Đề tài Tìm hiểu cộng nghệ mạng MAN-E và Ứng dụng của mạng MAN-E tại VNPT Thái Nguyên

0 MỤC LỤC Trang MỤC LỤC .............................................................................................................0 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT.........................................3 DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................7 DANH MỤC BẢNG ..............................................................................................9 …… MỞ ĐẦU..............................................................................................................10 NỘI DUNG ..........................................................................................................12 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGN.................................................................12 1.1 KHÁI NIỆM VÀ ĐẶC ĐIỂM MẠNG NGN.............................................................12 1.1.1 Khái niệm .......................................................................................................12 1.1.2 Đặc điểm của mạng NGN ...............................................................................13 1.2 CẤU TRÚC LOGIC MẠNG THẾ HỆ MỚI ............................................................14 1.2.1 Lớp truyền dẫn và truy nhập ...........................................................................16 1.2.2 Lớp truyền thông ............................................................................................17 1.2.3 Lớp điều khiển ................................................................................................18 1.2.4 Lớp ứng dụng/dịch vụ .....................................................................................19 1.2.5 Mặt phẳng quản lý ..........................................................................................19 1.3 CẤU TRÚC VẬT LÝ ..............................................................................................20 1.4 CÁC CÔNG NGHỆ ĐƯỢC ÁP DỤNG CHO MẠNG THẾ HỆ MỚI......................21 1.4.1 IP .......................................................................................................................21 1.4.2 ATM ...................................................................................................................22 1 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ 1.4.3 MPLS .................................................................................................................23 Kết luận chương 1 .......................................................................................................25 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG MAN-E VÀ CÁC DỊCH VỤ TRÊN MẠNG MAN-E ...................................................................................................26 2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG MAN-E ..................................................26 2.1.1 Tổng quan mạng quang Ethernet.....................................................................26 2.1.2 Các tính năng của MAN-E ..............................................................................27 2.1.3 Cấu trúc mạng MAN-E ...................................................................................28 2.1.4 Mô hình phân lớp mạng MAN-E ....................................................................29 2.1.5 Các điểm tham chiếu trong mạng MAN-E ......................................................31 2.1.6 Các thành phần vật lý trong mạng MAN-E .....................................................33 2.1.7 Lợi ích dùng dịch vụ Ethernet .........................................................................34 2.2 CÁC DỊCH VỤ CUNG CẤP QUA MẠNG MAN-E ................................................36 2.2.1 Mô hình dịch vụ Ethernet................................................................................36 2.2.2 Kênh kết nối ảo Ethernet (EVC: Ethernet Virtual Connection)........................37 2.2.3 Các loại dịch vụ trong MAN-E .......................................................................38 2.2.4 Các thuộc tính dịch vụ Ethernet ......................................................................44 2.3 CÁC YÊU CẦU VỀ HIỆU NĂNG CHO MẠNG MAN-E ........................................52 2.3.1 Độ khả dụng ...................................................................................................52 2.3.2 Độ trễ khung ...................................................................................................53 2.3.3 Độ trôi khung..................................................................................................54 2.3.4 Tỷ lệ tổn thất khung ........................................................................................55 Kết luận chương 2 .......................................................................................................56 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TRIỂN KHAI MẠNG MAN-E TẠI VNPT ............57 3.1 KIẾN TRÚC MẠNG ..............................................................................................57 3.2 MẠNG MAN-E DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MPLS ................................................58 2 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ 3.2.1 Thiết kế lưu lượng MPLS ...............................................................................59 3.2.2 Hồi phục đường hầm.......................................................................................62 3.2.3 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong mạng MPLS..................................................64 3.3 PHƯƠNG ÁN KẾT NỐI, QUẢN LÝ ......................................................................66 3.3.1 Phương án kết nối ...........................................................................................66 3.3.2 Phương án quản lý mạng.................................................................................67 3.4 HỆ THỐNG QUẢN LÝ ĐIỀU KHIỂN MẠNG MAN-E ..........................................68 3.4.1 Quản lý topo mạng..........................................................................................68 3.4.2 Quản lý tài nguyên..........................................................................................69 3.4.3 Quản lý lỗi ......................................................................................................69 3.4.4 Quản lý hiệu năng ...........................................................................................70 3.4.5 Quản lý bảo mật..............................................................................................70 3.4.6 Quản lý cấu hình.............................................................................................70 3.4.7 Cấu hình dịch vụ qua giao diện đồ hoạ (provisiong)........................................70 3.4.8 Cấu hình trên thiết bị mạng (các router NE40E)..............................................71 3.5 XÂY DỰNG MẠNG MAN-E VNPT THÁI NGUYÊN .............................................71 3.5.1 Định hướng xây dựng mạng MAN-E ..............................................................71 3.5.2 Định cỡ mạng MAN-E...................................................................................72 Kết luận chương 3 .......................................................................................................79 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .................................................................................80 TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................81 PHỤ LỤC ............................................................................................................82 3 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT API Application Programming Interface giao diện lập trình ứng dụng AS Autonomous System một 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 BSS Base Station Subsystem Hệ thống trạm gốc CBS Commintted Burst Size Kích thước bùng nổ cam kết CDMA Code Division Multiple Access đa truy nhập phân chia theo mã CE Customer Edge Phía khách hàng CE-VLAN Customer Edge Virtual LAN VLAN phí khách hàng CIDR Classless Interdomain Routing Định tuyến giữa các Miền không phân biệt lớp CIR Commintted Information Rate Tốc độ truyền thông cam kết CoS Class of Service Lớp dịch vụ CPE Customer Premises Equipment Thiết bị phía khách hàng CR-LDP Constranint - based Routing Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhã định tuyến cưỡng bức C-VLAN Carrier VLAN VLAN truyền tải DUT Device Under Test Thiết bị được đo kiểm DWDM Dense Wavelength Division Multiplex Ghép kênh theo bước sóng ghép mật độ cao 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 mạng Ethernet EVP-LAN Ethernet Virtual Private LAN Mạng LAN riêng ảo qua mạng ethernet FEC Forwarding Equivalence Class Tập hợp các gói vào mà có 4 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ cùng một nhãn ra FRR Fast ReRouter Định tuyến lại nhanh FS Feature Server Máy chủ đặc tính FTTx Fiber To The x Họ công nghệ sử dụng cáp quang tới một điểm GE Gigabit Ethenet Gigabit Ethenet GSM Global System for Mobile Communications Hệ thống thông tin di động toàn cầu ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức điều khiển truyền tin trên mạng IETF Internet Engineering Task Force Tổ chức đặc nhiệm kỹ thuật Internet IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyết Gateway bên trong IN Intelligent network mạng thông minh 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 LSR Label-Switched Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường MAN-E Metro Area Network - Ethernet Mạng đô thị sử dụng công nghệ Ethernet MBA Maximum Burst Size Kích thước bùng nổ tối đa MEF Metro Ethernet Forum Diễn đàn Metro Ethernet MG Media Gateway cổng phương tiện MGC Media Gateway Controller Bộ điều khiển cổng phương tiện MP2MP Multi Point to Multi Point Đa điểm đến đa điểm MPLS MultiProtocol 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 5 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ NE Network Element Thành phần mạng NNI Network - Network Interface Giao diện Mạng - Mạng NT Network Termination Kết cuối mạng NGN Next generation networking Mnagj thế hệ sau OSI Open Systems Interconnection Reference Model Mô hình tham chiếu kết nối hệ thống mở OSPF Open Shortest Path First Là giao thức định tuyến theo trạng thái đường lien kết OSS Operations Support System quản lý vận hành hệ thống mạng P2P Point to Point Điểm đến điểm PC Personal Computer Máy tính cá nhân PIR Peak Information Rate Tốc độ truyền thông tối đa PON Passive Optical Networks mạng quang thụ động PSTN Public Switched Telephone Network mạng chuyển mạch điện thoại công cộng PVC Permanent Virtual Circuit chuyển tiếp khung QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức đăng ký trước tài nguyên RTFM real time flow measurement Đo lưu lượng thời gian thực SDH Synchronous Digital Hierarchy Hệ thống phân cấp số đồng bộ SEN Service Excution Node gồm các nút thực thi dịch vụ SG Signaling Gateway Cổng báo hiệ SLA Service Level Agreement Thoả thuận cấp độ dịch vụ SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ S-VLAN Service Provider VLAN VLAN phía nhà cung cấp dịch vụ TDM Time division multiplexing Ghép kênh theo thời gian TE Transport Edge Kết cuối truyền dẫn ToS Type of Service Loại dịch vụ UNI User - Network Interface Giao diện người dùng - Mạng VLAN Virtual LAN Mạng LAN ảo VLAN ID Virtual LAN Indentify Số hiện 