- Tô Hồng Đức GIẢI PHÁP TỐI ƢU HOÁ MẠNG ĐÔ THỊ VỚI MPLS TE Chuyên ngành: Công nghệ thông tin LUẬN VĂN THẠC SĨ KĨ THUẬT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN: TS. - Hà Nội, ngày 15 tháng 3 năm 2016 Tác giả luận văn Tô Hồng Đức 4 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ADM add/drop multiplexers Bộ ghép kênh số xen rớt luồng ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải bất đồng bộ BGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến liên vùng BRAS Broadband Remote Access Server Thiết bị cung cấp địa chỉ ip động và tĩnh cho thuê bao adsl DAC digital access cross-connect Bộ ghép kênh số kết nối chéo DSL Digital subscriber line Dịch vụ thuê bao số DSLAM Digital subscriber line access multiplexer Thiết bị cung cấp dịch vụ ADSL dùng cáp đồng ESCON Enterprise System Connection Hệ thống kết nối tới các doanh nghiệp lớn ETTx Ethernet to the X (X = everywhere) Bất kì thiết bị hay kết nối nào sử dụng Ethernet FICON Fiber Connectivity Kết nối sử dụng cáp quang HDLC High-level Data Link Control Giao thức liên kết dữ liệu mức cao IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện kỹ nghệ điện và điện tử IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến nội vùng IPTV Internet protocol television Truyền hình giao thức internet LAN Local area network Mạng nội bộ LSP Label Switch Path Đƣờng vận chuyển mạch nhãn LSR Label Switch Router Router làm nhiệm vụ chuyển mạch nhãn trong miền MPLS MAC Media Access Control Giao thức điều khiển truy nhập MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức PDH PLESIOCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY Truyền dẫn cận đồng bộ PE Provider Edge Router biên làm nhiệm vụ kết nối tới khách hàng PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động PPP Point to point Protocol Giao thức kết nối điểm - điểm QoS Quality of Service Quản lý chất lƣợng dịch vụ RSTP Rapid Spanning Tree Protocol Tƣơng tự nhƣ giao thức STP nhƣng tốc độ cao hơn RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức chiếm trƣớc tài nguyên SDH SYNCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY Truyền dẫn đồng bộ STP Spanning Tree Protocol Giao thức ngăn chặn sự lặp vòng 5 TCP/IP Transmission Control Protocol /Internet Protocol Giao thức điều khiển truyền tải và giao thức internet TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân thời TE Traffic engineering Kỹ thuật điều khiển lƣu lƣợng UMTS Universal Mobile Telecommunications Systems Hệ thống viễn thông di động toàn cầu VLAN Virtual Local Area Network Mạng nội bộ ảo VNPT Vietnam Post & Telecommunications Tập đoàn Bƣu chính Viễn thông Việt Nam VoD Video on Demand Dịch vụ truyền hình theo yêu cầu VoIP Voice over Internet Protocol Phƣơng thức truyền âm thanh qua Internet VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WAN Wide area network Mạng diện rộng 6 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1-1: Sơ đồ tổng quát mạng Metro. - 12 Hình 1-2: Băng thông trong TDM. - 14 Bảng 1-3: So sánh chi phí giữa