CÁC CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN TRONG NGN

3.2 IP

Hiện nay lượng dịch vụ lớn nhất trên các mạng đường trục trên thực tế đều là

từ IP.

IP là giao thức chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp gói tin thực hiện theo cơ

chế phi kết nối.

IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các

chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP).

IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao.

Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định

tuyến theo từng chặng. Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ.



3.3 ATM

Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, Nó là

công nghệ chuyển mạch hướng kết nối.

ATM có hai đặc điểm quan trọng :

- Sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM , các

tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ

nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kênh

ở tốc độ cao dễ dàng hơn.

- Có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp

cho việc định tuyến được dễ dàng.

- Hỗ trợ QoS theo yêu cầu.



3.4 IP over ATM

Là một loại kỹ thuật kiểu xếp chồng, nó xếp IP (kỹ thuật lớp 3) lên ATM (kỹ

thuật lớp 2).

Giao thức của hai tầng hoàn toàn độc lập với nhau; giữa chúng phải nhờ một

loạt giao thức (như NHRP, ARP,…) nữa mới đảm bảo nối thông.

Tuy nhiên trong tình trạng mạng lưới được mở nhanh chóng, cách xếp chồng

đó cũng gây ra nhiều vần đề :

Sự thiết lập các liên kết PVC tại N điểm nút, tức là cần thiết lập mạng liên

kết. Như thế có thể sẽ gây nên vấn đề bình phương N, rất phiền phức. Khi mà

mạng lưới ngày càng rộng lớn, chi phối kiểu đó sẽ làm cho mạng lưới quá tải.

18



Phương thức xếp chồng sẽ phân cắt cả mạng lưới IP over ATM ra làm

nhiều mạng logic nhỏ (LIS). Giữa các LIS dùng bộ định tuyến trung gian để

liên kết, khi lưu lượng rất lớn, những bộ định tuyến này sẽ gây hiện tượng

nghẽn cổ chai đối với băng rộng.

Trong phương thức chồng xếp, IP over ATM vẫn không có cách nào đảm bảo

QoS thực sự.

Từ những điểm nêu trên đều làm cho IP over ATM chỉ có thể dùng thích

hợp cho mạng tương đối nhỏ, như mạng xí nghiệp,…, nhưng không thể đáp ứng

được nhu cầu của mạng đường trục trong tương lai.



3.5 MPLS

3.5.1.Sơ lược lịch sử MPLS

Vào thập niên 90, các ISP phát triển mạng của họ theo mô hình chồng lớp

(overlay) bằng cách đưa ra giao thức IP over ATM. ATM là công nghệ

connection-oriented, thiết lập các kênh ảo (Virtual Circuit), tuyến ảo (Virtual

Path) tạo thành một mạng logic nằm trên mạng vật lý giúp định tuyến, phân bố

tải đồng đều trên toàn mạng. Tuy nhiên, IP và ATM là hai công nghệ hoàn toàn

khác nhau, được thiết kế cho những môi trường mạng khác nhau, khác nhau về

giao thức, cách đánh địa chỉ, định tuyến, báo hiệu, phân bổ tài nguyên...

Khi các ISP càng mở rộng mạng theo hướng IP over ATM, họ càng nhận rọ

nhược điểm của mô hình này, đó là sự phức tạp của mạng lưới do phải duy trì

hoạt động của hai hệ thống thiết bị.

Sự bùng nổ của mạng Internet dẫn tới xu hướng hội tụ các mạng viễn thông

khác như mạng thoại, truyền hình dựa trên Internet, giao thức IP trở thành giao

thức chủ đạo trong lĩnh vực mạng.Xu hướng của các ISP là thiết kế và sử dụng

các router chuyên dụng, dung lượng chuyển tải lớn, hỗ trợ các giải pháp tích

hợp,

chuyển

mạch

đa

lớp

cho

mạng

trục

Internet.

Nhu cầu cấp thiết trong bối cảnh này là phải ra đời một công nghệ lai có khả

năng kết hợp những đặc điểm tốt của chuyển mạch kênh ATM và chuyển mạch

gói

IP

.

