Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển lưu lượng mpls te và ứng dụng trong mạng cung cấp dịch vụ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển lưu lượng
MPLS-TE và ứng dụng trong mạng cung
cấp dịch vụ
TRẦN VĂN HÒA


Ngành Kỹ thuật viễn thông

Giảng viên hướng dẫn:

PGS. TS. Nguyễn Tài Hưng

Viện:

Điện tử - Viễn Thông

HÀ NỘI, 9/2020

Chữ ký của GVHD


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: TRẦN VĂN HÒA
Đề tài luận văn: Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển lưu lượng MPLS-TE
và ứng dụng trong mạng cung cấp dịch vụ.

Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã số SV: CB170237
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác
nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày
14/10/2020 với các nội dung sau:
- Sắp xếp lại thuật ngữ viết tắt theo thứ tự ABC.
- Bổ sung trích dẫn tài liệu tham khảo.
- Bổ sung kết luận chung.
Ngày
Giáo viên hướng dẫn

tháng

năm 2020

Tác giả luận văn

PGS.TS Nguyễn Tài Hưng

Trần Văn Hòa

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS.TS Nguyễn Hữu Thanh

Mẫu 1c


Lời cảm ơn
Để hồn thành luận văn, trước hết tơi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô

giáo đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy tơi trong suốt q trình học tập, nghiên cứu
tại Viện Điện tử - Viễn Thông/ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Tài Hưng
đã hướng dẫn tận tình, chu đáo, giúp tơi hồn thành luận văn này.
Mặc dù có nhiều cố gắng để thực hiện, song với kiến thức, kinh nghiệm
bản thân, chắc chắn khơng thể tránh khỏi thiếu sót chưa thấy được. Tơi rất mong
nhận dược ý kiến đóng góp của các thầy cơ, bạn bè, đồng nghiệp để luận văn
được hồn thiện hơn.

HỌC VIÊN
Ký và ghi rõ họ tên

Trần Văn Hòa


Tóm tắt nội dung luận văn
Ngày nay hầu hết các dịch vụ Viễn thông, Công nghệ Thông tin đều sử
dụng hạ tầng mạng IP để truyền tải, đòi hỏi chất lượng dịch vụ truyền tải phải
đảm bảo tốc độ nhanh, không bị gián đoạn dịch vụ. Công nghệ IP là một công
nghệ đã được sử dụng rộng rãi và hiệu quả ngay từ khi mạng Internet mới ra đời,
nhưng cũng có những hạn chế nhất định, thí dụ: chưa thể đáp ứng được đòi hỏi
cao về tốc độ chuyển mạch, khả năng hội tụ mạng thấp, vì vậy một cơng nghệ
mới ra đời là MPLS (Multiprotocol Label Switching), công nghệ chuyển mạch
nhãn đa giao thức cùng với các kỹ thuật điều khiển lưu lượng để đảm bảo tốc độ
chuyển mạch nhanh, tối ưu đường đi lưu lượng mạng.
Với các nhà cung cấp dịch vụ Viễn thông, công nghệ thông tin lớn, việc
đảm bảo chất lượng dịch vụ, tối ưu lưu lượng mạng luôn là một vấn đề lớn, được
đề cập và xử lý xuyên suốt quá trình cung cấp dịch vụ cho người dùng. Công
nghệ MPLS với kỹ thuật điều khiển lưu lượng (MPLS – TE Traffic Engineering)
sẽ đáp ứng được các nhu cầu về tốc độ truyền tải cao, điều chỉnh lưu lượng mạng

theo nhu cầu để tối ưu hệ thống mạng, đảm bảo độ hộ tụ về dịch vụ để giảm thiểu
gián đoạn thơng tin nhỏ nhất có thể.
Đề tài này sẽ phân tích những giải pháp của kỹ thuật MPLS – TE để giải
quyết các vấn đề về tối ưu tài nguyên mạng (bằng kỹ thuật điều khiển hướng đi
lưu lượng), giảm thời gian gián đoạn thông tin nhỏ nhất (bằng các cơ chế bảo vệ,
chuyển mạch lưu lượng khi có sự cố mạng), đảm bảo chất lượng dịch vụ cho các
ứng dụng quan trọng (bằng việc kết hợp QoS trong MPLS – TE).
Cấu trúc của luận văn gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về về mạng NGN
Chương 2: Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
Chương 3: Kỹ thuật điều khiển lưu lượng MPLS-TE
Chương 4: Ứng dụng MPLS-TE trong mơ hình mạng NGN.
.
HỌC VIÊN
Ký và ghi rõ họ tên

Trần Văn Hòa


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN .................................................. 1
1.1 Khái niệm và đặc điểm của NGN .................................................................. 1
1.1.1 Khái niệm ................................................................................................ 1
1.1.2 Đặc điểm ................................................................................................. 1
1.2 Các công nghệ sử dụng trong NGN .............................................................. 2
1.2.1 Công nghệ truyền dẫn ............................................................................. 2
1.2.2 Công nghệ mạng truy nhập ..................................................................... 2
1.2.3 Công nghệ chuyển mạch ......................................................................... 3
1.3 Kiến trúc NGN .............................................................................................. 3
1.3.1 Lớp truyền dẫn và truy nhập ................................................................... 5

1.3.2 Lớp truyền thông..................................................................................... 5
1.3.3 Lớp điều khiển ........................................................................................ 5
1.3.4 Lớp ứng dụng .......................................................................................... 6
1.3.5 Lớp quản lý ............................................................................................. 7
1.4 Các phần tử trong mạng NGN ....................................................................... 7
1.4.1 Cổng phương tiện (MG – Media Gateway) ............................................ 7
1.4.2 Bộ điều khiển (MGC – Media Gateway Controller) .............................. 8
1.4.3 Cổng báo hiệu (SG – Signaling Gateway) .............................................. 9
1.4.4 Máy chủ (Media Server) ......................................................................... 9
1.4.5 Application Server/ Feature Server......................................................... 9
1.5 Các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN............................. 10
1.6 Kết luận chương 1 ....................................................................................... 11
CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN MPLS..................... 12
2.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 12
2.2 Các thành phần của MPLS .......................................................................... 12
2.2.1 Router chuyển mạch nhãn (LSR).......................................................... 12
2.2.2 Đường chuyển mạch nhãn (LSP) .......................................................... 12
2.2.3 Lớp chuyển tiếp tương đương............................................................... 13
2.2.4 Tiêu đề MPLS ....................................................................................... 13
2.2.5 Chồng nhãn ........................................................................................... 14
2.3 Hoạt động của MPLS .................................................................................. 15
2.3.1 Mặt phẳng điều khiển ........................................................................... 15
2.3.2 Mặt phẳng dữ liệu ................................................................................. 15
2.3.3 Hoạt động chuyển mạch ....................................................................... 15
2.4 Phân phối nhãn ............................................................................................ 16
2.4.1 Giao thức phân phối nhãn (LDP) .......................................................... 17
2.4.2 Bảng cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB) .................................... 17
2.4.3 MPLS Payload ...................................................................................... 17
2.5 Ứng dụng của MPLS ................................................................................... 17