Ethernet và TDM. - 17 Hình 1-5: Sơ đồ mạng MAN-E hiện tại của HNT. - 19 Hình 1-6: Sơ đồ mạng MAN-E mở rộng. - 21 Hình 1-8: Kết nối tại Core Switch. - 22 Hình 1-9: Kết nối tại Access Switch. - 28 Hình 2-6: EOS bên trong các thiết bị truyền dẫn. - 30 Hình 2-7: Chức năng tập trung EOS bên trong thiết bị truyền dẫn. - 33 Hình 2-11: Triển khai công nghệ RPR. - 46 Hình 2-20: Giao diện trunk. - 59 Hình 3-6: Giao thức báo hiệu targeted-LDP. - 64 Hình 4-1: Hoạt động của giao thức phân phối nhãn RSVP. - 69 Hình 5-1: LSP khi không bị đứt kết nối. - 70 Hình 5-2: LSP khi đứt kết nối và có đƣờng dự phòng. - 71 Hình 5-3: LSP đƣợc bảo vệ và không mất lƣu lƣợng. - 72 Hình 5-6: Sơ đồ mô tả các vòng ring của mạng MAN Hà Nội. - TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐÔ THỊ. - Giới thiệu. - Khái niệm mạng Metro. - Ethernet trong mạng Metro. - Kiến trúc mạng Metro Ethernet. - Giải pháp Metro Ethernet đƣợc áp dụng trong mạng Metro của Hà Nội. - Kiến trúc tổng thể. - Dòng sản phẩm sử dụng. - CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN TRONG MẠNG METRO. - Công nghệ SONET/SDH. - Các mô hình triển khai Ethernet trên nền SONET/SDH. - Công nghệ RPR – Resilient Packet Ring. - Công nghệ truyền tải Ethernet truyền thống. - So sánh giữa các công nghệ truyền tải. - Giới thiệu công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. - Kiến trúc EoMPLS. - 65 CHƢƠNG 4: KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG TE TRONG MPLS. - 67 4.3 Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lƣu lƣợng. - 68 4.4 Giao thức phân phối nhãn RSVP. - 69 CHƢƠNG 5: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TỐI ƢU HÓA MẠNG MAN HÀ NỘI VỚI MPLS TE. - 70 5.1 Ƣu điểm của công nghệ MPLS TE+FRR. - 70 5.2 MPLS TE+FRR bảo vệ kết nối cho mạng MAN. - 71 5.3 Mô hình mô phỏng và kết quả. - 73 5.3.1 Giới thiệu về công cụ mô phỏng GNS 3 và thiết bị mô phỏng. - Hồ Chí Minh… đã triển khai hàng loạt các dự án lớn nhƣ: tin học hóa quản lí nhà nƣớc-chính phủ điện tử, cao ốc công nghệ thông tin-viễn thông, hệ thống đối thoại doanh nghiệp-chính quyền thành phố… Các dự án này đi vào hoạt động và đã đem lại lợi ích thiết thực cho công việc quản lí hành chính nhà nƣớc và nhu cầu của ngƣời dân. - Việc triển khai các dự án này yêu cầu một mô hình mạng đô thị có khả năng mở rộng linh hoạt với băng thông cao và có khả năng hỗ trợ đa dịch vụ tốt và mô hình mạng MAN Ethernet đã đƣợc đầu tƣ phát triển để đáp ứng các yêu cầu đó. - Mạng MAN Ethernet (Metropolitan Area Network Ethernet) gọi tắt là Metro Ethernet là một mạng đô thị băng thông rộng sử dụng công nghệ Ethernet trên cơ sở tích hợp cấu trúc mạng thế hệ mới NGN (Next Generation Network) có khả năng cung cấp một siêu xa lộ thông tin, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ mang đến cho khác hàng các mô hình dịch vụ kết nối tốc độ cao MAN/WAN với giao diện Ethernet (Ethernet UNI). - Metro Ethernet thực hiện chức năng thu gom lƣu lƣợng của các thiết bị truy nhập mạng (MSAN/IP-DSLAM. - lƣu lƣợng của các khách hàng