label Request và Label Mapping...............................................14
Hình 1.11. Quá trình xây dựng một LSP bằng giao thức LDP .................................15
Hình 1.12. Cơ chế tạo tuyến lưu lượng thơng suốt ...................................................16
Hình 1.13. Cơ chế hoạt động của RSVP ...................................................................18
Hình 1.14. Mơ tả luồng hoạt động của RSVP ...........................................................19
Hình 1.15. Vịng RPR ...............................................................................................23
Hình 1.16. Mơ hình tham chiếu RPR MAC ..............................................................24
Hình 1.17. MAC Datapath ........................................................................................25
Hình 1.18. Kiến trúc bộ đệm gói đơn và kiến trúc bộ đệm gói kép ..........................26
Hình 1.19. Đường đi của dữ liệu trước khi sợi quang bị đứt ....................................29
Hình 1.20. Đường đi của dữ liệu sau khi Wrap ........................................................29
Hình 1.21. Đường đi của dữ liệu sau một topology discovery mới ..........................30
Hình 1.22. Kiến trúc LAN và WAN PHY ................................................................31
Hình 1.23. Chức năng XAUI như là giao diện mở giữa MAC và PCS ....................32
Hình 1.24. Cấu trúc thiết bị NG-SDH .......................................................................34
Hình 1.25 Truyền tải IP trên nền SDH......................................................................35
Hình 1.26. Kiến trúc ghép kênh SONET/SDH .........................................................36
Hình 1.27. Xu thế phát triển của mạng SDH/SONET ..............................................38
Hình 1.28. Giao diện của GFP ..................................................................................39
Hình 1.29. Ví dụ ghép kênh vào luồng OC48 theo phương thức LCAS ..................39
Hình 1.30. Phân cấp mạng quang theo lớp ...............................................................41
Hình 1.31. Kiến trúc mạng truyền tải quang .............................................................41
Hình 1.32. Hệ thống ghép bước sóng một hướng .....................................................44

-G-

Hình 1.33. Hệ thống ghép bước sóng hai hướng ......................................................44
Hình 2.1. Mối quan hệ QoS từ phía người dùng và nhà cung cấp ............................46
Hình 2.2. Quá trình RSVP.........................................................................................55
Hình 2.3. Diffserv và trường ToS .............................................................................57
Hình 2.4. Các thành phần của một node hỗ trợ Diffserv ..........................................59
Hình 2.5. Chức năng định tuyến Diffserv .................................................................60
Hình 3.1. Cấu trúc mạng Metro của Cisco ................................................................67
Hình 3.2. Cấu trúc logic của mạng Metro .................................................................67
Hình 3.3. Cấu trúc mạng Metro của Nortel...............................................................68
Hình 3.4. Cấu trúc mạng Metro của Siemens ...........................................................71
Hình 3.5. Đa dịch vụ trong mạng Metro ...................................................................72
Hình 3.6. Dịch vụ Ethernet LAN (E-LAN Service) .................................................73
Hình 3.7. Mơ hình cung cấp dịch vụ cung cấp cho người dân .................................74
Hình 3.8. PPPoE Internet service ..............................................................................74
Hình 3.9. Dịch vụ IPTV ............................................................................................75
Hình 3.10. Dịch vụ VoD ...........................................................................................75
Hình 3.11. Dịch vụ IP Phone ....................................................................................76
Hình 4.1. Cấu trúc mạng chuyển mạch của Bưu điện TP Hà Nội ............................77
Hình 4.2. Cấu trúc của mạng truyền dẫn của Bưu điện TP Hà Nội ..........................78
Hình 4.3. Mạng Internet của Bưu điện TP Hà Nội ...................................................79
Hình 4.5. Mơ hình mạng Metro của viễn thơng Hà Nội ...........................................85
Hình 4.6.Thiết bị truy nhập IP cho mạng thế hệ sau.................................................86
Hình 4.7. Mạng MAN-NGN hồn chỉnh ..................................................................88
Hình 4.8. Mơ hình QoS cho mạng MAN Hà Nội. ....................................................89
Hình 4.9. Mơ hình phân loại lưu lượng.....................................................................90

