Tìm hiểu về mạng MAN và xây dựng cấu trúc mạng MAN cho viễn thông nam định

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------o0o------

VŨ THỊ CHÂU GIANG

TÌM HIỂU VỀ MẠNG MAN VÀ
XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG MAN CHO
VIỄN THÔNG NAM ĐỊNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2013


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------o0o------

VŨ THỊ CHÂU GIANG

TÌM HIỂU VỀ MẠNG MAN VÀ
XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG MAN CHO
VIỄN THÔNG NAM ĐỊNH

Chuyên nghành: Cơ sở Toán học cho Tin học
Mã số: 60460110

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS LÊ TRỌNG VĨNH

Hà Nội – Năm 2013
- Trang 2 -


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................... 5
DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU ................................................................... 8
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... 10
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 11
CHƯƠNG 1. KIẾN TRÚC MẠNG ĐÔ THỊ (MAN) VÀ XU HƯỚNG PHÁT
TRIỂN CÔNG NGHỆ ETHERNET ...................................................................... 14
1.1 Tổng quan về MAN...................................................................................... 14
1.1.1. MAN là gì? ......................................................................................... 14
1.1.2 Những yếu tố thúc đẩy sự phát triển mạng MAN.................................. 14
1.1.3 Ưu, nhược điểm của mạng MAN.......................................................... 14
1.1.4. Kiến trúc MAN theo mơ hình của Cisco .............................................. 15
1.2 Xu hướng phát triển và kiến trúc của MAN Ethernet (MAN-E) .................... 16
1.2.1 Xu hướng phát triển.............................................................................. 16
1.2.2. Kiến trúc chung của MAN Ethernet..................................................... 17
1.2.3 Công nghệ Ethernet quang (Gigabit Ethernet - GbE) ............................ 18
CHƯƠNG 2. CÁC CÔNG NGHỆ NỀN TẢNG XÂY DỰNG MAN ETHERNET
(MAN-E) ............................................................................................................... 20
2.1 Công nghệ SONET/SDH .............................................................................. 20
2.1.1 Đặc điểm công nghệ ............................................................................. 20
2.1.2 Ưu điểm ............................................................................................... 21
2.1.3 Nhược điểm ......................................................................................... 22
2.2 Công nghệ WDM (Wavelength Division Multiplexing ) .............................. 22
2.2.1 Đặc điểm .............................................................................................. 22
2.2.2 Ưu nhược điểm của công nghệ ............................................................. 23

2.2.3 Khả năng ứng dụng .............................................................................. 23
2.3 Công nghệ RPR (Resilient Packet Ring) ....................................................... 23
2.3.1 Giới thiệu ............................................................................................. 23
2.3.2 Đặc điểm công nghệ ............................................................................. 24
2.3.3 Ưu nhược điểm của công nghệ ............................................................ 25
2.3.4 Khả năng ứng dụng .............................................................................. 26
2.4 Công nghệ Ethernet/Gigabit Ethernet (GE) .................................................. 26
2.4.1 Khái niệm............................................................................................. 26
2.4.2 Mơ hình................................................................................................ 26
2.4.3 Đặc tính của công nghệ ........................................................................ 27
2.4.4 Khả năng cung cấp dịch vụ của mạng dựa trên cơ sở công nghệ WDM.29
2.4.5 Ưu điểm ............................................................................................... 29
2.4.6 Nhược điểm.......................................................................................... 30
- Trang 3 -


2.4.7 Khả năng ứng dụng .............................................................................. 31
2.5. Công nghệ MPLS/GMPLS .......................................................................... 31
2.5.1 Khái niệm............................................................................................. 31
2.5.2 Đặc điểm công nghệ ............................................................................. 32
2.5.3 Giao thức MPLS/GMPLS .................................................................... 33
2.5.4 Các chức năng của MPLS/GMPLS....................................................... 37
2.5.5 Ưu nhược điểm của công nghệ ............................................................ 42
2.5.6 Khả năng ứng dụng .............................................................................. 42
CHƯƠNG 3. MẠNG MAN-E CỦA VNPT .......................................................... 43
3.1 Mạng MAN của VNPT từ trước tới nay ....................................................... 43
3.1.1 Mạng đô thị băng rộng đầu tiên của Việt Nam...................................... 43
3.1.2 Tình hình triển khai MAN-E của VNPT hiện nay ................................. 44
3.2 Cấu trúc mạng MAN-E của VNPT ............................................................... 45
3.2.1 Cấu trúc phân lớp chức năng ................................................................ 45

3.2.2 Cấu hình tơ-pơ mạng ............................................................................ 46
3.2.3 Cấu trúc phân lớp theo chức năng các nút mạng ................................... 49
3.3 Thiết kế xây dựng mạng MAN-E của VNPT ................................................ 55
3.3.1 Các tham số đầu vào ............................................................................ 55
3.3.2 Tính các loại lưu lượng........................................................................ 56
CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG CẤU TRÚC MẠNG MAN TẠI VNPT NAM ĐỊNH 63
4.1 Sơ lược về VNPT Nam Định ........................................................................ 63
4.1.1 Chức năng, nhiệm vụ ............................................................................ 63
4.1.2 Cơ cấu tổ chức VNPT Nam Định: ........................................................ 63
4.2 Tổ chức mạng viễn thông, tin học của VNPT Nam Định: ............................ 64
4.2.1. Danh mục thiết bị: ............................................................................... 64
4.2.2. Mạng chuyển mạch: ............................................................................ 65
4.2.3 Mạng băng rộng ................................................................................... 66
4.2.4. Mạng truyền dẫn: ................................................................................ 67
4.2.5 Mạng di động ....................................................................................... 68
4.2.6. Mạng máy tính phục vụ điều hành sản xuất kinh doanh: ...................... 69
4.3. Xây dựng cấu trúc mạng MAN-E cho Viễn thông Nam Định ...................... 70
4.3.1. Tính tốn các tham số đầu vào phục vụ thiết kế ........................................ 70
4.3.2. Cấu trúc mạng giai đoạn 2011-2015 : .................................................. 72
4.3.3. Đo kiểm chất lượng mạng: .................................................................. 76
4.4. Đánh giá ...................................................................................................... 87
KẾT LUẬN ........................................................................................................... 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 91