kết nối trực tiếp vào mạng MAN để truyền tải trong nội tỉnh đồng thời kết nối lên mạng trục để truyền tải lƣu lƣợng đi liên tỉnh hoặc quốc tế. - Việc áp dụng công nghệ Ethernet vào mạng đô thị đem lại nhiều lợi ích cho cả nhà cung cấp dịch vụ cũng nhƣ khách hàng nhờ những đặc điểm nổi bật nhƣ băng thông cao, chi phí rẻ, tính linh hoạt và dễ sử dụng. - Tuy nhiên, nhu cầu sử dụng của con ngƣời ngày càng gia tăng, yêu cầu về chất lƣợng dịch vụ ngày càng cao nhƣ: băng thông lớn hơn, độ trễ thấp hơn, mạng tin cậy hơn cho các dịch vụ: VoIP, VoD, IPTV, truyền hình hội nghị, chia sẻ dữ liệu. - Chính các nhu cầu ngày càng gia tăng đó đòi hòi hệ thống mạng Metro phải liên tục thay đổi công nghệ để có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu của con ngƣời một cách tốt nhất. - Do vậy tôi làm luận văn với đề tài “Giải pháp tối ƣu hóa mạng đô thị với MPLS TE” với mục đích nhằm giới thiệu tổng quan mạng Metro và xu hƣớng phát triển trên 11 thế giới, các công nghệ, dịch vụ đã và đang đƣợc áp dụng trong hệ thống mạng, đề xuất giải pháp tối ƣu hóa một cách phù hợpcho hệ thống mạng đô thị dựa trên mô hình mạng đô thị của Viễn Thông Hà Nội và giải pháp Metro của hãng Cisco. - Nội dung chính của luận văn gồm có 05 chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan về mạng đô thị - Giới thiệu tổng quan về mô hình, hạ tầng mạng đô thị. - Chƣơng 2: Công nghệ truyền dẫn trong mạng đô thị - Giới thiệu các công nghệ truyền dẫn đƣợc áp dụng trong mạng đô thị, so sánh, đánh giá ƣu nhƣợc điểm của các công nghệ này. - Chƣơng 3: Ethernet trên nền MPLS – Giới thiệu về công nghệ MPLS và các lợi ích của công nghệ này. - Chƣơng 4: Kĩ thuật lƣu lƣợng TE trong MPLS – Giới thiệu về kĩ thuật Traffic Engineering trong MPLS và lợi ích của công nghệ này. - Rất mong sẽ nhận đƣợc các ý kiến đóng góp của các thầy cô và của các anh chị em học viên để tôi có thể xây dựng một giải pháp hoàn chỉnh hơn trong tƣơng lai. - TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐÔ THỊ 1.1. - Giới thiệu 1.1.1. - Khái niệm mạng Metro Mạng Metro hay mạng đô thị là một mô hình mạng đa dịch vụ cung cấp băng thông rộng, tốc độ cao với hạ tầng hợp nhất. - Mạng Metro thực hiện chức năng thu gom lƣu lƣợng của các thiết bị truy nhập mạng (MSAN/IP-DSLAM. - Mô hình mạng Metro là một giải pháp NGN ở khu vực đô thị nhằm đáp ứng nhu cầu bùng nổ công nghệ thông tin hiện nay. - Metro là một mạng mở rộng giúp kết nối ngƣời dùng và doanh nghiệp vào mạng WAN. - Các đối tƣợng đƣợc phục vụ trong mạng metro bao gồm: hộ gia đình, doanh nghiệp lớn (LE – large enterprises), doanh nghiệp nhỏ (SOHO – small office / home office), doanh nghiệp nhỏ-vừa (SMB – small and medium-sized businesses), các tòa nhà chung cƣ, tập thể ( MTU, MDU. - Hình 1-1: Sơ đồ tổng quát mạng Metro [9] 13 Mạng Metro ra đời không những giúp nhà cung cấp dịch vụ đem đến cho các khách hàng các mô hình dịch vụ đa dạng mà còn làm đơn giản hóa hạ tầng kiến trúc mạng của nhà cung cấp dịch vụ. - Trƣớc kia để cung cấp các dịch vụ khác nhau, khách