Nghiên cứu Chuyển mạch MPLS

Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT
v
giúp đỡ em hoàn thành tốt chương trình học tập. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn
cô giáo Thạc sĩ Nguyễn Thị Thanh Kỳ đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án
tốt nghiệp này.
Hà Nội, ngày 21 tháng 10 năm 2005
Sinh viên
Hà Trương Nhật Linh

















Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT
vi
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Viết tắt Chú giải tiếng Anh Chú giải tiếng Việt
AAL ATM Adaptation Layer Lớp thích ứng ATM
ARP Addresss Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ
ASP Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động
ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không
đồng bộ
BGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng miền
BTT Bidirectional Traffic Trunk Trung kế lưu lượng hai chiều
CR Cell Router Bộ định tuyến tế bào
CR-LDP
Constraint Routing LDP
Giao thức phân phối nhãn định
tuyến cưỡng bức
CS Convergence Sublayer Phân lớp hội tụ
CSR Cell Switching Router Thiết bị định tuyến chuyển mạch
tế bào
DLCI
Data Link Connection Identifier
Nhận dạng kết nối lớp liên kết
dữ liệu
DVMRP Distance Vector Multicast
Routing Protocol
Giao thức định tuyến multicast
theo vec tơ khoảng cách
EGP Edge Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng biên
FDDI Fiber Distributed Data Interface Giao tiếp dữ liệu cáp quang phân
tán
FEC Forwarding Equivalence Class Nhóm chuyển tiếp tương đương
FR Frame Relay Chuyển mạch khung
IGMP Internet Group Massage
Protocol
Giao thức bản tin nhóm internet
IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong miền
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LANE Local Area Network Emulation Mô phỏng mạng cục bộ
LCA Least Common Ancestor Node gốc ít chung nhất
LC-ATM Label Control ATM Giao diện ATM điều khiển

Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT
vii
chuyển mạch nhãn
LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn
LER Label Edge Router Router chuyển mạch nhãn biên
LFIB Label Forwarding Information
Base
Cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn
LIB Label Information Base Bảng thông tin nhãn trong bộ
định tuyến
LSFT Label Switch Forwording Table Bảng chuyển tiếp chuyển mạch
nhãn
LSP Label Switched Path Tuyến chuyển mạch nhãn
LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch
nhãn
MAC Media Access Controller Thiết bị điều khiển truy nhập
mức phương tiện truyền thông
MG Media Gateway Cổng chuyển đổi phương tiện
MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức
MSC Multicast Server Model Mô hình máy chủ multicast
MSF MultiService Switch Forum Diễn đàn chuyển mạch đa dịch
vụ
MTBF Mean Time Between Failure Thời gian trung bình giữa hai lỗi
liên tiếp
NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau
NLPID Network Layer Protocol
Identifier
Nhận dạng giao thức lớp mạng
OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến đường
ngắn nhất
PID Protocol Identifier Giao thức multicast độc lập
PML Path Merging LSR LSR hợp nhất
PP Protected Path Tuyến được bảo vệ
PSL Path Switching LSR LSR chuyển mạch đường
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RPR Resilient Packet Ring Vòng gói khôi phục nhanh

Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT
viii
RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức giành trước tài nguyên
TAT Theoretical Arrival Time Thời gian đến lý thuyết
TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn
TDP Tag Distribution Protocol Giao thức phân phối thẻ
TE Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng
TIB Tag Information Base Cở sở thông tin thẻ
TDP Tag Distribution Protocol Giao thức phân bổ thẻ
TLV Type-Length-Value Giá trị-chiều-dài kiểu
TSR Tag Switching Router Router chuyển mạch thẻ
UDP User Data Protocol Giao thức dữ liệu người dùng
UPC Usage Parameter Control Điều khiển tham số sử dụng
VCI Vitual Chennel Identifier Nhận dạng kênh ảo
VPI Vitual Path Identifier Nhận dạng đường ảo
WAN Wide Area Network Mạng diện rộng
TTL Time To Live Thời gian sống
MPLSCP MPLS Conrol Protocol Giao thức điều khiển MPLS




Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Giới thiệu chung
Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT
- 1 -
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Tổng quan về NGN
Trong nhiều năm gần đây, nền công nghệ viễn thông vẫn đang trăn trở về vấn
đề phát triển công nghệ nào và dùng mạng gì để hỗ trợ các nhà khai thác trong bối
cảnh luật viễn thông đang thay đổi nhanh chóng, cạnh tranh ngày càng khốc liệt. Khái
niệm mạng thế hệ mới (hay còn gọi là mạng thế hệ sau - NGN) ra đời cùng với việc tái
kiến trúc mạng, tận dụng tất cả các ưu thế về công nghệ tiên tiến nhằm đưa ra nhiều
dịch vụ mới, mang lại nguồn thu mới, góp phần giảm chi phí khai thác và đầu tư ban
đầu cho các nhà kinh doanh.
Một chiến lược để phát triển nhịp nhàng từ mạng hiện tại sang kiến trúc mạng
mới là rất quan trọng nhằm giảm thiểu yêu cầu đầu tư trong giai đoạn chuyển tiếp,
trong khi sớm tận dụng những phẩm chất của mạng NGN. Tuy nhiên, bất kì bước đi
nào trong tiến trình chuyển tiếp này cũng cần tạo điều kiện dễ dàng hơn cho mạng để
rốt cuộc vẫn phát triển sang kiến trúc NGN dựa trên chuyển mạch gói. Bất cứ giải
pháp nào được chọn lựa thì các hệ thống chuyển mạch truyền thống cũng sẽ phải tồn
tại bên cạnh các phần tử mạng công nghệ mới trong nhiều năm tới.
Mạng thế hệ sau được tổ chức dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau:
- Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú đa
dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện.
- Mạng có cấu trúc đơn giản.
- Nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí khai
thác bảo dưỡng.
- Dễ dàng mở rộng dung lượng, phát triển các dịch vụ mới.
- Độ linh hoạt và tính sẵn sàng cao, năng lực tồn tại mạnh.
1.1.1. Cấu trúc chức năng của mạng 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 thông thế giới ITU về cấu trúc của
nó. Nhiều hãng viễn thông lớn đã đưa ra mô hình cấu trúc mạng thế hệ mới như
Alcatel, Ericssion, Nortel, Siemens, Lucent, NEC,… Bên cạnh việc đưa ra nhiều mô
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Giới thiệu chung
Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT
- 2 -
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 mô hình cấu trúc tương
đối rõ ràng và các giải pháp mạng khá cụ thể là Alcatel, Siemens, Eicssion.
Nhìn chung từ các mô hình này, cấu trúc mạng mới có đặc điểm chung là bao
gồm các lớp chức năng sau :
- Lớp ứng dụng.
- Lớp điều khiển.
- Lớp truyền thông.
- Lớp truy nhập và truyền dẫn.

Hình 1.1 Cấu trúc chức năng của mạng NGN
1.1.2. Cấu trúc vật lý của mạng NGN
NGN cần được hiểu là mạng thế hệ sau hay mạng thế hệ kế tiếp mà không phải
là mạng thế hệ mới, nên khi xây dựng và phát triển mạng theo xu hướng NGN, người
ta chú ý đến vấn đề kết nối mạng thế hệ sau với mạng hiện hành và tận dụng các thiết
bị viễn thông hiện có trên mạng nhằm đạt được hiệu quả khai thác tối đa.
Trong mạng viễn thông thế hệ mới có rất nhiều thành phần cần quan tâm,
nhưng ở đây ta chỉ cần nghiên cứu những thành phần chính thể hiện rõ nét sự tiên tiến
của NGN so với mạng viễn thông truyền thống.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Giới thiệu chung
Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT
- 3 -