- Trang 4 -


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

API

Application Programming
Interface

Giao diện lập trình ứng dụng

AS

Autonomous System

Tập hợp các mạng có cùng chính sách
định tuyến

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ chuyển mạch không
đồng bộ

BGP

Border Gateway Protocol

Giao thức định tuyến toàn cầu

BRAS

Broadband Remote Access
Server

Máy chủ truy nhập băng rộng từ xa

BRAS

Broadband Remote Access
Server

Máy chủ truy nhập băng rộng
từ xa

CE

Customer Edge

Phía khách hàng

CPE

Customer Premises Equipment

Thiết bị phía khách hàng

CPE

Customer Premises Equipment

Thiết bị phía khách hàng

C-VLAN

Carrier Vitual LAN

VLAN truyền tải

E-LAN

Ethernet LAN

Dịch vụ mạng LAN qua
Ethernet

E-LINE

Ethernet Line

Dịch vụ đường thuê bao qua
Ethernet

EPL

Ethernet Private Line

Đường thuê kênh riêng
Ethernet

EP-LAN

Ethernet Private LAN

Mạn LAN riêng qua mạng
Ethetnet

E-Tree

Ethernet Tree

Dịch vụ dạng cây qua Ethernet

EVC

Ethernet Virtual Connection

Đường kết nối ảo

EVPL

Ethernet Virtual Private Line

Đường thuê kênh riêng ảo
qua Ethernet

EVP-LAN

Ethernet Virtual Private LAN

Mạng LAN riêng ảo qua Ethernet

FTTx

Fiber To The x

Kết nối bằng cáp quang tới điểm bất kỳ

GE

Gigabit Ethenet

Gigabit Ethenet

- Trang 5 -


ICMP

Internet Control Message
Protocol

Giao thức điều khiển truyền tin trên
mạng

IGP

Interior Gateway Protocol

Giao thức định tuyến

IP

Internet Protocol

Giao thức internet

IPTV

Internet Protocol Television

Truyền hình Internet

ISDN

Integrated Services Digital
Network

Công nghệ băng hẹp

ISP

Internet Service Provider

Nhà cung cấp dịch vụ Internet

ITU

International

Telecommunications Union

Hiệp hội viễn thông quốc tế

LAN

Local Area Network

Mạng nội bộ

LSP

Label-Switched Path

Đường chuyển mạch nhãn

LSR

Label Switch Router

Bộ định tuyến chuyển mạch
nhãn

MAC

Medium Access Control

Điều khiển truy nhập môi
trường

MAN

Metro Area Network

Mạng đô thị băng rộng

MAN-E

Metro Area Network Ethernet

Mạng đô thị băng rộng sử dụng công
nghệ Ethernet

MPLS

Multi Protocol Label
Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MS

Media server

Cổng phương tiện

MSAN

Multi Service Access Node

Thiết bị truy cập đa dịch vụ

NE

Network Element

Thành phần mạng

NGN

Next generation networking

Mạng thế hệ sau

NNI

Network - Network Interface

Giao diện Mạng - Mạng

OSI

Open Systems Interconnection
Reference Model

Mơ hình tham chiếu kết nối hệ thống
mở

OSS

Operations Support System

Quản lý vận hành hệ thống
mạng

P2P

Point to Point

Điểm đến điểm

- Trang 6 -


PC

Personal Computer

Máy tính cá nhân

PIR

Peak Information Rate

Tốc độ truyền thơng tối đa
công cộng

PON

Passive Optical Networks

Mạng quang thụ động

PSTN

Public Switched Telephone
Network

Mạng chuyển mạch điện thoại

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

SDH

Synchronous Digital Hierarchy Hệ thống phân cấp số đồng bộ

SG

Signaling Gateway

Cổng báo hiệu

SONET

Synchronous Optical Network

Mạng cáp quang đồng bộ

S-VLAN

Service Provider VLAN

VLAN phía nhà cung cấp dịch vụ

TDM

Time division multiplexing

Ghép kênh theo thời gian

UNI

User - Network Interface

Giao diện người dùng - Mạng

VLAN

Virtual LAN

Mạng LAN ảo

VLAN ID

Virtual LAN Indentify

Số hiệu VLAN

VoIP

Voice over Internet Protocol

Thoại qua giao thức IP

VPN

Virtual Private Network

Mạng riêng ảo

WAN

Wide Area Network

Mạng diện rộng

WDM

Wavelength Division
Multiplex

Ghép kênh theo bước sóng

ASP

Application Service Provider

Nhà cung cấp ứng dụng

SAN

Stogage Area Network

Mạng lưu trữ dữ liệu vùng

TSL

Transparent LAN Service

Dịch vụ LAN trong suốt

ISP

Internet Service Provide

Nhà cung cấp dịch vụ Internet

SDH

Synchronous Digital Hierarchy Hệ thống phân cấp số đồng bộ

GbE

Gigabit Ethenet

RPR

Resilient Packet Ring

Khả năng hồi phục các gói tin

SDH-NG

Next Generation SDH

Thế hệ sau của hệ thống phân cấp số
đồng bộ

- Trang 7 -


DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU
Hình 1.1 Kiến trúc mạng MAN theo Cisco........................................................................................15
Hình 1.2. Mơ hình cung cấp dịch vụ trên mạng MAN .....................................................................16
Hình 1.3. Cấu trúc mạng MAN về khả năng cung cấp dịch vụ ........................................................17
Hình 1.4. Mơ hình MAN Ethernet điển hình....................................................................................18
Hình 2.1 Ethernet over SONET .........................................................................................................21
Hình 2.2: Chức năng EOS nằm trong thiết bị ADM..........................................................................21
Hình 2.3 Chức năng EOS nằm trong thiết bị chuyển mạch gói .......................................................21