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 6 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ quang xDSL x Digital Subcriber Line Các dịch vụ kênh thuê bao số 7 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Sự hội tụ giữa thoại và số liệu, cố định và di động trong NGN ........................12 Hình 1.2: Cấu trúc luận lý mạng thế hệ mới ....................................................................15 Hình 1.3: Mô hình 5 lớp chức năng của NGN .................................................................16 Hình 1.4: Cấu trúc mạng MAN-E ...................................................................................17 Hình 1.5: Các thành phần của Softswitch ........................................................................18 Hình 1.6: Cấu trúc vật lý mạng NGN ..............................................................................20 Hình 2.1: Cấu trúc mạng MAN-E điển hình...................................................................29 Hình 2.2: Mô hình mạng MAN-E theo các lớp...............................................................30 Hình 2.3: Mô hình các điểm tham chiếu..........................................................................32 Hình 2.4: Giao diện UNI và mô hình tham chiếu MAN-E...............................................33 Hình 2.5: Mô hình cung cấp các dịch vụ Ethernet qua mạng MAN-E ............................36 Hình 2.6: EVC điểm – điểm............................................................................................37 Hình 2.7: EVC điểm – đa điểm ......................................................................................38 Hình 2.8: EVC dạng cây .................................................................................................38 Hình 2.9: Khuôn khổ định nghĩa dịch vụ Ethernet ..........................................................39 Hình 2.10: Dịch vụ E-Line..............................................................................................40 Hình 2.11: Dịch vụ E-LAN.............................................................................................41 Hình 2.12 . Quá trình thực hiện khi thêm một UNI vào mạng MAN-E...........................42 Hình 2.13: Dịch vụ E-Tree..............................................................................................42 Hình 2.14: Dịch vụ E-Tree nhiều gốc..............................................................................43 Hình 2.15: Ghép kênh dịch vụ ........................................................................................44 Hình 2.16: VLAN tag Preservation/Stacking ..................................................................50 Hình 2.17: VLAN tag Translation/Swapping ..................................................................51 Hình 2.18: Sự phân chia độ trễ trong mạng .....................................................................54 Hình 3.1: Cấu trúc phân lớp mạng MAN-E.....................................................................58 Hình 3.2: Chèn header trong MPLS ................................................................................59 Hình 3.3: Gói tin gán nhãn MPLS...................................................................................59 8 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ Hình 3.4: Luồng gói tin/nhãn khi thực hiện FRR cho bao vệ tuyến kết nối .....................63 Hình 3.5: Luồng gói tin/nhãn khi thực hiện FRR cho bao vệ nút.....................................64 Hình 3.6: Mô hình kết nội mạng MAN-E với mạng đường trục ......................................67 Hình 3.7: Topo mạng MAN-E ........................................................................................69 Hình 3.8 Sơ đồ mạng MAN-E Thái Nguyên giai đoạn 2010 – 2011................................79 9 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 3.1: Danh sách các Node MANE ...........................................................................78 10 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng, vượt bậc của các công nghệ truy nhập băng rộng mới (xDSL, FTTx…) và các dịch vụ mới (VoIP, IPTV, VoD…), đặc biệt là xu hướng tiến lên NGN của ác nhà khai thác Viễn thông: Yêu cầu về băng thông kết nối tới các thiết bị truy nhập (IPDSLAM, MSAN) ngày càng cao, yêu cầu về cơ sở hạ tầng truyền tải phải đáp ứng các công nghệ mới của IP để sẵn sàng cho các dịch vụ mới ngày càng tăng: multicast, end-to-end QoS, bandwitdh-on- demand…, yêu cầu đáp ứng băng thông cung cấp trực tiếp theo nhu cầu của khách hàng khách hàng (FE, GE), và các yêu cầu khác… Tất cả các yêu cầu trên dẫn đến sự phát triển bùng nổ của mạng MAN trong các thành phố, đặc biệt là mạng Ethernet-based MAN để truyền tải lưu lượng IP. Hệ thống cáp quang cho phép cung cấp dịch vụ với tốc độ ngày càng cao và giá thành ngày càng giảm. Tốc độ truyền dẫn từ 100Mbps dần được thay thế bằng tốc độ Gbps. 10Gbps thậm chí 40Gbps. Việc này cho phép các nhà cung cấp dịch vụ có thể sử dụng cồng nghệ Ethernet đơn giản để truyền thông tin với khoảng cách xa hơn. Với công nghệ Ethernet truyền thống trên mạng cáp đồng khoảng cách truyền dẫn chỉ tính bằng đơn vị hàng chục mét hoặc 100 mét thì với công nghệ cáp quang, khoảng cách truyền dần tăng hàng trăm nghìn lần lên đến hàng chục KM. Sử dụng công nghệ MAN-E để cung cấp dịch vụ chất lượng cao, dịch vụ đa dạng đến khách hàng của các nhà cung cấp dịch vụ đang là xu hướng chung trên toàn thế giới. Công nghệ Ethernet được hầu hết các nhà cũng cấp thiết bị trên thế giới hỗ trợ Tại Việt Nam côn nghệ mạng MAN-E đã được một số nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đã triển khai và đưa vào khai thác thành công. Tiêu biếu là mạng MAN-E của Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam VNPT, Tập đoàn VNPT phát triển mạng MAN-E dự vào các đặc điểm như sau: Hiệu quả chi phí: Chi phí đầu tư và vận hành thấp. Đơn giản: Đã được tiêu chuẩn hóa và không ngừng được phát triển. Được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các tổ chức, doanh nghiệp và thiết bị gia đình. 11 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ Độ linh động cao: Quản lý băng thông và mở rộng băng thông kết nối rất dễ dàng. Hỗ trợ rất nhiều mô hình kết nối (topology) khác nhau. Tối ưu cho việc truyền tải thông tin dạng gói, đặc biệt là các gói tin IP. Mạng MAN-E là phân khúc mạng nằm giữa lớp Core và lớp Access, có tổ chức năng thu gom lưu lượng và đảm bảo yêu cầu về chất lượng dịch vụ cho khách hàng. Mạng MAN-E chính là yếu tố cốt lõi để các nhà cung cấp dịch vụ triển khai cung cấp các dịch vụ băng rộng chất lượng cao đối với khách hàng. Tại Việt Nam công nghệ mạng MAN-E đang trong quá trình triển khai do đó có rất nhiều vấn đề cần nghiên cứu và phát triển tuy nhiên trong luận văn này xin được đi vào Tìm hiểu cộng nghệ mạng MAN-E và Ứng dụng của mạng MAN-E tại VNPT Thái Nguyên. Đề tài bao gồm 3 chương: Chương 1: Nêu lên các khái niệm về mạng NGN, cấu trúc logic và cấu trúc vật lý của mạng NGN từ đó xác định mạng MAN-E thuộc lớp nào trong mạng NGN. Chương 2: Nêu lên các khai niệm chung về mạng MAN-E như: định nghĩa, mô hình phân lớp, các thành phần cơ bản, các dịch vụ cơ bản và các ưu nhược điểm của các dịch vụ đó. Đồng thời nêu các định nghĩa về tham số hiệu năng trong mạng MAN-E. Chương 3: Mô hình triển khai mạng MAN-E tại VNPT, giới thiệu về công nghệ và mô hình triển khai hệ thống mạng của VNPT tại Việt Nam trên cơ sở đó xây dựng mạng MAN-E giai đoạn 2 tại VNPT Thái Nguyên. Trong quá trình làm luận văn tôi đã nhận được nhiều ý kiến đóng góm, giúp đỡ quý báu của các thầy cô giáo cùng các bạn bè đồng nghiệp Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Tam, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa CNTT Đại học Thái Nguyên, các thầy cô giáo tại Viện Công nghệ Thông tin – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, những người đã trang bị cho tôi những kiến thức quý báu trong quá trình học tập. Cảm ơn sự giúp đỡ, tạo điều kiện của các đồng nghiệp nôi tôi đang công tác: VNPT Thái Nguyên đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận văn của mình 12 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGN 1.1 KHÁI NIỆM VÀ ĐẶC ĐIỂM MẠNG NGN 1.1.1 Khái niệm Mạng thế hệ sau (NGN) là mạng chuyển mạch gói có khả năng cung cấp các dịch vụ viễn thông và tạo ra ứng dụng băng thông rộng, các công nghệ truyền tải đảm bảo chất lượng dịch vụ, trong đó các chức năng dịch vụ độc lập với các công nghệ truyền tải liên quan NGN là mạng:  Có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói.  Triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng.  Đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa cố định và di động.  Các hệ thống hỗ trợ có khả năng mềm dẻo, cho phép khách hàng sử dụng nhiều loại hình dịch vụ mà chỉ cần một nhà cung cấp. Hình 1.1: Sự hội tụ giữa thoại và số liệu, cố định và di động trong NGN 13 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ 1.1.2 Đặc điểm của mạng NGN NGN có bốn đặc điểm chính  Nền tảng là hệ thống mở;  Dịch vụ thực hiện độc lập với mạng lưới;  NGN là mạng dựa trên nền chuyển mạch gói, sử dụng các giao thức thống nhất;  Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng cao, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu. Trước hết, 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. Tiếp đến, việc tách dịch vụ độc lập với mạng nhằm thực hiện một cách linh hoạt và có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ. Thuê bao có thể tự bố trí và xác định đặc trưng dịch vụ của mình, không 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 thông, mạng máy tính hay mạng truyền hình cáp, đều không 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 thông, 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 14 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ 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. 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 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. NGN là nền tảng cho cơ sở hạ tầng thông tin quốc gia . Thứ tư: NGN mạng có dung lượng và tính thích ứng cao, đủ năng lực để đáp ứng nhu cầu:  Có khả năng cung cấp nhiều loại hình dịch vụ đa phương tiện băng thông cao.  Có khả năng thích ứng với các mạng đã tồn tại để tận dụng cơ sở hạ tầng mạng, dịch vụ và khách hàng sẵn có. 1.2 CẤU TRÚC LOGIC MẠNG THẾ HỆ MỚI Hiện nay vẫn chưa có một khuyến nghị cụ thể nào của ITU về cấu trúc của NGN. Có nhiều nhà viễn thông lớn trên thế giới đưa ra mô hình NGN như Alcatel, Ericsion, Nortel, Lucent… Từ những mô hình của các hãng, mô hình cấu trúc của NGN được chia ra làm bốn lớp chức năng:  Lớp truy nhập và truyền dẫn  Lớp truyền thông  Lớp điều khiển  Lớp quản lý 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 15 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ Hệ thống chuyển mạch NGN được phân thành bốn lớp riêng biệt thay vì tích hợp thành một hệ thống như công nghệ chuyển mạch kênh hiện nay: lớp ứng dụng, lớp điều khiển, lớp truyền thông, lớp truy nhập và truyền dẫn. Các giao diện mở có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng, dễ dàng; những nhà khai thác có thể chọn lựa các nhà cung cấp thiết bị tốt nhất cho từng lớp trong mô hình mạng NGN. Hình 1.2: Cấu trúc luận lý mạng thế hệ mới Nếu xem xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ thì mô hình cấu trúc của NGN có thêm lớp ứng dụng dịch vụ bao gồm 5 lớp chức năng: lớp truyền dẫn và truy nhập (service access layer), lớp truyền thông (service transport/core layer), lớp điều khiển (control layer), lớp ứng dụng/dịch vụ (application/service layer) và lớp quản lý ( MAN-Eage MAN-Et layer ). 