Công nghệ MPLS ra đời trong bối cảnh này đáp ứng được nhu cầu của thị

trường đúng theo tiêu chí phát triển của Internet đã mang lại những lợi ích thiết

19



thực, đánh dấu một bước phát triển mới của mạng Internet trước xu thế tích hợp

công nghệ thông tin và viễn thông (ICT - Information Communication

Technology) trong thời kỳ mới.

3.5.2 Tổng quan MPLS.

Định nghĩa

Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS - Multiprotocol Label Switching) là

một công nghệ lai kết hợp những đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 (layer

3 routing) và chuyển mạch lớp 2 (layer 2 switching) cho phép chuyển tải các gói

rất nhanh trong mạng lõi (core) và định tuyến tốt ở các mạng biên (edge) bằng

cách dựa vào nhãn (label).



Vị trí MPLS trong mô hình TCP/IP

Lợi ích của MPLS.

- Làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu.

- Tương thích với hầu hết các giao thức định tuyến và các công nghệ khác

liên quan đến Internet.

- Hoạt động độc lập với các giao thức định tuyến (routing protocol).

- Tìm đường đi linh hoạt dựa vào nhãn(label) cho trước.

- Hỗ trợ việc cấu hình quản trị và bảo trì hệ thống (OAM).

- Có thể hoạt động trong một mạng phân cấp.

- Có tính tương thích cao.

Đặc điểm mạng MPLS.

- Không có MPLS API, cũng không có thành phần giao thức phía host.

- MPLS chỉ nằm trên các router.

20



- MPLS là một giao thức độc lập nên có thể hoạt động với các giao thức

mạng khác IP như IPX, ATM, Frame-Relay, PPP hoặc trực tiếp với tầng Data

Link.

- Định tuyến trong MPLS được dùng để tạo các luồng băng thông cố định

tương tự như kênh ảo của ATM hay Frame Relay.

- MPLS đơn giản hoá quá trình định tuyến, đồng thời tăng cường tính linh

động với các tầng trung gian.

Một số khái niệm thường gặp.

- FEC (Forwarding Equivalence Class) là một nhóm các gói tin ở lớp mạng

được dán nhãn giống nhau và gửi đi đồng nhất theo một đường đi xác định.

- LSR (Label Switching Router) là bộ định tuyến có hỗ trợ MPLS, bao gồm

các giao thức điều khiển MPLS, các giao thức định tuyến lớp mạng và cách thức

xử lý nhãn MPLS.

- LER( Label Edge Router) là các LSR ở biên mạng MPLS trong MPLS

domain, gồm có LER vào (Ingress LER) và LER ra (Egress LER).

- LSP (Label Switching Path) là đường đi xuất phát từ một LSR và kết thúc

tại một LSR khác. Tất cả các gói tin có cùng giá trị nhãn sẽ đi trên cùng một

LSP.

- MPLS domain là tập các nút mạng MPLS

3.5.3. Kiến trúc MPLS



Cấu trúc MPLS Header trong gói IP



21



* Label : Nhãn được sử dụng trong tiến trình gửi gói tin sau khi đã thiết lập

đường đi. MPLS tập trung vào quá trình hoán đổi nhãn (Label Swapping).

Một trong những thế mạnh của kiến trúc MPLS là tự định nghiã các

chồng nhãn(label stack). Công thức để dán nhãn gói tin là: Network Layer

Packet + MPLS Label Stack. Label Spaces : chia làm 2 loại Per-Platform Label

Space: các interface dùng chung giá trị nhãn. Per-Interface Label Space: mỗi

interface mang giá trị nhãn riêng.

Hoạt động của LSR:

Ý tưởng chính của MPLS là sử dụng nhãn để quyết định chặn kế tiếp, nên

router làm việc ít hơn và hoạt động gần giống như switch. Vì các nhãn thể hiện

các tuyến đường trong mạng nên ta có thể điều khiển chính xác quá trình xử lý

lưu lượng bằng cách dùng các chính sách gán nhãn.



Bước 2 : Kiểm

tra lớp 3,gán

nhãn, chuyển

gói IP đến LSR

lõi 1



Bước 1 :Nhận

gói IP tại biên

LSR

Gói IP



IP đích: 192.1.1.3



30



LSR biên 1

POP



Bước 3 : Kiểm

tra nhãn,

chuyển đổi

nhãn, chuyển

gói IP đến LSR

lõi 3



Gói IP



IP 192.1.1.3



37



LSR biên 4

POP



28



Gói IP



LSR biên 2



Bước 4 : Kiểm

tra nhãn,

chuyển đổi

nhãn, chuyển

gói IP đến LSR

biên 4



Bước 5 : Kiểm tra

nhãn, xóa nhãn,

chuyển gói IP đến

Router chứa IP

đích



LSR lõi 3



LSR lõi1



POP



LSR biên 3

POP



LSR lõi 2



Mô tả hoạt động MPLS trong mạng



22



LSR biên 5

POP



+ Ở chặng router đầu tiên, router chuyển gói tin dựa vào địa chỉ đích, xác định

nhãn thích hợp tùy vào FEC để gán nhãn cho gói & chuyển gói đi tiếp.

+ Ở chặng kế tiếp, LSR dùng giá trị nhãn để xác định nút tiếp theo cần chuyển

gói, gán nhãn mới rồi chuyển gói đi tiếp.

Hoạt động của LSP:

Label Switch Path - LSP : LSP xác định đưởng đi gói tin MPLS, chia làm

2 loại: Hop by hop signaled LSP - xác định đường đi khả thi nhất (best-effort

path) và Explicit route signaled LSP(ER-LSP) - xác định các tuyến đường đi bắt

nguồn

từ

nút

gốc.

ER-LSP có các ưu điểm sau: khả năng định tuyến linh hoạt, xác định

nhiều đường đi đến đích, quản lý lưu lượng linh hoạt, việc tìm đường dựa trên

quan hệ ràng buộc như mạng ATM.

Một số ứng dụng

- Các dịch vụ internet có thể chia làm 3 nhóm chính:voice, data, video với các

yêu cầu khác nhau. Như voice yêu cầu độ trễ thấp, cho phép thất thoát dữ liệu để

tăng hiệu quả. Video cho phép mất mác dữ liệu ở mức chấp nhận được, mang

tính real time. Data yêu cầu độ bảo mật, độ chính xác cao...Việc triển khai công

nghệ MPLS làm tăng hiệu quả khai thác các tài nguyên mạng sao cho hữu hiệu

nhất.

* Hiện có một số ứng dụng MPLS đang được triển khai là:

- MPLS Traffic Engineering

- MPLS VPN

- MPLS QoS

- MPLS Unicast/Multicast IP Routing

...



Nhận xét

Giải pháp chuyển mạch nhãn đa giao thức là một kỹ thuật mạng mới với

mục tiêu kết hợp tính mềm dẻo của công nghệ IP và ATM.

MPLS bao gồm 3 thành phần chính:

 Giao thức định tuyến IP như OSPF, BGP tại biên mạng và lõi mạng để

tìm kiếm các bộ định tuyến MPLS.

 Chuyển mạch gói tin dựa trên địa chỉ IP tại biên mạng.

23



 Gán nhãn và phân bố nhãn trong lõi mạng để gửi gói nhanh và hiệu quả

nhất.

Phương pháp định tuyến trong MPLS hỗ trợ 2 dạng hop-by-hop(định tuyến

từng bước) và explicit(định tuyến nguồn). Phương pháp định tuyến nguồn có

tính động lớn hơn trên cơ sở yêu cầu QoS và các chính sách khác.

Quá trình phân phối nhãn là độc lập với quá trình truyền tin và thông qua

giao thức phân phối nhãn. Quá trình gán nhãn và phân phối nhãn phụ thuộc rất

nhiều vào topo mạng, lưu lượng điều khiển và lưu lượng số liệu

Bảng so sánh giữa các công nghệ

Công nghệ



Bản chất

công nghệ



IP



ATM



- Là một giao

thức chuyển mạch

gói có độ tin cậy

và khả năng mở

rộng cao.



- Sử dụng gói tin

có chiều dài cố

định 53 byte

gọi là tế bào

(cell).



- Tích hợp ATM và IP.



- Do

phương

thức định tuyến

theo từng chặng

nên điều khiển

lưu lượng

rất

khó thực hiện.



- Nguyên tắc

định tuyến :

chuyển đổi

VPI/VCI



- Có thể áp dụng trên nhiều môi

trường mạng khác nhau như IP,

ATM, Ethernet, FR…



- Nền tảng

phần cứng tốc độ

cao



24



MPLS



- Chuyển gói tin trên cơ sở

nhãn qua các đường chuyển mạch

nhãn LSP



Ưu điểm



- Đơn giản, hiệu - Tốc độ

quả

chuyển mạch

cao, mềm

dẻo, hỗ trợ

QoS theo yêu

cầu



Nhược điểm - Không hỗ trợ

QoS



- Giá thành

cao, không mềm

dẻo trong hỗ trợ

những ứng dụng

IP, VoA



25



- Tích hợp các chức năng định

tuyến, đánh địa chỉ, điều khiển.

- Khả năng mở rộng tốt

-Tỉ lệ giữa chất lượng và giá thành

cao.

- Kết hợp giữa IP và ATM cho

phép tận dụng tối đa thiết bị, nâng

cao hiệu quả đầu tư.

- Sự phân tách giữa điều khiển và

chuyển mạch cho phép MPLS

được triển khai trên nhiều phương

- Hỗ trợ đa giao thức dẫn đến phức

tạp trong kết nối

- Khó thực thi QoS xuyên suốt cho

đến khi thiết bị đầu cuối thích hợp

cho người sử dụng xuất hiện

trên thị trường.

- Việc hợp nhất các kênh ảo

còn đang tiếp tục nghiên cứu.

Giải quyết việc chèn tế bào sẽ

chiếm nhiều tài nguyên bộ đệm

hơn, dẫn đến cần phải nâng cấp

cho các thiết bị ATM hiện tại.



3.6 Chuyển mạch mềm (Softswitch)

3.6.1 Khái niệm chuyển mạch mềm

Chuyển mạch mềm chính là phần mềm thực hiện chức năng xử lý cuộc

gọi trong hệ thống chuyển mạch có khả năng chuyển tải nhiều loại thông

tin với các giao thức khác nhau. (chức năng xử lý cuộc gọi bao gồm định tuyến

cuộc gọi và quản lý, xác định và thực thi các đặc tính cuộc gọi).

Theo thuật ngữ chuyển mạch mềm thì chức năng chuyển mạch vật lý được

thực hiện bởi cổng phương tiện Media Gateway (MG), còn xử lý cuộc gọi là

chức năng của bộ điều khiển cổng phương tiện Media Gateway

Controller (MGC).

Một số lý do chính cho thấy việc tách 2 chức năng trên là một giải

pháp tốt:

 Cho phép có một giải pháp phần mềm chung đối với việc xử lý

cuộc gọi. Và phần mềm này được cài đặt trên nhiều loại mạng khác nhau,

bao gồm cả mạng chuyển mạch kênh và mạng gói (áp dụng được với các dạng

gói và môi trường truyền dẫn khác nhau).

 Là động lực cho các hệ điều hành, các môi trường máy tính chuẩn, tiết

kiệm đáng kể trong việc phát triển và ứng dụng các phần mềm xử lý cuộc gọi.

 Cho phép các phần mềm thông minh của các nhà cung cấp dịch vụ điều

khiển từ xa thiết bị chuyển mạch đặt tại trụ sở của khách hàng, một yếu

tố quan trọng trong việc khai thác tiềm năng của mạng trong tương lai.



26



3.6.2 Các giao thức hoạt động

Mô hình liên kết giao thức trong chuyển mạch mềm



27



Mô hình tham chiếu các giao thức trong Chuyển mạch mềm theo TCP/IP



28