Hình 2.4. Chức năng EOS và chức năng chuyển mạch nằm trong thiết bị ADM ............................21
Hình 2.5 Mơ hình mạng áp dụng cơng nghệ WDM .........................................................................23
Hình 2.6 Vịng ring RPR.....................................................................................................................24
Hình 2.7 Các thành phần của lớp Data link và lớp Physical ............................................................25
Hình 2.20 Mơ hình mạng áp dụng giải pháp truyền Gigabit Ethernet trên WDM.........................26
Hình 2.21 Mơ hình cung cấp dịch vụ mạng triển khai trên cơ sở công nghệ WDM .......................29
Hình 2.22 Mơ hình kiến trúc giao thức MPLS/GMPLS ....................................................................33

Hình 2.23 Cơ chế duy trì tuyến LSP ..................................................................................................35
Hình 2.24 Phân cấp phát chuyển trong GMPLS ...............................................................................38
Hình 3.1 Mơ hình xây dựng mạng MAN của thành phố Hồ Chí Minh ............................................44
Hình 4.1. Sơ đồ tổ chức Viễn thông Nam Định ...............................................................................63
Bảng 4.2 Số lượng thuê bao và port lắp đặt dịch vụ thoại ...............................................................65
Bảng 4.3 Tình hình cung cấp dịch vụ băng rộng trên địa bàn tỉnh Nam Định...................................66
Hình 4.3 Mơ hình mạng trước khi có MAN-E .................................................................................67
Hình 4.4 Mạng truyền dẫn ...............................................................................................................68
Bảng 4.4. Phân bổ BTS tại các huyện ................................................................................................69
Hình 4.5 Mạng tin học VNPT Nam Định ...........................................................................................70
Bảng 4.7 Thiết bị mạng MAN-E giai đoạn 2011-2015 .......................................................................73

- Trang 8 -


Hình 4.6 . Cấu hình mạng MAN-E giai đoạn 2011-2015 Viễn thơng Nam Định ..............................74
Hình 4.7 . Sơ đồ đấu nối hệ thống các trạm vào mạng MAN-E ......................................................75
Hình 4. 8. Mạng mục tiêu của Viễn thông Nam Định sau khi đấu chuyển .....................................75

- Trang 9 -


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, đặc biệt là các thầy cô giáo Bộ môn Tin học, các thầy cơ giáo Phịng Sau đại
học; các thầy cơ giáo Đại học Quốc gia Hà Nội, Viện Tin học, Viện Tốn học đã
nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn chúng em trong thời gian học tập tại trường;
Xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp tại phòng Mạng Dịch vụ - Tin học
thuộc Viễn thơng Nam Định đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện để em được tham
gia nhóm thực hiện đề tài này;

Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn TS. Lê Trọng Vĩnh đã tận tình hướng
dẫn em hoàn thành luận văn này.

- Trang 10 -


MỞ ĐẦU
Công nghệ hội tụ của viễn thông và tin học ngày nay đã tạo nên một mạng
truyền thông thống nhất đáp ứng mọi nhu cầu dịch vụ phong phú của xã hội. Việc ra
đời của mạng thế hệ mới NGN (Next Negeration Network) đánh dấu xu hướng hội
tụ của các dịch vụ thoại, dữ liệu, truyền thanh và truyền hình trên nền tảng một hạ
tầng mạng thống nhất. Giải pháp mạng NGN đang được triển khai tại Việt Nam và
nhiều nước trên thế giới.
Sự phát triển mạnh về kinh tế, xã hội tại các thành phố đã dẫn đến nhu cầu
rất lớn về trao đổi thông tin đa dạng cả về loại hình dịch vụ và tốc độ. Các tổ hợp
văn phịng, các khu cơng nghiệp, cơng nghệ cao, các khu chung cư... cộng với việc
triển khai các dự án cơng nghệ thơng tin của chính phủ, các các cơ quan, công ty,
làm cho nhu cầu trao đổi thông tin như tiếng nói, dữ liệu, hình ảnh, .. tăng đột biến.
Để đáp ứng các nhu cầu trao đổi thông tin của xã hội, yêu cầu đặt ra là cần
phải có hạ tầng mạng có tốc độ truyền dẫn lớn, băng thông rộng, dung lượng lớn, đa
dịch vụ để thay thế các mạng LAN có phạm vi hẹp và mạng cáp đồng tốc độ truyền
tải không đáp ứng. Tất cả các yêu cầu trên dẫn đến sự ra đời của MAN – mạng đô
thị băng thông rộng. Trong mạng MAN, truyền dẫn được thay thế bằng cáp quang
cho phép cung cấp dịch vụ với tốc độ truyền dẫn lên tới hàng trăm Gbps. Khoảng
cách cung cấp dịch vụ được mở rộng vài chục km. Mạng MAN-E đảm bảo cung cấp
được tất cả các dịch vụ cần băng thông rộng chất lượng cao như internet tốc độ cao,
truyền hình hội nghị, thoại, truyền hình theo yêu cầu, kênh thuê riêng…
Tại Việt Nam, Tập đồn Bưu chính Viễn thơng Việt Nam (VNPT) đã cho
đầu tư xây dựng mạng MAN với công nghệ Ethernet (MAN-E). Mạng MAN-E
đánh dấu bước chuyển mạnh mẽ về cơ sở hạ tầng mạng, đưa VNPT trở thành đơn vị