-1-

MỞ ĐẦU
Sự phát triển rất nhanh về kinh tế, văn hóa, xã hội trong mơi trường các khu đơ
thị, các thành phố lớn kéo theo nhu cầu về trao đổi thông tin là rất lớn và đa dạng về
các loại hình dịch vụ cũng như chất lượng và tốc độ dịch vụ. Trong một xã hội văn
minh hiện đại, thông tin liên lạc đã trở thành một nhu cầu thiết yếu chỉ đứng sau
nhu cầu cơ bản để tồn tại. Sự đột phá trong công nghệ viễn thông và công nghệ
thông tin, đặc biệt là sự hội tụ giữa chúng - giao thức Internet Protocol (IP) đang
bùng nổ ở các nước phát triển và đang phát triển.
Thực tế mạng viễn thơng hiện nay đã có một bước tiến dài nhờ có sự bùng nổ
của các cơng nghệ mới và nhu cầu sử dụng dịch vụ viễn thông của khách hàng. Tuy
nhiên trong tương lai mạng viễn thông không những chỉ thỏa mãn cho khách hàng
các dịch vụ thoại, phi thoại, Internet và các dịch vụ băng rộng mà còn phải đáp ứng
cho khách hàng các dịch vụ có độ tích hợp cao, các dịch vụ đa phương tiện với các
thuộc tính an ninh, bảo mật, chất lượng, linh hoạt và thông minh nhất.
Công nghệ mạng đã trải qua các giai đoạn chuyển đổi từ tương tự sang số, từ
chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói IP, từ mạng số tích hợp băng hẹp sang
mạng số tích hợp băng rộng để có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng dịch vụ cho người
dùng đầu cuối. Mặc dù vậy mạng hiện tại vẫn không thõa mãn hết được nhu cầu của
khách hàng. Chính vì vậy cần có một mơ hình tổ chức mạng mới tập hợp được tất
cả các ưu điểm của mạng viễn thông hiện tại và thoả mãn đáp ứng được các nhu cầu
truyền thông trong tương lai.
Điều này dẫn đến việc cơ sở hạ tầng thông tin hiện tại với công nghệ TDM
(chuyển mạch kênh, truyền dẫn SDH) là chủ yếu, sẽ rất khó đáp ứng nhu cầu trao
đổi thơng tin như vậy cả về loại hình dịch vụ và cường độ lưu lượng thông tin. Do
vậy việc nghiên cứu tìm hiểu cơng nghệ để xây dựng một cơ sở hạ tầng mạng đô thị
MAN (Metropolitan Area Network) đáp ứng nhu cầu trên là việc làm cấp thiết của
các nhà cung cấp dịch vụ.
Với các lý do trên, cùng với sự hướng dẫn tận tình của TS. Nguyễn Viết

Nguyên, tơi đã thực hiện và hồn thiện luận văn cao học: “ Mạng đô thị MAN và
giải pháp xây dựng mạng viễn thông Hà Nội”.
Luận văn gồm các chương với nội dung chính như sau:
Chương 1: Tổng quan về mạng đô thị.
Chương 2: Đánh giá chất lượng của mạng đô thị.


-2-

Chương 3: Giải pháp của một số nhà sản xuất và các dịch vụ ứng dụng trong
mạng Metro.
Chương 4: Đề xuất giải pháp mạng đô thị MAN-NGN cho thành phố Hà Nội.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Viết Ngun đã tận tình hướng dẫn tơi
thực hiện luận văn này. Trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện luận văn, dưới
sự hướng dẫn rất bài bản và khoa học của Tiến sỹ, tôi đã học hỏi được những kiến
thức và phương pháp nghiên cứu khoa học bổ ích.
Nhân dịp này, tôi cũng xin gửi lời cám ơn các bạn bè, đồng nghiệp và gia đình
đã tích cực hỗ trợ, góp ý cho tơi trong q trình nghiên cứu, thu thập tài liệu và hoàn
chỉnh luận văn này.
Do khả năng, cũng như thời gian còn hạn chế nên luận văn khơng thể trách khỏi
các sai sót. Kính mong nhận được sự chỉ bảo của thầy cô và các ý kiến đóng góp
của bạn bè, đồng nghiệp quan tâm đến đề tài này, để luận văn được hồn thiện hơn.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày……tháng…. năm 2009
Người viết luận văn