16 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ Líp øng dông Líp ®iÒu khiÓn Líp truyÒn th«ng Líp truyÒn dÉn vµ Giao diÖn më API Giao diÖn më API Giao diÖn më API M ặt p hẳng qu¶n lý Hình 1.3: Mô hình 5 lớp chức năng của NGN 1.2.1 Lớp truyền dẫn và truy nhập Phần truy nhập: - Lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đường trục qua cổng giao tiếp thích hợp. - Cung cấp các truy nhập chuẩn và không chuẩn của thiết bị đầu cuối như: truy nhập đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính PC, tổng đài PBX, … - Với truy nhập vô tuyến: các hệ thống thông tin di động GSM hoặc CDMA, truy nhập vô tuyến cố định, vệ tinh. - Trong tương lại các hệ thống truy nhập không dây sẽ phát triển rất nhanh như truy nhập hồng ngoại, bluetooth hay WLAN (802.11). - Với truy nhập hữu tuyến: hiện nay cáp đồng và xDSL đang được sử dụng. - Trong tương lai truyền dẫn quang DWDM, PON sẽ dần chiếm ưu thế, thị trường của xDSL và modem sẽ dần thu nhỏ lại. Phần truyền dẫn: - Tại lớp vật lý các công nghệ truyền dẫn quang như SDH, WDM hay DWDM sẽ được sử dụng. - Công nghệ ATM hay IP có thể được sử dụng trên mạng lõi để đảm bảo QoS. - Các router được sử dụng ở biên mạng lõi khi lưu lượng lớn. Khi lưu lượng nhỏ switch–router có thể đảm nhận luôn chức năng những bộ định tuyến này. 17 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ - Lớp truyền tải có khả năng hỗ trợ các mức QoS cho cùng một dịch vụ và cho các dịch vụ khác nhau. - Lớp ứng dụng đưa ra các yêu cầu về năng lực truyền tải và lớp truyền tải sẽ thực hiện yêu cầu đó. 1.2.2 Lớp truyền thông Thiết bị chính trong lớp truyền thông là các cổng (Gateway) làm nhiệm vụ kết nối giữa các phần của mạng và giữa các mạng khác nhau. Chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trường (PSTN/ISDN, LAN, vô tuyến, …) sang môi trường gói trên mạng lõi và ngược lại. - Bao gồm 2 thành phần: Mạng trục (IP MPLS) và các mạng thu gom lưu lượng (MAN-E) tại các Tỉnh/TP. - Truyền tải lưu lượng IP, có khả năng cung cấp L2/L3 VPN kết nối các phần tử mạng NGN. - Thu gom lưu lượng ở các NODE trước khi kế nối lên Mạng Core IP/MPLS - Sử dụng cáp quang và các kết nối GE để tăng băng thông. - Cung cấp kết nối băng thông lớn tới các IPDSLAM/MSAN. - Cung cấp kết nối GE tới các khách hàng lớn. - Hỗ trợ công nghệ mới để sẵn sàng cung cấp các dịch vụ Tripleplay NGN. Hình 1.4: Cấu trúc mạng MAN-E 18 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ 1.2.3 Lớp điều khiển Chức năng: - Điều khiển kết nối để cung cấp các dịch vụ truyền thông từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức báo hiệu nào. - Lớp điều khiển có thể được tổ chức theo kiểu module, theo đó các bộ điều khiển độc lập sẽ thực hiện các chức năng điều khiển khác nhau. - Quản lý và chăm sóc khách hàng. Các thành phần: - Thành phần chính là Softswitch, còn gọi là MGC hay Call Agent, - Các thành phần như cổng báo hiệu SG (Signaling Gateway), Server phương tiện MS (Media server), FS, AS để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP. Hình 1.5: Các thành phần của Softswitch Các đặc điểm: - Nhờ giao diện mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn, cho phép dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng và dễ dàng. - Hiện nay lớp điều khiển vẫn rất phức tạp, khả năng tương thích giữa thiết bị của các hãng là vấn đề cần quan tâm. 19 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ - Các giao thức, giao diện báo hiệu và điều khiển kết nối rất đa dạng, còn chưa được chuẩn hoá và đang tiếp tục phát triển. 1.2.4 Lớp ứng dụng/dịch vụ  Thành phần: Bao gồm các nút thực thi dịch vụ SEN (Service Excution Node). Thực chất đây là các server dịch vụ cung cấp các ứng dụng cho khách hàng thông qua lớp truyền tải.  Chức năng: Cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như dịch vụ mạng thông minh IN (Intelligent network), dịch vụ Internet…cho khách hàng. Lớp này thực hiện cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và các mức chất lượng khác nhau. Một số loại dịch vụ sẽ do phía thuê bao tự thực hiện điều khiển logic dịch vụ và truy nhập trực tiếp vào lớp ứng dụng và dịch vụ, một số khác sẽ được điều khiển từ lớp điều khiển như dịch vụ thoại truyền thống. Lớp ứng dụng và dịch vụ liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ đó các nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên các dịch vụ mạng. 1.2.5 Mặt phẳng quản lý Đây là lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp trên. Mặt phẳng quản lý tác động trực tiếp lên tất cả các lớp còn lại, làm nhiệm vụ giám sát các hoạt động của mạng Mặt phẳng 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. Các chức năng quản lý được chú trọng là: quản lý mạng, quản lý dịch vụ, quản lý kinh doanh. 20 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ 1.3 CẤU TRÚC VẬT LÝ Hình 1.6: Cấu trúc vật lý mạng NGN NGN có rất nhiều các thành phần mạng cần quan tâm, nhưng ở đây ta chỉ đề cập đến các thành phần thể hiện rõ sự tiến bộ của NGN so với các mạng trước đây.  MG (Media Gateway) là một thiết bị vào ra đặc hiệu cung cấp phương tiện truyền tải thông tin thoại, dữ liệu, fax và video giữa mạng gói IP và mạng PSTN.  MGC (Media Gateway Controller) 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, ngoài ra nó còn giao tiếp với hệ thống OSS và BSS. MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau như PSTN, mạng IP…Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệu qua các mạng khác nhau.  SG (Signaling Gateway) là một thiết bị vào ra, nó tạo ra một chiếc cầu nối giữa mạng báo hiệu số 7 với mạng IP dưới sự điều khiển của MGC. Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu.  Media server được dùng để xử lý các thông tin đặc biệt. Nó thực hiện các chức năng mới: 21 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ  Chức năng voicemail cơ bản.  Hộp thư fax tích hợp hay các thông báo có thể sử dụng e-mail hoặc các bản tin ghi âm trước (pre-recorded message).  Khả năng nhận diện tiếng nói (nếu có).  Khả năng hội nghị truyền hình (video conference).  Khả năng chuyển thoại sang văn bản (speech-to-text)  Application Server/Feature Server Server đặc tính là một server ở mức ứng dụng chứa một loạt các dịch vụ của doanh nghiệp. Chính vì vậy nó còn được gọi là Server 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. 1.4 CÁC CÔNG NGHỆ ĐƯỢC ÁP DỤNG CHO MẠNG THẾ HỆ MỚI 1.4.1 IP IP là giao thức chuyển tiếp gói tin, nó đóng gói và chuyển gói tới đích một cách hiệu quả sử dụng địa chỉ trong phần header của gói. IP cung cấp dịch vụ chuyển dữ liệu hướng không kết nối, nó chỉ nỗ lực tối đa để chuyển gói tin tới đích chứ không đảm bảo chất lượng dịch vụ. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gói IP chứa địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và MAN-E đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tin tới đích. Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng. Do vậy cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin về nguyên tắc chuyển tin và nó 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 bản chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới đích. Dựa trên các bảng chuyển tin, cơ cấu chuyển tin để chuyển mạch các gói IP hướng tới đích. Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một. Ở cách này, mỗi 22 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ nút mạng tính toán bảng chuyển tin một cách độc lập. Vì vậy, phương thức này 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 tới chuyển gói tin sai hướng dẫn đến mất gói tin. Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng. Ví dụ, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ mà đi qua cùng một nút thì chúng sẽ được truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích. Điều này khiến mạng không thể thực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo dịch vụ. Tuy nhiên, 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 topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối. Với các phương thức như CIDR (Classless Interdomain Routing), kích thước của bảng chuyển tin được duy trì ở mức chấp nhận được, và do việc tính toán định tuyến đều do các nút thực hiện, mạng có thể mở rộng mà không cần bất kì sự 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. Ngoài ra IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ. 1.4.2 ATM ATM là một phương thức chuyển mạch gói nhanh, nó cho phép các hệ thống dùng kĩ thuật này hoạt động ở tốc độ cao hơn nhiều so với các hệ thống chyển mạch gói thông thường nhờ sự hạn chế các chức năng trong mạng của nó. ATM có khả năng vận chuyển bất kì một loại dịch vụ nào, bất chấp những đặc điểm của chúng như là tốc độ bit, những yêu cầu về chất lượng hoặc đặc tính đột biến tự nhiên của nó. ATM nhận thông tin ở nhiều dạng khác nhau như thoại, số liệu, video… và tách chúng thành các khối nhỏ có kích thước cố định gọi là cell. Các cell này sẽ được truyền trên các kênh ảo.  ATM khác với IP ở một số điểm: 23 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ  ATM là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối. Kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu trước khi thông tin được gửi đi  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 xuyên suốt trong thời gian kết nối. Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng đài ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn. Việc này thực hiện hai điều: dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào trong mỗi tổng đài. Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài. Điều này khác với thông tin về toàn mạng chứa trong bảng chuyển tin của IP router.  Các gói trong ATM nhỏ, có kích thước cố định nên tốc độ truyền sẽ lớn hơn dẫn đến trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực. Đồng thời tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao dễ dàng hơn.  ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên cell có kích thước cố định (nhỏ hơn của IP), kích thước bảng chuyển tin nhỏ hơn nhiều so với của IP router, và việc này thực hiện trên các phần cứng chuyên dụng. Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP router truyền thống. 1.4.3 MPLS MPLS là phương thức chuyển mạch phối hợp ưu điểm của IP và ATM. Trước khi phương thức này ra đời người ta cũng quan tâm tới mô hình IP over ATM của IETF xem IP như một lớp nằm trên lớp ATM. Phương thức tiếp cận xếp chồng này cho phép IP và ATM hoạt động với nhau mà không cần thay đổi giao thức của chúng. Tuy nhiên cách này không tận dụng được hết khả năng của ATM, không thích hợp với mạng nhiều router và không thật hiệu quả trên một số mặt. Công nghệ MPLS sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi giao thức định tuyến của IP. Thiết bị CSR của 24 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ Toshiba ra đời năm 1994 là tổng đài ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM.  MPLS tách chức năng của IP router làm hai phần riêng biệt:  Chức năng chuyển gói tin: có nhiệm vụ gửi gói tin giữa các router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như trong ATM. Trong MPLS, nhãn là một số có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng. Kỹ thuật hoán đổi nhãn thực chất là việc tìm nhãn cho một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn mới của gói đó. Các router thực hiện kỹ thuật này gọi là LSR (Label Switch Router).  