có hạ tầng mạng băng rộng tốt nhất Việt Nam.
Do đó, nghiên cứu về mạng MAN và các cơng nghệ ứng dụng của mạng là
một yêu cầu cấp thiết, nhất là đối với các cán bộ đang công tác trong ngành Viễn
thơng hiện nay.
Với mong muốn tìm hiểu về mạng MAN để ứng dụng vào mạng viễn thông
Nam Định, em đã chọn đề tài: “Tìm hiểu về mạng MAN và xây dựng cấu trúc mạng
MAN cho Viễn thông Nam Định” làm đề tài nghiên cứu của luận văn tốt nghiệp.
Luận văn được xây dựng sau khi cấu trúc mạng MAN tại Viễn thơng Nam Định
được Tập đồn Bưu chính Viễn thông phê duyệt triển khai xong giai đoạn 1 (2009-

- Trang 11 -


2011) và mở rộng giai đoạn 2 năm (2011-2015) và đã cung cấp các dịch vụ cho
khách hàng.
Luận văn bao gồm phần lý thuyết cơ bản và phần ứng dụng lý thuyết để xây
dựng mạng MAN tại VNPT nói chung và VNPT Nam Định nói riêng. Cấu trúc luận
văn bao gồm các phần chính như sau:
- Chương 1: Cấu trúc mạng MAN và xu hướng phát triển của công nghệ
Ethernet.
Chương này trình bày kiến trúc mạng MAN, các yếu tố thúc đẩy sự phát
triển của mạng và ưu nhược điểm của MAN. Đồng thời, chương cũng đề cập đến xu
hướng ứng dụng công nghệ Ethernet vào mạng MAN hiện nay.
- Chương 2: Các công nghệ nền tảng để xây dựng MAN Ethernet.
Trong chương 2 trình bày một số cơng nghệ nền tảng để xây dựng MAN
Ethernet thế hệ mới. Trong đó nêu đặc điểm của cơng nghệ, ưu điểm, nhược điểm
của từng loại công nghệ.
- Chương 3: Mạng MAN-E của VNPT.
Chương 3 giới thiệu tình hình triển khai mạng MAN hiện nay của Tập đồn
Bưu chính Viễn thơng Việt Nam (VNPT); cấu hình các topo mạng chuẩn của

VNPT; cách tính tham số đầu vào của mạng là cơ sở để xây dựng cấu hình mạng
MAN cho các tỉnh.
- Chương 4: Xây dựng cấu trúc mạng MAN tại Viễn thông Nam Định.
Chương 4 giới thiệu những nét sơ lược về mạng viễn thơng, tin học của
VNPT Nam Đinh, tình hình mạng lưới và dịch vụ trước khi có mạng MAN, nhu cầu
thực tế triển khai và công tác xây dựng mạng MAN tại Viễn thông Nam Định.
Chương cũng đề cập đến vấn đề kiểm thử các dịch vụ khi đưa mạng vào hoạt động.
Phần lý thuyết (chương 1 và chương 2) của luận văn được tham khảo từ các
tài liệu sau:
[1] Lê Bá Duy Mẫn, 2010. Mạng đô thị MAN-E. Công ty Cô phần thiết bị
Bưu điện. 390t.
[2] Sam Halabi, 2003. Metro Ethernet. Cisco Press. United States of
America. 276pp.
[3] Metro Ethernet Forum, Ralph Santitoro, 2003. Metro Ethernet Services–
A technical Overview, 19pp.
[4] Metro Ethernet Forum, Mark Whalley, 2004. Metro Ethernet Network– A
technical Overview, 17pp.

- Trang 12 -


Phần ứng dụng (chương 3 và chương 4) của luận văn được tham khảo từ các
tài liệu sau:
[1] Trung tâm đo kiểm – Viện kỹ thuật Bưu điện , 2009. Tài liệu hướng dẫn
nghiệm thu dịch vụ xây dựng MAN-E cho 10 viễn thơng tỉnh nhóm 1 thuộc VNPT,
38t.
[2] VNPT, 2010. VNPT MAN-E project phase 1 .
[3] Huawei Technologies Vietnam Co., Ltd, 2009. VNPT MAN E Project
Preliminary Acceptance Test Guidance, 200pp.

- Trang 13 -


CHƯƠNG 1. KIẾN TRÚC MẠNG ĐÔ THỊ (MAN) VÀ XU HƯỚNG
PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ ETHERNET
1.1 Tổng quan về MAN
1.1.1. MAN là gì?
MAN (Metropolitan Area Network) là mạng đơ thị. MAN là sự kết hợp giữa
nhiều LAN với nhau. Phạm vi của MAN có thể bao trùm cả một tỉnh/thành phố và
phạm vi tồn quốc.
MAN có khả năng tạo ra các kết nối tốc độ cao, có thể mở rộng lên đến hàng
trăm Gb/s cho phép cung cấp các dịch vụ viễn thông, trao đổi thông tin, thương mại
điện tử,…
1.1.2 Những yếu tố thúc đẩy sự phát triển mạng MAN
 Sự phát triển bùng nổ các tổ hợp văn phòng, khu công nhiệp, công nghệ cao,
các khu chung cư. Sự bùng nổ về nhu cầu và loại hình trao đổi thơng tin
trong tất cả các lĩnh vực hoạt động của xã hội như kinh tế, văn hóa, giáo dục,
khoa học lỹ thuật,…
 Các mạng nội bộ LAN đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin với phạm vi
địa lý rất hẹp. Hàng loạt các dự án phát triển thông tin của chính phủ, của các
nhà cung cấp dịch vụ, các cơ quan, công ty, cơ sở đào tạo.
 Định hướng chuyển từ lưu lượng định hướng kênh sang lưu lượng định
hướng gói trong các mạng ngày nay. Cơng nghệ mạng truyền thống (TDM,
PSTN) không đáp ứng được nhu cầu truyền tải băng rộng và đa dịch vụ.
 Xu hướng công nghệ hướng tới truyền tải gói và truyền tải tích hợp đa dịch
vụ.
 Xu hướng tập trung đầu tư xây dựng các mạng nội vùng, chuyển đổi công
nghệ, cung cấp đa dịch vụ, đưa dịch vụ tới gần người sử dụng, đạt mục đích
cung cấp dịch vụ “mọi nơi, mọi lúc, mọi giao diện”.
1.1.3 Ưu, nhược điểm của mạng MAN

