Luận Văn Tìm hiểu, nghiên cứu đón đầu công nghệ chuyển mạch mới áp dụng trong mạng thế hệ sau

lời giới thiệu

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp viễn thông đã và đang tìm một phương thức chuyển mạch có thể phối hợp ưu điểm của IP (như cơ cấu định tuyến) và của ATM (như thông lượng chuyển mạch). Mô hình IP-over-ATM của IETF coi IP như một lớp nằm trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con IP trên nền mạng 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. Ngoài ra, cách tiếp cận này không thích hợp với mạng nhiều router và không thật hiệu quả trên một số mặt. Tổ chức ATM-Forum, dựa trên mô hình này, đã phát triển công nghệ LANE và MPOA. Các công nghệ này sử dụng các máy chủ để chuyển đổi địa chỉ nhưng đều không tận dụng được khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ của ATM.

Công nghệ MPLS (Multiprotocol label switching) là kết quả phát triển của nhiều công nghệ chuyển mạch IP (IP switching) sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP.

MPLS tách chức năng của IP router ra làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các IP router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như của ATM. Trong MPLS, nhãn là một số có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng. Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn mới của nó. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin theo kiểu thông thường, và do vậy cải thiện khả năng của thiết bị. Các router sử dụng kỹ thuật này được gọi là LSR (Label switching router). Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR, và chủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch. 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). Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi. Đây là một tính năng vượt trội của MPLS so với các giao thức định tuyến cổ điển. Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế định tuyến lại nhanh (fast rerouting).

Do MPLS là công nghệ chuyển mạch định hướng kết nối, khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền thường cao hớn các công nghệ khác. Trong khi đó, các dịch vụ tích hợp mà MPLS phải hỗ trợ lại yêu cầu chất lượng vụ 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.

Bên cạnh độ tin cậy, công nhệ MPLS cũng khiến 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 để được xác định bởi 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. Bằng cách giám sát lưu lượng tại các LSR, ngẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra ngẽn lưu lượng có thể 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 như trễ xuyên suốt 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 một 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 giao thức hiện có.

MPLS là một công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng. Với tính chất của cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng IP truyền thống. Bên cạnh đó, thông lượng của mạng sẽ được cải thiện một cách rõ rệt.

Đề tài này nhằm mục tiêu tìm hiểu, nghiên cứu đón đầu công nghệ chuyển mạch mới áp dụng trong mạng thế hệ sau. Đây là nhu cầu cấp thiết của Việt nam trong giai đoạn hiên nay khi chúng ta đang chuẩn bị xây dựng mạng trục, mạng truy nhập cho các dịch vụ mới trên cơ sở công nghệ gói. Đề tài này sẽ góp phần giải quyết một số vấn đề về mặt công nghệ khi quyết định triển khai MPLS trong mạng thế hệ mới của Việt nam.

Báo cáo này trình bày những vấn đề cơ bản mà đề tài cần đề cập đến bao gồm:

 Cơ sở công nghệ, quá trình hình thành và các hãng sản xuất thiết bị, các nhà khai thác: phần này giới thiệu cơ sở công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức, quá trình chuyển một gói thông tin từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS, quá trình phân phối nhãn của các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR, các giao thức cơ bản sử dụng trong mạng MPLS như LDP, CR-LDP, RSVP .Phần này cũng giới thiệu các vấn đề có liên quan như vấn đề tiêu chuẩn hoá, nhóm làm việc của IETF về MPLS, các tiêu chuẩn MPLS đã ban hành và giải pháp của một số hãng đặc biệt là Cisco Systems với Tag Switching.

 ứng dụng của MPLS trong mạng VPN: trình bày về mạng riêng ảo VPN, cách tổ chức VPN -MPLS và những khái niệm có liên quan như dịch vụ DiffSer .

 Khả năng ứng dụng MPLS trong mạng viễn thông của Tổng công ty BCVT Việt nam: phần này trình bày mô hình tổng đài đa dịch vụ của MSF- một Diễn đàn chuyển mạch đa dịch vụ của các nhà chế tạo thiết bị,các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới- khả năng triển khai MPLS qua mô hình tổng đài đa dịch vụ, các khối chức năng, các giao diện và phân tách chức năng điều khiển của tổng đài MPLS. Báo cáo cũng phân tích quá trình thiết lập một cuộc gọi qua tổng đài MPLS được điều khiển bởi softswitch. Các phương án ứng dụng trong mạng của Tổng công ty được đề xuất trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm và đánh giá về khả năng triển khai. Các vấn đề cần quan tâm giải quyết của từng phương án cũng được đề cập chi tiết.