Cao Ngọc Tiến


-3-

CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN VỂ MẠNG ĐƠ THỊ
1.1. Mạng đơ thị là gì, vai trị của mạng.
Mạng đơ thị băng rộng đa dịch vụ, gọi tắt là mạng MAN (Metropolitan Area
Network) là mạng băng thơng rộng trên cơ sở tích hợp cấu trúc mạng thế hệ mới NGN (Next Generation Network), có khả năng cung cấp một siêu xa lộ thơng tin.
Mạng MAN là mạng máy tính lớn có kích cỡ trung bình từ vài km đến vài chục
km, có khả năng tạo ra các kết nối tốc độ cao, lên đến hàng trăm Megabit/s (có thể
mở rộng lên đến Gigabit/s). Nó có thể được kết nối các nhóm văn phịng, các nhóm
doanh nghiệp, trường, viện, đơn vị,… phục vụ cho cơng tác chỉ đạo, quản lý hành
chính nhà nước, trao đổi thơng tin, cung cấp các dịch vụ hành chính công, chuẩn bị
cho phát triển thương mại điện tử...Xu hướng tích hợp giữa cơng nghệ thơng tin và
viễn thơng trên một cơ sở hạ tầng mạng duy nhất đã thúc đẩy nhóm các nhà cung
cấp thiết bị, giải pháp xây dựng và khai thác mạng,…quan tâm nghiên cứu Mạng đô
thị thế hệ kế tiếp (Next Generation Metropolitan Area Network). Mạng đô thị được
hiểu nằm giữa mạng truyền tải đường trục và mạng truy nhập.
Mạng đô thị băng rộng (MetroNet-MAN) cung cấp đường truyền tốc độ siêu
cao, có khả năng cung cấp nhiều loại dịch vụ giá trị gia tăng cùng lúc trên cùng một
đường truyền, chủ yếu sử dụng đường truyền cáp quang. MetroNet được thiết kế
mạng lõi theo dạng mạch vịng và được cáp quang hóa nên có tốc độ cao có thể lên
tới hàng Gbps, đáp ứng được mọi nhu cầu về tốc độ cũng như các ứng dụng cao
cấp, chất lượng đường truyền rất cao, không bị xuyên nhiễu, đảm bảo tốc độ ổn
định và tính bảo mật cao.
Nhờ ứng dụng công nghệ tiên tiến nhất kết hợp với hệ thống cáp quang đến tận
nhà, MetroNet cung cấp cho khách hàng khả năng sử dụng đồng thời 3 loại dịch vụ
là thoại (voice), dữ liệu (data) và hình ảnh (video) gồm: truyền dữ liệu, hình ảnh
(video), IP TV, điện thoại có hình ảnh (video phone), hội nghị truyền hình, xem
phim theo yêu cầu (video on demand), truyền hình cáp, giáo dục từ xa, giám sát từ
xa, truy cập Internet,…