2.5.1 MPLS VPN ........................................................................................... 18
2.5.2 Kỹ thuật lưu lượng ................................................................................ 18
2.5.3 Chất lượng dịch vụ ............................................................................... 18
2.6 Kết luận chương 2 ....................................................................................... 18
CHƯƠNG 3. KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG MPLS-TE ........... 19
3.1 Tổng quan về điều khiển lưu lượng trong MPLS ....................................... 19
3.1.1 Hoạt động định hướng lưu lượng và định hướng tài nguyên ............... 19
3.1.2 Kỹ thuật sắp xếp lưu lượng .................................................................. 24
3.1.3 Tắc nghẽn và điều khiển tắc nghẽn ...................................................... 25
3.1.4 Trung kế, luồng lưu lượng và tuyến chuyển mạch nhãn ...................... 27
3.2 Các cơ chế điều khiển lưu lượng................................................................. 29
3.3 Các giao thức ............................................................................................... 31
3.3.1 Giao thức phân phối nhãn LDP ............................................................ 31
3.3.2 Giao thức RSVP ................................................................................... 34
3.3.3 Giao thức RSVP-TE ............................................................................. 39
3.3.4 Giao thức CR-LDP ............................................................................... 41
3.3.5 Giao thức IPSec .................................................................................... 43
3.4 Tính tốn đường ràng buộc ......................................................................... 46
3.4.1 Quảng bá các thuộc tính của liên kết .................................................... 46
3.4.2 Tính tốn LSP ràng buộc ...................................................................... 47
3.4.3 Giải thuật chọn đường .......................................................................... 47
3.4.4 Ví dụ về chọn đường cho trung kế lưu lượng....................................... 48
3.4.5 Tái tối ưu hóa ........................................................................................ 49
3.5 Kết luận chương 3 ....................................................................................... 50
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG MPLS-TE TRONG MẠNG NGN ...................... 51
4.1 Mô hình khảo sát ......................................................................................... 51
4.2 Máy phát lưu lượng ..................................................................................... 52
4.3 Công cụ sử dụng .......................................................................................... 53
4.3.1 Máy phát TGN ...................................................................................... 53

4.3.2 Đánh giá chất lượng mạng NQR .......................................................... 54
4.4 Phân tích độ trễ, độ biến thiên trễ và tổn thất gói tin .................................. 55
4.4.1 Mạng khơng cấu hình MPLS TE .......................................................... 55
4.4.2 Mạng cấu hình MPLS TE ..................................................................... 55
4.4.3 Phân tích kết quả................................................................................... 56
4.5 Kết luận chương 4 ....................................................................................... 58
KẾT LUẬN CHUNG ......................................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 60


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Cấu trúc mạng NGN................................................................................ 3
Hình 1.2 Phân lớp theo chức năng ......................................................................... 4
Hình 1.3 Sơ đồ ứng dụng dịch vụ .......................................................................... 6
Hình 1.4 Sơ đồ tổng quan các phần tử trong mạng NGN ...................................... 7
Hình 1.5 Các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN ...................... 10
Hình 2.1 Đường chuyển mạch nhãn (LSP) .......................................................... 12
Hình 2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương FEC....................................................... 13
Hình 2.3 Vị trí của nhãn trong các cấu trúc khung lớp 2 ..................................... 14
Hình 2.4 Kiến trúc MPLS .................................................................................... 15
Hình 2.5 Hoạt động chuyển mạch nhãn ............................................................... 16
Hình 3.1 Sử dụng màu liên kết............................................................................. 21
Hình 3.2 Cách các LSP sử dụng giao thức IGP ................................................... 22
Hình 3.3 Sắp xếp lưu lượng tại LSR lối vào ........................................................ 24
Hình 3.4 Tắc nghẽn gây ra bởi kỹ thuật chọn đường ngắn nhất .......................... 26
Hình 3.5 Giải pháp cho vấn đề sử dụng kỹ thuật lưu lượng ................................ 27
Hình 3.6 FEC, trung kế lưu lượng và LSP ........................................................... 27
Hình 3.7 Vị trí giao thức LDP trong bộ giao thức MPLS .................................... 31
Hình 3.8 Thủ tục phát hiện LSR lân cận .............................................................. 32
Hình 3.9 Tiêu đề LDP .......................................................................................... 33

Hình 3.10 Khn dạng các bản tin LDP .............................................................. 34
Hình 3.11 Các thực thể hoạt động RSVP ............................................................. 35
Hình 3.12 Các bản tin Path và Reservation ......................................................... 36
Hình 3.13 Bộ mơ tả lưu lượng ............................................................................. 37
Hình 3.14 Sử dụng các đối tượng bản tin RSVP để hỗ trợ định tuyến ................ 38
Hình 3.15 Thiết lập LSP với RSVP-TE ............................................................... 41
Hình 3.16 Thiết lập LSP và CR-LD ..................................................................... 43
Hình 3.17 IPSec làm việc với các VPN tunnel để thiết lập kết nối riêng tư ........ 44
Hình 3.18 IPSec gửi dữ liệu bằng cách sử dụng chế độ Tunnel hoặc Transport . 46
Hình 3.19 Băng thơng khả dụng ứng với từng mức ưu tiên ................................ 47
Hình 3.20 Xem xét các ràng buộc khống chế ...................................................... 48
Hình 3.21 Xem xét các tài nguyên khả dụng ....................................................... 49
Hình 3.22 Lựa chọn đường đi tối ưu .................................................................... 49
Hình 4.1 Mơ hình mạng sử dụng MPSL TE ........................................................ 51
Hình 4.2 Mơ hình mạng máy phát lưu lượng ....................................................... 53
Hình 4.3 Biểu đồ so sánh độ trễ (Delay) khi sử dụng MPSL TE......................... 56
Hình 4.4 Biểu đồ so sánh biến thiên trễ (Jitter) khi sử dụng MPSL TE .............. 57
Hình 4.5 Biểu đồ so sánh tổn thất gói tin khi sử dụng MPSL TE........................ 58


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 So sánh 2 giao thức chủ/tớ và ngang hàng ........................................... 11
Bảng 3.1 Thuộc tính của trung kế lưu lượng (hoặc LSP) .................................... 28
Bảng 4.1 Kết quả độ trễ, biến thiên trễ và mất gói tin khi chưa có MPLS-TE.... 55
Bảng 4.2 Kết quả độ trễ, biến thiên trễ và mất gói tin khi có MPLS-TE ............ 55


