Nghiên cứu và ứng dụng giao thức ERPS trong việc đảm bảo tính tin cậy của mạng Ethernet tại Thanh Hóa

• Tác giả: Kiều Hoàng Anh
• Người hướng dẫn: TS. Ngô Đức Thiện
• Trường học: Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Giao Thức ERPS Để Nâng Cao Độ Tin Cậy Mạng Ethernet Tại Thanh Hóa
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ERPS
• 1.1. Giới thiệu chương
• 1.2. Mạng truy nhập Ethernet của VNPT
• 1.2.1. Khái niệm mạng truy nhập Ethernet
• 1.2.2. Công nghệ trong mạng truy nhập Ethernet
• 1.3. Giao thức ERPS
• 1.4. Kết luận chương
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ERPS
• 2.1. Giới thiệu chương
• 2.2. Cấu trúc liên kết dạng vòng Ethernet
• 2.3. Kênh R-APS và nút mạng trong liên kết vòng
• 2.4. Định dạng khung của bản tin R-APS
• 2.5. Các yêu cầu về chuyển mạch bảo vệ
• 2.6. Phát hiện kết nối không thành công. Mẫu kịch bản bảo vệ chuyển mạch và phục hồi
• 2.7. Cấu hình, đo kiểm một hệ thống mẫu
• 2.7.1. Thông tin thiết bị
• 2.7.2. Cấu hình thử nghiệm
• 2.7.3. Kết quả thử nghiệm
• 2.8. Kết luận thử nghiệm
• 2.9. Kết luận chương
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG ERPS VÀO MẠNG TRUY NHẬP ETHERNET TẠI VIỄN THÔNG TỈNH THANH HÓA
• 3.1. Giới thiệu chương
• 3.2. Mạng truy nhập Ethernet Viễn Thông Tỉnh Thanh Hóa
• 3.3. Các mô hình đề xuất thử nghiệm
• 3.3.1. Mô hình Ring ERPS có một đường uplink lên Router
• 3.3.2. Mô hình Ring ERPS có hai đường Uplink lên cùng một Router
• 3.3.3. Mô hình Ring ERPS có hai đường Uplink lên hai Router
• 3.4. Theo dõi, đánh giá hiệu năng hệ thống trước và sau khi áp dụng ERPS
• 3.5. Kết luận chương
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về giao thức ERPS

Giao thức ERPS (Ethernet Ring Protection Switching) là một giải pháp quan trọng trong việc đảm bảo độ tin cậy mạng Ethernet. Giao thức này được thiết kế để cung cấp khả năng chuyển mạch và phục hồi trong thời gian ngắn, dưới 50ms, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về chất lượng dịch vụ trong mạng viễn thông. Mạng Ethernet hiện nay đang trở thành nền tảng chính cho nhiều dịch vụ viễn thông, từ Internet đến các dịch vụ truyền hình và thoại. Việc áp dụng giao thức ERPS giúp giảm thiểu thời gian gián đoạn dịch vụ khi có sự cố xảy ra, từ đó nâng cao độ tin cậy của mạng. Theo khuyến nghị G.8032 của ITU-T, ERPS không chỉ đảm bảo tính liên tục của dịch vụ mà còn ngăn chặn sự hình thành vòng lặp trong mạng, điều này rất quan trọng trong việc duy trì hiệu suất mạng.

1.1. Khái niệm mạng truy nhập Ethernet

Mạng truy nhập Ethernet của VNPT là một hệ thống kết nối các thiết bị mạng như router và switch thông qua cáp quang. Mạng này thường được triển khai theo các mô hình như ring, star hoặc tree, nhằm phục vụ cho nhu cầu kết nối đa điểm trong môi trường đô thị. Mạng Ethernet không chỉ đơn thuần là một phương tiện truyền tải mà còn là nền tảng cho nhiều dịch vụ viễn thông hiện đại. Đặc biệt, mạng này hỗ trợ các dịch vụ như Internet, IPTV và VoIP, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng. Việc áp dụng giao thức ERPS trong mạng truy nhập Ethernet giúp đảm bảo rằng các dịch vụ này luôn được duy trì ổn định và liên tục, ngay cả khi có sự cố xảy ra.

II. Nguyên lý hoạt động của ERPS

Nguyên lý hoạt động của giao thức ERPS dựa trên cấu trúc liên kết dạng vòng, cho phép các nút mạng kết nối với nhau một cách linh hoạt và hiệu quả. Khi một nút trong vòng bị lỗi, ERPS sẽ tự động chuyển đổi sang đường truyền dự phòng, đảm bảo rằng dịch vụ không bị gián đoạn. Cấu trúc này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất mạng mà còn nâng cao khả năng bảo mật mạng. Các yêu cầu về chuyển mạch bảo vệ trong ERPS được thiết kế để đáp ứng nhanh chóng, với thời gian phục hồi dưới 50ms. Điều này rất quan trọng trong bối cảnh hiện nay, khi mà các dịch vụ yêu cầu độ trễ thấp và độ ổn định cao. Việc áp dụng giao thức ERPS trong mạng truy nhập Ethernet tại Thanh Hóa sẽ giúp cải thiện đáng kể độ tin cậy của mạng, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ cho người dùng.