-4-

Hình 1.1. So sách tốc độ các loại dịch vụ băng thông rộng
Một trong những ứng dụng nổi bật của của MetroNet là tích hợp các ứng dụng
trong thời gian thực nhờ băng thơng cực rộng, tính linh hoạt cao. Người sử dụng có
thể dễ dàng thay đổi cấu hình băng thơng tùy theo ý muốn tùy mục đích sử dụng và
tiết kiệm.
Với băng thông rộng lên tới 1 Gbps, người dùng dịch vụ này sẽ tiết kiệm được
thời gian tải các chương trình, nhất là đối với các cơ sở dữ liệu, hệ thống hình ảnh,
phim… có dung lượng lớn. Tùy theo nhu cầu thực tế và điều kiện khách hàng,
MetroNet có thể dễ dàng thay đổi cấu hình băng thông theo yêu cầu của khách hàng
theo từng nấc 1Mbps. Một cách khác là người sử dụng có thể lựa chọn 4 mức cam
kết chất lượng dịch vụ (gọi là SLA) gồm: SLA1 ứng dụng thoại, SLA2 ứng dụng
thời gian thực như video, IPTV, video phone, video conferenceing…, SLA3 thực
hiện truyền số liệu và SLA4 cho chất lượng dịch vụ tối thiểu tùy lựa chọn của khách
hàng.
MetroNet cho phép thuê bao thiết lập mạng theo những cách mà dịch vụ truyền
thống khác không thể thực hiện được. Khách hàng có thể sử dụng 2 kiểu kết nối là
từ điểm đến điểm (Point - to - Point) và đa điểm đến đa điểm (Multipoint - to Multipoint). Chẳng hạn, một cơng ty sử dụng dịch vụ MetroNet có thể kết nối nhiều
mạng của họ (LAN, WAN), hoặc mạng của đối tác ở nhiều vị trí khác nhau để
thành lập một mạng riêng ảo (VPN) hoặc kết nối Internet tốc độ cao đến nhà cung
cấp dịch vụ Internet.
Một điểm đặc biệt khi sử dụng MetroNet là khách hàng có thể thêm vào hoặc
thay đổi băng thơng rất nhanh thay vì phải thực hiện trong vài ngày hoặc thậm chí
vài tuần như khi sử dụng những dịch vụ mạng truy nhập khác (Frame relay,


-5-

ATM…). Ngồi ra, những thay đổi này khơng địi hỏi người sử dụng phải mua thiết
bị mới.
Thuận lợi khi sử dụng dịch vụ này là người dùng sẽ có nhiều điều kiện thuận
lợi, hội đủ tăng cường hiệu năng của hệ thống CNTT và viễn thông, dễ dàng triển
khai các ứng dụng chuyên nghiệp và hiện đại nhất trên mạng, tích hợp việc giám sát
mạng nhanh chóng, dễ dàng triển khai thêm các dịch vụ tiện ích với giá trị gia tăng
trên mạng, kết nối mạng liên tỉnh, quốc tế với băng thông rộng, kết nối với các nhà
cung cấp nội dung thơng tin để tăng tính đa dạng và hiệu quả khai thác mạng nội bộ.

MƠ HÌNH
MẠNG MAN

Khách hàng là
các cơng ty

Khách hàng là
các hộ dân

Hình 1.2. Mơ hình mạng MAN


-6-

1.2. Cấu trúc phân lớp của mạng MAN, các công nghệ ứng dụng.

Hình 1.3. Cấu trúc phân lớp của mạng MAN
Chức năng các lớp trong mạng MAN:
-

Lớp truy nhập: Kết nối mạng MAN và các thiết bị đầu cuối thuê bao hoặc

các mạng truyền thống khác.

-

Lớp truyền tải: Định tuyến, chuyển mạch và chuyển tiếp gói tin giữa các
phần tử mạng.

-

Lớp điều khiển có chức năng:
+ Điều khiển kết nối và báo hiệu cuộc gọi
+ Điều khiển lưu lượng và chất lượng dịch vụ
+ Điều khiển hoạt động của các phần tử mạng

-

Lớp ứng dụng/dịch vụ: Điều phối, cung cấp dịch vụ và ứng dụng

-

Lớp quản lý mạng: Có chức năng quản lý mạng theo mơ hình MAN
+ Quản lý kinh doanh, chăm sóc khách hàng
+ Quản lý dịch vụ
+ Quản lý kết nối, tính cước
+ Quản lý tài nguyên và chất lượng mạng

Tham chiếu lớp truyền tải trong kiến trúc phân lớp của mạng MAN sang mơ
hình OSI và các công nghệ tương ứng trong lớp truyền tải.