Quá trình thực hiện đề tài cũng là quá trình mà nhóm nghiên cứu phân tích và đóng góp cho định hướng phát triển mạng viễn thông của VNPT đến 2010. Các giải pháp đưa ra trong báo cáo này đẫ cố gắng bám rất sát theo định hướng tổ chức đó.

Chúng tôi hy vọng tiếp tục nhận được những đóng góp nhiều hơn để đề tài có thể đạt được kết quả tốt hơn.

Mục lục
Mục lục 2
lời giới thiệu 5
Từ viết tắt 8
Chương I. Cơ sở công nghệ MPLS 9
I.1. lịch sử phát triển MPLS 9
I.2. Quá trình phát triển và giải pháp ban đầu của các hãng 11
I.2.1. IP over ATM 11
I.2.2. Toshiba's CSR 12
I.2.3. Cisco's Tag Switching 12
I.2.4. IBM's ARIS và Nortel's VNS 12
I.2.5. Công việc chuẩn hoá MPLS 13
I.3. Nhóm làm việc MPLS trong IETF 13
I.3.1. Các tiêu chuẩn của nhóm làm việc MPLS trong IETF 15
Chương II. Công nghệ chuyển mạch MPLS 17
II.1. Các thành phần MPLS 17
II.1.1. Các khái niệm cơ bản MPLS 17
II.1.2. Thành phần cơ bản của MPLS 19
II.2. Hoạt động của MPLS 20
II.2.1. Các chế độ hoạt động của MPLS 20
II.2.2. Hoạt động của MPLS khung trong mạng ATM-PVC 31
II.3. Các giao thức sử dụng trong mạng MPLS 32
II.3.1. Giao thức phân phối nhãn 32
II.3.2. Giao thức RSVP 44
II.3.3. So sánh CR-LDP và RSVP 48
II.4. So sánh MPLS và MPOA 49
II.5. Chất lượng dịch vụ trong MPLS 50
II.5.1. Các dịch vụ tích hợp 51
II.5.2. Dịch vụ DiffSer 51
II.5.3. Hỗ trợ của MPLS đối với các dịch vụ 51
II.6. Quản lý lưu lượng trong MPLS 51
II.6.1. Khái quát đặc tính 51
II.6.2. Mục tiêu quản lý lưu lượng MPLS 51
II.6.3. Cơ chế làm việc của quản lý lưu lượng MPLS 51
Chương III. ứng dụng MPLS trong mạng riêng ảo VPN 52
III.1. Giới thiệu chung 52
III.2. Khái niệm mạng riêng ảo 52
III.3. Các bộ định tuyến ảo trong MPLS VPN 53
III.4. Các mục tiêu của MPLS VPN Error! Bookmark not defined.
III.5. Những yêu cầu về kiến trúc MPLS VPN 54
III.6. Cấu trúc MPLS VPN 54
III.7. Gửi chuyển tiếp 56
III.8. Mở rộng MPLS VNP 58
III.9. Nhận biết động bộ định tuyến lân cận trong MPLS VPN 59
III.10. Cấu hình miền VPN IP 59
III.11. Gửi chuyển tiếp trong MPLS VPN 61
III.11.1. LSP riêng 61
III.11.2. LSP công cộng 61
III.12. DiffSer trong MPLS VPN 61
III.13. Vấn đề bảo mật trong MPLS VPN 62
III.13.1. Bảo mật định tuyến 62
III.13.2. Bảo mật dữ liệu 62
III.13.3. Bảo mật cấu hình 62
III.13.4. Bảo mật mạng vật lý 62
III.14. Giám sát bộ định tuyến ảo trong MPLS VPN 62
III.15. Hỗ trợ QoS trong MPLS VPN 63
III.16. Chất lượng trong MPLS VPN 67
Chương IV. Khả năng ứng dụng 69
IV.1. Các vấn đề kỹ thuật của MPLS 69
IV.1.1. Mô hình tổng đài đa dịch vụ 69
IV.1.2. Khả năng triển khai MPLS qua các mô hình 75
IV.1.3. Khuyến nghị ứng dụng MPLS trong mạng viễn thông của VNPT 83
Kết luận và khuyến nghị 95
Tài liệu tham khảo 98