MỞ ĐẦU Cuối thể kỷ 20 nhiều nhà khai thác viễn thông trên thế giới đã chứng kiến những biến động lớn về bản chất lƣu lƣợng truyền tải trên mạng. Lƣu lƣợng phi thoại lấn lƣớt lƣu lƣợng thoại truyền thống. Nguyên nhân sâu xa của vấn đề này là do tốc độ phát triển phi thƣờng của lƣu lƣợng Internet và sự gia tăng không ngừng số ngƣời sử dụng Internet. Các cuộc gọi truyền thống đã bị thay bằng cuộc gọi số liệu với đặc tính lƣu lƣợng “bùng nổ”, thời gian cuộc gọi dài và có tính bất đối xứng (dung lƣợng lƣu lƣợng đƣờng lên khác với dung lƣợng lƣu lƣợng đƣờng xuống),… đã tạo nên những thách thức mới cho nhà khai thác.
Đối với Tổng Công ty Bƣu chính Viễn thông Việt Nam, mạng viễn thông đang trong quá trình chuyển đổi công nghệ và chuyển hƣớng đến mạng thế hệ mới NGN sau một thời gian dài hoạt động hiệu quả. Vấn đề đối với các nhà hoạch định bây giờ là phải tìm đƣợc giải pháp mạng phù hợp cho sự phát triển, đáp ứng đƣợc những yêu cầu đặt ra trong tƣơng lai và tìm những bƣớc đi thích hợp đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế. Từ yêu cầu cấp thiết thực tế thì luận văn “Nghiên cứu các giải pháp truyền tải IP trên mạng quang và áp dụng vào mạng thế hệ mới NGN” nhƣ là một trong những lời giải hữu ích cho bài toán trên. Luận văn bao gồm 3 chƣơng: - Chƣơng 1 Tổng quan về công nghệ IP Giới thiệu chung về công nghệ IP, xu hƣớng phát triển công nghệ IP.
- Chƣơng 2 Mạng quang với công nghệ IP Nội dung chƣơng này đề cập đến các phƣơng pháp truyền tải IP qua mạng quang sử dụng các công nghệ mới, cách thức điều khiển, báo hiệu,. - Chƣơng 3 Áp dụng các phương pháp truyền tải IP qua mạng quang vào mạng thế hệ mới NGN Chƣơng này lấy mạng NGN đang phát triển của Tổng Công ty Bƣu chính Viễn thông Việt Nam nhƣ một ví dụ thực tế khi áp dụng các phƣơng pháp truyền tải IP qua mạng quang. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo nhiệt tình của các thầy cô giáo tại Khoa Điện tử Viễn thông – Trƣờng Đại học Công nghệ, đặc biệt là PGS.TS Nguyễn Kim Giao - ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn tôi. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IP 1.1 Giao thức IP Sự phát triển của công nghệ IP gắn liền với sự phát triển của mạng Internet.
Rất nhiều vấn đề nảy sinh trong mạng Internet cần đƣợc giải quyết. Sức mạnh của Internet có thể thuyết phục đƣợc chính phủ hầu hết các nƣớc, các công ty lớn nên những dự án liên quan đến Internet đƣợc đầu tƣ thoả đáng. Ngoài ra, bản thân những nhà nghiên cứu đều sử dụng Internet trong công việc hàng ngày. Đó là những nhân tố thúc đẩy Internet phát triển, hoàn thiện dịch vụ, mở rộng các tính năng mới… Phiên bản IPv4 đã và đang đƣợc sử dụng rộng rãi trên toàn cầu trong hơn 20 năm qua nhờ thiết kế linh hoạt và hiệu quả.
Tuy vậy với sự bùng nổ các dịch vụ và các thiết bị trên Internet hiện nay IPv4 đã bộc lộ những hạn chế. Không gian địa chỉ 32 bit của IPv4 không còn đáp ứng đƣợc sự phát triển Internet toàn cầu đến năm 2020. Ngoài ra một số yếu tố khác thúc đẩy việc thay đổi IPv4 là ứng dụng thời gian thực và bảo mật. IETF đã tốn khá nhiều công sức và thời gian để đƣa ra phiên bản mới là Ipv6.