Chức năng điều khiển: gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR, giao thức phân phối nhãn thiết lập nhãn trong các bảng định tuyến. MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Gateway Protocol)  Một số ưu diểm của MPLS:  MPLS đảm bảo chất lượng dịch vụ do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định. Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến (fast reruoting). Do MPLS là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối , khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền cao hơn. Trong khi đó các dịch vụ mà MPLS hỗ trợ lại yêu cầu dung lượng cao. Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên dưới.  Công nghệ MPLS giúp cho việc quản lý mạng được dễ dàng hơn. Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các gói tin thuộc một FEC có thể được xác định bởi một giá trị của nhãn. Do vậy trong miền MPLS các thiết bị đo lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các gói tin. Lưu lượng đi qua các tuyến chuyển mạch nhãn (LSP) được giám sát 1 cách dễ dàng dùng RTFM( realtime flow measurement). Bằng cách giám sát lưu lượng tại các LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể 25 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ được xác định nhanh chóng. Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương thức này không đưa ra được toàn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ(ví dụ trễ từ điểm đầu tới điểm cuối của miền MPLS). Việc đo trễ có thể được thực hiện bởi giao thức lớp 2. Để giám sát tốc độ của mỗi luồng và đảm bảo các luồng lưu lượng tuân thủ tính chất lưu lượng đã được định trước, hệ thống giám sát có thể dùng 1 thiết bị nắn lưu lượng. Thiết bị này sẽ cho phép giám sát và đảm bảo tuân thủ tính chất lưu lượng mà không cần thay đổi các tính chất hiện có. Tóm lại, MPLS là một công nghệ chuyển mạch có nhiều triển vọng. MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng IP truyền thống. Đồng thời cải thiện lưu lượng của mạng một cách đáng kể. [1] Kết luận chương 1 Mạng thế hệ sau NGN đang được nghiên cứu, chuẩn hoá bởi các tổ chức viễn thông 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 toàn sang công 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. Thông qua kết trúc mạng NGN đã phân tích trên ta thấy mạng MAN-E thuộc vào lớp truyền thông. Mạng MAN-E tại các Tỉnh/thành phố có chức năng: - Thu gom lưu lượng ở các Tỉnh/TP trước khi kế nối lên Mạng Core IP/MPLS - Sử dụng cáp quang và các kết nối GE để tăng băng thông. - Cung cấp kết nối băng thông lớn tới các thiết bị IPDSLAM/MSAN. - Cung cấp kết nối GE tới các khách hàng lớn. - Hỗ trợ công nghệ mới để sẵn sàng cung cấp các dịch vụ Tripleplay NGN. 26 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ MẠNG MAN-E VÀ CÁC DỊCH VỤ TRÊN MẠNG MAN-E 2.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠNG MAN-E 2.1.1 Tổng quan mạng quang Ethernet Trong vài thập kỷ gần đây, Ethernet là công nghệ chủ yếu trong các mạng nội bộ LAN, là công nghệ chủ đạo trong hầu hết các văn phòng trên toàn thế giới và hiện nay đã được dùng ngay cả trong các hộ gia đình để chia sẽ các đường dây truy nhập băng rộng giữa các thiết bị với nhau. Đặc biệt tất cả các máy tính cá nhân đều được kết nối bằng Ehernet và ngày càng nhiều thiết bị truy nhập dùng đến công nghệ này.Có nhiều lý do để giải thích tại sao Ethernet đã có sự thành công như vậy trong cả các doanh nghiệp lẫn các hộ gia đình: dễ sử dụng, tốc độ cao và giá thiết bị rẻ. [1] Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, tốc độ Ethernet đã được cải thiện từ Mbps lên Gbps và 40Gbps. Song song với nó là sự bùng nổ của Internet yêu cầu băng thông truyền tải lưu lượng rất lớn, phương tiện truyền trong mạng Ethernet cũng chuyển dần từ cáp đồng sang cáp quang, và cấu hình cũng đã phát triển từ cấu trúc bus dùng chung lên cấu trúc mạng chuyển mạch. Đây là những nhân tố quan trọng để xây dựng các mạng có dung lượng cao, chất lượng cao, và hiệu xuất cao, đáp ứng được những đòi hỏi ngày càng khắt khe của yêu cầu về chất lượng dịch vụ (Qos) trong môi trường mạng mạng đô thị (MAN-E) hay WAN đảm bảo kết nối với khách hàng mọi lúc, mọi nơi mọi giao diện. Mở rộng từ mạng LAN ra mạng MAN-E tạo ra các cơ hội mới cho các nhà khai thác mạng. Khi đầu tư vào mạng MAN-E, các nhà khai thác có khả năng để cung cấp các giải pháp truy nhập tốc độ cao với chi phí tương đối thấp cho các điểm cung cấp dịch vụ POP (Points Of Presence) của họ, do đó loại bỏ được các điểm nút cổ chai tồn tại giữa các mạng LAN tại các cơ quan với mạng đường trục tốc độ cao. Doanh thu giảm do cung cấp băng thông với giá thấp hơn cho khách hàng có thể bù lại bằng cách cung cấp thêm các dịch vụ mới. Do vậy MAN-E sẽ tạo ra phương thức 27 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ để chuyển từ cung cấp các đường truyền có giá cao đến việc cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng qua băng thông tương đối thấp. Xu hướng phát triển công nghệ mạng MAN-E: Hiện tại, các công nghệ tiềm năng được nhận định là ứng cử để xây dựng mạng MAN-E thế hệ mới chủ yếu tập trung vào 5 loại công nghệ chính, đó là:  Next Generation SDH/SONET: SDH/SONET thế hệ mới.  WDM (Wavelength Division Multiplexing): Ghép kênh theo bước song  RPR ( Resilient Packet Ring): vòng Ring gói tự phục hồi.  Ethernet/Giagabit Ethernet (GE)  Chuyển mạch kết nối MPLS Các công nghệ nói trên này 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, Gbps 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 công 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 Trong khuân khổ luận văn này xin trình bày về mạng MAN trên công nghệ Ethernet/Giagabit Ethernet (GE) 2.1.2 Các tính năng của MAN-E Khách hàng được kết nối đến MAN-E sử dụng các giao diện thích hợp với Ethernet thay vì phải qua nhiều giai đoạn biến đổi từ lưu lượng ATM, SONET/SDH và 28 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ ngược lại. Bằng cách này không chỉ loại bỏ được sự phức tạp mà còn làm cho quá trình cung cấp đơn giản đi rất nhiều. Mô hình Metro hình thành từ qúa trình cung cấp các ống băng thông (tunel giữa các node và khách hàng đầu cuối để cung cấp các mạng LAN ảo (VLAN) và các mạng riêng ảo (VPN) dựa trên mức thoả thuận dịch vụ SLA). Trong trường hợp này, các vấn đề đã được đơn giản hoá đi rất nhiều cho cả khách hàng lẫn nhà khai thác. Khách hàng không cần phải chia cắt lưu lượng và định tuyến chúng đến các đường phù hợp để đến đúng các node đích nữa. Thay vì tạo ra rất nhiều chùm đường truyền giữa các node, ở đây chỉ cần tạo ra băng thông dựa theo SLA mà bao hàm được nhu cầu của khách hàng tại mỗi node. Nói cách khác, cung cấp các kết nối không còn là vấn đề thiết yếu đối với nhà cung cấp mạng nữa do đó họ có điều kiện để tập trung vào việc tạo ra các dịch vụ giá trị gia tăng. Bằng việc mở rộng mạng LAN vào mạng MAN-E sử dụng kết nối có băng thông lớn hơn, sẽ không còn sự khác biệt giữa các server của mạng với các router được đặt tại thiết bị của khách hàng và tại các điểm POP của nhà cung cấp mạng nữa MAN-E có chức năng thu gom lưu lượng và đáp ứng nhu cầu truyền tải lưu lượng cho các thiết bị truy nhập (IPDSLAM, MSAN). Có khả năng cung cấp các kết nối Ethernet (FE/GE) tới khách hàng để truyền tải lưu lượng trong nội tỉnh, đồng thời kết nối lên mạng đường trục IP/MPLS NGN để chuyển lưu lượng đi liên tỉnh, quốc tế. Trong mạng MAN-E người ta sử dụng các thiết bị CES (Carrier Ethernet Switch) tại các nơi có lưu lượng cao tạo thành mạng chuyển tải Ethernet/IP. Kết nối giữa các thiết bị CES dạng hình sao, ring hoặc đấu nối tiếp, sử dụng các loại cổng kết nối: n x 1Gbps hoặc n x 10Gbps. 2.1.3 Cấu trúc mạng MAN-E Kiến trúc mạng Metro dựa trên công nghệ Ethernet điển hình có thể mô tả như hình 2.1. Phần mạng truy nhập Metro tập hợp lưu lượng từ các khu vực (cơ quan, toà nhà, ...) trong khu vực của mạng Metro. Mô hình điển hình thường được xây dựng xung quanh các vòng Ring quang với mỗi vòng Ring truy nhập Metro gồm từ 5 đến 10 node. Những vòng Ring này MAN-E lưu lượng từ các khách hàng khác nhau đến các điểm POP mà các 29 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ điểm này được kết nối với nhau bằng mạng lõi Metro. Một mạng lõi Metro điển hình sẽ bao phủ được nhiều thành phố hoặc một khu vực tập trung nhiều doanh nghiệp.[1] Hình 2.1: Cấu trúc mạng MAN-E điển hình Một khía cạnh quan trọng của những mạng lõi Metro này là các trung tâm dữ liệu, thường được đặt node quan trọng của mạng lõi Metro có thể truy nhập dễ dàng. Những trung tâm dữ liệu này phục vụ chủ yếu cho nội dung các host gần người sử dụng. Đây cũng chính là nơi mà các dịch vụ từ nhà cung cấp dịch vụ khác (Outsourced services) được cung cấp cho các khách hàng của mạng MAN-E. Quá trình truy nhập đến đường trục Internet được cung cấp tại một hoặc một số điểm POP cấu thành nên mạng lõi Metro. 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 Internet, 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. 2.1.4 Mô hình phân lớp mạng MAN-E Mô hình phân lớp mạng MAN-E được định nghĩa theo MEF 4 được chia làm 3 lớp bao gồm:  Lớp truyền tải dịch vụ (TRAN layer): bao gồm một hoặc nhiều dịch vụ truyền tải.  Lớp dịch vụ Ethernet (ETH layer): hỗ trợ các dịch vụ thông tin dữ liệu Ethernet lớp 2 (trong mo hình OSI).  Lớp dịch vụ ứng dụng: hỗ trợ các ứng dụng được truyền tải dựa trên dịch vụ Ethernet lớp 2. 30 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ Mô hình phân lớp mạng MAN-E dựa trên quan hệ Client/Server. Hơn nữa, mỗi lớp có thể bao gồm các thành phần thuộc mặt phẳng quản lý, giám sát dịch vụ. Mô hình phân lớp mạng MAN-E được mô tả tại hình 2.2 [6] Hình 2.2: Mô hình mạng MAN-E theo các lớp  Lớp truyền tải dịch vụ (Transport Services Layer) Lớp truyền tải dịch vụ, cung cấp các kết nối giữa các phần tử của lớp dịch vụ Ethernet. Sử dụng nhiều công nghệ khác nhau để thực hiện việc hỗ trợ kết nối: IEEE 802.1, SONET/SDH, ATM VC, OTN ODUK, PDH DS1/E1, MPLS LSP… Các công nghệ truyền tải trên, đến lượt mình lại có thể do nhiều công nghệ khác hỗ trợ, cứ tiếp tục như vậy cho đến lớp vật lý như cáp quang, cáp đồng, không dây.  Lớp dịch vụ Ethernet (Ethernet Services Layer) Lớp dịch vụ Ethernet có chức năng truyền tải các dịch vụ hướng kết nối chuyển mạch dựa trên địa chỉ MAC và các bản tin Ethernet sẽ được truyền trên hệ thống thông qua các giao diện hướng nội bộ, hướng bên ngoài được quy định rõ ràng, gắn với các điểm tham chiếu. Lớp ETH cũng phải cung cấp được các khả năng về OAM, khả năng phát triển dịch vụ trong việc quản lý các dịch vụ Ethernet hướng kết nối. Tại các 31 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ giao diện hướng bên ngoài của lớp ETH, các bản tin bao gồm: Ethernet unicast, multicast hoặc broadcast, tuân theo chuẩn IEEE 802.3 – 2002.  