CHƯƠNG 1 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG THẾ HỆ SAU Khi khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển thì nhu cầu thông tin càng trở nên cấp bách. Nếu như vào những năm 80 của thế kỷ trước nhu cầu của chúng ta thuần tuý chỉ là thoại thì ngày nay nẩy sinh rất nhiều các dịch vụ mới như: Video theo yêu cầu (Video on Demand), truyền hình hội nghị (Video Conferencing), nhắn tin đa dịch vụ, thoại có hình, truyền số liệu tốc độ cao, internet v.v…và chính những yếu tố này đã là một thách thức đối với hệ thống mạng đang tồn tại. Chính vì lẽ đó mà đã có rất nhiều cải tiến mạng nhằm thoả mãn nhu cầu thông tin ngày càng tăng của con người. Rất nhiều các giao thức mạng, các mô hình mạng ra đời nhằm đáp ứng được tối đa nhu cầu sử dụng mạng của con người.
Bước đột phá mang tính bước ngoặt đối với mạng viễn thông đó là sự ra đời của cáp sợi quang. Với ưu điểm là có thể mang được dung lượng vô cùng lớn (lên tới 100 Tbps), suy hao thấp, công suất nhỏ, cáp sợi quang đã phá vỡ các phương pháp truyền dẫn thông thường. Nó cho phép chúng ta có thể phát triển nhiều loại hình dịch vụ khác nhau yêu cầu băng thông lớn. Khi công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) và đặc biệt sau này là DWDM (Dense WDM) ra đời thì dung lượng truyền dẫn trên một sợi cáp quang đơn mode là vô cùng lớn và trong tương lai gần chúng ta khó có thể khai thác hết được tài nguyên này.
Đồ án tốt nghiệp cao học 1 Hà Thị Lan Xu hướng phát triển mạng NGN Một vấn đề được đặt ra đó là dung lượng truyền dẫn trên một sợi cáp quang đơn mode là rất lớn tuy nhiên mạng lõi hiện nay chỉ nhằm mục đích làm môi trường truyền dẫn tốc độ cao nhưng khả năng chuyển mạch thì vẫn chậm. Các router biên và router lõi vẫn phải xử lý định tuyến cho nhiều loại giao thức khác nhau. Điều này làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới hiệu suất của router. Chính vì lẽ đó phương thức chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (MultiProtocol Label Switching) ra đời đã giúp giảm tải trên các router lõi do đó việc tích hợp các mạng đang tồn tại vào một lõi chung duy nhất trở nên hết sức dễ dàng.
Khi các mạng riêng lẻ đã được tích hợp vào một lõi chung duy nhất thì lúc này mạng sẽ được gọi là mạng thế hệ sau NGN. Quá trình hội tụ mạng 1. Thách thức đối với mạng hiện nay Mạng viễn thông ngày nay đã sử dụng công nghệ sợi quang (tuy nhiên chủ yếu chỉ khai thác khả năng truyền dẫn khổng lồ của sợi quang), các thiết bị điện-quang, những thiết bị này sẽ là nhân tố phát triển mạng trong tương lai. Tuy nhiên các mạng hiện nay phải đối mặt với nhiều thách thức (có thể được chia làm 3 nhóm chính dưới đây): • Khả năng mở rộng: Công suất tiêu hao lớn, không gian sử dụng lớn, dung lượng mạng bị giới hạn.
• Tận dụng tài nguyên: Chi phí hoạt động, nâng cấp băng thông rất đắt. • Thời gian thu hồi đầu tư: Thời gian này thường lâu và không tương xứng với chi phí ban đầu. Việc tiếp tục mở rộng thông tin dữ liệu trong các năm trước là một động lực cho sự phát triển công nghiệp viễn thông mới. Các dịch vụ, ứng dụng mới dựa trên nền IP, di động, quang.
Nhìn chung xu hướng thị trường mạng viễn thông như sau: Đồ án tốt nghiệp cao học 2 Hà Thị Lan Xu hướng phát triển mạng NGN • Tuỳ theo nhu cầu băng thông mà tiếp tục nâng cao năng lực đáp ứng của hệ thống mạng. • Tập trung vào quy luật kinh doanh và lợi nhuận. • Hội tụ các dịch vụ và tính sẵn sàng của chúng trên một cơ sở cần thiết. • Mạng băng rộng như một dịch vụ Internet thế hệ sau.