1.1.3.1 Ưu điểm của mạng MAN
 Tối ưu hóa băng thơng trên hạ tầng mạng Viễn thơng và CNTT sẵn có để
khai thác các dịch vụ đa phương tiện.
 Linh hoạt khi triển khai những dịch vụ mới nhờ tích hợp hạ tầng mạng viễn
thông và công nghệ thông tin mới trên nền hạ tầng mạng viễn thông và công
nghệ thông tin sẵn có.
- Trang 14 -


1.1.3.2 Nhược điểm của mạng MAN
 Chi phí đầu tư cao bao gồm: Đầu tư hạ tầng và thiết bị mạng .
1.1.4. Kiến trúc MAN theo mơ hình của Cisco
Tổng quan về kiến trúc của MAN thường đặt trong mối quan hệ với các dịch
vụ MAN được cung cấp bởi các nhà cung cấp khác nhau. Mỗi tổ chức lại có một
cách xây dựng kiến trúc MAN khác nhau. Theo Cisco, kiến trúc MAN được chia
thành 5 lớp
 Lớp truy nhập (Access): Cung cấp truy nhập băng rộng cho các khách hàng
là doanh nghiệp và dân cư, dựa trên công nghệ xDSL (ADSL, ADSL 2+,
VDSL).
 Lớp kết tập (Aggregation): Cung cấp dịch vụ vận chuyển giữa lớp mạng truy
nhập và lớp mạng biên, bao gồm cả các nút phân phối và tổng hợp kết nối
trong topo vật lý khác nhau
 Lớp biên (Edge): Cung cấp các dịch vụ và các chính sách điều khiển quản lý
của mạng.
 Lớp ứng dụng dịch vụ (Service Application): Các giao diện ứng dụng mật độ
cao, chuyển mạch tốc độ cao, cổng dịch vụ IP và MPLS, định nghĩa dịch vụ
VPLS và VPWS, cổng liên kết làm việc dịch vụ VPN L2, VPN L3,…
 Lớp lõi (Core): Thực hiện chức năng chuyển tiếp gói tin nhanh (IP/MPLS),
quản lý tắc nghẽn và kỹ thuật điều khiển lưu lượng phức tạp, giao diện quang
tốc độ cao, sự hội tụ của xử lý gói tin và cơng nghệ quang.

Hình 1.1 Kiến trúc mạng MAN theo Cisco
- Trang 15 -


Hình 1.2. Mơ hình cung cấp dịch vụ trên mạng MAN

1.2 Xu hướng phát triển và kiến trúc của MAN Ethernet (MAN-E)
1.2.1 Xu hướng phát triển
Trong vài năm trở lại đây các nhà khai thác mạng viễn thơng có khuynh
hướng tập trung đầu tư xây dựng mạng đường trục (backbone) để đáp ứng yêu cầu
băng thông truyền tải cho lưu lượng bùng nổ của Internet. Hiện nay khuynh hướng
phát triển mạng đã có sự thay đổi, người ta tập trung sự chú ý đến việc xây dựng
mạng nội vùng, nội hạt nói chung và MAN tại các đơ thị, thành phố nói riêng, nơi
cần thiết phải đầu tư xây dựng, tổ chức lại để có thể đáp ứng được nhu cầu đa dạng
hoá dịch vụ của người sử dụng, đưa dịch vụ đến gần với khách hàng hơn, đảm bảo
việc kết nối với khách hàng “mọi nơi, mọi lúc, mọi giao diện”. Hình 1.3 cho ta một
cái nhìn tổng quan nhất về cấu trúc phân lớp xét trên quan điểm về cung cấp dịch
vụ.
Không giống như mạng đường trục, nơi có khuynh hướng hội tụ các
loại hình lưu lượng truyền tải về loại hình giao thức truyền tải phổ biến nhất là
IP/MPLS nhằm đạt được hiệu suất sử dụng mạng cao, mạng đô thị thực hiện tiếp
cận với rất nhiều loại hình ứng dụng và giao thức truyền tải cần phải truyền một
cách “trong suốt” giữa người sử dụng hoặc 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 tốn đặt ra đối với các nhà xây dựng

- Trang 16 -

mạng đơ thị. Nó sẽ quyết định đến chiến lược triển khai mạng và dịch vụ cũng như
việc lựa chọn nhà cung cấp thiết bị mạng.
Nhìn từ quan điểm phân lớp cấp dịch vụ, đáp ứng các nhu cầu về dịch vụ
trong tương lai MAN có cấu trúc sau:

Hình 1.3. Cấu trúc mạng MAN về khả năng cung cấp dịch vụ

ASP: Nhà cung cấp ứng dụng (Application Service Provider).
SAN: Mạng lưu trữ dữ liệu vùng (Stogage Area Network).
TSL: Dịch vụ LAN trong suốt (Transparent LAN Service).
ISP : Nhà cung cấp dịch vụ (Internet Service Provide).
Xu hướng phát triển mạng của thế hệ kế tiếp (NGN: Next Generation
Networks) là từng bước thay thế hoặc chuyển lưu lượng mạng sử dụng công nghệ
TDM sang mạng sử dụng cơng nghệ chuyển mạch gói. Do vậy, công nghệ áp dụng
xây dựng MAN cũng không nằm ngồi xu hướng nói trên, đó là xây dựng cơ sở hạ
tầng mạng với mục tiêu hội tụ các loại hình dịch vụ dữ liệu, tiếng nói, truyền hình
để truyền tải trên cùng một cơ sở hạ tầng mạng.
Hiện nay một số công nghệ chủ yếu ở phân lớp 2 như là GbE (Gigabit
Ethenet), RPR (Resilient Packet Ring), SDH-NG(Next Generation SDH) được xem
là có triển vọng áp dụng để xây dựng MAN thế hệ kế tiếp.
1.2.2. Kiến trúc chung của MAN Ethernet
Kiến trúc mạng Metro dựa trên công nghệ Ethernet điển hình có thể mơ tả
như hình 1.4. Phần mạng truy nhập tập hợp lưu lượng từ các khu vực (cơ quan, toà

- Trang 17 -


nhà,…) trong khu vực của mạng Metro. Mơ hình điển hình thường được xây dựng
xung quanh các vịng Ring quang, với mỗi vòng Ring truy nhập gồm từ 5 đến 15
node. Những vòng Ring này mang lưu lượng từ các khách hàng khác nhau đến các

điểm POP mà các điểm này được kết nối với nhau bằng mạng lõi. Một mạng lõi
điển hình sẽ bao phủ được nhiều thành phố hoặc một khu vực tập trung nhiều doanh
nghiệp.

Hình 1.4. Mơ hình MAN Ethernet điển hình

Một khía cạnh quan trọng của những mạng lõi này là các trung tâm dữ liệu,
thường được đặt node quan trọng. Đây cũng chính là nơi mà các dịch vụ từ nhà
cung cấp cho các khách hàng. Quá trình truy nhập đến đường trục Internet được
cung cấp tại một hoặc một số điểm POP cấu hình trên mạng lõi. Việc sắp xếp này
có nhiều ưu điểm phụ liên quan đến quá trình thương mại điện tử. Hiện tại cơ sở hạ
tầng cho mục đích phối hợp thương mại điện tử cũng gần giống như lõi của mạng
Ethernet, có nhiều phiên giao dịch hơn được xử lý và sau đó giảm dần - đây là hai
ưu điểm nổi trội khi tổ chức một giao dịch thành công dựa trên sự thực hiện của
Internet.
1.2.3 Công nghệ Ethernet quang (Gigabit Ethernet - GbE)
Hiện nay, Ethernet chiếm tới 85% trong ứng dụng mạng LAN. Chuẩn
Gigabit Ethernet có thể sử dụng để mở rộng dung lượng LAN tiến tới MAN và
thậm chí cả đến WAN nhờ các card đường truyền Gigabit trong các bộ định tuyến

- Trang 18 -


IP. Những card này có giá thành rẻ hơn 5 lần so với card đường truyền cùng dung
lượng sử dụng cơng nghệ SDH. Nhờ đó, Gigabit Ethernet trở nên hấp dẫn trong môi
trường MAN để truyền tải lưu lượng IP qua các mạch vịng WDM hoặc thậm chí
cho cả các tuyến WDM cự ly dài. Hơn thế nữa, các cổng Ethernet 10 Gbit/s đã được
chuẩn hoá.
Mạng Ethernet tốc độ bit thấp (ví dụ 10Base-T hoặc 100Base-T) sử dụng
kiểu truyền hồn tồn song cơng, ở đây băng tần truyền dẫn hiệu dụng được chia sẻ

giữa tất cả người sử dụng và giữa hai hướng truyền dẫn. Để kiểm soát sự truy nhập
vào băng tần chia sẻ có thể dử dụng cơng nghệ CSMA-CD. Điều này sẽ giảm giới
hạn kích thước vật lý của mạng vì thời gian chuyển tiếp khơng vượt quá “khe thời
gian” có độ dài khung nhỏ nhất (chẳng hạn 512 bit đối với 10 Base-T và 100 Base-T.
Khi Gigabit Ethernet (1000 Base-X) sử dụng kiểu song cơng nó trở thành
một phương pháp tạo khung và bao gói đơn giản và tính năng CSMA-CD khơng
cịn được sử dụng. Chuyển mạch Ethernet cũng được sử dụng để mở rộng tô-pô
mạng thay thế cho các tuyến điểm-điểm.
Độ dài cực đại của Gigabit Ethernet là 1500 byte nhưng có thể mở rộng tới
9000 byte (khung jumbo) trong tương lai. Tuy nhiên, kích thước tải lớn hơn sẽ khó
tương hợp với các chuẩn Ethernet trước đây và hiện tại cũng chưa có chuẩn nào cho
vấn đề này.
Khung Ethernet được mã hố trong sóng mang quang sử dụng mã 8B/10B.
Trong 8B/10B mỗi byte mã hoá sử dụng 10 bit nhằm để đảm bảo mật độ chuyển
tiếp phù hợp trong tín hiệu khơi phục đồng hồ. Do đó thơng lượng đầu ra 1 Gbit/s
thì tốc độ đường truyền là 1,25 Gbit/s. Việc mã hoá cũng phải đảm bảo chu kỳ trống
được lấp đầy ký hiệu có mật độ chuyển tiếp phù hợp giữa trạng thái 0 và 1 khi các
gói khơng được phát đi nhằm đảm bảo khả năng khôi phục đồng hồ.
Gigabit Ethernet cung cấp một số CoS như định nghĩa trong tiêu chuẩn IEEE
802.1Q và 802.1P. Những tiêu chuẩn này dễ dàng cung cấp CoS qua Ethernet bằng
cách gắn thêm thẻ cho các gói cùng chỉ thị ưu tiên hoặc mức dịch vụ mong muốn
cho gói. Những thẻ này cho phép tạo những ứng dụng liên quan đến khả năng ưu
tiên của gói cho các phần tử trong mạng.

- Trang 19 -


CHƯƠNG 2. CÁC CÔNG NGHỆ NỀN TẢNG XÂY DỰNG
MAN ETHERNET (MAN-E)
Trong chương 2 trình bày một số cơng nghệ nền tảng để xây dựng MAN

Ethernet thế hệ mới. Bao gồm:
 SONET/SDH-NG
 WDM
 RPR
 Ethernet/Giagabit Ethernet (GE)
 Chuyển mạch kết nối MPLS/GMPLS
Các công nghệ trên được xây dựng khác nhau cả phạm vi và các phương
thức mà chúng 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. Ví dụ, GE
có thể được sử dụng để cung cấp năng lực truyền tải cơ sở hoặc để cung cấp các
dịch vụ gói Ethernet trực tiếp đến khách hàng.
Các nhà khai thác mạng có xu hướng kết hợp một số loại công nghệ trên
cùng một mạng của họ, vì tất cả các cơng nghệ sẽ đóng góp vào việc đạt được
những mục đích chung là:
 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 các dịch vụ mới.
 Nâng cao hiệu suất khai thác mạng.
2.1 Công nghệ SONET/SDH
2.1.1 Đặc điểm công nghệ
Từ trước tới nay công nghệ truyền dẫn SONET/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 viễn thơng gần đây, các doanh nghiệp sẽ gia tăng mạnh mẽ các loại hình
dịch vụ truyền số liệu và có xu hướng chuyển dần lưu lượng của các dịch vụ thoại
sang truyền tải theo các giao thức truyền dữ liệu. Trong khi đó, các cơ sở hạ tầng
mạng SONET/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
SONET/SDH hiện có và lưu lượng của các loại hình dịch vụ mới khi chúng được

- Trang 20 -


triển khai. Đó chính là lý do của việc hình thành một hướng mới của công nghệ
truyền tải Metro Ethernet qua SONET/SDH.
Lợi ích của việc truyền tải Metro Ethernet qua SONET/SDH như là một dịch
vụ Ethernet trong khi vẫn giữ nguyên các thuộc tính của SONET/SDH như là: phục
hồi nhanh, giám sát chất lượng đường nối,...Các khung Ethernet Frame được gói
gọn trong tải trọng của SONET/SDH tại đầu vào và được lấy ra tại đầu ra như thể
hiện ở hình 2.1.

Hình 2.1 Ethernet over SONET

Chức năng Ethernet over SONET/SDH có thể nằm trong thiết bị
SONET/SDH hoặc là nằm trong thiết bị chuyển mạch gói. Hình 2.2, hình 2.3, hình
2.4 là các cấu hình về chức năng Ethernet over SONET/SDH.

Hình 2.2: Chức năng EOS nằm trong thiết bị ADM

Hình 2.3 Chức năng EOS nằm trong thiết bị chuyển mạch gói

Hình 2.4. Chức năng EOS và chức năng chuyển mạch nằm trong thiết bị ADM

2.1.2 Ưu điểm
 Cung cấp các kết nối có băng thơng cố định cho khách hàng.
 Độ tin cậy của kênh truyền dẫn cao, trễ truyền tải thông tin nhỏ.

- Trang 21 -

 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.
 Cơng nghệ đã được chuẩn hóa.
 Thiết bị đã được triển khai rộng rãi.
2.1.3 Nhược điểm
 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, giá thành nâng cấp 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 giành cho bảo vệ và phục hồi lớn.
 Phương thức cung cấp kết nối phức tạp, thời gian cung ứng kết nối dài.
2.2 Công nghệ WDM (Wavelength Division Multiplexing )
2.2.1 Đặc điểm
Công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM là cơng nghệ truyền dẫn quang
trong đó tín hiệu được ghép trên các bước sóng khác nhau và truyền đi trên cùng
một sợi quang. Các hệ thống WDM hiện nay có tốc độ truyền dẫn kênh 2,5 Gbit/s,
10Gbit/s hoặc 40Gbit/s và có thể tích hợp tới vài trăm bước sóng trên một sợi quang
cho phép truyền dẫn một dung lượng hàng chục Terabits trên một sợi quang. Có thể
thấy rằng giải pháp truyền dẫn kết hợp kỹ thuật WDM và TDM cho phép nâng hiệu
suất sử dụng băng tần sợi quang và dung lượng hệ thống lên rất cao, có thể đáp ứng
được nhu cầu về băng tần của hệ thống hiện tại cũng như trong tương lai với hiệu
quả cao. Do đó cơng nghệ ghép kênh theo bước sóng (WDM) đã trở thành một
trong những nhân tố chính góp phần đáp ứng sự địi hỏi ngày càng lớn về băng tần

của các dịch vụ mạng và được sử dụng làm công nghệ mạng truyền dẫn chủ yếu của
các quốc gia 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. Để tối ưu hóa việc
truyền tải số liệu dạng gói trên các tuyến WDM có hai phương pháp chủ yếu được
áp dụng hiện nay là sử dụng IP/SDL trực tiếp trên WDM và IP/Gigabit
Ethernet/WDM.

- Trang 22 -


Hình 2.5 Mơ hình mạng áp dụng cơng nghệ WDM

2.2.2 Ưu nhược điểm của công nghệ
a. Ưu điểm
- Cung cấp các hệ thống truyền tải quang có dung lượng lớn, đáp ứng được
các yêu cầu bùng nổ lưu lượng của các loại hình dịch vụ.
- Nâng cao năng lực truyền dẫn các sợi quang, tận dụng khả năng truyền tải
của hệ thống cáp quang đã được xây dựng.
b. Nhược điểm
- Giá thành thiết bị đắt.
2.2.3 Khả năng ứng dụng
Ứng dụng phù hợp cho những nơi mà mạng còn thiếu về tài nguyên cáp sợi
quang, cần phải tận dụng năng lực truyền tải của sợi quang.
 Nâng cấp dung lượng, thay thế hệ thống truyền tải quang hiện có.
 Ứng dụng cho những nơi mà cần dung lượng hệ thống truyền tải lớn
(mạng lõi, mạng đường trục).
2.3 Công nghệ RPR (Resilient Packet Ring)
2.3.1 Giới thiệu
Công nghệ RPR thực chất là một cơng nghệ mạng được xây dựng nhằm mục

đích thỏa mãn những yêu cầu về truyền tải lưu lượng dạng dữ liệu trong mạng.
Thực tế là cả công nghệ Ethernet và công nghệ SDH thực hiện độc lập đều không
phải là giải pháp lý tưởng để thực hiện mạng; SDH có nhiều ưu điểm khi xây dựng
mạng theo cấu trúc Ring nhưng lại kém hiệu quả khi truyền tải lưu lượng dạng dữ
liệu. Ethernet có thể truyền tải lưu lượng dạng dữ liệu một cách hiệu quả nhưng lại
- Trang 23 -


khó triển khai với cấu trúc mạng Ring và khơng tận dụng được các ưu diểm mà cấu
trúc này mang lại.
Điểm chủ yếu của cơng nghệ RPR là nó kiến tạo giao thức mới ở phân lớp
MAC (Media Acces Control). Giao thức này được áp dụng nhằm mục đích tối ưu
hố việc quản lý băng thơng và hiệu quả cho việc triển khai các dịch vụ truyền dữ
liệu trên vòng ring. RPR hoạt động ở phía trên so với Gigabit Ethernet và SDH và
thực hiện cơ chế bảo vệ với giới hạn thời gian bảo vệ là 50 ms trên cơ sở hai
phương thức:
Phương thức STEERING và phương thức WRAPPING. Các nút mạng RPR
trong vịng ring có thể thu các gói tin được địa chỉ hố gửi đến nút đó bởi chức năng
DROP và chèn các gói tin gửi từ nút vào trong vịng ring bởi chức năng ADD. Các
gói tin không phải địa chỉ của nút sẽ được chuyển qua. Một trong những chức năng
quan trọng nữa của RPR là lưu lượng trong vòng ring sẽ được truyền tải theo 3 mức
ưu tiên là HIGH, MEDIUM, LOW tương ứng với ba mức chất lượng dịch vụ QoS.
Hiện tại giao thức RPR đã được chuẩn hoá trong tiêu chuẩn IEEE 803.17 của Viện
kỹ thuật Điện và Điện tử Hoa kỳ và đã có rất nhiều hãng sản xuất thiết bị đã tung ra
các sản phẩm RPR thương mại.
2.3.2 Đặc điểm cơng nghệ
RPR sử dụng vịng song hướng gồm 2 sợi quang truyền ngược chiều đối
xứng nhau, như hình 2.6. Một vịng được gọi là vịng ngồi (Outer ring), vịng kia
được gọi là vòng trong (Inner ring) gọi chung là ringlet. Hai ringlet có thể đồng thời
sử dụng để truyền gói dữ liệu và điều khiển. Một node gửi gói dữ liệu trên hướng

downstream và gửi gói điều khiển trên hướng ngược lại upstream trên ringlet kia.

Hình 2.6 Vịng ring RPR

- Trang 24 -


Công nghệ truyền dẫn RPR là công nghệ truyền dẫn cho phép tối ưu hố
băng thơng của mạng có cấu hình Ring, sử dụng cáp quang và cơng nghệ này cho
phép tối ưu hố băng thơng của vịng ring quang. Công nghệ RPR sử dụng giao
thức SRP (giao thức tái sử dụng khơng gian) và các thuật tốn ở lớp MAC cho lớp
Data Link và các lớp con trong lớp Physical được phát triển thêm theo hướng mềm
dẻo hơn. Hình 2.7 mô tả các thành phần của lớp Data Link và lớp Physical được
định nghĩa theo các chỉ tiêu trong 802.17.

Hình 2.7 Các thành phần của lớp Data link và lớp Physical

Hiện nay, các nhà sản xuất thiết bị như Cisco, Nortel, Dynarc,... đã phát triển
các dòng sản phẩm riêng của họ dựa trên nền công nghệ RPR, các giải pháp này chủ
yếu được xây dựng và phát triển phù hợp với IEEE 802.17 WG, các thông số được
nêu ra trong RFC 2892.
2.3.3 Ưu nhược điểm của công nghệ
a. Ưu điểm
 Thích hợp cho việc truyền tải lưu lượng dạng dữ liệu với cấu trúc ring.
 Cho phép xây dựng mạng ring cấu hình lớn (tối đa có thể đến 200 nút
mạng).
 Hiệu suất sử dụng dung lượng băng thông lớn do thực hiện nguyên tắc ghép
kênh thống kê và dùng chung băng thông tổng.
 Hỗi trợ triển khai các dịch vụ multicast,broadcast.
 Quản lý đơn giản (mạng được cấu hình một cách tự động).

 Cho phép cung cấp kết nối với nhiều mức SLA (Service Level Agreement)
khác nhau.
 Phương thức cung cấp kết nối nhanh và đơn giản.
 Công nghệ đã được chuẩn hóa.
b. Nhược điểm
 Giá thành thiết bị ở thời điểm hiện tại còn khá đắt.
 RPR chỉ thực hiện chức năng bảo vệ phục hồi trong cấu hình ring đơn lẻ.
Với cấu hình ring liên kết, khi có sự cố tại nút liên kết các ring với nhau

- Trang 25 -