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
VIẾT TẮT

TIẾNG ANH

TIẾNG VIỆT

AGW

Access Gateway

Cổng truy nhập

AS

Autonomous System

Hệ thống tự trị

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền không đồng bộ

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

DSP

Digital Signal Processors

Xử lý tín hiệu số

DTH

Direct To Home

Dịch vụ truyền hình trả tiền

DWDM

Dense Wavelength Division
Multiplex

Cơng nghệ ghép nhiều bước sóng
trên một sợi quang

FIFO

First in first out

Hàng đợi vào trước ra trước

FQ

fair queuing

Hàng đợi cơng bằng

IETF

Internet Engineering Task Force

Nhóm đặc nhiệm kỹ thuật Internet

IPSec

Internet Protocol Security

Bộ giao thức bảo vệ dữ liệu trên
internet

ISDN

Integrated Services Digital

Mạng số tích hợp đa dịch vụ

LEO

Low Earth Orbit

Vệ tinh quỹ đạo thấp

LSP

Label Switch Path

Đường chuyển mạch nhãn

LSR

Label Switch Router

Router chuyển mạch nhãn

MEO

Medium Earth Orbit

Vệ tinh quỹ đạo trung bình

MGC

Media Gateway Controller

Bộ điều khiển

MGCP

Media Gateway Control Protocol

Giao thức điều khiển cổng
phương tiện

MGW

Media Gateway

Cổng phương tiện

MPLS

MultiProtocol Label Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

NQR

Network Quality Reporter

Đánh giá chất lượng mạng

NGN

Next-Generation Network

Mạng thế hệ tiếp theo

OSPF

Open Shortest Path First

Giao thức định tuyến theo đường
ngắn nhất

PBX

Private Branch Exchange

Tổng đài nhánh riêng

PDH

Plesiochronous Digital
Hierarchy

Hệ thống phân cấp cận đồng bộ

PSTN

Public Switched Telephone
Network

Mạng chuyển mạch thoại công
cộng

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

RGW

Residental Gateway

Cổng người dùng

RIP

Routing Information Protocol

Giao thức thông tin định tuyến


VIẾT TẮT

TIẾNG ANH

TIẾNG VIỆT

RSVP

Resource Resevation Protocol

Giao thức dành riêng tài nguyên

RTP

Real Time Protocol

Giao thức truyền tải thời gian thực

SDH

Synchronous Digital Hierarchy

Hệ thống phân cấp số đồng bộ

SG

Signaling Gateway

Cổng báo hiệu

SIP

Session Initiation Protocol

Giao thức khởi tạo phiên

SS7

Signaling System #7

Giao thức báo hiệu số 7

TCP

Transmission Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền vận

TDM

Time Division Multiplexing

Ghép kênh theo thời gian

TGN

Trafic Generator

Máy phát lưu lượng

TGW

Trunk Access

Cổng trung kế truy nhập

VoIP

Voice Over Internet Protocol

Thoại qua internet

VPN

Virtual Private Network

Mạng riêng ảo

WDM

Wavelength Division
Multiplexing

Ghép kênh quang theo bước sóng


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN
1.1 Khái niệm và đặc điểm của NGN
1.1.1 Khái niệm
Bắt nguồn từ sự phát triển của cơng nghệ thơng tin, cơng nghệ chuyển
mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng, NGN ra đời là mạng có cơ sở hạ
tầng dựa trên cơng nghệ chuyển mạch gói, triển khai dịch vụ một cách đa dạng
và nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, cố định và di động.
Như vậy, có thể xem NGN là sự tích hợp mạng PSTN dựa trên kỹ thuật
TDM và mạng chuyển mạch gói dựa trên kỹ thuật IP/ATM. Nó có thể truyền tải
tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN, đồng thời có thể cung cấp cho mạng IP lưu
lượng dữ liệu lớn, nhờ đó giảm tải cho mạng PSTN[1].
Tuy nhiên, NGN khơng chỉ là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà cịn là sự
hội tụ giữa truyền dẫn quang và cơng nghệ gói, giữa mạng cố định và di động.
1.1.2 Đặc điểm
NGN có bốn đặc điểm chính[1]:
- Thứ nhất, do áp dụng cơ cấu mở mà: Các khối chức năng của tổng đài
truyền thống chia thành các phần tử mạng độc lập, các phần tử được phân theo
chức năng tương ứng và phát triển một cách độc lập. Giao diện và giao thức giữa
các bộ phận phải dựa trên các tiêu chuẩn tương ứng. Việc phân tách chức năng
làm cho mạng viễn thông truyền thống dần dần đi theo hướng mới, nhà kinh
doanh có thể căn cứ vào nhu cầu dịch vụ để tự tổ hợp các phần tử khi tổ chức
mạng lưới. Việc tiêu chuẩn hóa giao thức giữa các phần tử có thể thực hiện liên
kết giữa các mạng có cấu hình khác nhau.
- Thứ hai, việc tách dịch vụ độc lập với mạng nhằm thực hiện một cách
linh hoạt và có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ. Th bao có thể tự bố trí và xác
định đặc trưng dịch vụ của mình, khơng quan tâm đến mạng truyền tải dịch vụ và
loại hình đầu cuối. Điều đó làm cho việc cung cấp dịch vụ và ứng dụng có tính

linh hoạt cao hơn.
- Thứ ba, NGN dựa trên cơ sở mạng chuyển mạch gói và các giao thức
thống nhất. Mạng thông tin hiện nay, dù là mạng viễn thơng, mạng máy tính hay
mạng truyền hình cáp, đều khơng thể lấy một trong các mạng đó làm nền tảng để
xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin. Nhưng mấy năm gần đây, cùng với sự phát
triển của công nghệ IP, người ta mới nhận thấy rõ ràng là mạng viễn thơng, mạng
máy tính và mạng truyền hình cáp cuối cùng rồi cũng tích hợp trong một mạng IP
thống nhất, đó là xu thế lớn mà người ta thường gọi là “dung hợp ba mạng”. Giao
thức IP làm cho các dịch vụ lấy IP làm cơ sở đều có thể thực hiện liên kết các
mạng khác nhau; con người lần đầu tiên có được giao thức thống nhất mà ba
mạng lớn đều có thể chấp nhận được, đặt cơ sở vững chắc về mặt kỹ thuật cho hạ
tầng cơ sở thông tin quốc gia.
- Thứ tư, giao thức IP thực tế đã trở thành giao thức ứng dụng vạn năng và
bắt đầu được sử dụng làm cơ sở cho các mạng đa dịch vụ, mặc dù hiện tại vẫn
1


còn nhiều khuyết điểm về khả năng hỗ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chất
lượng dịch vụ đảm bảo cho số liệu. Tuy nhiên, chính tốc độ đổi mới nhanh chóng
trong thế giới Internet, mà nó được tạo điều kiện bởi sự phát triển của các tiêu
chuẩn mở sẽ sớm khắc phục những thiếu sót này.
1.2 Các cơng nghệ sử dụng trong NGN
1.2.1 Công nghệ truyền dẫn
Trong cấu trúc mạng thế hệ mới, truyền dẫn là một thành phần của lớp kết
nối (bao gồm chuyển tải và truy nhập). Công nghệ truyền dẫn của mạng thế hệ
mới là SDH, WDM với khả năng hoạt động mềm dẻo, linh hoạt, thuận tiện cho
khai thác và điều hành quản lý.
Các tuyến truyền dẫn SDH hiện có và đang được tiếp tục triển khai rộng
rãi trên mạng viễn thông là sự phát triển đúng hướng theo cấu trúc mạng mới.
Cần tiếp tục phát triển các hệ thống truyền dẫn công nghệ SDH và WDM, hạn