Lớp dịch vụ ứng dụng (Application Services Layer) Lớp dịch vụ ứng dụng hỗ trợ các dịch vụ sử dụng truyền tải trên nền mạng Ethernet của mạng MAN-E. Có nhiều dịch vụ trong đó bao gồm cả các việc sử dụng lớp ETH như một lớp TRAN cho các lớp khác như: IP, MPLS, PDH DS1/E1 … 2.1.5 Các điểm tham chiếu trong mạng MAN-E Điểm tham chiếu trong mạng MAN-E là tập các điểm tham chiếu lớp mạng được sử dụng để phân các vùng liên kết đi qua các giao diện. hình vẽ 2.3 chỉ ra các quan hệ giữa các thành phần kiến trúc bên ngoài và mạng MAN-E. Các thành phần bên ngoài bao gồm:  Từ các thuê bao đến các dịch vụ MAN-E  Từ các mạng MAN-E khác  Các mạng truyền tải dịch vụ (không phải Ethernet) khác. 32 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ Hình 2.3: Mô hình các điểm tham chiếu Các thuê bao kết nối đến mạng MAN-E thông qua điểm tham chiếu giao diện Người dùng – Mạng (UNI: Uset – Network interface). Các thành phần trong cùng mạng (NE: Internal Network Elements) hoặc I-INNIs ( Internal – NNIs). Hai mạng MAN-E độc lập có thể kết nối với nhau tại điểm tham chiếu External NNI (E-NNI). Một mạng MAN- E có thể kết nối với các mạng dịch vụ và truyển tải khác tại điểm tham chiếu liên mạng Network Interworkinh NNI (NI-NNI) hoặc điểm tham chiếu liên dịch vụ Service Interworking NNI (SI-NNI). Service Interworking NNI Network Interworking NNI Network Interworking NNI Subscriber UNI Other L1 Transport Networks (e.g., SONET, SDH, OTN) MAN-E Service Provider Z1 Other L2/L2+ Services Networks (e.g., ATM, FR, IP) External NNI Ethernet Wide Area Network (E-WAN) Service Provider Y MAN-E Service Provider Z2 MAN-E Service Provider X Metro Area Network ETHERNET (MAN-E) Service Provider X External NNI Subscriber Subscriber UNI UNI 33 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ Hình 2.4: Giao diện UNI và mô hình tham chiếu MAN-E Giao diện UNI sử dụng để kết nối các thuê bao đến nhà cung cấp dịch vụ MAN-E. UNI cũng cung cấp điểm tham chiếu giữa các thiết bị mạng MAN-E thuộc nhà cung cấp dịch vụ và các thiết bị truy nhập của khách hàng. Vì vậy UNI bắt đầu từ điểm cuối của nhà cung cấp dịch vụ và điểm đầu của khách hàng, Giao diện UNI phía nhà cung cấp dịch vụ là điểm tham chiếu UNI-N. Giao diện phí khách hàng là điểm tham chiếu UNI-C. Phân biệt giữa UNI-N và UNI-C là điểm tham chiếu T. Trong phần các thiết bị khách hàng thường được chia thành thiết bị truy nhập và thiết bị người sử dụng đầu cuối. giữa hai thiết bị này có điểm tham chiếu S.[6] 2.1.6 Các thành phần vật lý trong mạng MAN-E Các thiết bị vật lý trong mạng là các thành phần mạng (NE: Network Element) trong mạng MAN-E. Một thiết bị có thể có nhiều chức năng khác nhau và thuộc nhiều lớp khác nhau trong mô hình mạng MAN-E.  Các thiết bị biên khách hàng (CE: customes Edge) Thiết bị CE là thành phần vật lý thuộc kiến trúc mạng MAN-E thực hiện các thành phần chức năng thuộc mạng khách hàng để yêu cầu các dịch vụ từ nhà cung cấp mạng MAN-E. Các thành phần chức năng riêng lẻ của một CE có thể hoàn toàn thuộc phía khách hàng hoặc hoàn toàn thuộc phía nhà cung cấp dịch vụ. Một thiết bị CE tối thiểu phải đáp ứng được khả năng làm việc với giao diện UNI-C. Thiết bị CE có thể là Swtich(Ethernet, Router(IP/MPLS) hoặc một UNI Client End-to-End Ethernet flow Ethernet Virtual Connection T T Metro Ethernet Network (MEN) UNI Client Subscriber Site A Subscriber Site B UNI UNI UNI Network UNI Network 34 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ thiết bị đầu cuối. thông thường các thành phần chức năng của CE có thể thuộc lớp ETH layer, TRAN layer hoặc APP layer.  Thiết bị biên nhà cung cấp dịch vụ (PE: Provider Edge) Thiết bị PE là các router có chức năng cung cấp chức năng kết nối đến khách hàng hoặc kết nối đến mạng ngoài khác thuộc lớp ETH. Khi cung cấp kết nối đến khách hàng, thiết bị PE cung cấp tập các chức năng liên quan đến giao diện UNI-N.  Thiết bị lõi của nhà cung cấp dịch vụ (P: Provider Core) Thiết bị P hay còn gọi là Core Router, là các router khác của nhà cung cấp dịch vụ thuộc lớp ETH leyer, thiết bị P không tham gia vào các chức năng thuộc giao diện UNI-N/E-NNI.  Thiết bị kết cuối mạng (NT: Network Termination) Thiết bị NT thực hiện chức năng thuộc lớp TRAN layer giữa điểm cuối của nhà cung cấp dịch vụ mà điểm đầu của khách hàng. Các thiết bị NT đảm nhiệm chức năng giám sát hiệu năng đường truyền vật lý, định thời, chuyển đổi mã hóa giữa các thành phần.  Thiết bị biên truyền tải (TE: Transport Edge) Thiết bị TE cho phép ghép kênh các luồng dữ liệu của nhiều khách hàng vào cùng một đường truyền vật lý. 2.1.7 Lợi ích dùng dịch vụ Ethernet Nhiều nhà cung cấp dịch vụ đã cung cấp dịch vụ Metro Ethernet. Một số nhà cung cấp đã mở rộng dịch vụ Ethernet vuợt xa phạm vi mạng nội thị (MAN-E) và vươn đến phạm vi mạng diện rộng (WAN). Hàng triệu thuê bao đã được sử dụng dịch vụ Ethernet và số lượng thuê bao đang tăng lên một cách nhanh chóng. Những thuê bao này bị thu hút bởi những lợi ích của dịch vụ Ethernet đem lại, bao gồm:  Tính dễ sử dụng.  Hiệu quả về chi phí (cost effectiveness).  Linh hoạt. 35 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ Tính dễ sử dụng Dịch vụ Ethernet dựa trên một giao diện Ethernet (Ethernet interface) chuẩn, phổ biến dùng rộng rãi trong các hệ thống mạng cục bộ (LAN). Hầu như tất cả các thiết bị và máy chủ trong LAN đều kết nối dùng Ethernet, vì vậy việc sử dụng Ethernet để kết nối với nhau sẽ đơn giản hóa quá trình hoạt động và các chức năng quản trị, quản lí và cung cấp (OAM &P). Hiệu quả về chi phí Dịch vụ Ethernet làm giảm chi phí đầu tư (CAPEX-capital expense) và chi phí vận hành (OPEX-operation expense): – Một là, do sự phổ biến của Ethernet trong hầu hết tất cả các sản phẩm mạng nên giao diện Ethernet có chi phí không đắt. – Hai là, ít tốn kém hơn những dịch vụ cạnh tranh khác do giá thành thiết bị thấp, chi phí quản trị và vận hành thấp hơn. – Ba là, nhiều nhà cung cấp dịch vụ Ethernet cho phép những thuê bao tăng thêm băng thông một cách khá mềm dẻo.. Điều này cho phép thuê bao thêm băng thông khi cần thiết và họ chỉ trả cho những gì họ cần. Tính linh hoạt Dịch vụ Ethernet cho phép những thuê bao thiết lập mạng của họ theo những cách hoặc là phức tạp hơn hoặc là không thể thực hiện với các dịch vụ truyền thống khác. Ví dụ: một công ty thuê một giao tiếp Ethernet đơn có thể kết nối nhiều mạng ở vị trí khác nhau để thành lập một Intranet VPN của họ, kết nối những đối tác kinh doanh thành Extranet VPN hoặc kết nối Internet tốc độ cao đến ISP. Với dịch vụ Ethenet, các thuê bao cũng có thể thêm vào hoặc thay đổi băng thông trong vài phút thay vì trong vài ngày ngày hoặc thậm chí vài tuần khi sử dụng những dịch vụ mạng truy nhập khác (Frame relay, ATM,…). Ngoài ra, những thay đổi này không đòi hỏi thuê bao phải mua thiết bị mới hay ISP cử cán bộ kỹ thuật đến kiểm tra, hỗ trợ tại chỗ. 36 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ 2.2 CÁC DỊCH VỤ CUNG CẤP QUA MẠNG MAN-E 2.2.1 Mô hình dịch vụ Ethernet Để xác định các loại hình dịch vụ cung cấp qua môi trường Ethernet, trước hết cần xem xét mô hình tổng quát. Mô hình dịch vụ Ethernet là mô hình chung cho các dịch vụ Ethernet, được xây dựng trên dựa trên cơ sở sử dụng các thiết bị khách hàng để truy cập các dịch vụ. Trong mô hình này sẽ định nghĩa các thành phần cơ bản cấu thành dịch vụ cũng như một số đặc tính cơ bản cho mỗi loại hình dịch vụ. Nhìn chung các dịch vụ Ethernet đều có chung một số đặc điểm, tuy nhiên vẫn có một số đặc tính đặc trưng khác nhau cho từng dịch vụ riêng. Mô hình cơ bản cho các dịch vụ Ethernet Metro như chỉ ra trên hình sau. Hình 2.5: Mô hình cung cấp các dịch vụ Ethernet qua mạng MAN-E Các dịch vụ Ethernet được cung cấp bởi nhà cung cấp mạng Ethernet Metro. Thiết bị khách hàng nối đến mạng tại giao diện người dùng - mạng (UNI) sử dụng một giao diện Ethernet chuẩn 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps hoặc 10Gbps. Trong mô hình này chủ yếu đề cập đến các kết nối mạng mà trong đó thuê bao được xem là một phía của kết nối khi trình bày về các ứng dụng thuê bao. Tuy nhiên cũng có thể có nhiều thuê bao (UNI) kết nối đến mạng MEN từ cùng một vị trí. Trên cơ sở các dịch vụ chung được xác định trong mô hình, nhà cung cấp dịch vụ có thể triển khai các dịch vụ cụ thể tuỳ theo nhu cầu khách hàng. Những dịch vụ này có thể được truyền qua các môi trường và các giao thức khác nhau trong mạng Man-E như SONET, DWDM, MPLS, GFP, .... Tuy nhiên, xét từ góc độ khách hàng thì các kết nối mạng xuất phát từ phía khách hàng của giao diện UNI là các kết nối Ethernet. 37 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ 2.2.2 Kênh kết nối ảo Ethernet (EVC: Ethernet Virtual Connection) Một thành phần cơ bản của mạng MAN-E là kênh kết nối ảo Ethernet. Một EVC là một kênh kết nối giữa hai hoặc nhiều giao diện UNI. Các giao diện UNI này được gọi là các giao diện UNI thuộc kênh EVC. Một giao diện UNI có thể có thể thuộc một hay nhiều kênh EVC tùy thuộc vào sự ghép kênh trên dịch vụ. Mỗi khung dịch vụ đi vào mạng MAN-E phải đến 1 EVC nào đó, giao diện UNI mà khung dịch vụ đi đến để vào MAN-E gọi là UNI đầu vào. Khung dịch vụ đi vào khung EVC sẽ được truyền đến một giao diện UNI khác thuộc kênh EVC đó và không thể truyền đến giao diện UNI không thuộc kênh EVC. Mỗi kênh EVC luôn cho phép truyền theo hai hướng. Có hai loại kênh ECV là EVC điểm – điểm và EVC đa điểm.[8]  Kênh EVC điểm – điểm: là kênh EVC kết nối hai giao diện UNI với nhau. Khung dịch vụ đi vào giao điện UNI này chỉ có thể đi ra giao diện UNI kia và ngược lại. Hình 2.6: EVC điểm – điểm  Kênh EVC đa điểm: là kênh EVC kết nối từ hai giao diện UNI trở lên với nhau. Kênh EVC đa điểm có hai giao điện UNI khác với kênh điểm–điểm ở chỗ có thể thêm vào một hoặc nhiều giao diện UNI khác. Có hai loại kênh EVC đa điểm là kênh EVC đa điểm – đa điểm và kênh EVC dạng cây.  EVC đa điểm – đa điểm, các giao diện UNI kết nối bình đẳng với nhau. Mỗi khung dịch vụ có thể có thể được truyền trực tiếp từ UNI này đến bất kỳ một UNI nào khác cùng thuộc vào kênh EVC. 38 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ  Hình 2.7: EVC điểm – đa điểm  EVC dạng cây, có một số giao diện UNI được xem là gốc và các giao diện UNI còn lại là lá. Gói tin từ giao diện UNI gốc và có thể truyền trực tiếp đến tất cả các giao diện UNI khác cùng thuộc kênh EVC. Với các giao diện UNI lá, nếu muốn truyền đến một giao diện UNI khác phải truyền qua giao diện gốc.[8] Hình 2.8: EVC dạng cây 2.2.3 Các loại dịch vụ trong MAN-E Nguyên thủy của Ethernet là để cung cấp kết nối và không cung cấp các dịch vụ WAN. Với hệ thống Metro các nhà cung cấp dịch vụ bắt đầu sử dụng công nghệ kết nối Ethernet để cung cấp các dịch vụ. Dựa vào giao thức Ethernet 802.3 của IEEE, cộng thêm các tham số về dịch vụ tạo nên các dịch vụ Ethernet. 39 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ MAN-E có các dịch vụ cơ bản là: dịch vụ Ethernet Line (E-Line), Ethernet LAN (E-LAN) và Ethernet Tree (E-Tree). Dựa vào các dịch vụ cơ bản này, các nhà cung cấp dịch vụ có thể đưa ra nhiều loại hình dịch vụ khách nhau cho khách hàng. 2.2.3.1 Khuôn khổ định nghĩa dịch vụ Ethernet (Ethernet Definition Framework) Để giúp những thuê bao có thể hiểu rõ hơn sự khác nhau trong các Dịch vụ Ethernet, MEF đã phát triển các Khuôn khổ Định nghĩa dịch vụ Ethernet. Mục tiêu của hệ thống này là: - Định nghĩa và đặt tên cho các kiểu dịch vụ Ethernet. - Định nghĩa những thuộc tính (attribute) và các thông số của thuộc tính (attribut parameters) được dùng để định nghĩa một dịch vụ Ethernet riêng biệt. Hình 2.9: Khuôn khổ định nghĩa dịch vụ Ethernet Để định rõ một cách hoàn toàn về dịch vụ Ethernet, nhà cung cấp phải xác định kiểu dịch vụ và UNI; các thuộc tính của dịch vụ EVC đã kết hợp với kiểu dịch vụ đó. Các thuộc tính này có thể được tập hợp lại theo những dạng sau:[7] - Giao diện vật lý (Ethernet Physical Interface). - Thông số lưu lượng (Traffic Parameters) - Thông số về hiệu năng (PerforMAN-Ece Parameters). - Lớp dịch vụ (Class of Service). - Service Frame Delivery - Hỗ trợ các thẻ VLAN (VLAN Tag Support) - Ghép dịch vụ (Service Multiplexing). 40 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ - Gộp nhóm (Bundling). - Lọc bảo mật (Sercurity Filters). 