Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế phát triển của xã hội thông tin, lưu lượng mạng và nhu cầu truyền thông dữ liệu đã trải qua sự gia tăng nhanh chóng. Nhu cầu người dùng không còn dừng lại ở các dịch vụ truyền thống như duyệt web, gửi nhận thư điện tử hay chia sẻ tập tin cơ bản, mà đã mở rộng sang các loại hình dịch vụ băng thông rộng đòi hỏi tính thời gian thực và dung lượng truyền dẫn cao như thoại (Voice), truyền dữ liệu tốc độ cao (Data) và truyền hình/video (Video). Đồng thời, xu hướng hội tụ mạng giữa thoại và dữ liệu đặt ra bài toán cấp thiết đối với hạ tầng mạng đô thị (Metropolitan Area Network - MAN).

Tại các đô thị và thành phố lớn, quá trình đô thị hóa và phát triển kinh tế làm gia tăng nhanh chóng các tổ hợp văn phòng (MTUs - Multi-Tenant Units), khu căn hộ/chung cư (MDUs - Multi-Dwelling Units), khu công nghiệp, khu công nghệ cao, doanh nghiệp lớn (LEs - Large Enterprises), doanh nghiệp vừa và nhỏ (SMBs) và văn phòng nhỏ/văn phòng tại gia (SOHO). Bên cạnh đó, các dự án công nghệ thông tin của chính phủ, cơ quan và doanh nghiệp đều đòi hỏi hạ tầng kết nối tốc độ cao giữa các mạng nội bộ (LAN-to-LAN), truy cập máy chủ từ xa và kết nối mạng diện rộng (WAN).

Tuy nhiên, hạ tầng mạng truyền thống dựa trên công nghệ ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM) và mạng vòng quang đồng bộ (SONET/SDH) bộc lộ nhiều điểm nghẽn kỹ thuật:

  • Mạng TDM được tối ưu hóa cho lưu lượng thoại, có tính chất cứng nhắc và không linh hoạt khi cần mở rộng băng thông theo nhu cầu lưu lượng dữ liệu dạng gói.
  • Các giao diện TDM có mức băng thông cố định (T1: 1,5 Mbps; DS3: 45 Mbps; OC-3: 155 Mbps), buộc khách hàng và nhà cung cấp phải thay đổi thiết bị đầu cuối phức tạp khi muốn tăng dung lượng.
  • Chi phí vận hành (bao gồm lập kế hoạch, lắp đặt, bảo dưỡng, quản lý) của mạng TDM rất cao, chiếm tới 70% tổng chi phí của mạng truyền tải.
  • Cấu hình vòng Ring của SONET/SDH truyền thống phải dành trước 50% băng thông cho mục đích bảo vệ dự phòng, việc phân kênh cố định và xử lý lưu lượng đa hướng (Multicast) gây lãng phí tài nguyên đường truyền.

Công nghệ mạng Metro Ethernet (Metro Ethernet Network - MEN) xuất hiện như một giải pháp chuyển giao tiếp Ethernet quen thuộc từ mạng cục bộ (LAN) sang mạng diện rộng đô thị (MAN), kết hợp ưu điểm về tính kinh tế, băng thông linh hoạt của Ethernet với độ tin cậy và khả năng quản lý của các hạ tầng truyền tải viễn thông.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn được xác định cụ thể theo 4 nội dung chính:

  1. Nghiên cứu tổng quan về sự hình thành, phát triển và các công nghệ nền tảng của mạng Metro Ethernet Network.
  2. Phân tích, so sánh các mô hình kiến trúc mạng tiêu biểu từ các nhà sản xuất thiết bị viễn thông lớn gồm Cisco Systems, Siemens và Alcatel.
  3. Nghiên cứu các chuẩn dịch vụ, phân loại dịch vụ và cơ chế chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) trên nền Metro Ethernet.
  4. Khảo sát hiện trạng mạng Bưu điện Hà Nội (HNPT), từ đó thiết kế kiến trúc phân lớp, lựa chọn thiết bị và xây dựng phương án triển khai các dịch vụ Metro Ethernet thực tế tại đơn vị.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Công nghệ mạng Metro Ethernet (MEN), các phương thức truyền tải lưu lượng gói qua hạ tầng quang (EoS, RPR, Pure Ethernet, EoMPLS) và các dòng thiết bị chuyển mạch/định tuyến viễn thông chuyên dụng.
  • Phạm vi không gian: Mạng viễn thông khu vực đô thị, ứng dụng cụ thể trên địa bàn do Bưu điện Hà Nội quản lý và khai thác.
  • Phạm vi thời gian: Số liệu, tiêu chuẩn kỹ thuật và hiện trạng hạ tầng mạng được khảo sát, tổng hợp tại thời điểm thực hiện đề tài (năm 2007).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và các tiêu chuẩn công nghệ

Luận văn xây dựng trên cơ sở lý thuyết truyền thông dữ liệu, công nghệ mạng diện rộng đô thị và các bộ tiêu chuẩn quốc tế được ban hành bởi IEEE và ITU-T:

  • Phân vùng cấu trúc mạng Metro: Mạng được phân chia thành 3 phân vùng chính gồm Metro Access (phần truy nhập gần khách hàng nhất, thiết bị đặt tại tủ cáp tòa nhà/doanh nghiệp), Metro Edge (lớp biên thu gom lưu lượng từ các tòa nhà vào các đường truyền lớn hơn) và Metro Core/Metro Hub (lớp lõi kết nối các trạm trung tâm Core CO để định tuyến và chuyển tiếp liên vùng hoặc ra mạng WAN).
  • Ethernet over SONET/SDH (EoS): Cơ chế đóng gói khung Ethernet trực tiếp vào tải đồng bộ (SPE) của mạng truyền dẫn SONET/SDH sẵn có nhằm tận dụng cơ sở hạ tầng cũ. Chuẩn đóng gói sử dụng gồm LAPS (Link Access Procedure SDH - chuẩn ITU-T X.86) và GFP (Generic Frame Procedure - ITU-T). Đồng thời sử dụng cơ chế ghép chuỗi ảo VCAT (Virtual Concatenation) tại Tầng 1 để gom các luồng nhỏ ($n \times \text{STS/STM}$ hoặc $n \times \text{VT/VC}$) tạo thành đường truyền linh hoạt và giao thức LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) cho phép tăng/giảm dung lượng tuyến truyền dẫn hoặc loại bỏ liên kết lỗi tự động trong thời gian thực mà không gây gián đoạn kết nối.
  • Resilient Packet Ring (RPR - IEEE 802.17): Chuẩn mạng vòng gói tin cậy được IEEE công bố vào tháng 3/2001, hoạt động tại lớp điều khiển truy nhập môi trường (MAC). RPR sử dụng cấu hình vòng đôi ngược chiều (Vòng 0 và Vòng 1), hỗ trợ tối đa 256 nút (node) trên một vòng với thời gian tự phục hồi khi có sự cố nhỏ hơn 50 ms thông qua hai cơ chế bảo vệ là Wrapping (bẻ vòng ngược hướng tại nút kề điểm đứt) và Steering (thông báo cập nhật cấu hình cho toàn mạng định tuyến lại lưu lượng). RPR áp dụng thuật toán công bằng (Fairness Algorithm) phân bổ động băng thông cho các lớp lưu lượng A1, B-CIR, B-EIR và FE (Fairness Eligible), cùng kỹ thuật tái sử dụng không gian băng thông (Spatial Reuse) cho phép các trạm đích giải phóng khung Unicast để các trạm khác tái sử dụng tài nguyên đường truyền.
  • Ethernet over MPLS (EoMPLS) và chuyển mạch nhãn: Công nghệ kết hợp Ethernet lớp 2 với mặt phẳng điều khiển nhãn MPLS lớp 3. Khung Ethernet được đóng gói trong các đường giả lập điểm - điểm (Pseudowire - PW) hoặc mạng LAN ảo đa điểm (VPLS), sử dụng các bảng chuyển tiếp nhãn FTN, ILM, NHLFE, LFIB và giao thức phân bổ nhãn LDP.
  • Mô hình phân cấp thiết bị Metro Ethernet: Kiến trúc chuẩn hóa phân định rõ vai trò của thiết bị CE (Customer Edge), thiết bị UPE (User Provider Edge), thiết bị NPE (Network Provider Edge) và thiết bị P Router (Core Router) cùng các cơ chế bảo vệ vòng STP (Spanning Tree Protocol với thời gian hội tụ 30-60 giây), RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) và ghép liên kết 802.3ad (Link Aggregation).

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp: Thu thập, đối chiếu và hệ thống hóa các văn bản tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế (IEEE 802.17, ITU-T X.86, chuẩn đóng gói VLAN 802.1Q, 802.1ad QinQ/S-VLAN).
  • Phương pháp so sánh kỹ thuật: Lập bảng phân tích ưu, nhược điểm và tính khả thi về mặt kinh tế - kỹ thuật giữa các mô hình truyền tải Ethernet qua mạng TDM, SONET/SDH, RPR thuần túy và MPLS.
  • Phương pháp khảo sát hiện trạng và thiết kế hệ thống: Khảo sát năng lực thiết bị thực tế tại Bưu điện Hà Nội, từ đó mô hình hóa kết nối vật lý, phân bổ cổng, xác định kích thước đơn vị truyền tải cực đại (MTU) và xây dựng sơ đồ mạng thử nghiệm các gói dịch vụ viễn thông.

Nguồn dữ liệu

  • Tài liệu kỹ thuật và hướng dẫn thiết kế mạng viễn thông của các hãng công nghệ: Cisco Systems (tài liệu kỹ thuật dòng Router 7609, Switch Catalyst 3750, module điều khiển WS-SUP720-3B), Siemens và Alcatel (tài liệu thiết bị Alcatel 7450 ESS, 7250 SAS).
  • Báo cáo khảo sát hạ tầng, danh mục thiết bị và cấu trúc mạng truyền dẫn thực tế tại Bưu điện Hà Nội (HNPT).

Thiết kế kiến trúc và mô hình kỹ thuật

Bảng so sánh các giải pháp công nghệ truyền dẫn trong mạng Metro

Đặc tính kỹ thuật TDM truyền thống / SONET/SDH Ethernet over SONET/SDH (EoS) Resilient Packet Ring (RPR - IEEE 802.17) Pure Ethernet / EoMPLS
Loại hình lưu lượng tối ưu Thoại, kênh thuê riêng cố định Dữ liệu đóng gói qua luồng TDM Dữ liệu gói tốc độ cao trên cấu trúc vòng Đa dịch vụ (Voice, Data, Video, VPN)
Mức độ linh hoạt băng thông Rất thấp (T1: 1,5 Mbps; DS3: 45 Mbps; OC3: 155 Mbps) Trung bình (cần VCAT/LCAS để ghép kênh) Cao (điều tiết động qua thuật toán Fairness) Rất cao (mở rộng theo bước 10/100/1000/10000 Mbps)
Hiệu suất sử dụng đường truyền Thấp (50% băng thông dành riêng cho dự phòng) Trung bình (vẫn phụ thuộc cấu trúc khung SDH) Rất cao (sử dụng cả 2 vòng, có Spatial Reuse) Rất cao (cân bằng tải động, thống kê lưu lượng)
Thời gian tự phục hồi sự cố Dưới 50 ms (cơ chế bảo vệ quang tự động) Dưới 50 ms (kế thừa cơ chế bảo vệ SDH) Dưới 50 ms (thông qua Wrapping và Steering) Tùy giao thức (STP: 30-60s; RSTP / MPLS FRR: < 50ms)
Số nút tối đa trên cấu hình Ring Hạn chế theo chuẩn phân cấp số Giới hạn theo cấu hình vòng Ring SDH Lên đến 256 nút trên một vòng đôi Không giới hạn cố định theo vòng (mở rộng linh hoạt)
Chi phí vận hành & thiết bị Rất cao (chiếm ~70% tổng chi phí mạng truyền dẫn) Trung bình (tận dụng phần cứng cũ, thêm card) Trung bình - cao (yêu cầu thiết bị hỗ trợ 802.17) Tối ưu, chi phí giao diện cổng Ethernet thấp

Kiến trúc phân cấp thiết bị mạng Metro Ethernet của Cisco

Trong mô hình kiến trúc mạng Metro Ethernet tiêu biểu của Cisco, hệ thống được phân định thành 3 lớp thiết bị chức năng rõ ràng:

[Khách hàng / Doanh nghiệp] 
   (Giao diện UNI: FE/GE)

Thông số kỹ thuật của Router lõi và biên Cisco 7609:

  • Dung lượng chuyển mạch (Switching Fabric): 720 Gbps.
  • Tốc độ chuyển tiếp gói tin (Forwarding Rate): Lên đến 30 Mpps.
  • Cấu trúc phần cứng: Khung 9 khe cắm (slot); trong đó slot 5 và slot 6 dành riêng cho card điều khiển Supervisor Engine (module WS-SUP 720-3B), các slot còn lại (1-4, 7-9) phục vụ cho các card đường truyền (line card) và module giao tiếp mạng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về công nghệ Metro Ethernet Network

Chương 1 hệ thống hóa quá trình hình thành, phát triển và đặc điểm kỹ thuật của mạng Metro Ethernet.

Các luận điểm và dữ liệu trọng tâm:

  • Bản chất mạng Metro: Là phân đoạn mạng kết nối giữa mạng khách hàng/doanh nghiệp với mạng diện rộng (WAN), đóng vai trò "dặm cuối" (last mile) hoặc "dặm đầu tiên" (first mile) trong hệ thống truyền tải của nhà cung cấp dịch vụ viễn thông.
  • Hạn chế của mạng TDM/SDH: Phân tích thực trạng chi phí triển khai và duy trì mạng TDM chiếm tới 70% tổng chi phí vận hành. Các chuẩn giao diện cố định (T1: 1,5 Mbps; DS3: 45 Mbps; OC-3: 155 Mbps) không đáp ứng được tính mềm dẻo của dữ liệu gói.
  • Các phương thức triển khai Ethernet qua mạng quang:
    • Ethernet over SONET/SDH (EoS): Giải pháp tận dụng hạ tầng cáp và thiết bị ADM/SDH sẵn có. Khung Ethernet được đóng gói bằng giao thức LAPS (ITU-T X.86) hoặc GFP (ITU-T) vào vùng tải SPE. Sử dụng kỹ thuật VCAT tại Lớp 1 để ghép các luồng nhỏ thành ống truyền dẫn dung lượng tùy biến và giao thức LCAS để co giãn băng thông trực tuyến không làm gián đoạn lưu lượng.
    • Resilient Packet Ring (RPR - IEEE 802.17): Phân tích cấu trúc vòng kép ngược chiều với thời gian phục hồi dưới 50 ms. Trình bày chi tiết hai cơ chế bảo vệ là Wrapping (chuyển tiếp vòng lặp) và Steering (lái tuyến dữ liệu), thuật toán điều tiết lưu lượng công bằng Fairness cho các lớp A1, B-CIR, B-EIR, FE và cơ chế tái sử dụng không gian băng thông (Spatial Reuse).
    • Mô hình truyền dẫn thuần Ethernet: Đánh giá phương án kết nối Hub-and-Spoke (sử dụng Link Aggregation IEEE 802.3ad hoặc cấu hình Dual-Homed) và cấu hình vòng Ring GE/10GE. Phân tích điểm nghẽn của Ring GE (dung lượng giới hạn 1 Gbps chia sẻ cho toàn bộ các nút, giao thức STP mất 30-60 giây để hội tụ khi có sự cố đứt cáp).
    • Vai trò của EoMPLS: Khẳng định EoMPLS là giải pháp khắc phục các nhược điểm về khả năng mở rộng, khả năng cách ly khách hàng và phục hồi dịch vụ của mạng Ethernet Lớp 2 thuần túy.

Chương 2: Các mô hình kiến trúc mạng tiêu biểu

Chương 2 phân tích chuyên sâu giải pháp phần cứng và kiến trúc mạng Metro Ethernet từ 3 nhà sản xuất thiết bị viễn thông:

  • Mô hình kiến trúc của Cisco Systems:
    • Phân cấp thiết bị: Cấu trúc mạng gồm các router lõi P (đảm nhiệm chuyển mạch nhãn MPLS Core), router biên NPE (Cisco 7609 quản lý giao diện L2/L3 VPN và định tuyến IP) và switch biên người dùng UPE (Cisco Catalyst 3750 đặt tại phía thuê bao để tiếp nhận giao diện UNI, phân loại lưu lượng qua chuẩn 802.1Q).
    • Đặc tính thiết bị Cisco 7609: Năng lực chuyển mạch 720 Gbps, tốc độ chuyển tiếp 30 Mpps, khung 9 slot với module điều khiển trung tâm WS-SUP 720-3B tại slot 5 và 6.
  • Mô hình kiến trúc của Siemens:
    • Trình bày sơ đồ kết nối vật lý, vai trò của các phần tử định tuyến/chuyển mạch trong mạng phân lớp và danh mục các dịch vụ truyền dẫn dữ liệu đô thị cơ bản của Siemens.
  • Mô hình kiến trúc của Alcatel:
    • Kiến trúc tổng quan: Phân tích giải pháp mạng MEN tích hợp dựa trên dòng thiết bị chuyển mạch dịch vụ Alcatel 7450 ESS (Ethernet Service Switch) và thiết bị truy nhập Alcatel 7250 SAS (Service Access Switch).
    • Triển khai dịch vụ L2 VPN: Trình bày kiến trúc dịch vụ kênh thuê riêng ảo VLL (Virtual Leased Line) dạng điểm - điểm và dịch vụ mạng LAN ảo riêng VPLS (Virtual Private LAN Service) dạng đa điểm - đa điểm trên nền tảng mạng lõi IP/MPLS.

Chương 3: Các dịch vụ trên nền Metro Ethernet Network

Chương 3 chuẩn hóa hệ thống phân loại, đặt tên và cơ chế kỹ thuật vận hành các dịch vụ trên mạng MEN:

  • Các chuẩn dịch vụ theo định nghĩa của Diễn đàn Metro Ethernet (MEF):
    • Dịch vụ điểm - điểm (Point-to-Point): E-Line, Ethernet Private Line (EPL), Ethernet Virtual Private Line (EVPL), Ethernet Wire Service (EWS), Ethernet Relay Service (ERS).
    • Dịch vụ đa điểm - đa điểm (Multipoint-to-Multipoint): E-LAN, Ethernet Multipoint Service (EMS), Ethernet Relay Multipoint Service (ERMS).
  • Cơ chế vận hành MPLS trong cung cấp đa dịch vụ:
    • Cấu trúc nhãn MPLS (20 bit nhãn, 3 bit CoS/Exp, 1 bit S - Bottom of Stack, 8 bit TTL).
    • Nguyên lý hoạt động của các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR) trong vùng lõi và router nhãn biên (LER).
    • Cơ chế đồng bộ và phân phối thông tin nhãn qua giao thức LDP, cấu trúc các bảng cơ sở thông tin chuyển tiếp LIB (Label Information Base) và LFIB (Label Forwarding Information Base).

Chương 4: Nghiên cứu và triển khai mạng Metro Ethernet tại Bưu điện Hà Nội

Chương 4 là phần nội dung ứng dụng thực tiễn của đề tài tại Bưu điện Hà Nội (HNPT):

  • Hiện trạng mạng và thiết bị tại Bưu điện Hà Nội:
    • Khảo sát các nút mạng, hệ thống cung cấp dịch vụ Internet băng rộng qua thiết bị IP DSLAM Huawei MA5600, các switch truy nhập (Access Switch) và hệ thống Router Cisco 7609.
    • Phân tích các loại hình dịch vụ đang vận hành: truy nhập Internet ADSL, kênh thuê riêng, truyền số liệu doanh nghiệp.
  • Thiết kế mô hình triển khai mạng MEN Bưu điện Hà Nội:
    • Xây dựng mô hình kết nối vật lý tổng thể và phân tầng mạng MEN BĐHN theo 3 cấp: Lớp Core (Cisco 7609), Lớp Aggregation/Edge (Cisco 7609) và Lớp Access (Access Switch, IP DSLAM MA5600).
    • Thiết kế sơ đồ kết nối cáp quang, phân bổ khe cắm (slot) trên các thiết bị Access Switch và Router 7609.
  • Thiết kế và thử nghiệm các gói dịch vụ cho HNPT:
    • Dịch vụ truy cập Internet tốc độ cao (HSI): Thiết kế luồng truyền dẫn từ người dùng qua modem ADSL, IP DSLAM MA5600, Access Switch tới BRAS và Gateway.
    • Các mô hình thử nghiệm dịch vụ doanh nghiệp: Xây dựng cấu hình thử nghiệm thực tế cho các dịch vụ EMS (Ethernet Multipoint Service), ERMS (Ethernet Relay Multipoint Service), E-Line, EWS (Ethernet Wire Service) và dịch vụ mạng riêng ảo MPLS/VPN cho khách hàng HNPT.
    • Thiết lập thông số vận hành: Ban hành bảng quy chuẩn định danh các thiết bị mạng và thông số MTU chuẩn trên toàn hệ thống mạng MEN Bưu điện Hà Nội.

Kết quả và đóng góp

Kết quả nghiên cứu chính

  1. Hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết công nghệ MEN: Luận văn đã phân tích có chiều sâu các cơ chế đóng gói, ghép kênh và phục hồi vòng quang (EoS, GFP, LAPS ITU-T X.86, VCAT Lớp 1, LCAS, RPR IEEE 802.17) và làm rõ vai trò của kỹ thuật chuyển mạch nhãn EoMPLS trong việc nâng cao tính mở rộng của mạng chuyển mạch Ethernet.
  2. Tổng hợp và đối chiếu mô hình giải pháp của các nhà cung cấp: Khảo sát chi tiết cấu trúc phần cứng, phân tầng thiết bị và phương thức cung cấp dịch vụ L2/L3 VPN của Cisco Systems (Cisco 7609, WS-SUP720-3B, Catalyst 3750), Alcatel (Alcatel 7450 ESS, 7250 SAS) và Siemens.
  3. Thiết kế phương án kỹ thuật triển khai thực tế tại Bưu điện Hà Nội:
    • Xây dựng hoàn chỉnh sơ đồ kiến trúc phân lớp vật lý và logic cho mạng Metro Ethernet Bưu điện Hà Nội.
    • Thiết kế phương thức đấu nối giữa các trạm trung tâm, phân bổ cổng trên Router Cisco 7609, Access Switch và IP DSLAM Huawei MA5600.
    • Xây dựng các sơ đồ thử nghiệm dịch vụ cho HNPT gồm dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao (HSI), các gói dịch vụ Ethernet điểm - điểm (E-Line, EWS), đa điểm (EMS, ERMS) và mạng riêng ảo MPLS/VPN.
    • Xây dựng bảng quy chuẩn định danh thiết bị và thiết lập tham số kích thước gói truyền dẫn cực đại (MTU) phục vụ công tác quản lý và vận hành.

Giải pháp và kiến nghị đề xuất

  • Đề xuất nhà cung cấp dịch vụ viễn thông đô thị chuyển dịch từ cấu trúc truyền dẫn TDM/SDH cứng nhắc sang mô hình mạng phân lớp Metro Ethernet trên nền hạ tầng cáp quang Gigabit Ethernet và 10-Gigabit Ethernet.
  • Áp dụng mô hình kết hợp mạng truy nhập Ethernet Lớp 2 (UPE) với mạng biên/lõi điều khiển bằng công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS (NPE và P Router) nhằm tối ưu hóa chi phí đầu tư cổng kết nối, đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) đầu cuối đến đầu cuối và khả năng phân tách lưu lượng đa người thuê (Multi-tenancy).

Đóng góp thực tiễn của đề tài

  • Cung cấp tài liệu nghiên cứu chuyên khảo và có hệ thống về công nghệ Metro Ethernet tại thời điểm các mạng viễn thông đô thị tại Việt Nam bắt đầu bước vào giai đoạn chuyển đổi công nghệ (năm 2007).
  • Đóng góp trực tiếp phương án thiết kế kỹ thuật, cấu hình thử nghiệm dịch vụ ứng dụng ngay tại đơn vị công tác của tác giả là Bưu điện Hà Nội, phục vụ công tác nâng cấp và mở rộng mạng băng rộng thực tế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Luận văn tập trung nghiên cứu trên phạm vi hạ tầng công nghệ và cấu hình thiết bị hiện có tại Bưu điện Hà Nội ở thời điểm khảo sát (năm 2007). Các kịch bản dịch vụ (EMS, ERMS, EWS, MPLS/VPN) chủ yếu dừng lại ở mức độ thiết kế mô hình kiến trúc, cấu hình thử nghiệm và kiểm chứng chức năng theo quy mô mạng cục bộ đô thị, chưa khảo sát toàn diện tải lưu lượng lớn trong điều kiện khai thác thương mại mở rộng.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu các kỹ thuật tối ưu hóa định tuyến lưu lượng kỹ thuật cao (MPLS Traffic Engineering - MPLS TE), tích hợp mạng truyền tải quang mật độ cao theo bước sóng (DWDM/CWDM) ở lớp lõi và nghiên cứu triển khai các cơ chế đảm bảo cam kết chất lượng dịch vụ (SLA) tự động cho khách hàng doanh nghiệp trên toàn mạng đô thị.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo hữu ích cho các nhóm đối tượng và mục đích nghiên cứu sau:

  • Kỹ sư và cán bộ quản trị mạng viễn thông: Tham khảo mô hình phân lớp thiết bị (UPE - NPE - P Router), thông số kỹ thuật chi tiết của dòng thiết bị Cisco 7609 (Supervisor Engine WS-SUP720-3B), Alcatel 7450 ESS và phương án cấu hình các dịch vụ Ethernet L2/L3 VPN trên nền MPLS.
  • Cán bộ thiết kế quy hoạch mạng đô thị: Tham khảo giải pháp thiết kế kết nối vật lý, phân vùng mạng (Metro Access, Metro Edge, Metro Core) và phương thức chuyển đổi từ hạ tầng TDM/SDH sang Ethernet/MPLS tại các bưu điện/viễn thông tỉnh, thành phố.
  • Sinh viên và học viên cao học chuyên ngành Điện tử Viễn thông, Mạng máy tính & Truyền thông dữ liệu: Sử dụng làm tài liệu học tập, nghiên cứu về các chuẩn mạng diện rộng (IEEE 802.17 RPR, ITU-T X.86 LAPS, VCAT/LCAS), cơ chế chuyển tiếp gói tin và quy trình triển khai đồ án mạng thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao mạng truyền tải Metro truyền thống sử dụng công nghệ TDM/SDH lại bộc lộ hạn chế lớn khi nhu cầu dữ liệu gói tăng cao?

Mạng TDM/SDH được thiết kế tối ưu hóa cho thoại với các kênh phân chia cố định (T1: 1,5 Mbps; DS3: 45 Mbps; OC-3: 155 Mbps). Khi lưu lượng dữ liệu tăng, việc nâng cấp băng thông đòi hỏi phải thay đổi phần cứng đầu cuối rất tốn kém. Bên cạnh đó, chi phí vận hành (lắp đặt, quản lý, bảo dưỡng) của mạng TDM chiếm tới 70% tổng chi phí mạng truyền tải và cấu hình vòng Ring SDH phải dành trước 50% dung lượng cho mục đích dự phòng, gây lãng phí tài nguyên đường truyền.

2. Chuẩn Resilient Packet Ring (RPR - IEEE 802.17) có những ưu điểm kỹ thuật nổi bật nào so với mạng vòng SONET/SDH?

RPR là giao thức Lớp MAC tốc độ cao hoạt động trên cấu hình vòng đôi ngược chiều với các ưu điểm: thời gian tự phục hồi khi có sự cố nhỏ hơn 50 ms mà không cần dành trước băng thông cố định; sử dụng đồng thời cả 2 vòng để truyền dữ liệu; hỗ trợ mở rộng lên đến 256 nút; áp dụng cơ chế Spatial Reuse (tái sử dụng không gian băng thông cho khung Unicast) và thuật toán Fairness để phân bổ động, công bằng băng thông cho các lớp lưu lượng A1, B-CIR, B-EIR và FE.

3. Trong mô hình kiến trúc mạng Metro Ethernet của Cisco, vai trò và thông số kỹ thuật của Router Cisco 7609 là gì?

Cisco 7609 đảm nhận đồng thời hai vai trò chính: làm router biên nhà cung cấp (NPE) để cung cấp các dịch vụ IP, L2/L3 VPN, chuyển mạch dịch vụ Ethernet; và làm router lõi (P Router) để thực hiện chuyển mạch nhãn MPLS tốc độ cao, cân bằng tải. Thiết bị có dung lượng chuyển mạch 720 Gbps, tốc độ chuyển tiếp gói đạt 30 Mpps, cấu trúc 9 khe cắm với module điều khiển WS-SUP 720-3B đặt tại khe 5 và 6.

4. Cơ chế VCAT và giao thức LCAS đóng vai trò gì trong giải pháp Ethernet over SONET/SDH (EoS)?

VCAT (Virtual Concatenation) hoạt động tại Lớp 1 của SONET/SDH, cho phép ghép các luồng dung lượng nhỏ ($n \times \text{STS/STM}$ hoặc $n \times \text{VT/VC}$) tạo thành một ống truyền dẫn logic có kích thước linh hoạt, khớp với băng thông của gói Ethernet. Giao thức LCAS (Link Capacity Adjustment Scheme) cho phép tăng hoặc giảm số lượng kênh thành phần của ống VCAT theo thời gian thực hoặc tự động ngắt các liên kết bị lỗi mà không làm gián đoạn luồng dữ liệu đang truyền tải.

5. Phương án triển khai mạng MEN tại Bưu điện Hà Nội (HNPT) đã thiết kế những dịch vụ và thiết bị cụ thể nào?

Hệ thống mạng MEN tại Bưu điện Hà Nội được thiết kế trên cơ sở kết nối các thiết bị: Router lõi Cisco 7609, các thiết bị Access Switch và hệ thống IP DSLAM Huawei MA5600. Đề tài đã xây dựng phương án kiến trúc cho dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao (HSI), các dịch vụ truyền số liệu doanh nghiệp gồm Ethernet điểm - điểm (E-Line, EWS), Ethernet đa điểm (EMS, ERMS), mạng riêng ảo MPLS/VPN cùng hệ thống bảng định danh thiết bị và chuẩn hóa tham số kích thước MTU trên toàn mạng.

Kết luận

Luận văn thạc sĩ của tác giả Trần Vũ Cường đã nghiên cứu một cách toàn diện về công nghệ mạng Metro Ethernet (MEN), so sánh chi tiết giữa các giải pháp truyền dẫn TDM, EoS, RPR và EoMPLS cũng như kiến trúc thiết bị của Cisco, Siemens và Alcatel. Trên cơ sở lý thuyết chuẩn hóa, đề tài đã xây dựng thành công phương án thiết kế kiến trúc phân lớp, lựa chọn cấu hình phần cứng và quy trình thử nghiệm các dịch vụ viễn thông băng rộng (HSI, EMS, ERMS, EWS, MPLS/VPN) phù hợp với hiện trạng hạ tầng tại Bưu điện Hà Nội năm 2007. Kết quả nghiên cứu mang lại giá trị thực tiễn trực tiếp cho công tác quy hoạch, chuyển đổi và quản trị hạ tầng mạng đô thị tốc độ cao trong ngành viễn thông.