chế sử dụng cơng nghệ PDH.
• Cáp quang:
+ Hiện nay trên 60% lưu lượng thông tin được truyền đi trên tồn thếgiới
được truyền trên mạng quang.
+ Cơng nghệ truyền dẫn quang SDH cho phép tạo trên đường truyền dẫn
tốc độ cao (n*155 Mb/s) với khả năng bảo vệ của các mạch vòng (ring) đã được
sử dụng rộng rãi ở nhiều nước và ở Việt Nam.
+ WDM cho phép sử dụng độ rộng băng tần rất lớn của sợi quang bằng
cách kết hợp một số tín hiệu ghép kênh theo thời gian với độ dài các bước sóng
khác nhau và ta có thể sử dụng được các cửa sổ khơng gian, thời gian và độ dài
bước sóng. Cơng nghệ WDM cho phép nâng tốc độ truyền dẫn lên 5Gb/s, 10Gb/s
và 20Gb/s.
• Vơ tuyến:
+ Vi ba: Cơng nghệ truyền dẫn SDH cũng phát triển trong lĩnh vực vi ba,
tuy nhiên do những hạn chế của mơi trường truyền dẫn sóng vô tuyến nên tốc độ
và chất lượng truyền dẫn không cao so với công nghệ truyền dẫn quang.
+ Vệ tinh: Vệ tinh quỹ đạo thấp (LEO – Low Earth Orbit), vệ tinh quỹ đạo
trung bình (MEO – Medium Earth Orbit). Thị trường thơng tin vệ tinh trong khu
vực đã có sự phát triển mạnh trong những năm gần đây và sẽ cịn tiếp tục trong
những năm tới. Các loại hình dịch vụ vệ tinh đã rất phát triển như: DTH tương
tác, truy nhập Internet, các dịch vụ băng rộng, HDTV… Ngồi các ứng dụng phổ
biến đối với nhu cầu thơng tin quảng bá, viễn thông nông thôn, với sự kết hợp sử
dụng các ưu điểm của công nghệ CDMA, thông tin vệ tinh ngày càng có xu
hướng phát triển đặc biệt trong lĩnh vực thông tin di động, thông tin cá nhân…
1.2.2 Cơng nghệ mạng truy nhập
• Cơng nghệ truy nhập hữu tuyến:
Hiện nay trên thị trường những nhà khai thác với cơ sở hạ tầng khác nhau đưa
ra những dịch vụ truy nhập dựa trên công nghệ khác nhau :
2

- Dial up, xDSL, ISDN dựa trên cáp đồng xoắn.
- CM trên mạng cáp truyền hình CATV.
- PLC trên mạng cáp điện lực.
- Truy nhập quang trên CATV, PLC.
• Cơng nghệ truy nhập vô tuyến:
Với sự xuất hiện của Wimax, công nghệ truy nhập vô tuyến đã cho thấy sự hội
tụ một cách rõ ràng, và mạng truy nhập vô tuyến sẽ tiến tới cung cấp dịch vụ kết nối
tốc độ cao hơn, và sẽ có sự thỏa hiệp giữa tính di động và tốc độ chất lượng dịch vụ.
1.2.3 Công nghệ chuyển mạch
Chuyển mạch cũng là một thành phần trong lớp mạng chuyển tải của cấu trúc
NGN nhưng có những thay đổi lớn về mặt công nghệ so với các thiết bị chuyển mạch
TDM trước đây. Công nghệ chuyển mạch của mạng thế hệ mới là IP, ATM, ATM/IP
hay MPLS thì hiện nay vẫn chưa xác định rõ, tuy nhiên nói chung là dựa trên cơng
nghệ chuyển mạch gói, cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau.
Công nghệ chuyển mạch quang: Các kết quả nghiên cứu ở mức thử nghiệm
đang hướng tới việc chế tạo các chuyển mạch quang. Trong tương lai sẽ có các
chuyển mạch quang phân loại theo nguyên lý sau: Chuyển mạch quang phân chia theo
không gian, chuyển mạch quang phân chia theo thời gian, chuyển mạch quang phân
chia theo độ dài bước sóng.
1.3 Kiến trúc NGN
Cho đến nay, mạng thế hệ sau vẫn là xu hướng phát triển mới mẻ, chưa có một
khuyến nghị chính thức nào của Liên minh Viễn thơng thế giới ITU về cấu trúc của
nó. Nhiều hãng viễn thơng lớn đã đưa ra mơ hình cấu trúc mạng thế hệ mới như
Alcatel, Ericssion, Nortel, Siemens, Lucent, NEC,… Bên cạnh việc đưa ra nhiều mơ
hình cấu trúc mạng NGN khác nhau và kèm theo là các giải pháp mạng cũng như
những sản phẩm thiết bị mới khác nhau. Các hãng đưa ra các mơ hình cấu trúc tương
đối rõ ràng và các giải pháp mạng khá cụ thể là Alcatel, Siemens, Ericsions.

Hình 1.1 Cấu trúc mạng NGN

3


Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu. Nó
phân chia các khối vững chắc của tổng đài hiện nay thành các lớp mạng riêng lẽ, các
lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn.
Sự thông minh của xử lý cuộc gọi cơ bản trong chuyển mạch của PSTN thực
chất là đã được tách ra từ phần cứng của ma trận chuyển mạch.
Bây giờ, sự thông minh ấy nằm trong một thiết bị tách rời gọi là chuyển mạch
mềm (Softswitch) cũng được gọi là một bộ điều khiển cổng truyền thông (Media
Gateway Controller) hoặc là một tác nhân cuộc gọi (Call Agent), đóng vai trị phần tử
điều khiển trong kiến trúc mạng mới. Các giao diện mở hướng tới các ứng dụng mạng
thông minh (IN- Intelligent Network) và các server ứng dụng mới tạo điều kiện dễ
dàng cho việc nhanh chóng cung cấp dịch vụ và đảm bảo đưa ra thị trường trong thời
gian ngắn.
Tại lớp truyền thông, các cổng được đưa vào sử dụng để làm thích ứng thoại
và các phương tiện khác với mạng chuyển mạch gói. Các media gateway này được sử
dụng để phối ghép hoặc với thiết bị đầu cuối của khách hàng (RGW- Residental
Gateway) với các mạng truy nhập (AGW- Access Gateway) hoặc với mạng PSTN
(TGW- Trunk Access). Các server phương tiện đặc biệt rất nhiều chức năng khác
nhau, chẳng hạn như cung cấp các âm quay số hoặc thơng báo. Ngồi ra, chúng cịn
có các chức năng tiên tiến hơn như: Trả lời bằng tiếng nói tương tác và biến đổi văn
bản sang tiếng nói hoặc tiếng nói sang văn bản.
Các giao diện mở của kiến trúc mới này cho phép các dịch vụ mới được giới
thiệu nhanh chóng. Đồng thời chúng cũng tạo thuận tiện cho việc giới thiệu các
phương thức kinh doanh mới bằng cách chia tách chuỗi giá trị truyền thống hiện tại
thành nhiều dịch vụ có thể do các hãng khác nhau cung cấp. Từ mơ hình cấu trúc
NGN và giải pháp của các hãng khác nhau trên thị trường hiện nay, có thể đưa ra mơ
hình cấu trúc NGN gồm 4 lớp chức năng :

Hình 1.2 Phân lớp theo chức năng

Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay đang rất phức tạp với nhiều loại
giao thức, khả năng tương thích giữa các thiết bị của hãng là vấn đề đang được các
nhà khai thác quan tâm.

4


1.3.1 Lớp truyền dẫn và truy nhập
Phần truyền dẫn: Áp dụng kỹ thuật ghép kênh phân chia theo mật độ bước
sóng. DWDM ở lớp vật lý nhằm đảm bảo cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) theo
yêu cầu của ứng dụng. Lớp truyền dẫn có khả năng hỗ trợ các mức QoS khác nhau
cho cùng một dịch vụ và cho các dịch vụ khác nhau. Nó có khả năng lưu trữ lại các sự
kiện xảy ra trên mạng (kích thước gói, tốc độ gói, độ trì hỗn, tỷ lệ mất gói và Jitter
cho phép,… đối với mạng chuyển mạch gói; băng thơng, độ trì hỗn đối với mạng
chuyển mạch kênh TDM).
Phần truy nhập: Hướng tới sử dụng công nghệ quang cho thông tin hữu tuyến
và CDMA cho thông tin vô tuyến. Thống nhất sử dụng công nghệ IP. Cung cấp các
kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đường trục (thuộc lớp truyền dẫn) qua cổng
giao tiếp MGW thích hợp. Mạng NGN kết nối với hầu hết các thiết bị đầu cuối chuẩn
và không chuẩn như các thiết bị truy xuất đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính PC, tổng
đài nội bộ PBX, điện thoại POTS, điện thoại số ISDN, di động vô tuyến, di động vệ
tinh, vô tuyến cố định, VoIP, …
1.3.2 Lớp truyền thông
Lớp truyền thông có khả năng tương thích các kỹ thuật truy nhập khác với kỹ
thuật chuyển mạch gói IP hay ATM ở mạng đường trục. Hay nói cách khác, lớp này
chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trường (chẳng hạn như PSTN, FramRelay,
LAN, vơ tuyến,…) sang mơi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên mạng lõi và
ngược lại.

Nhờ đó, các nút chuyển mạch (ATM + IP) và các hệ thống truyền dẫn sẽ
thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy
nhập dưới sự điều khiển của các thiết bịthuộc lớp điều khiển.
Thiết bị chính trong lớp truyền thơng là các cổng (Gateway) làm nhiệm vụ kết
nối giữa các phần của mạng và giữa các mạng khác nhau.
1.3.3 Lớp điều khiển
Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ thông suốt từ đầu
cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào.
• Định tuyến lưu lượng giữa các khối chuyển mạch.
• Thiết lập yêu cầu, điều chỉnh và thay đổi các kết nối hoặc các luồng, điều
khiển sắp xếp nhãn (label mapping) giữa các giao diện cổng.
• Phân bổ lưu lượng và các chỉ tiêu chất lượng đối với mỗi kết nối (hay mỗi
luồng) và thực hiện giám sát điều khiển để đảm bảo QoS.
• Báo hiệu đầu cuối từ các trung kế, các cổng trong kết nối với lớp media.
Thống kê và ghi lại các thông số về chi tiết cuộc gọi, đồng thời thực hiện các cảnh
báo.
• Thu nhận thơng tin báo hiệu từ các cổng và chuyển thông tin này đến các
thành phần thích hợp trong lớp điều khiển.

5


• Quản lý và bảo dưỡng hoạt động của các tuyến kết nối thuộc phạm vi điều
khiển. Thiết lập và quản lý hoạt động của các luồng yêu cầu đối với chức năng dịch
vụ trong mạng. Báo hiệu với các thành phần ngang cấp.
• Các chức năng quản lý, chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp trong lớp
điều khiển. Nhờ các giao diện mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn, điều
này cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng và dễ dàng.
1.3.4 Lớp ứng dụng
Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thơng khác nhau và ở nhiều mức

độ. Một sốloại dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc thực hiện điều khiển logic của chúng
và truy nhập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ được điều khiển từ
lớp điều khiển như dịch vụ thoại truyền thống. Lớp ứng dụng liên kết với lớp điều
khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ đó mà các nhà cung cấp dịch vụ có thể
phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên các dịch vụ mạng[4].
Một số ví dụ về các loại ứng dụng dịch vụ được đưa ra sau đây:
- Các dịch vụ thoại.
- Các dịch vụ thông tin và nội dung.
- VPN cho thoại và số liệu
- Video theo yêu cầu
- Nhóm các dịch vụ đa phương tiện
- Thương mại điện tử
- Các trò chơi trên mạng thời gian thực. ………….

Hình 1.3 Sơ đồ ứng dụng dịch vụ

6


1.3.5 Lớp quản lý
Lớp quản lý là một lớp tác động trực tiếp lên tất cả các lớp còn lại, làm nhiệm
vụ giám sát các hoạt động của mạng. Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các
lớp từ lớp kết nối cho đến lớp ứng dụng. Tuy nhiên cần phân biệt các chức năng quản
lý với các chức năng điều khiển. Vì căn bản NGN sẽ dựa trên các giao diện mở và
cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ trong một mạng đơn, cho nên mạng quản lý phải
làm việc trong một môi trường đa nhà đầu tư, đa nhà khai thác, đa dịch vụ.
Lớp quản lý là một lớp tác động trực tiếp lên tất cả các lớp còn lại, làm nhiệm
vụ giám sát các hoạt động của mạng. Lớp quản lý phải đảm bảo hoạt động được trong
môi trường mở, với nhiều giao thức, dịch vụ và các nhà khai thác khác nhau.
1.4 Các phần tử trong mạng NGN

Sơ đồ tổng quan:

Hình 1.4 Sơ đồ tổng quan các phần tử trong mạng NGN

1.4.1 Cổng phương tiện (MG – Media Gateway)
Media Gateway cung cấp phương tiện để truyền tải thông tin thoại, dữ liệu, fax
và video giữa mạng gói IP và mạng PSTN. Trong mạng PSTN, dữ liệu thoại được
mang trên kênh DS0. Để truyền dữ liệu này vào mạng gói, mẫu thoại cần được nén lại
và đóng gói. Đặc biệt ở đây người ta sử dụng một bộ xử lý tín hiệu số DSP (Digital
Signal Processors) thực hiện các chức năng: Chuyển đổi AD (analog to digital), nén
mã thoại/ audio, triệt tiếng dội, bỏ khoảng lặng, mã hóa, tái tạo tín hiệu thoại,…
Các chức năng của một Media Gateway:
- Truyền dữ liệu thoại sử dụng giao thức RTP (Real Time Protocol).

7


- Cung cấp khe thời gian T1 hay tài nguyên xử lý tín hiệu số (DSP - Digital Signal
Processing) dưới sự điều khiển của Media Gateway Controller (MGC). Đồng thời
quản lý tài nguyên DSP cho dịch vụ này.
- Hỗ trợ các giao thức đã có như loop-start, ground-start, E&M, CAS, QSIG và ISDN
qua T1.
- Quản lý tài nguyên và kết nối T1.
- Cung cấp khả năng thay nóng các card T1 hay DSP.
- Có phần mềm Media Gateway dự phịng.
- Cho phép khả năng mở rộng Media Gateway về: Cổng(ports), cards, các nút mà
không làm thay đổi các thành phần khác.
1.4.2 Bộ điều khiển (MGC – Media Gateway Controller)
MGC là đơn vị chức năng chính của Softswitch. Nó đưa ra các quy luật xử lý
cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện các quy luật đó. Nó điều khiển SG thiết lập và

kết thúc cuộc gọi. Ngồi ra nó cịn giao tiếp với hệ thống OSS và BSS.
MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau, như PSTN,
SS7, mạng IP. Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệu qua các mạng
khác nhau. Nó cịn được gọi là Call Agent do chức năng điều khiển các bản tin. Một
MGC kết hợp với MG, SG tạo thành cấu hình tối thiểu cho Softswitch.
Các chức năng của Media Gateway Controller :
- Quản lý cuộc gọi.
- Các giao thức thiết lập cuộc gọi thoại : H.323, SIP.
- Giao thức điều khiển truyền thông : MGCP, Megaco, H.248.
- Quản lý lớp dịch vụ và chất lượng dịch vụ.
- Giao thức quản lý SS7 : SIGTRAN (SS7 over IP).
- Xử lý báo hiệu SS7.
- Quản lý các bản tin liên quan QoS như RTCP.
- Thực hiện định tuyến cuộc gọi.
- Ghi lại các thông tin chi tiết của cuộc gọi để tính cước (CDR-Call Detail Record).
- Điều khiển quản lý băng thông.
- Đối với Media Gateway:
+ Xác định và cấu hình thời gian thực cho các DSP.
+ Phân bổ kênh DS0.
+ Truyền dẫn thoại (mã hóa, nén, đóng gói).
- Đối với Signaling Gateway, MGC cung cấp :
+ Các loại SS7.
+ Các bộ xử lý thời gian.
+ Cấu hình kết nối.
+ Mã của nút mạng hay thơng tin cấu hình.
- Đăng ký Gatekeeper.
8


1.4.3

Cổng báo hiệu (SG – Signaling Gateway)

Signaling Gateway tạo ra một chiếc cầu giữa mạng báo hiệu SS7 với mạng IP
dưới sự điều khiển của MGC (Media Gateway Controller). SG làm cho Softswitch
giống như một nút SS7 trong mạng báo hiệu SS7. Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin
báo hiệu.
Các chức năng của Signaling Gateway:
- Cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu.
- Truyền thông tin báo hiệu giữa Media Gateway Controller và Signaling Gateway
thông qua mạng IP.
- Cung cấp đường dẫn truyền dẫn cho thoại, dữ liệu và các dạng dữ liệu khác. (Thực
hiện truyền dữ liệu là nhiệm vụ của Media Gateway).
- Cung cấp các hoạt động SS7 có sự sẵn sàng cao cho các dịch vụ viễn thông.
1.4.4 Máy chủ (Media Server)
Media Server là thành phần lựa chọn của Softswitch, được sử dụng để xử lý
các thông tin đặc biệt. Một Media Server phải hỗ trợ phần cứng DSP với hiệu suất cao
nhất.
Các chức năng của một Media Server:
- Chức năng voice, mail cơ bản.
- Hộp thư fax tích hợp hay các thơng báo có thể sử dụng e-mail hay các bản tin ghi âm
trước (pre-recorded message).
- Khả năng nhận tiếng nói (nếu có).
- Khả năng hội nghị truyền hình (video conference).
- Khả năng chuyển thoại sang văn bản (speech-to-text)
1.4.5 Application Server/ Feature Server
Feature Server là một máy chủ ở mức ứng dụng chứa một loạt các dịch vụ của
doanh nghiệp. Chính vì vậy nó cịn được gọi là máy chủ ứng dụng thương mại. Vì hầu
hết các Server này tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua mạng IP nên chúng
không ràng buộc nhiều với Softswith về việc phân chia hay nhóm các thành phần ứng

dụng.
Các dịch vụ cộng thêm có thể trực thuộc Call Agent, hoặc cũng có thể thực
hiện một cách độc lập. Những ứng dụng này giao tiếp với Call Agent thông qua các
giao thức như SIP, H.323,… Chúng thường độc lập với phần cứng nhưng lại yêu cầu
truy nhập cơ sở dữ liệu đặc trưng.
Một vài ví dụvềcác dịch vụ đặc tính :
- Hệ thống tính cước – Call Agents sử dụng các bộ CDR (Call Detail Record).
Chương trình CDR có rất nhiều đặc tính, chẳng hạn khả năng ứng dụng tốc độ dựa
trên loại đường truyền, thời điểm trong ngày….Dịch vụ này cho phép khách hàng truy
nhập vào bản tin tính cước của họ thông qua cuộc gọi thoại hay trang Web.
- H.323 Gatekeeper- dịch vụ này hỗ trợ định tuyến thông qua các miền khác nhau (các
mạng khác nhau). Mỗi miền có thể đăng ký số điện thoại và số truy nhập trung kế với
9


Gatekeeper thông qua giao thức H.323. Gatekeeper sẽ cung cấp dịch vụ định tuyến
cuộc gọi (và chuyển dịch sang dạng số) cho mỗi đầu cuối H.323. Gatekeeper cịn có
thể cung cấp điều khiển tính cước và quản lý băng thơng cho Softswitch.
- VPN - dịch vụ này sẽ thiết lập mạng riêng ảo cho khách hàng với các đặc tính
sau:
+ Băng thông xác định (thông qua mạng thuê riêng tốc độ cao).
+ Đảm bảo QoS.
+ Nhiều tính năng riêng theo chuẩn.
+ Kế hoạch quay số riêng.
+ Bảo mật các mã thoại được truyền dẫn.
1.5 Các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN
Kiến trúc của NGN là kiến trúc phân tán vì thế mà các chức năng báo hiệu
và xử lý báo hiệu, chuyển mạch, điều khiển cuộc gọi,…được thực hiện bởi các
thiết bị nằm phân tán trong cấu hình mạng. Để có thể tạo ra các kết nối giữa các
đầu cuối nhằm cung cấp dịch vụ, các thiết bị này phải trao đổi các thông tin báo

hiệu và diều khiển với nhau. Cách thức trao đổi các thơng tin báo hiệu và điều
khiển đó được quy định trong các giao thức báo hiệu và điều khiển được sử dụng
trong mạng. Trong mạng NGN có các giao thức báo hiệu và điều khiển cơ bản
sau:
- H.323;
- SIP;
- BICC;
- SIGTRAN;
- MGCP, MEGACO/H.248.
MGCP, H.248, SIP
MS
Hệ thống mở API
Tác nhân cuộc gọi/MGC