2.2.3.2 Dịch vụ E-Line Dịch vụ kênh Ethernet cung cấp kết nối ảo Ethernet điểm - điểm (EVC) giữa hai UNI như minh hoạ trên hình 2.10. Dịch vụ E -Line được sử dụng cho kết nối điểm - điểm. Hình 2.10: Dịch vụ E-Line Dịch vụ E - Line có thể cung cấp băng thông đối xứng cho truyền số liệu theo hai hướng. Ở dạng phức tạp hơn nó có thể tạo ra tốc độ thông tin tốt nhất (CIR) và kích thước khối tốt nhất (CBS), tốc độ thông tin đỉnh và kích thước khối đỉnh trễ, jitter, độ mất mát thực hiện giữa hai UNI có tốc độ khác nhau. Tại mỗi UNI có thể thực hiện ghép dịch vụ từ một số EVC khác nhau. Một số EVC điểm - điểm có thể được cung cấp trên cùng một cổng vật lý tại một trong các giao diện UNI trên mạng. Một dịch vụ E-Line có thể cung cấp các EVC điểm - điểm giữa các UNI tương tự để sử dụng các chuyển tiếp khung PVC để kết nối các bên với nhau. Một dịch vụ E - Line có thể cung cấp một kết nối điểm - điểm giữa các UNI tương tự nhau đến một dịch vụ đường riêng TDM. Đây là dịch vụ kết nối giữa hai UNI và tạo ra CE CE MAN-E UNI UNI E-Line Service type Point-to-Point EVC 41 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ các khung dịch vụ hoàn toàn trong suốt giữa các UNI, tiêu đề và tải của khung đặc trưng cho UNI nguồn và đích. Nhìn chung dịch vụ E - Line có thể được sử dụng để xây dựng các dịch vụ tương tự cho chuyển tiếp khung hoặc các đường thuê riêng. Tuy nhiên, dải băng tần và các khả năng kết nối của nó lớn hơn nhiều. 2.2.3.3 Dịch vụ E-LAN Dịch vụ LAN Ethernet cung cấp các kết nối đa điểm, chẳng hạn có thể kết nối một số UNI với nhau như chỉ ra ở hình sau. Hình 2.11: Dịch vụ E-LAN Số liệu thuê bao gửi từ một UNI có thể được nhận tại một hoặc nhiều UNI khác. Mỗi UNI được kết nối đến một EVC đa điểm. Khi có các UNI thêm vào, chúng được kết nối đến cùng EVC đa điểm do đó đơn giản hoá quá trình cung cấp và kích hoạt dịch vụ. Dịch vụ E - LAN theo cấu hình điểm - điểm. Dịch vụ E - LAN có thể được sử dụng để kết nối chỉ hai UNI, điều này dường như tương tự với dịch vụ E - Line nhưng ở đây có một số khác biệt đáng kể. Với dịch vụ E - Line, khi một UNI được thêm vào, một EVC cũng phải được bổ sung để kết nối UNI mới đến một trong các UNI đã tồn tại. Hình 2.12 minh hoạ khi một UNI được thêm vào và sẽ có một EVC mới được bổ sung để tất cả các UNI có thể kết nối được với nhau khi dùng dịch vu E - Line. 42 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ Hình 2.12 . Quá trình thực hiện khi thêm một UNI vào mạng MAN-E Với dịch vụ E - LAN, khi UNI mới cần thêm vào EVC đa điểm thì không cần bổ sung EVC mới vì dịch vụ E - LAN sử dụng EVC đa điểm - đa điểm. Dịch vụ này cũng cho phép UNI mới trao đổi thông tin với tất cả các UNI khác trên mạng. Trong khi với dịch vụ E – Line thì cần có các EVC đến tất cả các UNI. Do đó, dịch vụ E - LAN chỉ yêu cầu một EVC để thực hiện kết nối nhiều bên với nhau. Tóm lại, dịch vụ E - LAN có thể kết nối một số lượng lớn các UNI và sẽ ít phức tạp hơn khi dùng theo dạng lưới hoặc hub và các kết nối sử dụng các kỹ thuật kết nối điểm - điểm như Frame Relay hoặc ATM. Hơn nữa, dịch vụ E-LAN có thể được sử dụng để tạo một loạt dịch vụ như mạng LAN riêng và các dịch vụ LAN riêng ảo, trên cơ sở này có thể triển khai các dịch vụ khách hàng. 2.2.3.4 Dịch vụ E-Tree E-Tree là những dịch vụ Ethernet cung cấp kết nối dạng cây. Các kết nối này dựa và kênh EVC dạng cây. Mỗi cây đều có một hoặc nhiều gốc. Trường hợp đơn giản nhất là có một gốc. Dịch vụ E-Tree có một gốc được mô tả trong hình vẽ 2.13. Hình 2.13: Dịch vụ E-Tree EVC kÕt nèi ®iÓm ®Õn ®iÓm Khu vùc thªm míi 43 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ Với kiểu dịch vụ E-Tree một giao diện UNI lá chỉ truyền dữ liệu thông quá giao diện UNI gốc mà không truyền trực tiếp đến các giao diện UNI lá khác được. Giao diện UNI gốc có thể truyền trực tiếp đến tất cả các lá. Dịch vụ E-Tree thường được ứng dụng cho các khách hàng doanh nghiệp có nhu cầu kết nối điểm – đa điểm giữa trung tâm và các chi nhánh. Các chi nhánh chỉ có kết nối về trung tâm, không kết nối trực tiếp giữa các chi nhánh. Với kiểu dịch vụ E-Tree nhiều gốc, có nhiều giao diện UNI được chọn là UNI gốc. Các UNI gốc này có thể truyền dữ liệu sang nhau và sang các UNI lá. Hình 2.14: Dịch vụ E-Tree nhiều gốc Trong nhiều trường hợp các giao diện UNI gốc được cấu hình dự phòng. Khi giao diện UNI này bị lỗi thì việc chuyển tiếp dữ liệu sẽ do UNI dự phòng đảm nhiệm. Với dịch vụ E-Tree có thể phân thành hai loại dịch vụ là Ethernet Private Tree (EP-Tree) và Ethernet Virtual Private Tree (EVP-Tree). Dịch vụ EP-Tree dựa trên giao diện vật lý do đó khách hàng có thể quản lý các VLAN của mình mà không cần thông báo hay can thiệp của nhà cung cấp dịch vụ. EP-Tree thường ứng dụng cho các khách hàng cần quản lý tập trung hoặc phân phối thông tin tại một hoặc nhiều điểm khác nhau. Tại địa điểm phân phối giao diện UNI được chọn sẽ là UNI gốc tại các điểm tiếp nhận UNI sẽ là UNI lá. Dịch vụ EVP-Tree dựa trên VLAN, trường hợp này thường sử dụng cho các khách hàng cần đưa ra nhiều chính sách truy cập khác nhau cho người sử dụng của mình.[7] 44 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ 2.2.4 Các thuộc tính dịch vụ Ethernet Với mỗi loại dịch vu Ethernet có yêu cầu về tham số và các đặc tính riêng. MEF đưa ra các thuộc tính và tham số cho các dịch vụ đó như sau:[3] 2.2.4.1 Thuộc tính ghép kênh dịch vụ Ghép dịch vụ cho phép nhiều UNI thuộc về các EVC khác nhau. UNI như vậy gọi là UNI được ghép dịch vụ (service multiplexed UNI). Khi UNI chỉ thuộc một EVC thì UNI này gọi là UNI không ghép dịch vụ (non - multiplexed UNI). Hình 2.15: Ghép kênh dịch vụ Lợi ích của ghép kênh dịch vụ cho phép chỉ cần một cổng giao diện UNI có thể hỗ trợ nhiều kết nối EVC. Điều này làm giảm chi phí thêm cổng UNI và dễ dàng trong việc quản trị. VLAN được cấu hình tại cổng thiết bị khách hàng CE kết nối với UNI được gọi là CE-VLAN. Như vậy, tại mỗi UNI có một ánh xạ (mapping) giữa CE-VLAN và EVC. Điều này gần giống như ánh xạ giữa DLCI và PVC trong Frame Relay. Tính trong suốt VLAN (VLAN transparency): Một EVC có tính trong suốt VLAN khi CE-VLAN không thay đổi khi khi qua giao diện UNI. Nghĩa là, CE-VLAN của khung đi ra (egress frame) hướng từ MAN-E ra mạng của khách hàng luôn giống CE-VLAN của khung đi vào (ingress frame). Tính năng này có ưu điểm làm giảm việc đánh số lại (renumbering) VLAN của khách hàng. 45 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ 2.2.4.2 Thuộc tính giao diện vật lý Ethernet Bao gồm các tham số sau:  Đường truyền vật lý: Các đường truyền vật lý theo chuẩn IEEE 802.3. Ví dụ: 10BASE-T, 100BASE-T, 1000BASE-X.  Tốc độ truyền: Tốc độ Ethernet. Ví dụ: 10Mbps, 100bps, 1Gbps, 10Dbps.  Chế độ truyền: Full Duplex/ Halp Dulplex, AutoNegotiotion.  Lớp MAC: Các tiêu chuẩn về lớp MAC theo tiêu chuẩn 802.3 – 2000. 2.2.4.3 Các thuộc tính về lưu lượng MEF định nghĩa tập hợp các thuộc tính về băng thông (Bandwidth Profile) cho UNI và cho EVC. Một Bandwidth Profile là một giới hạn về tốc độ khi frame truyền qua UNI hay EVC. Đối với cac kết nối điểm – điểm việc tính toán băng thông trên đường truyền có thể đơn giản, nhưng với các kết nối đa điểm – đa điểm, đặc biệt là có ghép kênh ECV trên cùng một giao diện vật lý, việc tính toán băng thông rất phức tạp. Với trường hợp đó cần kết hợp tính toán với đo đạc thực tiễn. Đặc tính băng thông bao gồm các loại sau:  Băng thông vào và ra tại mỗi UNI (Tốc độ cổng vật lý)  Băng thông vào và ra tại mỗi EVC (Tốc độ áp theo VLAN)  Băng thông vào và ra cho mỗi lớp dịch vụ ( Tùy vào loại dữ liệu Voice, Video, Data,... sẽ có băng thông theo mức độ ưu tiên khác nhau)  Băng thông vào UNI từ EVC  Băng thông ra EVC từ UNI Đặc tính băng thông gồm các tham số về lưu lượng sau:  CIR (Committed Infomation Rate – Tốc độ truyền thông cam kết): là tốc độ tối thiểu truyền tải dịch vụ ở điều kiện bình thường. Một dịch vụ có thể hỗ trợ một CIR cho một VLAN trên một UNI. Tuy nhiên khi ghép dịch vụ thì tổng CIR không thể vượt quá tốc độ của cổng vật lý. Bên cạnh CIR MEF còn định nghĩa thêm tham số CBS (Commited Burst Size) là kích thước lưu lượng tối đa cho phép đối với mỗi thuê bao, thường tính bằng KB hoặc MB. Ví dụ: thuê bao được cấp CIR là 46 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ 3Mbps và CBS là 500KB thì thuê bao sẽ được đảm bảo băng thông tối thiểu là 3Mbps và kích thước khung dữ liêụ tối đa là 500KB, nếu khung có kích thước lớn hơn 500KB thì khung sẽ bị hủy hoặc bị trễ.  PIR (Peak Infomation Rate): Là tốc độ cao hơn mức CIR cho phép lưu lượng truyền trên mạng khi không có tắc nghẽn xảy ra. Cùng với PIR là tham số MBS (Maximum Burst Size) là kích thước khung tối đa cho phép truyền mà không bị hủy. MBS cũng được tính bằng KB hoặc MB như CBS. Ví dụ: một dịch vụ được cấp băng thông là 3Mbps CIR, 500KB CBS, 10Mbps và 1MB MBS.  Nếu băng thông của thuê bao <= 3Mbps thì chắc chắn dữ liệu sẽ được truyền đi đảm bảo. Lưu lượng truyền phải có kích thước bé hơn 500KB (CBS), nếu lớn hơn có thể bị hủy bỏ hoặc bị trễ.  Nếu băng thông của thuê bao >= 3Mbps và <= 10Mbps thì dữ liệu chỉ được truyền đảm bảo trên mạng nếu không có tắc nghẽn xảy ra và kích thước khung nhỏ hơn 1MB (MBS)  Trường hợp lưu lượng >= 10Mbps thì sẽ bị hủy. 2.2.4.4 Các thuộc tính về hiệu năng Các thuộc tính hiệu năng biểu thị sự mong đợi chất lượng từ phía khách hàng. Các tham số bao gồm: độ khả dụng (Avaiability), độ trễ khung (Delay), độ trôi khung (Jitter) và tỉ lệ mất khung (Loss).  Độ khả dụng (Avaiability): Độ khả dụng của dịch vụ được diễn tả thông qua một số thuộc tính dịch vụ sau:  Thời gian kích hoạt dịch vụ của UNI: là thời gian tính từ lúc bắt đầu có yêu cầu một dịch vụ mới hoặc sửa đổi dịch vụ cho tới lúc dịch vụ được kích hoạt và đưa vào sử dụng. Thời gian kích hoạt trung bình của dịch vụ Ethernet chỉ cò vài giờ đồng hồ, ngắn hơn nhiều so với vài tháng – khoảng thời gian cần thiết để kích hoạt dịch vụ mới đối với các mô hình truyền thông truyền thống. 47 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ  Thời gian khôi phục dịch vụ của UNI: là thời gian tính từ lúc UNI không hoạt động – có thể do sự cố xảy ra tới lúc nó được phục hồi và trở lại hoạt động bình thường.  Thời gian kích hoạt dịch vụ EVC: là thời gian tính từ lúc bắt đầu có yêu cầu một dịch vụ mới hoặc sửa đổi dịch vụ cho tới lúc dịch vụ được kích hoạt và đưa vào sử dụng. Hay cụ thể hơn, khoảng thời gian này được tính từ lúc có yêu cầu một dịch vụ mới hoặc sửa đổi dịch vụ cho tới khi tất cả các UNI trên EVC đều được kích hoạt. Với một EVC đa điểm, dịch vụ được coi là sẵn sàng được truyền khi tất cả các UNI thuộc về EVC đó đều được kích hoạt và hoạt động. Tất cả các dịch vụ Ethernet đều được cung cấp cho khách hàng thông qua các EVC.  Thời gian khôi phục dịch vụ của EVC: là thời gian tính từ lúc mà EVC không hoạt động – có thể do sự cố sảy ra, tới lúc được phục hồi và trở lại hoạt động bình thường.  Độ trễ khung (Delay): là tham số ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ (QoS) đối với các ứng dụng thời gian thực. Tham số độ trễ thường được áp dụng cho môt hướng truyền đi, độ trễ giữa hai điểm là khoảng thời gian khung xuất phát từ một giao diện UNI đi qua mạng MAN-E và đến giao diện UNI bên kia. Độ trễ bị ảnh hưởng bởi tốc độ đường truyền và độ dài khung Ethernet. Ví dụ: một khung Ethernet có độ dài 1518 byte đi qua đường truyền 10Mbps thì nó trễ 12ms (1518 x 6/106). Ngoài ra độ trễ còn bị ảnh hưởng bởi tốc độ truyền trên mạng trục và cấp độ tắc nghẽn. Tham số độ trễ thường được đánh giá bằng độ trễ của 95% số khung được truyền đi thành công trong một khoảng thời gian. Ví dụ: độ trễ là 15ms trong 24 giờ có nghĩa là 95% số khung đã được truyền đi một chiều trong thời gian 24 giờ có độ trễ nhỏ hơn hoặc bằng 15ms.  