2.1. Cấu trúc liên kết dạng vòng Ethernet

Cấu trúc liên kết dạng vòng trong mạng Ethernet cho phép các nút mạng kết nối với nhau theo hình thức vòng tròn. Điều này giúp tối ưu hóa việc truyền tải dữ liệu và giảm thiểu độ trễ. Khi một nút trong vòng gặp sự cố, giao thức ERPS sẽ phát hiện và chuyển đổi sang đường truyền dự phòng một cách nhanh chóng. Cấu trúc này không chỉ giúp duy trì tính liên tục của dịch vụ mà còn đảm bảo rằng không có vòng lặp nào hình thành, điều này có thể gây ra sự cố nghiêm trọng trong hoạt động của mạng. Việc áp dụng cấu trúc này trong mạng truy nhập Ethernet tại Thanh Hóa sẽ giúp nâng cao độ tin cậy và bảo mật mạng, từ đó cải thiện chất lượng dịch vụ cho người dùng.

III. Ứng dụng ERPS vào mạng truy nhập Ethernet tại Thanh Hóa

Việc ứng dụng giao thức ERPS vào mạng truy nhập Ethernet tại Thanh Hóa là một bước tiến quan trọng trong việc nâng cao độ tin cậy của mạng. Các mô hình thử nghiệm đã được đề xuất, bao gồm mô hình Ring ERPS với một hoặc hai đường uplink lên router. Những mô hình này cho phép đánh giá hiệu suất của hệ thống trước và sau khi áp dụng ERPS. Kết quả thử nghiệm cho thấy rằng việc áp dụng giao thức ERPS không chỉ cải thiện khả năng phục hồi của mạng mà còn giảm thiểu thời gian gián đoạn dịch vụ. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh nhu cầu sử dụng dịch vụ Internet và các dịch vụ viễn thông khác ngày càng tăng cao. Việc triển khai ERPS tại Thanh Hóa sẽ góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ và đáp ứng tốt hơn nhu cầu của người dùng.

3.1. Các mô hình đề xuất thử nghiệm

Các mô hình thử nghiệm cho việc ứng dụng giao thức ERPS bao gồm nhiều cấu hình khác nhau, từ mô hình Ring ERPS có một đường uplink đến mô hình có hai đường uplink. Mỗi mô hình đều được thiết kế để tối ưu hóa khả năng phục hồi và độ tin cậy của mạng. Việc theo dõi và đánh giá hiệu suất của các mô hình này sẽ giúp xác định được mô hình nào phù hợp nhất với điều kiện thực tế tại Thanh Hóa. Kết quả từ các thử nghiệm sẽ cung cấp thông tin quý giá cho việc triển khai giao thức ERPS trong thực tế, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ cho người dùng.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh sự bùng nổ nhu cầu sử dụng Internet và các dịch vụ di động thế hệ mới như 2G/3G/4G và tiến tới 5G, việc đảm bảo tính tin cậy và chất lượng dịch vụ mạng trở thành yêu cầu cấp thiết. Mạng truy nhập Ethernet, đặc biệt trong hệ thống của Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT), đóng vai trò then chốt trong việc cung cấp các dịch vụ Internet, IPTV, VoIP và các dịch vụ giá trị gia tăng khác. Tuy nhiên, các giao thức truyền thống như Spanning Tree Protocol (STP) không đáp ứng được yêu cầu chuyển mạch bảo vệ nhanh dưới 50ms, dẫn đến gián đoạn dịch vụ. Giao thức Ethernet Ring Protection Switching (ERPS) theo chuẩn ITU-T G.8032 được phát triển nhằm khắc phục hạn chế này, cung cấp khả năng chuyển mạch và phục hồi nhanh chóng, đảm bảo tính tin cậy của mạng truy nhập Ethernet.

Mục tiêu nghiên cứu là tìm hiểu nguyên lý hoạt động của giao thức ERPS và ứng dụng thực tiễn vào mạng truy nhập Ethernet tại Viễn Thông tỉnh Thanh Hóa thuộc VNPT, nhằm nâng cao độ ổn định và khả năng phục hồi của đường truyền, đáp ứng yêu cầu chuyển mạch dưới 50ms. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào giao thức ERPS theo chuẩn G.8032, thiết bị switch hỗ trợ ERPS và khả năng áp dụng vào mạng truy nhập tại Thanh Hóa trong giai đoạn 2020-2021. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng dịch vụ mạng, giảm thiểu gián đoạn và tăng cường độ tin cậy cho các dịch vụ băng thông rộng và di động tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Giao thức ERPS (Ethernet Ring Protection Switching): Được chuẩn hóa theo ITU-T G.8032, ERPS cung cấp cơ chế chuyển mạch bảo vệ vòng Ethernet với thời gian chuyển mạch dưới 50ms, ngăn ngừa vòng lặp và đảm bảo tính liên tục của dịch vụ.
• Mạng truy nhập Ethernet thuần Layer 2: Mạng sử dụng chuyển mạch dựa trên địa chỉ MAC, với cấu trúc vòng (ring), sao (star) hoặc cây (tree), hỗ trợ các dịch vụ đa dạng như E-LINE, E-LAN, E-TREE.
• Cơ chế chuyển mạch bảo vệ tự động (APS): Sử dụng kênh R-APS để truyền các bản tin điều khiển, phát hiện lỗi và kích hoạt chuyển mạch bảo vệ nhanh chóng.
• Quản trị và bảo trì mạng (OAM): Đảm bảo gi