hàng phải mua các thiết bị đầu cuối phù hợp với chi phí khá đắt và cồng kềnh và phải chờ đợi một thời gian để có thể sử dụng dịch vụ yêu cầu. - Trong mạng Metro, vấn đề sử dụng thêm các thiết bị đầu cuối phù hợp là không cần thiết nhờ kiến trúc hợp nhất của hạ tầng mạng, thêm vào đó thời gian cung cấp dịch vụ vô cùng nhanh chóng, nhà cung cấp dịch vụ chỉ việc cung cấp thêm dịch vụ mới trên cơ sở kết nối sẵn có và áp dụng mức phí phù hợp. - Có nhiều quan điểm khác nhau về việc sử dụng công nghệ phù hợp để phát triển mạng Metro. - Ở một số nƣớc Bắc Mĩ nhƣ Mĩ và Canada, công nghệ ghép kênh số TDM nhận đƣợc sự quan tâm tƣơng đối lớn từ các chuyên gia do công nghệ này giúp tận dụng đƣợc hạ tầng mạng sẵn có mà không phải đầu tƣ gì thêm, tuy nhiên do những nhƣợc điểm cố hữu mà công nghệ này không đƣợc ứng dụng nhiều để xây dựng mạng Metro. - Ở một số nƣớc châu Á nhƣ Trung Quốc, Singapore, Malaysia… công nhệ Ethernet đƣợc ƣu tiên trong việc xây dựng hạ tầng mạng Metro do những ƣu điểm nổi trội của công nghệ này. - Mục tiếp theo sẽ làm rõ vì sao Ethernet đƣợc lựa chọn để phát triển mạng Metro. - Ethernet trong mạng Metro Mạng metro truyền thống sử dụng công nghệ TDM - một công nghệ rất tối ƣu cho các dịch vụ thoại. - Thiết bị TDM đƣợc sử dụng bao gồm: các bộ ghép kênh số, DAC (digital access cross-connect), ADM (SONET/SDH add/drop multiplexers. - Tuy nhiên việc triển khai và cài đặt một mạng thuần TDM tốn rất nhiều chi phí tiền bạc và công sức, bời vì TDM bản thân nó là một công nghệ không linh hoạt, không kinh tế để đáp ứng yêu cầu mở rộng của khách hàng. - Thách thức lớn mà các giao diện TDM gặp phải là vấn đề băng thông, băng thông không tăng một cách tuyến tính theo yêu cầu của khách hàng mà lại tăng giật cấp theo bậc. - Ví dụ, một giao diện T1 có băng thông 1.5Mbps, giao diện DS3, băng thông nhảy lên một bậc là 45Mbps, đến giao diện OC3, băng thông nhảy vọt lên 155Mbps. - Vì thế khi băng thông của khách hàng cần lớn hơn 14 1.5Mbps, dù chỉ một ít, bắt buộc phải sử dụng giao diện DS3 hoặc phải sử dụng nhiều kênh T1. - Việc di chuyển từ giao diện T1 lên giao diện DS3/Ocn hoặc nhiều giao diện T1 khiến khách hàng có thể phải thay đổi thiết bị. - Hình 1-2: Băng thông trong TDM [9] Ethernet là một công nghệ thông dụng đƣợc sử dụng phổ biến trong mạng LAN. - Một giao tiếp Ethernet rẻ hơn giao tiếp SDH hoặc PDH có cùng băng thông. - Ethernet cũng hỗ trợ băng thông với chất lƣợng cao mà chất lƣợng này thì không có trong các kết nối SDH truyền thống. - Một ƣu điểm khác biệt của một mạng truy nhập dựa Ethernet là nó có thể dễ dàng kết nối đến mạng khách hàng, bởi vì sự thông dụng của Ethernet trong các công ty và gần đây là các mạng khu dân cƣ. - Do đó, Ethernet đƣợc đƣa vào mạng MAN mang lại tiện ích lớn cho cả nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng. - Xây dựng hạ tầng mạng Metro dựa trên công nghệ Ethernet không những giúp khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm của công nghệ TDM truyền thống mà còn tận dụng đƣợc những ƣu điểm