AS

MGCP,
H.248, SIP
Báo hiệu

SIP/SIP-T, H.323, Q.BICC
Tác nhân cuộc gọi/
MGC

Báo hiệu
MGC

H.323, MGCP,
Megaco, SIP

Điện thoại hoặc đầu cuối IPl
(SIP, H.323, MGCP, Megaco)

Phương
tiện

SIGTRAN
(M3UA/SCTP)

SIGTRAN
M3UA, IUA,
V5UA

MGCP
Megaco

RTP/
RTCP
Phương
tiện
RTP/
RTCP

Hữu tuyến

SG
MGCP
Megaco

Báo hiệu PSTN/IN

SS7/BICC
ISUP, INAP
IN SCP

SS7/BICC

MGC

IP Network

PSTN/IN
TDM/ATM

AG

Mạng truy nhập
Vơ tuyến

Hình 1.5 Các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN
10


Các giao thức này có thể phân thành 2 loại: các giao thức ngang hàng
(H.323, SIP, BICC) và các giao thức chủ tớ (MGCP, MEGACO/H.248). Sự khác
nhau cơ bản giữa hai cách tiếp cận này là ở chỗ “khả năng thông minh” được
phân bổ như thế nào giữa các thiết bị biên của mạng và các server. Sự lựa chọn
cách nào là phụ thuộc vào chi phí hệ thống, triển khai dịch vụ, độ khả thi. Một
giải pháp tổng thể sử dụng ưu điểm của cả hai cách tiếp cận nên được xem xét.
Sự so sánh giữa hai cách tiếp cận này được trình bày trong bảng sau:
Bảng 1.1 So sánh 2 giao thức chủ/tớ và ngang hàng

Khai thác

-

Triển khai
dịch vụ
Chi phí

-

Chủ/tớ
Thiết bị cổng đơn giản.
Ứng dụng được đặt tại các Server.
Chỉ triển khai dịch vụ tại các
server.
Thời gian triển khai dịch vụ trên
mạng ngắn.
Chỉ nâng cấp các Server điều
khiển.
Quản lí các dịch vụ linh hoạt trên
tồn mạng.
Thiết bị cổng được tối ưu về chi
phí dẫn tới tổng chi phí giảm.
Vịng đời sản phẩm của các thiết
bị cổng dài hơn.

Ví dụ về - MEGACO/H.248.
các giao - MGCP.
thức

-

Ngang hàng
Thiết bị cổng phức tạp.
Tương tác ngang hàng.
Triển khai trên từng thiết bị.
Thời gian triển khai trên
mạng lớn.
Phải nâng cấp tất cả thiết bị
mạng khi triển khai một dịch
vụ mới trên toàn bộ mạng.

- Thiết bị mạng có giá thành
cao làm cho chi phí tổng thể
lớn.
- Theo thời gian, thiết bị cổng
có thể phải thường xuyên
nâng cấp.
- SIP.
- H.323.

1.6 Kết luận chương 1
Trong chương một, đã trình bày được những khái niệm cơ sở về mạng
NGN, các đặc trưng cũng như cấu trúc mạng. Mạng thế hệ sau NGN đang được
nghiên cứu, chuẩn hố bởi các tổ chức viễn thơng lớn trên thế giới nhằm đáp ứng
nhu cầu càng tăng về tính mở, sự tương thích và linh hoạt để cung cấp đa dịch
vụ, đa phương tiện với các tính năng ngày càng mở rộng.
Tại Việt Nam, mạng viễn thông đang ngày càng phát triển để đáp ứng các
nhu cầu mới trong nền kinh tế hội nhập thế giới và việc chuyển hoàn tồn sang

cơng nghệ mạng NGN là việc làm bức thiết nhằm đáp ứng các nhu cầu này. Quá
trình xây dựng và phát triển mạng NGN phải được tiến hành từng bước, có tính
đến sự tương thích và phối hợp với nền tảng mạng hiện tại. Bên cạnh đó việc làm
sao để mạng có thể hoạt động tốt, nâng cao hiệu suất và ổn định cũng là một vấn
đề cần lưu tâm.

11


CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN MPLS
2.1 Giới thiệu
Chuyển mạch nhãn đa giao thức là công nghệ được phát triển bới IETF
nhằm khắc phục những hạn chế của định tuyến IP truyền thống, định tuyến
nhanh, quản lý thuận tiện, có khả năng truyền tải lưu lượng lớn, và tương thích
với các kiến trúc định tuyến mở. MPLS là kỹ thuật tiên tiến cho mạng chuyển
tiếp dữ liệu.
Trong mạng MPLS các gói tin được gán nhãn và các nhãn được sử dụng
để đưa ra các quyết định chuyển tiếp gói tin mà không cần tra cứu IP tại từng nút
mạng. Công nghệ MPLS được gọi là chuyển mạch nhãn đa giao thức vì nó hỗ trợ
tất cả các giao thức lớp 3 khác. MPLS làm việc giữa lớp 2 và lớp 3 nên được gọi
là kỹ thuật cho lớp 2.5. MPLS cung cấp khả năng mở rộng cho kỹ thuật mạng
riêng ảo và hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS) từ đầu cuối đến đầu cuối[6].
2.2 Các thành phần của MPLS
2.2.1 Router chuyển mạch nhãn (LSR)
Một router chuyển mạch nhãn (LSR) là router hỗ trợ kỹ thuật MPLS. Các
router này có khả năng hiểu các nhãn MPLS và có thể nhận, truyến các gói tin có
gán nhãn.[9]
• LSR đầu vào (Ingress LSR)
Ingress LSR nhận gói tin khơng có nhãn, chèn một nhãn vào phần đầu của
gói và gửi nó vào một liên kết dữ liệu.

• LSR đầu ra (Egress LSR)
Egress LSR nhận một gói tin đã dán nhãn, gỡ bỏ nhãn và gửi nó vào một
liên kết dữ liệu. Ingress và Egress là các router biên.
• LSR trung gian (Intermediate LSR)
Intermediate LSR nhận một gói tin đã gán nhãn, xử lý thơng tin, chuyển
mạch gói và gửi nó ra liên kết chính xác.
2.2.2 Đường chuyển mạch nhãn (LSP)
Đường chuyển mạch nhãn (LSP) là đường mà gói tin đi vào Ingress
Router LSR đến Intermediate Router sau đó chuyển tiếp qua Egress router.