Giao thức IPv6 giữ lại nhiều đặc điểm làm nên thành công của IPv4: hỗ trợ phi kết nối, khả năng phân đoạn, định tuyến nguồn. Trong nội dung tiếp theo sẽ đề cập đến các đặc tính chính của từng giao thức.2 IPv4 IPv4 tổ chức thiết bị/ngƣời sử dụng của nó theo kiến trúc địa chỉ 2 lớp đơn giản, bao gồm địa chỉ mạng và địa chỉ Host (ID). Nhằm thích ứng cho kích thƣớc mạng khác nhau, độ dài địa chỉ 32 bit đƣợc chia thành 3 lớp cho các ứng dụng quảng bá; lớp A, B và C tƣơng ứng với kích thƣớc mạng lớn, vừa và nhỏ. Việc đánh địa chỉ hàng triệu triệu máy tính trên toàn thế giới chỉ sử dụng kiến trúc 2 lớp nhƣ định nghĩa trong IPv4 sẽ tạo ra những bảng định tuyến khổng lồ.
Mặt khác, đối với các bộ định tuyến nội bộ kết quả này tạo nên mào đầu kích thƣớc lớn. Từ năm 1992 các vấn đề cơ chế địa chỉ của IPv4 đã bộc lộ những yếu điểm (số lƣợng địa chỉ đã tiến gần giới hạn) do thiếu địa chỉ lớp B và kích thƣớc của các bảng định tuyến. Một LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 giải pháp tạm thời là sát nhập các mạng (tên chuẩn tắc là Định tuyến liên vùng không phân lớp – CIDR) theo cách chia các địa chỉ lớp C còn lại thành các khối có kích thƣớc thay đổi. Tiếp đến, định nghĩa 4 vùng địa lý để làm cơ sở gán một phần không gian địa chỉ lớp C đó.
Đặc biệt việc gán địa chỉ lớp C cho các vùng trên sẽ giúp giảm kích thƣớc các bảng định tuyến một cách đáng kể. Do sự phát triển của IPv4 là từ những năm 1970 nhƣng đến nay công suất và kích thƣớc bộ nhớ của các máy tính cùng với bản chất của các ứng dụng đã thay đổi đáng kể. Do sự phát triển của công nghệ và sự thành công của IP (nhƣ một giao thức chung), một số hạn chế khác ngoài vấn đề địa chỉ cũng đã nảy sinh trong IPv4, ví dụ nhƣ định tuyến thiếu hiệu quả và thiếu sự hỗ trợ cho dịch vụ Multimedia.3 Đặc tính lưu lượng Internet Các đặc tính miêu tả lƣu lƣợng Internet đƣợc tạo bởi các ứng dụng cũng nhƣ là độ trễ và suy hao từ mạng phân bố. Chúng ta cũng xem xét cách lƣu lƣợng vận hành trên các tuyến trục Internet mẫu và minh họa các đặc tính của chúng từ quá trình hoạt động của mạng.
IFTF ISA chia lƣu lƣợng thành 2 loại chính là mềm dẻo và không mềm dẻo. Loại mềm dẻo gồm lƣu lƣợng dữ liệu truyền thống linh hoạt với độ trễ. Chúng tận dụng băng tần có thể tuy nhiên chúng có yêu cầu về độ tắc nghẽn thấp hơn. Loại thứ hai là các lƣu lƣợng tƣơng tác thoại, Video thời gian thực nhạy với trễ.
Loại này yêu cầu QoS đảm bảo. ISA định nghĩa 3 loại với QoS: - Dịch vụ đảm bảo. - Dịch vụ tải đƣợc điều khiển. - Dịch vụ dạng nỗ lực tối đa.4 IPv6 giải pháp khắc phục những vấn đề tồn tại trong IPv4 Đặc điểm cơ bản của IPv6 có thể tóm tắt nhƣ sau: Không gian địa chỉ lớn hơn.Khả năng địa chỉ hoá và chọn đƣờng rộng.
IPv6 tăng kích thƣớc địa chỉ từ 32 bit (IPv4) lên 128 bit, do đó cho phép nhiều lớp địa chỉ với số lƣợng các nút đƣợc địa chỉ hoá tăng lên rất lớn, cùng với khả năng tự LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 động trong việc đánh địa chỉ. Mở rộng khả năng chọn đƣờng bằng cách thêm trƣờng “Scop” vào địa chỉ quảng bá (Multicast). Phân cấp địa chỉ được mở rộng. IPv6 sử dụng không gian địa chỉ lớn hơn để tạo thêm nhiều mục hơn trong phân cấp địa chỉ.
IPv6 có thể định nghĩa sự phân cấp của các ISP cũng nhƣ là phân cấp bên trong mỗi ISP này. Định dạng header đơn giản. IPv6 sử dụng định dạng hoàn toàn mới cho datagram. Một số trƣờng trong Header của IPv4 đã bị bỏ hoặc chuyển thành các trƣờng tuỳ chọn.
Để giảm thời gian xử lý và tăng thời gian truyền, Header của IPv6 đƣợc giảm đến mức thấp nhất có thể, mặc dù kích thƣớc địa chỉ tăng lên. Địa chỉ của IPv6 lớn gấp 4 lần địa chỉ của IPv4, nhƣng Header của IPv6 chỉ lớn hơn hai lần so với Header của IPv3. Hỗ trợ việc tự động cấu hình và đánh số lại. IPv6 cung cấp các phƣơng tiện cho phép các máy tính trên một mạng cô lập tự động gán địa chỉ bản thân và bắt đầu thực hiện thông tin mà không phụ thuộc bộ định tuyến.
Tăng thêm các tùy chọn. Thay đổi các tuỳ chọn trong IP Header cho phép gói tin đƣợc chuyển đi hiệu quả hơn, mở rộng hơn các giới hạn về độ dài các tuỳ chọn và có thể mở rộng các tuỳ chọn một cách dễ dàng hơn trong tƣơng lai. Khả năng chất lượng của dịch vụ QoS. Một khả năng mới đƣợc thêm vào cho phép đánh địa chỉ các Packet phụ thuộc vào dòng dữ liệu đặc biệt mà nơi gửi có thể yêu cầu cách liên lạc đặc biệt nhƣ các dịch vụ thời gian thực.
Khả năng bảo mật và xác nhận. IPv6 còn định nghĩa các phần mở rộng cho phép hỗ trợ khả năng xác nhận, toàn vẹn dữ liệu và bảo mật. Địa chỉ IPv6 dài 128 bit đƣợc dùng để định danh các giao diện đơn và tập các giao diện. Địa chỉ IPv6 đƣợc gán cho các giao diện chứ không phải cho các nút.
Nếu mỗi giao diện thuộc về một nút đơn thì bất kỳ địa chỉ Unicast của giao diện của nút đó có thể đƣợc sử dụng nhƣ là định danh cho nút đó. Có 3 loại địa chỉ IPv6. Đó là Unicast, Anycast và Multicast. Địa chỉ Unicast xác định một giao diện đơn.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 Địa chỉ Anycast xác định một tập các giao diện sao cho một Packet gửi đến một địa chỉ Anycast sẽ đƣợc phát tới một thành viên của nó. Địa chỉ Multicast xác định một nhóm các giao diện, sao cho một Packet gửi đến một địa chỉ Multicast sẽ đƣợc phát tới tất cả mọi giao diện của nhóm. Không có địa chỉ Broadcast trong IPv6, nó đã đƣợc thay thế bằng địa chỉ Multicast. Tuy nhiên, IPv6 không đƣợc phát triển theo hƣớng giải quyết thích đáng vấn đề địa chỉ Internet bởi vì nó có thể thực hiện chuyển đổi địa chỉ này tại ranh giới mạng Internet, và cho phép mọi ngƣời mọi tổ chức kết nối sử dụng các địa chỉ không phải là IPv4.
Một đặc tính mới của IPv6 so với IPv4 đó là khả năng hỗ trợ QoS tại lớp mạng. Tuy nhiên, điều này đƣợc thực hiện gián tiếp qua nhãn luồng và chỉ thị ƣu tiên, và không có sự đảm bảo nào về QoS từ đầu đến cuối cũng nhƣ không thực hiện chức năng dành trƣớc tài nguyên mạng. Dù sao khi các tính năng của IPv6 đƣợc sử dụng với các giao thức dành trƣớc tài nguyên mạng nhƣ RSVP chất lƣợng dịch vụ từ đầu đến cuối đƣợc đảm bảo.