sau: 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 nhƣ tất cả các thiết bị và máy chủ trong LAN đều kết nối dùng Ethernet, vì vậy việc sử dụng Ethernet để kết 15 nối với nhau sẽ đơn giản hóa quá trình hoạt động và các chức năng quản trị, quản lí và cung cấp. - Hiệu quả về chi phí Dịch vụ Ethernet làm giảm chi phí đầu tƣ và chi phí vận hành. - 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. - Bảng sau so sánh chi phí giữa Ethernet và dịch vụ TDM truyền thống Bảng 1-3: So sánh chi phí giữa Ethernet và TDM [9] Ethernet TDM 6 Mbps at ~$10/month T1 (1.5 Mbps) at ~$50/month 10 Mbps at ~$20/month 2 * T1 at ~$100/month 100 Mbps at ~$720/month T3 (45 Mbps) at ~$1500/month - Ba là, nhiều nhà cung cấp dịch vụ Ethernet cho phép những thuê bao tăng băng thông một cách khá mềm dẻo… Điều này cho phép thuê bao tăng băng thông khi cần thiết và họ chỉ trả cho những gì họ cần. - Tính linh hoạt - Một giao diện Ethernet có thể cung cấp băng thông một cách mềm dẻo theo yêu cầu của khách hàng (có thể tăng băng thông đến từng Mbps), không theo phân mức cứng nhắc nhƣ ở TDM (tăng một cách giật cấp T1: 1,5Mbps. - 16 - Một giao diện 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. - Khách hàng có thể thay đổi băng thông chỉ đơn giản là gọi nhà cung cấp. - Nhà cung cấp có thể ngay lập tức cấp cho khách hàng lƣợng băng thông yêu cầu bằng cách thay đổi tham số thông qua phần mềm mà không phải cử cán bộ kỹ thuật đến kiểm tra, hỗ trợ tại chỗ. - Ngoài ra, những thay đổi này không đòi hỏi thuê bao phải mua thiết bị mới. - Cung cấp nhanh: 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. - Từ những đặc điểm nổi bật kể trên, Ethernet đã đƣợc lựa chọn để phát triển mạng Metro nhƣ các giao diện truy nhập mang thay thế cho các giao diện T1/E1 truyền thống. - Rất nhiều các dịch vụ có thể đƣợc triển khai trong mạng Metro bao gồm các dịch vụ Ethernet kết nối điểm - điểm và các dịch vụ Ethernet Lan kết nối đa điểm cho phép khách hàng mở rộng mạng LAN của họ tới các chi nhánh thông qua mạng lõi của nhà cung cấp dịch vụ. - Ethernet có thể chạy trên nền tảng các công nghệ truyền dẫn khác nhau trong mạng Metro, bao gồm công nghệ truyền dẫn quang đồng bộ SONET/SDH, truyền dẫn quang đồng bộ SONET/SDH thế hệ mới, công nghệ gói vòng co giãn RPR (Resilient Packet Ring), công nghệ ghép kênh quang theo bƣớc sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) và ngay cả công nghệ truyền tải Ethernet truyền thống (Công nghệ mạng LAN). - Bản thân công nghệ Ethernet không đƣợc thiết kế để đáp ứng những yêu cầu nghiêm ngặt về dịch vụ trong các ứng dụng mạng Metro và đặc biệt là những thiếu sót khó có thể bù đắp về khả năng mở rộng và độ tin cậy khi phát triển mạng. - Việc triển khai Ethernet trong mạng Metro đặt ra yêu cầu khắt khe về khả năng mở rộng và những tính năng mạnh mẽ, chỉ có trong mặt phẳng điều khiển của giao thức IP lớp 3 và MPLS. - Chính vì vậy, việc kết hợp giữa giao thức lớp 2 (Ethernet) với giao thức lớp 3
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt