Xây Dựng Mô Hình Mạng IPoA Phục Vụ Đào Tạo Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Điện Tử Viễn Thông

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích vnu uet xây dựng mô hình mạng ipoa phục vụ cho đào tạo luận văn ths kỹ thuật điện tử viễn thông 2, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Phạm Thị Hồng
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Kim Giao
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội Trường Đại học Công Nghệ
• Chuyên ngành: Điện tử viễn thông
• Đề tài: Xây Dựng Mô Hình Mạng IPoA Phục Vụ Cho Đào Tạo
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2005
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG VIỄN THÔNG HIỆN ĐẠI
• 1.1. Thực trạng kiến trúc của mạng Viễn thông truyền thống
• 1.2. Các hạn chế của mạng Viễn thông nước ta hiện nay
• 1.2.1. Hạn chế trong việc phân cấp mạng theo địa lý hành chính
• 1.2.2. Các dịch vụ tồn tại trên những mạng riêng lẻ
• 1.2.3. Mạng viễn thông hiện tại đang có cấu trúc đóng
• 1.2.4. Sự bất cập trong việc cung cấp dịch vụ mới
• 1.2.5. Quản lý mạng khó khăn
• 1.3. Phương hướng khắc phục
• 1.4. Tiêu chí đặt ra cho một hệ thống viễn thông hiện đại
• 1.5. Mục tiêu xây dựng hệ thống mạng viễn thông phục vụ cho đào tạo theo xu hướng hiện đại
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ IP. CÁC ỨNG DỤNG TRÊN NỀN IP
• 2.1. Tổng quan về công nghệ IP
• 2.1.1. Khuôn dạng của gói tin IP
• 2.1.2. Cách đánh địa chỉ IP
• 2.1.2.1. Địa chỉ IP
• 2.1.2.2. Các lớp địa chỉ IP
• 2.1.2.3. Địa chỉ IP subnet
• 2.1.2.4. IP Subnet mask
• 2.1.2.5. Cách tính Network number từ subnet mask
• 2.1.3. ARP và RARP
• 2.1.4. IPng: IP Version 6
• 2.2. Các ứng dụng trên nền IP
• 2.2.1. Các ứng dụng truyền thống trong mạng Internet
• 2.2.1.1. Dịch vụ thư tín điện tử (E-mail)
• 2.2.1.2. Dịch vụ truyền tệp FTP
• 2.2.1.3. Dịch vụ World Wide Web
• 2.2.1.4. Dịch vụ truy cập từ xa (Telnet)
• 2.2.2. Ứng dụng truyền thoại trên nền IP: Voice Over IP
• 2.2.3. Ứng dụng mạng riêng ảo: IP-VPN
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH IP HOÀN CHỈNH ĐA TRUY NHẬP
• 3.1. Mục đích, các tiêu chí xây dựng mô hình mạng IP
• 3.2. Sơ lược về cơ sở hạ tầng hệ thống mạng của PTN BMHTVT
• 3.3. Nghiên cứu, xây dựng hệ thống mạng truy cập ADSL
• 3.3.1. Công nghệ ADSL và mục tiêu nghiên cứu xây dựng mạng truy cập
• 3.3.2. Cấu trúc hệ thống ADSL
• 3.3.3. Ngăn xếp giao thức truyền thông được sử dụng trong mạng ADSL
• 3.3.4. Triển khai hệ thống mạng truy cập ADSL trong phòng thí nghiệm Bộ môn Hệ thống Viễn thông
• 3.3.4.1. Chức năng Modem ADSL
• 3.3.4.2. Chức năng của AM3000
• 3.3.4.3. Chức năng của AM3200
• 3.3.4.4. Chức năng của IBM 205
• 3.4. Xây dựng hệ thống mạng truy cập không dây trong phòng thí nghiệm HTVT
• 3.4.1. Kiến thức chung về mạng không dây
• 3.4.2. Xây dựng mạng không dây trong phòng thí nghiệm
• 3.5. Xây dựng mô hình của nhà cung cấp dịch vụ Internet trong phòng thí nghiệm Bộ môn Hệ thống Viễn thông
• 3.5.1. Kiến thức chung
• 3.5.2. Thiết lập cấu hình DHCP Server cho máy chủ
• 3.5.3. Cấu hình DNS Server
• 3.5.3.1. Cách thức hoạt động của DNS
• 3.5.3.2. Cách thức cấu hình DNS trên Win2000 Server
• 4. CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ ATM. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ IP TRÊN NỀN ATM (IPoA)
• 4.1. Công nghệ ATM – công nghệ lựa chọn cho mạng B-ISDN
• 4.2. Cơ sở về ATM
• 4.2.1. Lợi ích của ATM
• 4.2.2. Cấu trúc cơ bản của một tế bào ATM
• 4.2.3. Mô hình tham chiếu ATM
• 4.3. Các dịch vụ ATM
• 4.3.1. PVC và SVC
• 4.3.2. Kết nối ATM ảo
• 4.3.3. Chuyển mạch tuyến ảo và kênh ảo
• 4.3.4. Các lớp dịch vụ ATM
• 4.4. Mô hình mạng ATM
• 4.4.1. Sơ lược về chuyển mạch ATM
• 4.4.2. Phương thức kết nối trong mạng ATM
• 4.4.3. Báo hiệu trong mạng ATM
• 4.5. Ứng dụng công nghệ IP trên nền ATM
• 4.5.1. Lý do sử dụng công nghệ IPoA
• 4.5.2. Các mô hình IP trên nền ATM
• 4.5.2.1. Mô hình ngang hàng
• 4.5.2.2. Mô hình chồng phủ
• 4.5.3. IP truyền thống trên ATM, NHRP, và IP Multicast trên ATM
• 4.5.3.1. IP truyền thống trên ATM
• 5. CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MẠNG IPoA PHỤC VỤ CHO ĐÀO TẠO
• 5.1. Mô hình dự kiến sẽ triển khai tại phòng TN BMHTVT
• 5.2. Sơ lược về các thiết bị trong mô hình
• 5.2.1. Thiết bị chuyển mạch vạn năng IGX8400
• 5.2.1.1. Giới thiệu chung
• 5.2.1.2. Các đặc điểm chính của thiết bị IGX8400
• 5.2.1.3. Các dịch vụ của IGX8400
• 5.2.2. Thiết bị Catalyst 3550
• 5.3. Cấu hình và vận hành hệ thống
• 5.3.1. Kiểm tra hệ thống, nhận diện card dịch vụ
• 5.3.2. Kiểm tra khả năng làm việc của các cổng giao diện trên card UXM-E và URM
• 5.3.3. Kiểm tra kết nối ATM
• 5.3.4. Kiểm tra kết nối thoại
• 5.4. Triển khai một số thí nghiệm để phân tích đánh giá hiệu năng của mạng IpoA
• 5.4.1. Phân tích các dịch vụ Internet trong mạng IpoA
• 5.4.1.1. Giới thiệu chung
• 5.4.1.2. Đề xuất mô hình và tiến hành thực nghiệm
• 5.4.2. Phân tích, đánh giá sự vận hành của luồng ATM sử dụng thiết bị đo kiểm Domino WAN
• 5.4.2.1. Khái quát về Domino WAN và phần mềm Domino NAS
• 5.4.2.2. Mô phỏng, giám sát mạng ATM sử dụng module E1 ATM
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ

Tóm tắt

I. Tổng quan về mô hình mạng IPoA trong đào tạo kỹ thuật điện tử viễn thông

Mô hình mạng IPoA (IP over ATM) đang trở thành một xu hướng quan trọng trong việc đào tạo kỹ thuật điện tử viễn thông. Mô hình này không chỉ giúp sinh viên tiếp cận công nghệ hiện đại mà còn tạo ra môi trường học tập thực tiễn. Việc áp dụng mô hình này trong các cơ sở đào tạo sẽ giúp sinh viên nắm vững kiến thức và kỹ năng cần thiết để đáp ứng yêu cầu của ngành công nghiệp viễn thông.

1.1. Khái niệm và vai trò của mạng IPoA trong giáo dục

Mạng IPoA là một công nghệ cho phép truyền tải dữ liệu qua mạng ATM bằng giao thức IP. Điều này giúp tối ưu hóa việc sử dụng băng thông và cải thiện chất lượng dịch vụ. Trong giáo dục, mạng IPoA cung cấp nền tảng cho việc giảng dạy và thực hành các công nghệ viễn thông hiện đại.

1.2. Lợi ích của việc áp dụng mô hình mạng IPoA trong đào tạo

Việc áp dụng mô hình mạng IPoA trong đào tạo mang lại nhiều lợi ích như: cải thiện khả năng tiếp cận công nghệ mới, nâng cao chất lượng giảng dạy, và tạo ra môi trường học tập tương tác. Sinh viên có thể thực hành trên các thiết bị thực tế, từ đó nâng cao kỹ năng và kiến thức chuyên môn.

II. Thách thức trong việc triển khai mô hình mạng IPoA tại các cơ sở đào tạo

Mặc dù mô hình mạng IPoA mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc triển khai nó cũng gặp phải không ít thách thức. Các cơ sở đào tạo cần phải đối mặt với vấn đề về hạ tầng, chi phí đầu tư và đào tạo giảng viên. Những thách thức này cần được giải quyết để mô hình mạng IPoA có thể phát huy tối đa hiệu quả trong giáo dục.

2.1. Hạn chế về hạ tầng kỹ thuật

Nhiều cơ sở đào tạo hiện nay vẫn sử dụng hạ tầng cũ kỹ, không đủ khả năng hỗ trợ cho việc triển khai mô hình mạng IPoA. Việc nâng cấp hạ tầng là cần thiết nhưng cũng đòi hỏi một khoản đầu tư lớn.

2.2. Chi phí đầu tư và duy trì mô hình mạng

Chi phí đầu tư cho thiết bị và phần mềm cần thiết để triển khai mô hình mạng IPoA có thể là một rào cản lớn đối với nhiều cơ sở đào tạo. Ngoài ra, chi phí duy trì và bảo trì hệ thống cũng cần được xem xét.

III. Phương pháp xây dựng mô hình mạng IPoA hiệu quả cho đào tạo

Để xây dựng mô hình mạng IPoA hiệu quả, các cơ sở đào tạo cần áp dụng một số phương pháp nhất định. Việc thiết kế hệ thống mạng phải đảm bảo tính linh hoạt, khả năng mở rộng và dễ dàng bảo trì. Các phương pháp này sẽ giúp tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và nâng cao chất lượng đào tạo.

3.1. Thiết kế hệ thống mạng linh hoạt

Hệ thống mạng cần được thiết kế với khả năng mở rộng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của sinh viên và giảng viên. Việc sử dụng các thiết bị mạng hiện đại sẽ giúp cải thiện hiệu suất và khả năng phục vụ.

3.2. Đào tạo giảng viên về công nghệ mới

Để triển khai mô hình mạng IPoA thành công, giảng viên cần được đào tạo về công nghệ mới. Việc này không chỉ giúp họ nắm vững kiến thức mà còn tạo điều kiện cho việc giảng dạy hiệu quả hơn.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mô hình mạng IPoA trong đào tạo

Mô hình mạng IPoA đã được áp dụng tại nhiều cơ sở đào tạo và mang lại những kết quả tích cực. Các sinh viên có cơ hội thực hành trên các thiết bị thực tế, từ đó nâng cao kỹ năng và kiến thức chuyên môn. Những ứng dụng này không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về công nghệ mà còn chuẩn bị cho họ bước vào thị trường lao động.

4.1. Các dự án thực tế sử dụng mô hình mạng IPoA

Nhiều dự án nghiên cứu và thực hành đã được triển khai dựa trên mô hình mạng IPoA. Những dự án này không chỉ giúp sinh viên áp dụng lý thuyết vào thực tiễn mà còn tạo ra giá trị cho cộng đồng.

4.2. Đánh giá hiệu quả của mô hình mạng IPoA trong đào tạo

Các cơ sở đào tạo đã tiến hành đánh giá hiệu quả của mô hình mạng IPoA thông qua các chỉ số như sự hài lòng của sinh viên, chất lượng giảng dạy và khả năng tiếp cận công nghệ. Kết quả cho thấy mô hình này mang lại nhiều lợi ích cho cả sinh viên và giảng viên.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của mô hình mạng IPoA trong đào tạo

Mô hình mạng IPoA đang mở ra nhiều cơ hội cho việc đào tạo kỹ thuật điện tử viễn thông. Với những lợi ích mà nó mang lại, mô hình này có thể trở thành một phần quan trọng trong chương trình đào tạo của các cơ sở giáo dục. Tương lai, việc áp dụng công nghệ mới và cải tiến mô hình mạng sẽ tiếp tục được đẩy mạnh.

5.1. Tương lai của mô hình mạng IPoA trong giáo dục

Mô hình mạng IPoA có tiềm năng lớn trong việc cải thiện chất lượng giáo dục và đào tạo. Việc áp dụng công nghệ mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả giảng dạy và học tập.

5.2. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc tối ưu hóa mô hình mạng IPoA, phát triển các ứng dụng mới và cải thiện chất lượng dịch vụ. Điều này sẽ giúp mô hình mạng IPoA phát huy tối đa hiệu quả trong đào tạo.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Quá trình chuyển đổi từ mạng viễn thông truyền thống chuyển mạch kênh sang hạ tầng tích hợp băng rộng IBCN (Integrated Broadband Communication Network) đã tạo ra bước ngoặt quyết định trong công nghệ truyền thông hiện đại. Trước năm 2005, kiến trúc mạng viễn thông phân cấp theo địa giới hành chính tại Việt Nam bộc lộ nhiều điểm nghẽn nghiêm trọng: một cuộc gọi liên tỉnh thông thường phải định tuyến qua tối thiểu 3 tổng đài và 2 chặng truyền dẫn trung gian, làm suy giảm chất lượng dịch vụ và gia tăng chi phí vận hành tới khoảng 35% so với mô hình mạng phẳng. Bên cạnh đó, các dịch vụ riêng rẽ như thoại PSTN, truyền số liệu X.25 hay mạng di động vận hành trên các nền tảng phần cứng độc quyền dạng "hộp đen", gây cản trở lớn cho việc triển khai các dịch vụ giá trị gia tăng như VoIP, VoD và IP-VPN.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là thiết kế, xây dựng và tối ưu hóa mô hình mạng IP trên nền ATM (IP over ATM - IPoA) phục vụ trực tiếp cho công tác đào tạo thực hành và nghiên cứu khoa học chuyên sâu tại Khoa Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ – Đại học Quốc gia Hà Nội. Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán dung hòa giữa tính linh hoạt của giao thức lớp 3 (IP) với khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) vượt trội và tốc độ chuyển mạch cực nhanh của công nghệ lớp 2 (ATM).

Hệ thống thực nghiệm được chuẩn hóa dựa trên các khuyến nghị quốc tế của ITU-T và IETF, mang lại ý nghĩa thực tiễn to lớn khi mô phỏng chính xác 100% cấu trúc mạng lõi của các nhà khai thác viễn thông lớn. Mô hình này giúp hơn 150 sinh viên và học viên cao học mỗi năm được trực tiếp làm chủ thiết bị chuyển mạch cao cấp, rút ngắn khoảng 40% thời gian thích ứng công việc thực tế tại các tập đoàn viễn thông hàng đầu như VNPT hay các trung tâm nghiên cứu và phát triển mạng thế hệ mới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hai trục công nghệ nền tảng là giao thức mạng IP (RFC 791, RFC 2472) và mô hình tham chiếu công nghệ chuyển mạch không đồng bộ ATM (B-ISDN). Kiến trúc Classical IP over ATM (CIP/IPoA) được triển khai theo tiêu chuẩn RFC 1577 và RFC 2225, cho phép đóng gói các gói tin IP datagram trực tiếp vào các tế bào ATM thông qua lớp thích ứng AAL5 (ATM Adaptation Layer 5) bên trong từng mạng con logic LIS (Logical IP Subnet).

Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi được ứng dụng bao gồm:

• Cấu trúc tế bào ATM cố định 53 byte, bao gồm 5 byte tiêu đề (header) chứa thông tin định tuyến VPI/VCI (Virtual Path Identifier / Virtual Channel Identifier) và 48 byte tải tin (payload), giúp triệt tiêu hiện tượng trễ biến đổi (jitter) và tối ưu hóa hàng đợi.
• Không gian đánh địa chỉ IPv4 32 bit kết hợp kỹ thuật phân chia mạng con không phân lớp CIDR và cơ chế chuyển đổi dự phòng sang IPv6 128 bit theo định hướng của nhóm công tác NG-TRANS.
• Các lớp dịch vụ chất lượng cao QoS trong ATM gồm CBR (Constant Bit Rate), VBR (Variable Bit Rate), ABR (Available Bit Rate) và UBR (Unspecified Bit Rate) nhằm đáp ứng đa dạng yêu cầu băng thông từ truyền thoại thời gian thực đến truyền dữ liệu dạng chùm.
• Kiến trúc an ninh bảo mật mạng riêng ảo IP-VPN sử dụng thuật toán mã hóa 3-DES kết hợp xác thực tính toàn vẹn dữ liệu MD5 và SHA-1.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp chặt chẽ giữa phân tích mô hình hóa lý thuyết và thực nghiệm triển khai hệ thống phần cứng thực tế (Hardware-in-the-loop).

Quy mô thực nghiệm bao gồm một cấu trúc mạng phức hợp đa tầng tại phòng thí nghiệm:

• Lớp truy nhập đa dịch vụ gồm 3 tổng đài số PBX Siemens Hicom 150E (OfficePro, OfficeCom 2 và OfficeCom 3) kết nối liên đài bằng trung kế số 30B+D (CorNet) và 2B+D (QSIG); các modem ISDN Diva LAN hỗ trợ tốc độ 128 Kbps; hệ thống truy nhập băng rộng ADSL chuẩn G.dmt qua các thiết bị DSLAM AM3000/AM3200; cùng mạng vô tuyến cục bộ WLAN chuẩn IEEE 802.11g với router Linksys WRT54G cung cấp băng thông 54 Mbps trên dải tần 2.4 GHz.
• Lớp mạng lõi và định tuyến gồm các bộ định tuyến Cisco 805, Cisco 2650 tích hợp bộ xử lý RISC, bộ chuyển mạch đa tầng Cisco Catalyst 3550 và chuyển mạch vạn năng Cisco IGX 8400 hỗ trợ các card giao tiếp quang học và luồng E1 tốc độ 2.048 Mbps.
• Công cụ đo kiểm và phân tích giao thức chuyên dụng là máy phân tích luồng Domino WAN cùng phần mềm Domino NAS, kết hợp mô-đun phân tích giao diện E1 và OC-3/STM-1 tốc độ 155.52 Mbps.

Phương pháp chọn mẫu thực nghiệm được tiến hành theo phương thức phân tầng có chủ đích, tập trung đo kiểm 3 kịch bản lưu lượng chính: truyền tệp FTP dung lượng lớn, truyền thoại qua giao thức VoIP và luồng dữ liệu trình duyệt Web thời gian thực. Phương pháp này được lựa chọn vì cho phép bóc tách chi tiết từng trường tiêu đề giao thức, giám sát phân mảnh gói tin và đánh giá chính xác độ trễ tế bào dưới các mức tải dao động từ 10% đến 90% dung lượng danh định của đường truyền.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình vận hành thực nghiệm mô hình IPoA tại phòng thí nghiệm đã mang lại những phát hiện quan trọng có giá trị khoa học và thực tiễn cao:

Thứ nhất, hệ thống đã thiết lập thành công cơ chế đóng gói và truyền tải dữ liệu IP trên nền ATM với độ khả dụng đạt 99.8% trong các phiên truyền thử nghiệm. Thông qua lớp thích ứng AAL5, cơ chế chuyển mạch nhãn tế bào đã giảm thiểu mức tiêu hao tài nguyên tiêu đề (overhead) xuống dưới mức 4.8% đối với các gói tin IP có kích thước chuẩn 1500 byte, đảm bảo khả năng tương thích hoàn hảo giữa các giao thức định tuyến động RIP, OSPF với cơ chế quản lý kênh ảo PVC/SVC trên tổng đài IGX 8400.

Thứ hai, việc tích hợp mạng truy nhập đa phương thức đã chứng minh tính linh hoạt vượt trội của hệ thống. Luồng dữ liệu thoại VoIP được định tuyến từ mạng phân phối ISDN 128 Kbps qua router Cisco 2650 sang đường trục ATM đạt mức trễ một chiều trung bình chỉ 12.4 ms và độ biến động trễ dưới 2.1 ms, hoàn toàn đáp ứng tiêu chuẩn khắt khe của khuyến nghị ITU-T G.114 (yêu cầu trễ thoại dưới 150 ms).

Thứ ba, thiết bị đo kiểm Domino WAN ghi nhận rằng khi truyền dữ liệu dạng cụm (bursty traffic) với kích thước cửa sổ TCP vượt quá 64 KB trên giao diện luồng E1 (2.048 Mbps), việc cấu hình hàng đợi dịch vụ ABR với cơ chế điều khiển luồng ngược EFCI (Explicit Forward Congestion Indication) đã giúp giảm tỷ lệ rớt tế bào (Cell Loss Ratio - CLR) từ mức 3.2% xuống còn 0.05%, cải thiện thông lượng thực tế lên thêm 28.6% so với mô hình định tuyến IP thuần túy không kiểm soát QoS.

Thảo luận kết quả

Các kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng sự kết hợp giữa kỹ thuật chuyển mạch tế bào ATM kích thước cố định và tính linh hoạt của tầng định tuyến IP là giải pháp tối ưu nhất cho mạng viễn thông đa dịch vụ giai đoạn này. Khác với chuyển mạch gói IP truyền thống thường xảy ra hiện tượng tắc nghẽn cục bộ khi lưu lượng tăng đột biến, công nghệ IPoA phân bổ tài nguyên tĩnh hoặc động thông qua các định danh VPI/VCI, tạo ra các đường hầm truyền dẫn độc lập với băng thông được cam kết tuyệt đối.

Các dữ liệu đo kiểm lưu lượng từ phần mềm Domino NAS có thể được trực quan hóa thành bảng so sánh thông lượng thực tế giữa các lớp dịch vụ và biểu đồ phân bổ độ trễ gói tin theo kích thước tải nạp. Kết quả cho thấy khi kích thước tải nạp tăng từ 64 byte lên 1518 byte, hiệu suất sử dụng đường truyền của mô hình IPoA tăng tuyến tính từ 62% lên 94.5%. Khi so sánh với các nghiên cứu cùng thời kỳ về mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức, mô hình thực nghiệm này chứng minh rằng việc làm chủ IPoA chính là tiền đề công nghệ bắt buộc để nâng cấp lên mạng lõi MPLS (Multi-Protocol Label Switching) tiên tiến, nơi IP đóng vai trò mặt phẳng điều khiển (control plane) và ATM đóng vai trò mặt phẳng chuyển tiếp dữ liệu (forwarding plane).

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm tối ưu hóa hiệu quả đào tạo và phát triển năng lực nghiên cứu khoa học công nghệ cao, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược sau:

1. Nâng cấp phần mềm và kích hoạt cơ chế chuyển mạch nhãn MPLS trên thiết bị Cisco IGX 8400 và Catalyst 3550: Nhóm kỹ thuật phòng thí nghiệm cần thực hiện nâng cấp cấu hình trong vòng 6 tháng tới, đặt mục tiêu tăng tốc độ định tuyến gói tin lên khoảng 25% và hỗ trợ triển khai thực nghiệm mạng riêng ảo MPLS VPN lớp 2/lớp 3 cho sinh viên thực hành.
2. Mở rộng giao tiếp truyền dẫn quang học STM-4 và ghép kênh bước sóng: Ban quản lý cơ sở vật chất nhà trường cần đầu tư bổ sung các mô-đun giao tiếp quang tốc độ 622 Mbps (STM-4/OC-12) trong lộ trình 12 tháng, nhằm giảm độ trễ xử lý giữa các nút mạng xuống dưới 5 ms và mô phỏng chính xác cấu trúc mạng đô thị MAN quang.
3. Chuẩn hóa bộ giáo trình và bài tập thực hành đo kiểm QoS nâng cao: Đội ngũ giảng viên bộ môn chịu trách nhiệm biên soạn 12 bài thực hành chuyên sâu về phân tích giao thức báo hiệu QSIG, SS7, SIP và cấu hình các thông số lưu lượng ATM trên máy Domino WAN trong thời hạn 3 tháng, hướng tới mục tiêu 100% sinh viên chuyên ngành làm chủ thao tác đo kiểm trước khi tốt nghiệp.
4. Xây dựng hệ thống quản lý mạng tập trung dựa trên giao thức SNMP và máy chủ xác thực RADIUS: Kỹ sư quản trị mạng phòng thí nghiệm cần triển khai tích hợp công cụ quản trị đầu cuối trong vòng 4 tháng, giúp giám sát tự động 24/7 trạng thái của 100% các cổng giao tiếp và giảm 45% thời gian chẩn đoán sự cố mạng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang tính học thuật sâu sắc kết hợp với hướng dẫn kỹ thuật chi tiết, đặc biệt giá trị đối với 4 nhóm đối tượng:

• Giảng viên và nghiên cứu sinh chuyên ngành Kỹ thuật Viễn thông, Mạng máy tính: Tài liệu cung cấp cơ sở lý thuyết chuẩn xác và phương pháp luận thiết kế hệ thống mạng mở, làm tài liệu tham khảo trực tiếp cho các đề tài nghiên cứu về mạng thế hệ sau (NGN) và cơ chế điều khiển lưu lượng.
• Kỹ sư thiết kế và vận hành mạng tại các nhà khai thác viễn thông: Luận văn là cẩm nang thực hành hữu ích về cấu hình tổng đài PBX số, thiết lập trung kế báo hiệu liên đài CorNet/QSIG, và tối ưu hóa tham số QoS trên thiết bị chuyển mạch ATM Cisco IGX 8400.
• Sinh viên đại học và học viên cao học ngành Công nghệ Thông tin và Truyền thông: Nguồn tài liệu thực nghiệm rõ ràng giúp người học hệ thống hóa toàn diện kiến thức từ phân chia địa chỉ IP subnet, cấu hình định tuyến router, đến kỹ thuật đo kiểm luồng dữ liệu WAN bằng thiết bị chuyên dụng.
• Chuyên viên quản lý phòng thí nghiệm công nghệ cao: Hướng dẫn chi tiết từng bước kết nối, ghép nối thiết bị đa hãng và xây dựng mô hình mạng mô phỏng quy mô nhỏ với chi phí tối ưu và tính mở rộng cao.

Câu hỏi thường gặp

Công nghệ IPoA là gì và tại sao cần kết hợp IP với công nghệ ATM?

IPoA (IP over ATM) là kỹ thuật đóng gói và truyền tải các gói tin IP trên hạ tầng mạng chuyển mạch tế bào ATM. Sự kết hợp này tận dụng khả năng định tuyến linh hoạt toàn cầu của giao thức IP ở lớp 3 và năng lực chuyển mạch tốc độ cao kèm cam kết chất lượng dịch vụ QoS tuyệt đối của ATM ở lớp 2, giải quyết triệt để vấn đề nghẽn mạng và trễ truyền thông đa phương tiện.

Hệ thống mạng thực nghiệm tại phòng thí nghiệm sử dụng những thiết bị phần cứng chính nào?

Hệ thống bao gồm 3 tổng đài số PBX Siemens Hicom 150E, các bộ định tuyến Cisco 805 và Cisco 2650, bộ chuyển mạch đa tầng Cisco Catalyst 3550, thiết bị chuyển mạch vạn năng Cisco IGX 8400, các modem ISDN Diva, hệ thống truy nhập ADSL AM3000/AM3200 và máy phân tích luồng chuyên dụng Domino WAN.

Giao thức nào đóng vai trò phân giải địa chỉ giữa lớp mạng IP và lớp liên kết ATM?

Trong kiến trúc Classical IP over ATM (RFC 1577), giao thức ATMARP (ATM Address Resolution Protocol) và InATMARP (Inverse ATMARP) được sử dụng bên trong từng mạng con logic LIS để tự động ánh xạ giữa địa chỉ IP 32 bit và địa chỉ phần cứng ATM 20 byte của các trạm đầu cuối.

Thiết bị Domino WAN đóng vai trò gì trong việc đánh giá hiệu năng mạng?

Domino WAN là thiết bị đo kiểm và phân tích giao thức chuyên sâu, có nhiệm vụ bắt và giải mã các luồng dữ liệu thời gian thực trên giao diện E1 và STM-1. Thiết bị giúp đo đạc các thông số quan trọng như độ trễ truyền gói, tỷ lệ lỗi tế bào, và mô phỏng các kịch bản quá tải để kiểm chứng tính ổn định của mạng.

Mô hình mạng IPoA này có thể nâng cấp lên công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS không?

Mô hình hoàn toàn có khả năng nâng cấp trực tiếp lên MPLS. Bản chất của MPLS là sự tiến hóa từ IPoA, trong đó các thiết bị chuyển mạch ATM như Cisco IGX 8400 sẽ hoạt động như các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router), giúp tối ưu hóa định tuyến mà không cần thay thế hạ tầng phần cứng sẵn có.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích toàn diện thực trạng, xu hướng hội tụ mạng và giải quyết thành công bài toán xây dựng mô hình mạng viễn thông hiện đại IPoA phục vụ đào tạo tại Trường Đại học Công nghệ.
• Thiết kế và tích hợp thành công mạng truy nhập đa dịch vụ hoàn chỉnh bao gồm PSTN, ISDN tốc độ 128 Kbps, ADSL băng rộng và mạng không dây WLAN 54 Mbps kết nối thông suốt với mạng lõi.
• Hoàn thành cấu hình và làm chủ thiết bị chuyển mạch vạn năng Cisco IGX 8400, triển khai thành công cơ chế đóng gói AAL5 và định tuyến các dịch vụ Internet, VoIP, IP-VPN với độ sẵn sàng cao.
• Xây dựng quy trình đo kiểm và phân tích hiệu năng mạng chuyên nghiệp sử dụng hệ thống Domino WAN trên các giao diện E1 và OC-3/STM-1, tạo tiền đề vững chắc cho việc nghiên cứu chuyển mạch nhãn MPLS.
• Đóng góp một hệ thống phòng thí nghiệm mở có giá trị thực tiễn cao, giúp sinh viên làm chủ công nghệ viễn thông tiên tiến và đáp ứng trực tiếp nhu cầu nhân lực chất lượng cao của ngành công nghệ thông tin và truyền thông.

Trong giai đoạn tiếp theo, hệ thống cần tiếp tục mở rộng tích hợp các giao diện quang đa bước sóng và hoàn thiện bộ kịch bản thực hành chuyển mạch nhãn nâng cao. Bạn đọc, các nhà nghiên cứu và sinh viên quan tâm có thể liên hệ trực tiếp Bộ môn Hệ thống Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ – Đại học Quốc gia Hà Nội để khai thác tài liệu kỹ thuật chi tiết và tham gia thực nghiệm trên hệ thống.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG VIỄN THÔNG HIỆN ĐẠI Để nghiên cứu xây dựng mô hình mạng IP trên nền ATM phù hợp với sự phát triển của một hệ thống tiên tiến trong thực tế, trước tiên ta phải hiểu xu hướng phát triển của hệ thống viễn thông hiện đại. Các xu hướng này được các nhà khai thác mạng đưa ra nhằm khắc phục những bất cập của hệ thống mạng viễn thô ng hiện tại, đáp ứng nhu cầu truyền thông đa phương tiện đang ngày một gia tăng. Để giải quyết từng bước vấn đề này trước tiên ta xem xét thực trạng của mạng Viễn thông truyền thống của nước ta hiện nay.1 Thực trạng kiến trúc của mạng Viễn thông truyền thống Mạng viễn thông hiện tại khởi nguồn từ mạng thoại, đã được hiện đại hóa nhờ sự phát triển của khoa học công nghệ. Tuy nhiên các mạng viễn thông hiện tại còn tồn tại một cách riêng lẻ, chưa nằm trong một thể thống nhất.

Mỗi mạng được thiết kế cho các dịch vụ riêng biệt, rất khó khăn trong việc triển khai các dịch vụ truyền thông đa phương tiện. Kiến trúc mạng viễn thông truyền thống có thể thấy sự lạc hậu thể hiện ở một số điểm sau:  Kiến trúc cồng kềnh.  Chia tách thành nhiều mạng.  Không theo kịp sự phát triển của công nghệ.

 Không theo kiến trúc mở, khó ứng dụng công nghệ mới. Căn cứ trên quá trình hình thành và phát triển của các mạng hiện tại, chúng ta cần xem xét một số yếu tố cơ bản trước khi tìm hiểu xu hướng phát triển:  Xét về góc độ dịch vụ gồm có mạng thoại và mạng phi thoại.  Xét về góc độ kỹ thuật bao gồm các mạng chuyển mạch, mạng truyền dẫn, mạng truy nhập, mạng báo hiệu và mạng đồng bộ. Hiện nay các nhà cung cấp dịch vụ thu được lợi nhuận phần lớn từ các dịch vụ như leased line, Frame Relay, ATM, và các dịch vụ kết nối cơ bản.

Tuy nhiên xu hướng giảm lợi nhuận từ các dịch vụ này bắt buộc các nhà khai thác phải tìm dịch vụ mới dựa trên công nghệ IP để đảm bảo lợi nhuận lâu dài. LuËn v¨n cao häc Ph¹m ThÞ Hång -- Líp K10§1 - §¹i häc C«ng nghÖ LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 14 X©y dùng m« h×nh m¹ng IP over ATM phôc vô cho ®µo t¹o 1.2 Các hạn chế của mạng Viễn thông nƣớc ta hiện nay 1.1 Hạn chế trong việc phân cấp mạng theo địa lý hành chính Với cách tổ chức cung cấp dịch vụ thông tin theo điạ bàn hành chính tỉnh / thành phố như hiện nay, mã vùng tương ứng với mã tỉnh/thành phố, ngoại trừ Hà Nội (mã 04) và thành phố Hồ Chí Minh (mã 08) và một số tỉnh/ thành phố trọng điểm khác, còn lại mỗi vùng tương ứng với mỗi tỉnh/thành phố tuy có số lượng thuê bao và lưu lượng không lớn nhưng vẫn hình thành mạng riêng theo địa bàn hành chính. Đặc biệt một số tỉnh khi tiến hành tách tỉnh theo địa bàn hành chính (năm 1997) thì cũng hình thành mạng mới với các Host mới tạo nên một số vấn đề phức tạp trong việc cung cấp dịch vụ. Ví dụ: Hai thuê bao truớc đây thuộc một tỉnh khi thực hiện cuộc gọi thì lưu lượng cuộc gọi chỉ cần đi qua hai tổng đài vệ tinh và một tổng đài Host và cước cuộc gọi được tính với giá cước nội hạt.

Khi tiến hành tách tỉnh hai thuê bao này ở hai tỉnh liền kề nhau khi thực hiện cuộc gọi thì lưu lượng cuộc gọi phải đi qua hai tổng đài Host và vòng qua tổng đài Toll (đặt tại Hà Nội, Đà Nẵng hoặc thành phố Hồ Chí Minh) và giá cước sẽ được tính theo cước đường dài. Theo cấu hình và tổ chức khai thác hiện nay của mạng Viễn thông Việt Nam, các cuộc gọi đường dài quốc gia phải đi qua tối thiểu qua 3 tổng đài và 2 đoạn truyền dẫn, nếu cuộc gọi không thể gửi theo mạch trực tiếp được thì lưu lượng cuộc gọi phải định tuyến qua rất nhiều tổng đài chuyển tiếp. Do vậy chất lượng của dịch vụ Viễn thông được cung cấp sẽ bị ảnh hưởng rất nhiều bởi cấu hình và cách tổ chức khai thác này. Mặt khác nếu xem xét ở góc độ kinh tế thì cách thức thực hiện việc cung cấp các dịch vụ Viễn thông và việc tổ chức khai thác như vậy là không hiệu quả cao.

Do đó phải tìm ra một cấu trúc tổ chức khác hoàn thiện hơn đáp ứng được nhu cầu quản lý và cung cấp dịch vụ.2 Các dịch vụ tồn tại trên những mạng riêng lẻ Mạng Viễn thông thế hệ cũ đã tồn tại và phát triển gần 100 năm, trong 100 năm đó ít có sự thay đổi mang tính cách mạng và khoảng cách giữa các mốc chuyển LuËn v¨n cao häc Ph¹m ThÞ Hång -- Líp K10§1 - §¹i häc C«ng nghÖ LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 15 X©y dùng m« h×nh m¹ng IP over ATM phôc vô cho ®µo t¹o đổi công nghệ cũng rất xa nhau (từ chuyển mạch cơ sang chuyển mạch điện tử analog rồi đến chuyển mạch số, chuyển mạch gói….) Các nhánh công nghệ Viễn thông khác nhau đã tạo ra các mạng lõi cung cấp các dịch vụ Viễn thông tồn tại dưới những dạng riêng lẻ như mạng chuyển mạch PSTN, mạng X.25, mạng di động….1: Sự tồn tại riêng rẽ của các loại hình dịch vụ trên các loại mạng khác nhau 1.3 Mạng viễn thông hiện tại đang có cấu trúc đóng Thời gian trước đây do công nghệ chưa phát triển, các thiết bị Viễn thông là độc quyền của các công ty Viễn thông lớn. Các công nghệ (phần cứng/ phần mềm) chuyên dụng được sử dụng trong các thiết bị này và thường là bí mật công nghệ của từng hãng và không được công bố rộng rãi, tổng đài như một chiếc hộp đen chỉ có đầu vào và đầu ra. Do vậy, khi mua thiết bị chuyển mạch cơ sở của một hãng nào đó thì các thiết bị cấu thành khác như: Các trạm lặp thuê bao xa, các bộ tập trung, các modul chuyển mạch vệ tinh….cũng phải chọn của chính hãng đó. Rất nhiều công ty dùng chính những sự hạn chế này để ép khách hàng, có thể ban đầu giá thành của phần chuyển mạch cơ sở rất rẻ nhưng khi khách hàng có nhu cầu nâng cấp thì các nhà sản xuất thiết bị đó sẽ tăng giá lên rất cao nhưng nhà khai thác không có sự lựa chọn nào khác.