Độ trôi khung (Jiiter): Cũng là một tham số ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ. Độ trôi khung còn được gọi là biến thiên độ trễ. Độ trôi khung gây hại cho các ứng dụng thời gian thực như thoại, Video IP. 48 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ  Tỷ lệ mất khung (Loss): tỷ lệ mất khung được định nghĩa là tỷ lệ phần trăm số khung dịch vụ tuân thủ tốc độ thông tin thỏa thuận song không được truyền đi giữa các UNI trong một khoảng thời gian cho trước. Ví dụ: một kênh EVC điểm – điểm có 100 khung được truyền đi nhưng bên nhận chỉ nhận được 90 khung thì tỷ lệ mất khung là 10%. Tùy vào từng ứng dụng mà tỉ lệ mất khung có ảnh hưởng lớn hay không. Ví dụ: các dịch vụ ứng dụng web hai email thường ít bị ảnh hưởng bởi tỉ lệ mất khung so với các ứng dụng VoIP. 2.2.4.5 Thuộc tính lớp dịch vụ (Class of Service Indentifier Service Attribute) Các thuộc tính lớp dịch vụ (CoS) có thể được định nghĩa cho các khách hàng dựa trên các thuộc tính như sau:  Cổng vật lý: Đây là hình thức đơn giản nhất để áp dụng QoS cho khách hàng. Dựa vào cổng vật lý tại giao diện UNI, tất cả các lưu lượng vào và ra cổng này đều có chung một CoS.  Địa chỉ MAC nguồn/đích: Việc phân loại này sử dụng để cung cấp các loại dịch vụ khác nhau dựa và cả địa chỉ MAC nguồn và đích. Mô hình này tuy đơn giản nhưng khó quản lý theo từng dịch vụ. Trong trường hợp thiết bị phía khách hàng (CPE) là Switch lớp 2 và dịch vụ cung cấp là dịch vụ LAN kết nối đến LAN thì có rất nhiều hàng trăm thậm chí hàng nghìn địa chỉ MAC cần được giám sát và quản lý. Trường hợp thiết bị phía khách hàng là Router thì chỉ cần giám sát địa chỉ MAC của router kết nối, với trường hợp này khả năng quản lý sẽ đơn giản và dễ dàng hơn.  VLAN ID: VLAN ID sẽ được gán cho CoS trong trường hợp khách hàng sử dụng các dịch vụ khác nhau với các VLAN khác nhau.  Giá trị trường 801.1p: cho phép gán đến 8 cấp độ ưu tiên khác nhau cho các lưu lượng của khách hàng. Thực tế các nhà cung cấp dịch vụ không thích dùng trên 3 cấp độ vì khó quản lý.  Type of Service (ToS): trường loại dịch vụ bao gồm 3 bit nằm trong gói tin IP cho phép chia làm 8 lớp dịch vụ khác nhau. Trường ToS này cũng tương tự như trường 49 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ 802.1p, nhưng ToS nằm ở tiêu đề gói tin IP còn 802.1p nằm ở tiêu đề của khung Ethernet. 2.2.4.6 Thuộc tính truyền khung dịch vụ (Service Frame Delivery Attribute) Mạng Metro giống như một mạng LAN chuyển mạch, vì vậy cần biết loại khung nào được truyền đi và loại khung nào không được truyền đi trên mạng. Thông thường các khung truyền trên mạng chứa dữ liệu thông tin điều khiển. Để đảm bảo mạng khách hàng có đầy đủ các tính năng cần thiết, khách hàng và nhà cung cấp cần thỏa thuận loại khung nào được truyền và loại khung nào không được truyền. Các thuộc tính dịch vụ EVC có thể định nghĩa cho loại khung nào bi hủy bỏ, loại khung nào truyền đi và loại khung nào chỉ được truyền đi với các cặp giao diện UNI cụ thể. Các khả năng khác nhau của khung dữ liệu Ethernet như sau:  Unicast Frame: là các khung có địa chỉ MAC đích đến cụ thể. Nếu địa chỉ đích được nhận biết, khung sẽ được truyền đến đích, nếu không nhận biết được hệ thống sẽ truyền đến tất cả các địa chỉ trong cùng VLAN.  Multicast Frame: là các khung được truyền đến một nhóm địa chỉ MAC đích. Các khung này có bit Mang trong số thấp nhất (LSB: least significant bit) của địa chỉ đích được gán bằng 1 (trừ trường hợp gói tin quảng bá có tất cả các bit đều bằng 1)  Broadcast Frame: là khung truyền đến tất cả các địa chỉ khác trong mạng theo chuẩn 802.3, khung broadcast có giá trị địa chỉ MAC đích là FF-FF-FF-FF-FF-FF- FF. 2.2.4.7 Thuộc tính hỗ trợ VLAN Tag (VLAN Tag Support Attribute) VLAN tag hỗ trợ cung cấp tập hợp các khả năng quan trọng cho việc truyền các khung dịch vụ. Các mạng LAN doanh nghiệp thuộc một môi trường khách hàng đơn lẻ tức là tất cả người sử dụng đầu cuối thuộc về một tổ chức. VLAN tag trong một tổ chức các nhóm khác nhau trong cùng một Broadcast domain logic. Metro Ethernet tạo ra môi trường gồm nhiều doanh nghiệp cùng dùng chung một cơ sở hạ tầng mạng và mỗi doanh nghiệp có một môi trường riêng. Việc hỗ trợ nhiều cấp VLAN để gán VLAN tag rất quan 50 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ trọng. Mỗi khách hàng có thể có nhiều VLAN khác nhau và có thể trùng với các khách hàng khác, vì vậy để phân biệt các khách hàng với nhau, nhà cung cấp dịch vụ tạo ra một cấp VLAN khác để phân biệt các khách hàng. Có hai dạng VLAN tag là VLAN tag Preservation/Stacking và VLAN tag Translation/Swapping. VLAN tag Preservation/Stacking Mục đích của Metro Ethernet là để kết nối các Site của khách hàng lại với nhau. Trong thực tế, mỗi khách hàng có một tập các VLAN và có thể trùng lặp VLAN ID với VLAN ID của khách hàng khác. Để phân biệt các VLAN của các khách hàng với nhau, Provider gán cho mỗi khách hàng một VLAN ID riêng gọi là Carrier VLAN hay S-VLAN và giá trị này được sử dụng để truyền trong mạng. Như vậy trong header của frame sẽ chứa giá trị S-VLAN và S-VLAN. Hình 2.16: VLAN tag Preservation/Stacking Việc đặt S-VLAN phía trước C-VLAN để phân biệt lưu lượng của các khách hàng như vậy được gọi là 802.1q in 802.1q hay còn gọi là ngăn xếp Q-in-Q. Trong Q-in-Q, S- VLAN dùng để gán cho khách hàng còn C-VLAN chỉ gán cho nội bộ của khách hàng và được ẩn đi khi truyền qua mạng MAN-E. 51 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ VLAN tag Translation/Swapping Thông thường VLAN tag tại đầu vào và đầu ra của một kết nối là giống nhau. Trong trường hợp có hai khách hàng muốn kết nối các mạng LAN của họ với nhau nhưng giá trị C-VLAN của mỗi bên lại không tương ứng với nhau, nhà cung cấp dịch vụ cho phép loại bỏ C-VLAN ở một phía của EVC và chuyển dịch thành giá trị C-VLAN ở phía kia của EVC. Nếu không có dịch vụ này thì chỉ có một cách duy nhất để làm là thực hiện IP routing. Một ví dụ khác là nhiều khách hàng cùng yêu cầu cung cấp kết nối Internet đến ISP qua mạng Metro. Trong trường hợp này, trong cùng frame của khách hàng không có C-VLAN nhà cung cấp dịch vụ gán cho khách hàng vào EVC tương ứng với S-VLAN. VLAN tag chỉ có S-VLAN sẽ được gỡ bỏ trước khi đến router của ISP. Ví dụ các khách hàng gửi gói tin không gán VLAN tag đến giao diện UNI. Khách hàng 1 được gán S- VLAN 10, khách hàng 2 được gán S-VLAN 20, khách hàng 3 có S-VLAN 30 để phân biệt lưu lượng của từng khách hàng. Khi đến router phí nhà cung dịch vụ nó sẽ được loại bỏ và cùng kết nối vào Internet. Hình 2.17: VLAN tag Translation/Swapping 2.2.4.8 Thuộc tính về gộp nhóm (Bundling Attribute) Trong cấu trúc frame của 802.1Q thì có một trường 12 bit là VLAN tag. Nhu vậy có tối đa là 4096 VLAN cho một miền lớp 2 (layer 2 domain). Với tính năng gộp nhóm, có nhiều hơn một CE-VLAN được ánh xạ vào một EVC tại UNI. Khi tất cả VLAN đều 52 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ được ánh xạ vào một EVC thì EVC đó có thuộc tính gộp nhóm tất cả trong một (All-to- one Bundling). 2.2.4.9 Thuộc tính bảo mật (Security Fillters Attribute) Mạng Metro Ethernet cung cấp mạng riêng ảo lớp 2 (layer 2 VPN) nên những vấn đề an ninh tồn tại tại lớp 2 này như: Từ chối dịch vụ (DoS: Denial of Service), tràn ngập MAC (MAC flooding), giả mạo địa chỉ MAC (MAC spoofing) cần đặc biệt quan tâm. Do đó Ethernet Service sử dụng access list với địa chỉ MAC để bảo mật cho các EVC. Những địa chỉ MAC thỏa mãn Access List có thể được cho phép hoặc không cho phép EVC đó. 2.3 CÁC YÊU CẦU VỀ HIỆU NĂNG CHO MẠNG MAN-E 2.3.1 Độ khả dụng Độ khả dụng của dịch vụ được diễn tả thông qua một số thuộc tính dịch vụ sau: Thời gian kích hoạt dịch vụ tại giao diện người dùng mạng (UNI): Là thời gian tính từ lúc bắt đầu có yêu cầu một dịch vụ mới hoặc sửa đổi dịch vụ cho tới lúc dịch vụ được kích hoạt và đưa vào sử dụng. Thời gian kích hoạt dịch vụ trung bình của các dịch vụ Ethernet chỉ còn vài giờ, ngắn hơn rất nhiều so với vài tháng - khoảng thời gian cần thiết để kích hoạt dịch vụ mới đối với các mô hình truyền thông truyền thống. Thời gian trung bình để phục hồi UNI: Là thời gian trôi qua tính từ lúc mà UNI không hoạt động – có thể do sự cố xảy ra, tới lúc nó được phục hồi và trở lại hoạt động bình thường. Thời gian kích hoạt dịch vụ trên kết nối Ethernet ảo (EVC): Là thời gian tính từ lúc bắt đầu có yêu cầu một dịch vụ mới hoặc sửa đổi dịch vụ cho tới lúc dịch vụ được kích hoạt và đưa vào sử dụng. Hay cụ thể hơn, khoảng thời gian này được tính từ lúc bắt đầu có yêu cầu một dịch vụ mới hoặc sửa đổi dịch vụ cho tới khi tất cả các UNI trên EVC đều được kích hoạt. Với một EVC đa điểm, dịch vụ được coi là sẵn sàng được truyền khi mà tất cả các UNI thuộc về EVC đó được kích hoạt và hoạt động [1]. Tất cả các dịch vụ Ethernet đều được cung cấp cho khách hàng thông qua các kết nối Ethernet ảo (EVC). Một EVC được định nghĩa là một liên kết giữa hai hay nhiều UNI, trong đó UNI là một 53 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ giao diện chuẩn và là điểm ranh giới giữa thiết bị của người dùng và mạng MEN của nhà cung cấp dịch vụ . Thời gian trung bình để phục hồi EVC: Là thời gian trôi qua tính từ lúc mà EVC không hoạt động – có thể do sự cố xảy ra, tới lúc nó được phục hồi và trở lại hoạt động bình thường. 2.3.2 Độ trễ khung Là thời gian kể từ thời điểm bit đầu tiên của khung dịch vụ đi vào UNI đầu vào, cho tới lúc bit cuối cùng của khung được nhận xong tại UNI đầu ra [4]. Đây là một tham số quyết định và có tác động quan trọng đối với chất lượng dịch vụ đặc biệt đối với các ứng dụng thời gian thực như thoại, video. Thời gian trễ khung được phân thành ba phần A, B, C như được mô tả trên hình 2.18 Độ trễ A và B phụ thuộc vào tốc độ luồng dữ liệu tại UNI, và kích cỡ khung dịch vụ Ethernet. Ví dụ, nếu như tốc độ dữ liệu qui định tại UNI bằng 10 Mbit/s và kích cỡ khung là 1518 bytes thì cả A và B đều bằng 1.214 ms tại cả hai đầu thiết bị khách hàng CE. C là lượng trễ truyền tải dữ liệu qua mạng Metro Ethernet. Nó được nhà cung cấp mạng mô tả theo kiểu thống kê đều đặn sau từng khoảng thời gian. Xem xét cho trường hợp truyền khung giữa hai UNI với tốc độ 10Mbit/s, trong khoảng thời gian 5 phút có 1000 khung được truyền và độ trễ lớn nhất trường hợp này là 15ms, hay nói cách khác C = 15ms. Độ trễ khung bằng tổng của A, B và C. Theo giả thuyết ở trên, với tốc độ tại hai UNI là 10Mbit/s, thì A = B = 1.214ms. Như vậy độ trễ khung tổng cộng là 17. 43ms.