LSR2
MPLS
NEtWORK
NETWORK A

Eg ress
LSR

Ing ress LSR

NETWORK B

LSR1

Hình 2.1 Đường chuyển mạch nhãn (LSP)
12


Gói tin từ mạng A được chuyển tới mạng B theo đường mũi tên theo
đường chuyển mạch nhãn LSP.

2.2.3 Lớp chuyển tiếp tương đương
Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC: Forwarding Equivalence Class) là
một nhóm hoặc luồng các gói được chuyển tiếp dọc theo cùng một tuyến đường
và được xử lý theo cùng một cách chuyển tiếp. Trong lớp chuyển tiếp tương
đương chứa 3 thành phần cơ bản: Tiền tố địa chỉ, nhận dạng bộ định tuyến và đặc
tính luồng. Tất cả các gói cùng thuộc một FEC sẽ có nhãn giống nhau.
Một tuyến chuyển mạch nhãn chuyên biệt có thể được sử dụng cho nhiều
lớp chuyển tiếp tương đương.
Miề n MPLS
IP2

417

IP2

IP1

417

IP1

666

666

IP2

233

IP2

IP2

233

IP1

IP1

IP1

C ác gói tin IP1 v à IP2 đ ư ợ c gá n c ù ng mộ t n hã n v à c hu y ển tiếp cù n g mộ t đư ờ n g v ì
chún g đ ư ợ c địn h n gh ĩa c ù ng mộ t lớ p ch uy ể n tiếp t ư ơ n g đ ư ơ ng FEC

Hình 2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương FEC

Tiêu đề của lớp mạng không được kiểm tra trong một đường LSP. Điều
này có nghĩa là trong một đường hầm Tunnel các Router LSRs không cần một
bảng chuyển tiếp IP đầy đủ.
2.2.4 Tiêu đề MPLS
Phần tiêu đề MPLS dài 32 bit. Trong đó 20 bit đầu được sử dụng cho nhãn
thực tế. 3 bít tiếp theo gọi là bit thực nghiệm, các bit này được dùng bởi Cisco
nhằm định nghĩa một lớp dịch vụ (CoS). Router sử dụng kỹ thuật MPLS có thể
cần chèn các nhãn phức tạp để gửi các gói tin qua mạng MPLS. Để xác định
nhãn nào là nhãn cuối cùng thì sử dụng một bit ở đỉnh của chồng nhãn (BoS),
nếu bit có giá trị 1 thì xác định đó là nhãn cuối cùng. 8 bít cuối cùng định nghĩa
TTL (time to live) có chức năng như trong kỹ thuật IP thông thường.
Label 20 Bits

EXP 3 Bits

S 1 Bits

TTL 8 Bits

Nhãn được chèn vào giữa phần tiêu đề lớp 2 và tiêu đề lớp 3 trong gói tin.
Hình 2.3 miêu tả vị trí của nhãn giữa header lớp 2 và header lớp 3 trong gói tin
IP.

13


L ay er 2 L a yer 3 a oa
P yl d
H ead er H ead er

L ay er 2 a e L ayer 3 a oa
L b l
P yl d
H ead er
Head er

R ou ter MPLS
D a ta link
H ea der

MPLS
La b el Stac k

IP H ea d er

D a ta

D a ta link
Trailer

Data

MACT ra iler

a . D at a Lin k F rame
LLC
H ead er

MAC
H ea d er

VPI/VCI Fie ld
T op MPLS La be l

ATM C e ll H ea d er

MPLS
L a be l St ack

IP H ea der

.
b IEEE 802 MAC F rame
MPLS

L ab e l St ac k

IP H ead er

Data

c . ATM C e ll

DLCI Fie ld
To p MPLS L a be l

F rame R e la y H ea d er

MPLS
La b el Stac k

IP H ea d er

D a ta

.
d Frame R e lay F rame

Hình 2.3 Vị trí của nhãn trong các cấu trúc khung lớp 2

2.2.5 Chồng nhãn
Các router MPLS đôi khi cần nhiều hơn một nhãn trước của tiêu đề gói tin
IP để định tuyến gói tin đó qua mạng MPLS. Điều này được thực hiện bằng cách
đóng gói các nhãn vào chồng nhãn. Nhãn đầu tiên trong chồng nhãn được gọi là
nhãn đỉnh, còn nhãn cuối cùng gọi là nhãn đáy. Ở phần giữa, số lượng nhãn là

bất kỳ.
Label

EXP

0

TTL 8

Label

EXP

0

TTL 8

1

TTL 8

………..
………..
Label

EXP

14

2.3 Hoạt động của MPLS
2.3.1 Mặt phẳng điều khiển
Mặt phẳng điều khiển chịu trách nhiệm cho việc trao đổi các thông tin
định tuyến và trao đổi thông tin gán nhãn với các router liền kề. Các giao thức
định tuyến trạng thái đường link sẽ quảng bá thông tin định tuyến giữa các
router, việc này không cần thiết giữa các router liền kề (láng giềng). Trong khi
việc phân phối thông tin nhãn được hạn chế chỉ giữa các router cận kề. Mặt
phẳng điều khiển bao gồm hai loại giao thức. Các giao thức định tuyến như
OSPF, BGP, IS-IS, RIP, EIGRP) và các giao thức trao đổi thông tin nhãn. Bao
gồm giao thức phân phối nhãn MPLS LDP và BGP được dùng trong MPLS
VPN.
2.3.2 Mặt phẳng dữ liệu
Mặt phẳng dữ liệu MPLS có một cơ cấu chuyển tiếp đơn giản, dựa trên
thơng tin được gán trên nhãn. Có 2 bảng trên mỗi router MPLS, bảng LIB và
LFIB. Mặt phẳng dữ liệu sử dụng thông tin chuyển tiếp nhãn dựa vào LFIB được
duy trì bởi router cấu hình MPLS để chuyển tiếp các gói tin có gán nhãn. Bảng
LIB chứa tất cả các nhãn nội bộ được gán bởi các router nội bộ và các nhãn ánh
xạ mà nó nhận được từ các router láng giềng. Bảng LIFB sử dụng tập con các
nhãn chứa trong bảng LIB cho việc chuyển tiếp các gói tin thông thường. Các
router sử dụng kỹ thuật MPLS sử dụng các thông tin trong bảng LIFB và giá trị
nhãn để đưa ra các quyết định chuyển tiếp gói tin.

Hình 2.4 Kiến trúc MPLS

2.3.3 Hoạt động chuyển mạch
Hình 2.5 chỉ ra hoạt động định tuyến của MPLS trong các mạng lớn. Có
hai loại Router, router biên và router lõi. Các quyết định định tuyến chỉ được đưa

15