-7-

Hình 1.4. Các cơng nghệ trong lớp truyền tải của mạng MAN
Lớp truyền tải của mạng MAN bao gồm các phân lớp 1, 2, 3 trong kiến trúc
phân lớp OSI.
- Tại phân lớp 3: Sử dụng công nghệ IP, MPLS và tiến tới xây dựng GMPLS.
- Tại phân lớp 2: Công nghệ ứng dụng là RPR, Gigabit Ethernet.
- Tại phân lớp 1: Công nghệ ứng dụng là NG-SDH, DWDM.
Dưới đây sẽ xem xét và đánh giá chi tiết các công nghệ này.
1.3. Các công nghệ ứng dụng phân lớp 3
1.3.1. Công nghệ IP
Công nghệ IP hiện đã rất phổ biến, do vậy luận văn này chỉ nêu một số kiến
thức cơ bản, ưu nhược điểm chính của cơng nghệ.
IP chính là thành phần chính của kiến trúc mạng Internet. Trong kiến trúc này,
IP đóng vai trị lớp 3. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định
tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gói tin IP gồm địa chỉ của
bên nhận; địa chỉ là một số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thơng 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


-8-

nguyên tắc chuyển tin (như trong BGP) và nó phải có khả năng hoạt động trong mơi
trường mạng gồm nhiều nút. Kết quả tính tốn của cơ cấu định tuyến được lưu trong
các bảng định tuyến (routing table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi
gói tin tới hướng đích.
Dựa trên các bảng có định tuyến, cơ cấu định tuyến chuyển mạch các gói IP
hướng tới đích. Phương thức định tuyến truyền thống là theo từng chặng một. Ở

cách này, mỗi nút mạng tính tốn bảng định tuyến một cách độc lập. Do vậy,
phương thức này yêu cầu kết quả tính tốn của phần định tuyến tại tất cả các nút
phải nhất quán với nhau. Sự thống nhất của kết quả sẽ dần tới việc chuyển gói tin
sai hướng, điều này đồng nghĩa với việc mất gói tin.
Kiểu định tuyến theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng. Ví dụ, với
phương thức này, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ mà đi qua cùng một
nút thì chúng sẽ được truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích. Điều này khiến
mạng khơng thể thực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo
loại dịch vụ,…
Tuy nhiên bên cạnh đó, 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 về topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối. Với các
phương thức như CIDR (Classless Interdomain Routing), kích thước của bảng định
tuyến được duy trì ở mức chấp nhận được, và do việc tính tốn định tuyến đều do
các nút tự thực hiện, mạng có thể được mở rộng mà khơng cần thực hiện bất kỳ một
thay đổi nào.
Tóm lại, IP là một giao thức 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. Ngồi ra, IP cũng khơng hỗ trợ chất lượng dịch vụ mà chỉ với sự “cố gắng
tối đa”.
1.3.2. Công nghệ MPLS
Chuyển mạch nhãn đa giao thức (Multiple - Protocol Label Switching - MPLS)
là một công nghệ định tuyến/chuyển tiếp mới nhất cho mạng thường trực Internet,
mang lại một giải pháp tích hợp thơng suốt việc điều khiển định tuyến lưu lượng IP
với sự đơn giản của chuyển mạch lớp 2. Trong các định tuyến truyền thống, các gói
IP di chuyển qua một loạt các router thông qua cơ chế định tuyến theo từng chặng
(hop - by - hop) có tính hiệu quả thấp, thời gian định tuyến chậm. MPLS ban đầu