• Mạng sẽ hội tụ tới IP và quang. Xu hướng hội tụ Như đã phân tích ở trên có thể thấy rằng lưu lượng trên mạng viễn thông ngày càng tăng trưởng với tốc độ nhanh (đặt biệt là lưu lượng internet). Chính vì lẽ đó các mạng đơn lẻ sẽ không thể theo kịp sự tăng trưởng của lưu lượng. Nếu cứ tiếp tục mở rộng các hệ thống mạng đơn lẻ thì sẽ làm cho hệ thống mạng viễn thông trở nên hết sức cồng kềnh, khó thao tác, khó bảo dưỡng v.v…Do đó việc ra đời một hệ thống mạng cho phép tích hợp các mạng dịch vụ đang tồn tại lại với nhau là một vấn đề cấp thiết.
Mạng viễn thông thế hệ sau sẽ cần một lõi chuyển mạch tốc độ cao, dung lượng lớn, khả năng mở rộng dễ dàng, khả năng kết hợp được với nhiều loại hình dịch vụ cùng với hệ thống các mạng truy cập thông minh hỗ trợ các dịch vụ băng rộng. Có 2 xu hướng, thứ nhất là loại bỏ toàn bộ các hệ thống mạng phục vụ cho từng ứng dụng cụ thể và thay vào đó là một mạng mới hiện đại, đảm bảo dung lượng, tương thích hỗ trợ mọi loại dịch vụ đang tồn tại và có khả năng mở rộng trong tương lai. Thứ hai là tích hợp các mạng đang tồn tại lại với nhau để hội tụ chúng tới một mạng truyền dẫn duy nhất. Phương án thứ 2 được chấp nhận vì hiệu quả trong việc chi phí cũng như là đơn giản trong việc triển khai.
Tuy nhiên một vấn đề đặt ra là các mạng khác nhau sử dụng các giao thức định tuyến khác nhau như RIP, OSPF, EIGRP v.v…do đó khi các gói tin từ các mạng chuyển đổi cho nhau sẽ phải thực hiện chuyển đổi giao Đồ án tốt nghiệp cao học 3 Hà Thị Lan Xu hướng phát triển mạng NGN thức tại router biên. Điều này làm cho các router biên trở nên quá tải và không có khả năng xử lý. Chính vì thế để có thể hội tụ các mạng đang tồn tại vào một mạng lõi duy nhất thì cần phải sử dụng một giao thức mới nhằm mục đích giảm tải cho các router biên. Mạng viễn thông thế hệ sau NGN (Next Generation Network) có thể thực hiện được điều này.
Đây là một mạng lõi cho phép truyền tải nhiều loại ứng dụng yêu cầu băng thông cao như (VoD, Video Conferencing, Internet băng rộng v. Một ưu điểm lớn của mạng NGN đó là các mạng đang tồn tại không cần phải rỡ bỏ mà chỉ cần qua router biên (Edge router) thực hiện chức năng chuyển đổi từ mạng cũ vào mạng NGN. Khi đã có đươc mạng NGN thì một yêu cầu đặt ra là làm thế nào để có thể truyền tải lưu lượng trong mạng NGN. Nếu chung ta tiếp tục sử dụng các giao thức trong mạng IP truyền thống (như RIP, OSPF, IS-IS, BGP v.v…) thì router biên phải chạy rất nhiều giao thức định tuyến (do mỗi mạng chạy một giao thưc định tuyến riêng).
Điều này sẽ làm cho các router biên và router lõi (Core router) phải mang quá nhiều route (giảm hiệu suất của router). Với phương pháp định tuyến truyền thống như trên thì mỗi router sẽ phải thực hiện tìm kiếm đường đi cho gói tin (routing lookup) độc lập. Điều này sẽ dẫn đến khi lưu lượng truyền dẫn lớn (hay mạng mở rộng) thì mỗi router sẽ phải chứa một lượng route vô cùng lớn (cỡ trên 100000 route). Đồng thời với việc sử dụng định tuyến IP truyền thống thì việc điều khiển lưu luợng (Traffic Engineering) không được đảm bảo (nghĩa là router chỉ tìm đường tốt nhất trong khi còn nhiều đường khác có thể san sẻ tải lại không được sử dụng).