LuËn v¨n cao häc Ph¹m ThÞ Hång -- Líp K10§1 - §¹i häc C«ng nghÖ LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 16 X©y dùng m« h×nh m¹ng IP over ATM phôc vô cho ®µo t¹o Hình 1.2 Tổng đài thực sự là một “bí mật” đối với người sử dụng Cũng vì cấu trúc của của các hệ thống chuyển mạch đóng nên các hãng sản xuất các phần cứng Viễn thông nhỏ lẻ cũng không có cơ hội tồn tại vì không có khả năng tương thích với các thiết bị của các hãng lớ n khác.4 Sự bất cập trong việc cung cấp dịch vụ mới Do các của mạng Viễn thông hiện tại tồn tại một cách riêng lẻ, công nghệ sử dụng trong mỗi mạng là quá khác nhau nên các dịch vụ cũng chỉ giới hạn trong các mạng này, nó nghèo nàn và khó có cơ hội phát triển. Mặt khác các dịch vụ mạng hiện tại thường do các nhà khai thác Viễn thông cung cấp, ví dụ như các dịch vụ mạng thông minh hay các dịch vụ trên mạng di động thường được định nghĩa sẵn và tích hợp luôn vào vào các thiết bị Viễn thông của nhà khai thác nên không thể thay đổi được.5 Quản lý mạng khó khăn Tổng công ty bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) trong quá trình số hoá mạng Viễn thông trong những năm qua đã cố gắng trang bị cơ sở hạ tầng Viễn thông số hiện đại và cố gắng tránh tình huống bị ép giá bằng cách trang bị các tổng đài của nhiều hãng khác nhau. Tuy nhiên điều này làm nảy sinh sự phức tạp trong kiến trúc mạng, sự tương thích giữa các chủng loại thiết bị và sự phức tạp trong quản lý 1.3 Phương hướng khắc phục Đứng trước tình hình phát triển của mạng viễn thông hiện nay, các nhà khai thác nhận thấy rằng sự hội tụ giữa mạng thoại và mạng phi thoại là xu hướng tất LuËn v¨n cao häc Ph¹m ThÞ Hång -- Líp K10§1 - §¹i häc C«ng nghÖ LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 17 X©y dùng m« h×nh m¹ng IP over ATM phôc vô cho ®µo t¹o yếu. Nhà cung cấp dịch vụ cần có một cơ sở hạ tầng duy nhất cung cấp đa dịch vụ, quản lý tập trung, giảm chi phí bảo dưỡng và vận hành, đồng thời hỗ trợ các dịch vụ của mạng hiện nay.

Việc hợp nhất các mạng riêng lẻ thành một mạng duy nhất- mạng hội tụ có thể hiểu là kết hợp các mạng thành một một mạng đa dịch vụ, có hạ tầng thông tin thống nhất dựa trên công nghệ gói để có thể triển khai nhanh chóng các loại hình dịch vụ khác nhau dựa trên sự hội tụ giữa mạng thoại và phi thoại. Thêm vào đó sự phát triển nhanh chóng của công nghệ vi xử lý, khoảng cách truyền dẫn cáp quang tăng vọt cùng với dung lượng truyền dẫn trên cáp quang không chỉ một bước sóng mà là ghép kênh đa bước sóng, các công nghệ truy nhập mới với các phương pháp mã hoá đường truyền cho phép truy nhập mạng với tốc độ cao. Mặt khác, sự bùng nổ nhu cầu dịch vụ Internet và các dịch vụ giá trị gia tăng như VoIP, VoD, VPN.yêu cầu cấp dịch vụ và mức bảo mật tăng cao để đáp ứng thương mại điện tử trên Internet. Các hệ thống mạng đường trục cũng theo hướng hội tụ để đi đến một hệ thống mạng backbone có mức độ tích hợp những ưu thế tốt nhất của công nghệ lớp 3 là IP (thông minh, linh hoạt trong định tuyến, tính mở rộng cao) với khả năng chuyển mạch nhanh và các cơ chế QoS, quản lí lưu lượng rất tốt của công nghệ lớp 2 ATM để đi đến mạng backbone đa giao thức MPLS (IP+ATM).

Như vậy, có thể xem mạng hội tụ là sự tích hợp mạng thoại PSTN, chủ yếu dựa trên kỹ thuật TDM, với mạng chuyển mạch gói, dựa trên kỹ thuật IP over ATM. Nó có thể truyền tải tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN đồng thời cũng có thể nhập một lượng dữ liệu rất lớn vào mạng IP, nhờ đó có thể giảm nhẹ gánh nặng của PSTN. Tuy nhiên, hội tụ không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà còn là sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói, giữa mạng cố định và di động.