-9-

được phát triển để cải thiện tốc độ chuyển tiếp gói của router. Nền tảng của MPLS
là phát sinh ra các nhãn có chiều dài cố định và ngắn gọn thể hiện địa chỉ mạng lớp
3 của một gói. Tất cả các quyết định chuyển mạch hay chuyển tiếp trên gọi dựa trên
các nhãn này.
MPLS thay thế định tuyến gói bằng chuyển mạch gói. Nó dựa trên thực tế q
trình định tuyến gói phải thực hiện hai việc là phân tích mào đầu và lựa chọn bước
tiếp theo. Chức năng đầu sẽ chia tập hợp các gói có mào đầu tương đồng vào các
lớp chuyển tiếp tương đương (FEC - Forwarding Equivalence Classes). Chức năng
sau sẽ ghép mỗi FEC và bước chuyển tiếp. MPLS thêm vào gói IP một nhãn ở
router đầu vào. Nhãn trong MPLS là một số có độ dài cố định và không phụ thuộc
vào lớp mạng. Nhờ đó bộ chuyển mạch/router thực hiện chuyển tiếp trực tiếp nhanh
chóng gói đến đích. Tại router/chuyển mạch đầu ra nhãn đó được gỡ bỏ.
MPLS sử dụng cơ chế hốn đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói
tin mà khơng cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP. Nó tách chức năng của
IP router ra làm hai phần riêng biệt: Chức năng chuyển gói tin và chức năng điều
khiển. Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các IP router,
sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như của ATM. Kỹ thuật hoán đổi nhãn về
bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến
của gói và nhãn mới của nó. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin
theo kiểu thơng thường và do vậy cải thiện khả năng của thiết bị. Phần chức năng
điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ
phân phối thông tin giữa các LSR và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định
tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch.
MPLS là một cơng nghệ đã được chuẩn hóa, các giao thức tương tác nhằm đảm
bảo tính tương thích giữa các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau. Các thiết bị
mạng đều đã được thương mại hóa, cho nên giá thành hệ thống tương đối thấp.
MPLS hỗ trợ nhiều cấu hình mạng: MPLS hỗ trợ bất cứ cấu hình mạng (Ring,
Star, Mix) cho phép sử dụng các giao diện GE, POS, 10 GB quang, có khả năng

thiết lập các đường kết nối riêng giữa hai nút bất kỳ với nhiều tốc độ khác nhau
khơng địi hỏi cùng tốc độ trên các tuyến tạo khả năng cấu hình mạng mềm dẻo,
linh hoạt.
MPLS là một trong những công nghệ tiên tiến nhất có nhiều lợi điểm trong đó
phải kể đến một số tính năng quan trọng như Traffic Engineering, MPLS - VPN,
OAM, Billing, Accounting, khả năng phục hồi mạng khi có lỗi (<50 ms) … Nó đặc
biệt thích hợp cho việc triển khai mạng truyền số liệu chuyên dùng và mạng nội đô.


- 10 -

Tóm lại MPLS đã kết hợp được khả năng chuyển mạch tốc độ cao của ATM và
tính thơng minh, linh hoạt của IP.

Hình 1.5. Sự hội tụ của MPLS
Gói tin chuyển đến lớp MPLS sẽ được gắn một nhãn nhằm phân loại thông tin
vận chuyển là thoại/video/số liệu để các loại gói tin sẽ được xử lý ưu tiên khác
nhau.

Hình 1.6. Cấu trúc khung của MPLS
Phần mào đầu MPLS (laber shim) có thể gồm một hoặc nhiều nhãn, mỗi nhãn
gồm bốn trường:
-

Laber (20 bit): Nội dung nhãn


- 11 -

-

Exp (3 bit): Cấp độ dịch vụ, cung cấp tối đa 8 cấp độ dịch vụ khác nhau,
tuy nhiên hiện tại mới chỉ dùng 3 cấp độ: Cố gắng tối đa (best effort),
nhiệm vụ tới hạn (mission critical) và thời gian thực (real time).

-

S (1 bit): Cờ đánh dấu kết thúc nhãn nếu S = 1.

-

TTL (8 bit): Thời gian tồn tại của gói tin.

Mạng MPLS gồm hai phần: Biên và lõi với chức năng riêng biệt:
-

Lõi: Chuyển mạch nhãn và chuyển gói.

-

Biên: Xử lý gói, dán nhãn và định tuyến.

MPLS gồm bộ định tuyến biên LER (Laber Edge Router) được tích hợp các
giao thức định tuyến và bộ định tuyến lõi LSR (Laber Switch Router) thực hiện
chức năng chuyển mạch nhãn gói tin.

Hình 1.7. Nhiệm vụ của các node mạng MPLS
Nhãn ngồi cùng của gói tin MPLS sẽ được LSR phân tích để chọn một trong
ba tác vụ sau: Tráo đổi hay thay nhãn mới (swap); Lấy nhãn ra (pop); Thêm nhãn
vào (push).

- 12 -

Tác vụ push sẽ cộng thêm nhãn vào phía trước của chồng nhãn (encapsulting)
=> một nâng cấp mới được tạo ra => cho phép gói tin MPLS được định tuyến theo
cơ chế phân cấp (hierarchical routing).
Tác vụ pop sẽ tách nhãn ngồi cùng khỏi gói tin (decapsulating). Trường hợp
nhãn cuối cùng trên chồng nhãn được bóc thì gói tin sẽ rời khỏi tuyến ngầm MPLS.
Cơ sở dữ liệu nhãn được cập nhật tại mỗi phần từ mạng sẽ quyết định tác vụ
nào được thực hiện trên cơ sở nội dung của nhãn.

Hình 1.8. Cơ chế chuyển gói tin
1.3.2.1. Cơ chế thiết lập LSP sử dụng giao thức LDP
Mục đích: Trao đổi thơng tin liên kết nhãn cho các FEC giữa các phần tử mạng
MPLS.
Nguyên tắc thực hiện: Dựa trên giao thức định tuyến có sẵn hoặc giao thức
phân phối nhãn chuyên dụng LDP (Label Distribution Protocol) hoặc theo nguyên
tắc ngang hàng (peers) và song hướng (bi-directional).


- 13 -

Hình 1.9. Cơ chế cấp phát nhãn
Giao thức hoạt động trên kết nối UDP và có thể xem là giai đoạn nhận biết nhau
của hai LSR trước khi giữa chúng thiết lập kết nối TCP. Một LSR sẽ quảng bá bản
tin Hello tới tất cả LSR kết nối trực tiếp với nó trên một cổng UDP mặc định theo
chu kỳ nhất định. Tất cả các LSR đều lắng nghe bản tin Hello trên cổng UDP. Nhờ
đó mà LSR biết được địa chỉ của tất cả các LSR kết nối trực tiếp với nó. Sau khi
biết được địa chỉ của LSR nào đó, một kết nối TCP sẽ được thiết lập giữa hai LSR

này. Ngay cả khi không kết nối trực tiếp với nhau thì LSR vẫn có thể gửi định kỳ
bản tin Hello đến cổng UDP mặc định của một địa chỉ IP xác định. Và LSR nhận
cũng có thể gửi lại bản tin Hello cho LSR gửi để thiết lập kết nối TCP.
Các bản tin LDP cơ bản, thơng dụng được sử dụng là:
• Initialization
• Keepalive
• Label mapping
• Label withdraw
• Label release
• Label request abort


- 14 -

Hình 1.10. Bản tin Label Request và Label Mapping
Bản tin Initialization: Bản tin khởi tạo, các thông số gồm: phương thức cấp
phát nhãn, phạm vi giá trị nhãn được sử dụng cho kết nối của 2 LSR này, giá trị
timer. Cả 2 LSR đều có thể gửi bản tin khởi tạo và LSR nhận sẽ phúc đáp lại bằng
bản tin Keepalive, nếu như chấp nhận những thông số đó. Nếu như khơng chấp
nhận, LSR nhận sẽ gửi một thơng báo lỗi và kết thúc q trình khởi tạo.
Bản tin Keepalive: Ngoải chức năng trên, bản tin này được gửi tuần tự theo
chu kỳ trong khoảng thời gian không có bản tin nào khác được gửi đi. Bản tin này
giúp cho LSR nhận biết LSR gửi vẫn hoạt động bình thường. Nếu khơng nhận được
bản tin này hay bất cứ một bản tin nào khác trong một khoảng thời gian ấn định
trước thì kết nối LDP giữa 2 LSR sẽ bị cắt.
Bản tin Label mapping: Các LSR sử dụng để truyền các thông tin ánh xạ từ
một FEC sang một nhãn.
Bản tin Label request: Có hai hình thức ấn định nhãn unsolicited downstream
và downstream_on_demand. Một LSR sẽ yêu cầu nút mạng tiếp theo sẽ nhận dữ
liệu thuộc một FEC nào đó ấn định nhãn cho FEC bằng cách gửi đến LSR này bản

tin Label request. Nếu bản tin này bị hủy bỏ, bởi vì nút mạng nhận dữ liệu thuộc
FEC thay đổi, LSR sẽ tiếp tục gửi yêu cầu bằng bản tin Label request abort.