[2,7] 54 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ Hình 2.18: Sự phân chia độ trễ trong mạng 2.3.3 Độ trôi khung Độ trôi khung, hay còn được hiểu là độ biến động trễ, cũng là một tham số quyết định cho các ứng dụng thời gian thực như điện thoại, video IP. Các ứng dụng thời gian thực này yêu cầu độ trễ thấp và được giới hạn để đảm bảo chất lượng. Nói thế không phải là phủ nhận vai trò của tham số này đối với các ứng dụng dữ liệu không yêu cầu thời gian thực, với các ứng dụng này nó cũng có những ảnh hưởng nhất định . Độ trôi được định nghĩa là sự hay đổi độ trễ của một tập các khung dịch vụ. Độ trôi khung có thể được áp dụng cho tất cả các khung dịch vụ được truyền thành công trong khoảng thời gian T tương ứng với môt lớp dịch vụ xác định của EVC điểm – điểm. Độ trôi khung có thể được tính toán trong khi đo độ trễ khung. Trong quá trình tính toán độ trễ khung, ta phải sử dụng các mẫu trễ khung và giá trị độ trôi khung được xác định bằng phép trừ giữa khung có độ trễ lớn nhất trong số các khung lấy mẫu (hay nói cách khác là giá trị độ trễ khung) và khung có độ trễ nhỏ nhất. Mô tả ngắn gọn việc tính toán độ trôi khung bằng công thức dưới đây: 55 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ Độ trôi khung = Độ trễ khung – Ta lấy ngay ví dụ đã tính toán ở trên cho hai giao diện 10Mbps, với giả sử trong số các khung lấy mẫu, giá trị độ trễ nhỏ nhất tính toán được là 13ms. Như vậy độ trôi khung là: 17.43-13 = 4.43 ms. 2.3.4 Tỷ lệ tổn thất khung Tỷ lệ tổn thất khung được định nghĩa là tỷ lệ phần trăm số khung dịch vụ tuân thủ tốc độ thông tin thỏa thuận song không được truyền đi giữa các UNI trong một khoảng thời gian cho trước. Hiện nay MEF mới chỉ đưa ra định nghĩa về tỷ lệ tổn thất khung cho các kết nối EVC điểm - điểm. Tỷ lệ tổn thất khung cho EVC điểm - điểm được xác định theo công thức sau: Trong đó: L là tỷ lệ tổn thất khung, a là số khung được chuyển đến đích thành công và b là tổng số khung được gửi từ nguồn. Ví dụ: có 1000 khung dịch vụ được truyền từ UNI nguồn tới UNI đích trong khoảng thời gian 5 phút. Trong đó, có 990 số khung gửi đi là được truyền tới đích thành công, như vậy tỷ lệ tổn thất khung trong trường hợp này sẽ là: [1-990/1000]x100 = 1%. Tỷ lệ tổn thất khung có các tác động khác nhau tới chất lượng dịch vụ, phụ thuộc vào kiểu dịch vụ, vào các giao thức lớp cao hơn mà dịch vụ sử dụng. Tỷ lệ tổn thất 1% là chấp nhận được với dịch vụ thoại qua IP (VoIP), song nếu mất 3% thì không thể chấp nhận được. Các ứng dụng truyền theo luồng có thể cho phép nhiều mức tổn thất khác nhau, và được bù lại bằng cách điều chỉnh tốc độ truyền dẫn khi phát hiện mất gói. Các ứng dụng dựa trên giao thức TCP như trình duyệt Web HTTP cho phép nhiều mức tổn thất vì nó truyền lại gói bị mất khi phát hiện ra có mất gói. Tuy nhiên, nếu như tỷ lệ mất gói lớn thì ảnh hưởng xấu đến chất lượng dịch vụ của khách hàng . L = [1-a/b] x 100 Độ trễ nhỏ nhất trong số các độ trễ của các khung lấy mẫu 56 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ Kết luận chương 2 Trong chương 2 đã trình bày các khái niệm về mạng MAN-E cũng như trình bày chi tiết về các tham số hiệu năng mạng MAN-E. Các tham số về tì lệ mất khung, độ trễ khung dựa theo định nghĩa của diễn đàn MEF (Metro Ethernet Forum), Với các tham số trên, việc đánh giá và nhận biết chất lượng dịch vụ dễ dàng và thuận lợi hơn cho khách hàng cũng như cho các nhà cung cấp dịch vụ. Trên cơ sở đó, nhà cung cấp sẽ đưa ra các lớp dịch vụ với mức chất lượng khác nhau thỏa mãn những yêu cầu phức tạp của người dùng. Tại Việt Nam VNPT là một nhà cung cấp dịch vụ Viễn thông lớn và đang trển khai mạng MAN-E với quy mô lớn nhất Việt Nam. Trong chương 3 xin được trình bày về mô hình triển khai mạng MAN-E tại VNPT – Thái Nguyên từ đó hình dung ra toàn thể mạng MAN-E của VNPT. 57 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TRIỂN KHAI MẠNG MAN-E TẠI VNPT 3.1 KIẾN TRÚC MẠNG Mô hình triển khai hệ thống mạng của VNPT bao gồm các công ty truyền tải (VTN, VTI), các công ty cung cấp dịch vụ (VDC, VASC) và các công ty cung cấp kết nối đến khách hàng (các công ty viễn thông tỉnh, thành). Hệ thống mạng MAN-E được triển khai tại các công ty viễn thông tỉnh, thành phố nhằm cung cấp kết nối đến khách hàng. Hiên tại VNPT đang xây dựng hệ thống mạng NGN bao gồm mạng lõi, mạng biên, mạng MAN-E và mạng access. Về cơ bản, hạ tầng Mạng MAN-E bao gồm 5 phân lớp: - Lớp mạng trục (IP/MPLS – Core): hình thành một lõi chuyển mạch gói chung dựa trên công nghệ MPLS, kết nối tất cả các tỉnh thành trong cả nước. - Lớp mạng biên (IP/MPLS Edge): xử lý thông tin trước khi core MPLS. Bóc tách nhãn, gán nhãn, thực hiện prpvision dịch vụ, thiết lập QoS MPLS, traffic engineering… - Lớp mạng tập trung lưu lượng (IP/MPLS Aggregation over Ethernet): đảm bảo tập trung lưu lượng từ các mạng truy cập (IP – DSLAM, ETTx, UMTS…) tới mạng trục (BRAS). - Lớp mạng truy cập (Access): cung cấp kết nối dịch vụ tới khách hàng (các dịch vụ Cable, xDSL, PON hay ETTx…) thông qua các thiết bị truy cập như IP – DSLAM, ETTx, UMTS hay Ethernet Switches). - Lớp mạng biên khách hàng (Subscriber Edge): đóng vai trò biên mạng phía khách hàng, cung cấp kết nối tới lớp truy cập của nhà cung cấp dịch vụ và cung cấp dịch vụ cho những người sử dụng bên trong mạng. 58 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ Hình 3.1: Cấu trúc phân lớp mạng MAN-E 3.2 MẠNG MAN-E DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ MPLS Không như cách thức định tuyến truyền thống, MPLS sử dụng các nhãn để di chuyển lưu lượng qua các miền (domain) MPLS. Khi các gói đi vào domain MPLS, các nhãn được gán vào các gói tín, và mỗi nhãn (không phải header IP) xác định chặng tiếp theo. Các nhãn sẽ được loại bỏ tại lối ra của mỗi domain MPLS. Khi một gói tin có gán nhãn đến một bộ phận định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router), nhãn đến sẽ xác định đường dẫn của gói tin này trong mạng MPLS. Việc hướng tiếp đi theo nhãn MPLS sẽ thay thế nhãn này bằng một nhãn ra thích hợp và gửi gói tin đến chặng tiếp theo. Các nhãn được gán vào các gói tin dựa trên việc phân nhóm hoặc theo các lớp tương đương chuyển hướng đi FEC (Forwarding Equivalence Classes). Các gói tin thuộc về cùng một lớp FEC sẽ được xử lý như nhau. Hệ thống hướng đi và tra cứu MPLS cho phép phương thức định tuyến điều khiển xác định (Explicit Control Routing), dựa trên cơ sở địa chỉ nguồn và đích, cho phép triển khai các dịch vụ IP mới trên mạng. Chuyển mạch nhãn đã từng được sử dụng cho kỹ thuật chuyển đi. ATM sử dụng cùng một kỹ thuật để hướng gói tin đi thông qua trường nhân dạng kênh ảo/ đường dẫn ảo VPI/ VCI mà không cần quan tâm đến tải (payload) IP. 59 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ Hình 3.2: Chèn header trong MPLS Tiêu chuẩn MPLS được IETF phát hành, phát triển từ chuyển mạch nhãn Cisco (Cisco Tag Switching). IETF khuyến nghị sử dụng chuyển mạch nhãn dựa trên header chèn 32 bit bao gồm nhãn kích thước 20 bit, trường Exp 3 bit, trường Stack 1 bit, trường TTL 8 bit như trên hình 3.2. Hình 3.3: Gói tin gán nhãn MPLS Trường stack 1 bit sử dụng để chỉ thị rằng đã đến đáy của stack sử dụng trong trường hợp các nhãn được tổ chức theo ngăn xếp (tức là MPLS – VPN hoặc bảo vệ tuyến kết nối). Các bit Exp sử dụng để Mang thông tin liên quan đến chất lượng dịch vụ. Các nhãn được chèn thêm vào giữa header lớp 2 vào lớp 3 hoặc trong trường VCI/VPI trên các mạng ZTM như hình 3.3. 3.2.1 Thiết kế lưu lượng MPLS Mặc dù chuyển mạch nhãn cung cấp các công nghệ nền cho việc hướng đi gói tin thông qua các mạng MPLS, thì cũng không thể cung cấp tất cả các thành phần để hỗ trợ thiết kế lưu lượng như là chính sách thiết kế lưu lượng. Thiết kế lưu lượng TE (Traffic Engineering) nhằm đến quá trình lựa chọn các đường dẫn được chọn bởi lưu lượng dữ 60 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ liệu để thuận tiên cho các quá trình khai thác mạng tin cậy và hiệu quả, trong khi tối ưu đồng thời việc sử dụng có hiện quả tài nguyên và hiệu suất thực hiện lưu lượng. Mục đích của TE đó là tính toán đường dẫn từ nút này đến nút kia sao cho đường dẫn đó không vi phạm các ràng buộc như các yêu cầu về quản trị/ băng thông và là tối ưu theo một số thước đo vô hướng. Một khi đường dẫn đã được tính, TE có trách nhiệm cho việc thiết lập và duy trì trạng thái hướng đi kèm theo đường dẫn đó. Các thành phần thiết kế lưu lượng Bộ định tuyến có khả năng hỗ trợ MPLS được gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR. Bộ định tuyến LSR đứng trước bộ định tuyến LSR cuối cùng trong một mạng MPLS được gọi là chặng áp chót. Mỗi đường dẫn MPLS đầu cuối – đầu cuối được gọi là đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP (Label Switching Path). Mỗi đường dẫn LSP bắt đầu tại bộ định tuyến LSR và kết thúc tại bộ định tuyến cuối. Các giao thức định tuyến gateway bên trong IGP (Interior Gateway Protocol) không đủ khả năng cho việc thiết kế lưu lượng. Quyết định định tuyến hầu hết là dựa trên các thuật toán đường dẫn ngắn nhất mà nói chung sử dụng các thước đo thêm vào nhưng không tính đễn mức độ còn dư băng thông hoặc đặc tính lưu lượng. Cách dễ nhất để cung cấp các tính năng này đó là sử dụng mô hình xếp chồng (overlay) cho phép các topology ảo trên mạng vật lý. Mỗi topology ảo được xây dựng từ các đường kết nối ảo hiện ra như là các đường kết nối vật lý theo giao thức định tuyến. Hơn nữa, mô hình xếp chồng còn có khả năng cung cấp:  Định tuyến trên cơ sở ràng buộc.  Chức năng lập chính sách lưu lượng và tái lưu lượng.  Khả năng tồn tại của các đường kết nối vật lý… Các khả năng này cho phép di chuyển dễ dàng lưu lượng từ đường kết nối bị nghẽn sang đường kết nối ít nghẽn hơn. MPLS là một mô hình xếp chồng sử dụng bởi TE, nó cung cấp:  Các đường dẫn chuyển mạch nhãn xác định không bị ràng buộc như các giao thức định tuyến IGP truyền thống.  Các đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP có thể được duy trì có hiệu quả. 61 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ  Các đường trục lưu lượng có thể được khởi tạo, và ánh xạ vào các đường dẫn LSP.  Một tập các thuộc tính có thể liên quan đến các đường trục lưu lượng.  Tập các thuộc tính có thể liên quan đến các tài nguyên mà ràng buộc việc sắp đặt các đường dẫn LSP và các đường trục lưu lượng đi qua chúng. MPLS cho phép cả việc tập hợp và phân tán lưu lượng khi mà việc hướng đi gói tin IP, dựa trên cơ sở đích, chỉ cho phép tập hợp. “Định tuyến trên cơ sở ràng buộc” và bảo vệ đường trục có thể tích hợp dễ dàng qua MPLS, Các thành phần sau có tác động đến việc hỗ trợ quá trình TE:  Phân tán thông tin – gửi thông tin về topology mạng và các ràng buộc gắn liền với các tuyến kết nối (tức băng thông).  Thuật toán lựa chọn đường dẫn – tính toán và lựa chọn các đường tốt nhất thỏa mãn các ràng buộc.  Khởi tạo tuyến – sử dụng giao thức RSVP – TE mở rộng để báo hiệu khởi tạo các đường dẫn chuyển mạch LSP.  Điều khiển chấp nhận đường kết nối - quyết định đường hầm nào có thể có tài nguyên.  Điều khiển TE – thiết lập và duy trì các đường trục.  Hướng dữ liệu dọc theo đường dẫn. Việc phân tán thông tin trong TE phụ thuộc vào các giao thức IGP để phân tán/ tràn ngập dữ liệu liên quan đến tài nguyên còn dôi dư của các tuyến kết nối bao gồm băng thông (phân cấp từ 0 đến 7), các thuộc tính đường kết nối,… Việc phân tán thông tin thực hiện trên mối SLR theo chu kỳ hoặc theo sự kiện nào đó như thay đổi băng thông, cấu hình đường kết nối, hỏng hóc. Thuật toán trên cơ sở ràng buộc sử dụng để tìm đường dẫn tốt nhất cho mối đường hầm LSP. Nó là được sắp đặt bở bộ định tuyến phía đầu của đường hầm chỉ khi cần một đường hầm mới hoặc đường dãn chuyển mạch nhãn của đường trục hiện có bị hỏng hoặc cần tối ưu lại đường trục hiện có. 62 Nguyễn Quang Huy lớp – Cao học K7 Luận văn thạc sĩ Bộ định tuyến phía đầu sẽ bắt đầu quá trình báo hiệu khởi tạo đường dẫn ngắn nhất có ràng buộc – tức là một LSP. Thiết lập đường dẫn dựa trên các bản tin RSVP – TE. Một giao thức khác đó là CR – LDP cũng được sử dụng cho việc báo hiệu khởi tạo đường. Tuy nhiên LDP hoạt động theo kiểu connectionless, do vậy trong nhiều trường hợp để đảm bảo chất lượng dịch vụ, giao thức RSVP được sử dụng thay thế 3.2.2 Hồi phục đường hầm Độ tin cậy của mạng là phần bắt buộc đối với mạng tốc độ cao, đảm bảo chất lượng dịch vụ. Sự gián đoạn có thể xảy ra vì những lý do như tắc nghẽn trên đường LSP nào đó, đường kết nối hỏng, nút mạng hỏng hoặc thay đổi quản trị trên một LSP nào đó. Một trong những tính năng phổ biến nhất của MPLS – TE là khả năng cung cấp lưu lượng không bị gián đoạn qua một LSP. Bảo vệ đường dẫn (path protection) có thể đạt được tại nhiều lớp khác nhau trong ngăn xếp giao thức:  Lớp vật lý (như SONET với chiến lược APS – Automatic Protection Switch).  IP (như giao thức định tuyến IGP, BGP thay đổi chặng kế tiếp nếu như có thay đổi về topology).  MPLS (thực hiện bởi bộ định tuyến phía đầu phụ thuộc vào sự thay đổi topology).  Trong ngữ cảnh đang xét là MPLS – TE, có một số lựa chọn cho việc hồi phục đườn