Đồ án tốt nghiệp cao học 4 Hà Thị Lan Xu hướng phát triển mạng NGN Hình 1. 1 Mô hình Traffic Engineering trong mạng IP truyền thống Ví dụ như Hình 1.1, lưu lượng từ Large Site A tới Large Site B chỉ được chạy qua đường Primary OC-192 link, còn đường qua Small Site C chỉ được dùng làm đường dự phòng (backup). Điều này sẽ dẫn tới việc lãng phí tài nguyên trong mạng. Mong muốn của chúng ta là mạng phải đủ thông minh để chạy cả 2 đường nhằm mục đích cân bằng tải (load balancing) tránh lãng phí tài nguyên mạng.
Chính vì lẽ đó mà phương thức chuyển mạch mới ra đời, chuyển mạch nhãn đa giao thức (Multiprotocol Label Switching – MPLS) được sử dụng chủ yếu trong mạng core NGN phần nào đã đáp ứng được các yêu cầu của các hệ thống mạng ngày nay. 2 Mô hình hoạt động của MPLS Đồ án tốt nghiệp cao học 5 Hà Thị Lan Xu hướng phát triển mạng NGN Với việc mạng lõi (core) chạy MPLS thì các router trong lõi (Provider Network) không cần phải thực hiện tìm đường độc lập (routing lookup) nữa mà chỉ cần thực hiện tráo nhãn (label swapping). Cơ chế hoạt động của MPLS như sau: Đầu tiên các router trong mạng chạy một giao thức định tuyến IP (Internal Gateway Protocol – IGP) để thiết lập các mạch ảo VC (Virtual Circuit) trong mạng. Từ đó mỗi router xây dựng lên cho mình bảng định tuyến IP.
Sau đó mỗi router sẽ gán nhãn cục bộ (local label) cho mọi đích trong bảng định tuyến IP tới mọi router khác. Các router khác sẽ cập nhật các nhãn này và đưa thông tin vào bảng LIB (Label Information Base) trong mặt phẳng điều khiển (Control Plane) và LFIB (Label Forwarding Information Base) trong mặt phẳng dữ liệu (Data Plane). Như vậy khi một gói tin từ mạng IP truyền thống (Customer Equipment – CE) đến miền MPLS (tới Provider Edge – PE). Tại đây các PE sẽ tiến hành tìm đường đi cho gói tin (routing lookup) và từ đó gắn nhãn cho route đã lựa.
Gói tin đã được gắn nhãn được truyền vào trong mạng lõi MPLS. Gói tin đã gắn nhãn tiếp tục như vậy cho tới khi đến router biên đầu ra (Egress Router). Tại đây PE đầu ra sẽ thực hiện bỏ nhãn và tìm kiếm đường đi cho gói tin (routing lookup) trong bảng định tuyến để đẩy gói tin IP truyền thông về mạng của khách hàng. Như vậy MPLS đã khắc phục được nhiều nhược điểm của mạng IP truyền thống.
Tuy nhiên về bản chất vẫn là các định tuyến và chuyển mạch điện do đó tốc độ cũng như dung lượng không cao. Mạng quang thế hệ sau sẽ là sự kết hợp giữa khả năng định tuyến IP trong miền quang (IP-over-Optical). Trong mặt phẳng điều khiển sẽ sử dụng Đồ án tốt nghiệp cao học 6 Hà Thị Lan Xu hướng phát triển mạng NGN GMPLS (đây là một chuẩn dựa trên MPLS) cho phép thực hiện chuyển mạch gói, chuyển mạch kênh theo thời gian, bước sóng trong miền quang. 3 Mạng hội tụ IP/ quang 1.
Kiến trúc mạng tương lai Mạng chuyển mạch gói IP hiện được xem là cơ sở hạ tầng mạng của mạng thế hệ sau.