Hình 1.2. Cấu trúc vật lý của mạng NGN

Hình 1.3. Các thành phần chính của mạng NGN
Các thành phần đó gồm :
1. Media Gateway (MG)
2. Media Gateway Controller (MGC – Call Agent - Softswitch)
3. Signaling Gateway (SG)
4. Media Server (MS)
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Giới thiệu chung
Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT
- 4 -
5. Application Server (Feature Server)
1.2. Các công nghệ then chốt cho mạng thế hệ mới
Ngày nay, do yêu cầu ngày càng tăng về số lượng và chất lượng dịch vụ đã thúc
đẩy sự phát triển nhanh chóng của thị trường công nghệ điện tử - tin học - viễn thông.
Những xu hướng phát triển công nghệ đã và đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn nhau
nhằm cho phép mạng lưới thỏa mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trong tương
lai.
Theo ITU, có hai xu hướng tổ chức mạng chính:
- Hoạt động kết nối định hướng (CO – Connection Oriented Operation)
- Hoạt động không kết nối (CL – Connectionless Operation )
Trong hoạt động kết nối định hướng, các cuộc được thực hiện với trình tự:
gọi số - xác lập kết nối - gửi và nhận thông tin - kết thúc. Trong kiểu kết nối này, công
nghệ ATM phát triển cho phép đẩy mạnh các dịch vụ băng rộng và nâng cao chất
lượng dịch vụ. Hoạt động không kết nối dựa trên giao thức IP như việc truy cập
Internet không yêu cầu việc xác lập trước các kết nối, vì vậy chất lượng dịch vụ có thể
không hoàn toàn đảm bảo như trường hợp trên. Tuy nhiên, do tính đơn giản, tiện lợi
với chi phí thấp, các dịch vụ thông tin theo phương thức CL phát triển rất mạnh mẽ
theo xu hướng nâng cao chất lượng dịch vụ và tiến tới cạnh tranh với các dịch vụ
thông tin theo phương thức CO.
Tuy vậy, hai phương thức phát triển này dần tiệm cận và hội tụ dẫn đến sự ra
đời công nghệ ATM/IP. Sự phát triển mạnh mẽ của các dich vụ và các công nghệ mới
tác động trực tiếp đến sự phát triển cấu trúc mạng.
1.2.1. IP
Sự phát triển đột biến của IP, sự tăng trưởng theo cấp số nhân của thuê bao
Internet đã là một thực thể không ai có thể phủ nhận. Hiện nay, lượng dịch vụ lớn nhất
trên các mạng đường trục trên thực tế đều là từ IP. Trong công tác tiêu chuẩn hoá các
loại kỹ thuật, việc bảo đảm tốt hơn cho IP đã trở thành trọng điểm của công tác nghiên
cứu.
IP là giao thức chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp gói tin thực hiện theo cơ
chế phi kết nối. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Giới thiệu chung
Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT
- 5 -
các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận,
địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển
gói tới đích.


Hình 1.4. Các xu hướng phát triển trong công nghệ mạng
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
nguyên tắc chuyển tin và nó phải có khả năng hoạt động trong môi trường mạng gồm
nhiều nút. Kết quả tính toán của cơ cấu định tuyến được lưu trong các bảng chuyển tin
(Forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới hướng
đích.
Dựa trên các bản chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói IP tới
hướng đích. Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một. Ở cách này,
mỗi nút mạng tính toán mạng chuyển tin một cách độc lập. Phương thức này, do vậy
yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán với
nhau. Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn đến việc chuyển gói tin sai hướng, điều
này đồng nghĩa với việc mất gói tin.
Kiểu chuyển tin 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 đi qua cùng một nút thì
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Giới thiệu chung
Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT
- 6 -
chúng sẽ được truyền qua cùng một điểm tới đích. Điều này khiến cho mạng không thể
thực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo 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 qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối. Với các phương thức
như CDIR (Classless Inter Domain Routing), kích thước của bản tin được duy trì ở
mức chấp nhận được, và do việc tính toán định tuyến đều được các nút tự thực hiện
nên mạng có thể mở rộng mà không cần bất cứ thay đổi nào.
Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói 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. Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ.
1.2.2. ATM
Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, thông tin
được nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, trong đó vị trí của gói không phụ
thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kì của kênh trước. Các chuyển
mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau.
ATM có hai đặc điểm quan trọng :
- Thứ nhất ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các
tế bào ATM, các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền lan và biến
động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho việc
hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn.
- Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo
nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng.
ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm. Nó là công nghệ chuyển mạch
hướng kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông
tin được gửi đi. ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết
lập một cách tự động thông qua báo hiệu. Mặt khác, ATM không thực hiện định tuyến
tại các nút trung gian. Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ
liệu và được giữ cố định trong suốt thời gian kết nối. Trong quá trình thiết lập kết nối,

Xem chi tiết: Nghiên cứu Chuyển mạch MPLS