CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ tiên tiến là xu hướng hội tụ cả về công nghệ và dịch vụ mạng truyền thông giữa mạng cố định, mạng di động và mạng internet sang mang thế hệ kế tiếp NGN (Next Generation Network). Hạ tầng mạng viễn thông thay đổi không ngừng nhằm đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao của người sử dụng, sự tác động này liên quan và ảnh hưởng tới rất nhiều lĩnh vực trên các yếu tố khoa học công nghệ và khoa học kỹ thuật, trong đó bao gồm kỹ thuật chuyển mạch. Một xu hướng mới được hình thành trên cơ sở hội tụ và tích hợp hạ tầng công nghệ nhằm xây dựng một hạ tầng truyền thông chung cho các môi trường kiến tạo dịch vụ lớp cao. Chính vì vậy, một loạt các giải pháp kỹ thuật và công nghệ chuyển mạch mới đã ra đời và được triển khai trên khắp các mạng trong đó có công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multi Protocol Label Switching) hoạt động độc lập với các giao thức ở tầng 2 và tầng 3 trong mô hình OSI, do đó không cần phải thay đổi các công nghệ hiện tại sẵn có, với khả năng điều khiển lưu lượng, định tuyến mềm dẻo, tăng tốc độ quá trình xử lý của thiết bị mạng lõi, kết quả của sự vận hành hiệu quả này là lưu lượng của người sử dụng được gửi qua mạng nhanh hơn nhiều so với chuyển tiếp IP truyền thống, độ trễ và độ đáp ứng thời gian giảm đi.
MPLS là công nghệ chủ đạo của mạng hiện tại và trong tương lai. Công nghệ MPLS hiện nay đã được áp dụng và triển khai rộng rãi tại nhiều nước trên thế giới và ở Việt Nam. Các nhà cung cấp thiết bị mạng hiện nay như Cisco, Huawei, Uniper …đều thiết kế, phát triển các thiết bị mạng hỗ trợ MPLS và giúp tối ưu cho mạng nhằm giảm chi phí đầu tư về thiết bị, điều hành và quản trị, khả năng mở rộng cao đáp ứng với các công nghệ, ứng dụng mới mà không làm tăng chi phí đầu tư, hiện nay các sản phẩm công nghệ MPLS đã được triển khai trên phạm vi toàn cầu. Hiện tại ở Việt Nam, các nhà cung cấp dịch vụ mạng lớn Trang 1 Luan van GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên HVTH : Diêu Thanh Lộc trong nước như VNPT, FPT Telecom, Viettel cũng đã triển khai công nghệ MPLS trên mạng đường trục của họ để tận dụng ưu điểm của MPLS tiết kiệm chi phí vận hành về hạ tầng, tăng băng thông, tăng khả năng xử lý của các thiết bị định tuyến lõi, thay thế các công nghệ truyền thống củ như Frame Relay, ATM giúp giảm chi phí cho khách hàng, cũng như tăng tính cạnh tranh cao.
Liên quan đến lĩnh vực này có một số kết quả nghiên cứu như sau: [1] TS. Trần Công Hùng đã trình bày khái quát kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS, trong đó tác giả đã trình bày lý thuyết cơ bản của chuyển mạch nhãn và các giao thức định tuyến. [2] Trần Thị Tố Uyên, Chuyển mạch nhãn đa giao thức, VnPro – Cisco Authorized Training Center. [3] Tài liệu tập huấn Viễn thông VNPT, 7 – 2007.
Toksoz, trường đại học Bilkent, Thổ Nhĩ Kỳ, 2011, đã trình bày giải pháp “MPLS tự động phân bổ băng thông qua trễ thích nghi” [7] N. Farrel, “MPLS Transport Profile (MPLS-TP) Survivability Framework,” IETF RFC 6372, Sept. Công nghệ IP/MPLS đem lại nhiều giải pháp cho mạng MAN-E , nó khắc phục được các nhược điểm cơ bản của mạng IP truyền thống là vấn đề nghẽn mạng[8], trễ cũng như các yêu cầu về tính thời gian thực [12] [13] [14]. Trong [14] các tác giả Dongli Zhang và Dan Ionescu đã phân tích việc thực hiện QoS cho các loại dịch vụ khác nhau trong một mạng DiffServ-TE, bao gồm cả voip, video thời gian thực và truy cập dữ liệu.
Trang 2 Luan van GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên HVTH : Diêu Thanh Lộc Trong [15] các tác giả Fahad Rafique Dogar, Zartash Afzal Uzmi, Shahab Munir Baqai đã đề xuất cấu trúc mạng MPLS phục hồi định tuyến lưu lượng truy cập DiffServ. Kiến trúc này, quy định hai tính năng QoS cho lưu lượng đa phương tiện: ưu tiên đảm bảo băng thông và phục hồi nhanh chóng trong trường hợp một phần tử mạng bị lỗi. Tuy nhiên, khi mạng lưới mở rộng, nhu cầu khách hàng tăng cao dẫn đến lưu lượng tăng. Giải pháp đưa ra là tăng dung lượng kết nối, nâng cấp router nhưng cũng không tránh khỏi hiện tượng nghẽn mạng cục bộ, đặc biệt là vấn đề chất lượng dịch vụ QoS.
Hiện nay, có rất nhiều các công trình nghiên cứu về điều khiển lưu lượng trong mạng cũng như nghiên cứu các thuật toán mới nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng tài nguyên, tận dụng một cách tốt nhất nguồn tài nguyên mạng hiện có, với mục đích đem lại chất lượng dịch vụ tốt nhất cũng như hiệu quả kinh tế cao. Ngoài ra còn nhiều công trình khác nhau đề cập đến vấn đề MPLS VPN và MPLS-TE trong mạng thông tin di động. Hay gần đây có công trình nghiên cứu về MPLS-TP của bạn Trương Hoàng Huy so sánh sự hội tụ giữa MPLS-TP và MPLS- TE.Giao thức MPLS-TP chưa được triển khai còn trong quá trình thử nghiệm. MPLS-TE sử dụng một phần nhỏ các tính năng của IP / MPLS, ngoại trừ như chuyển tiếp IP, Penultimate Hop Popping (PHP), và định tuyến đa đường cân bằng (ECMP - Equal-Cost MultiPath), không được hỗ trợ trong MPLS-TE.
Mặt khác, MPLS-TE mở rộng tiêu chuẩn IP / MPLS hiện tại. Trong số các tính năng mới, tính năng chính là OAM có khả năng phát hiện nhanh chóng, xử lý sự cố và xác minh SLA (SLA - Service Level Agreements), tuyến tính và vòng bảo vệ end-to-end với sự hội tụ nhỏ hơn 50ms, tách mặt phẳng điều khiển và dữ liệu, hoạt động hoàn toàn tự động mà không cần mặt phẳng điều khiển sử dụng NMS (NMS - Network Management System). Trên cơ sở bài báo " Performance Evaluation of MPLS TE Signal Protocols for Voice Applications with QoS Implementation" được đăng trên Tạp chí Quốc tế về Mạng và Truyền thông năm 2015. của nhóm tác giả Shaimaa A.
Sharafali Trang 3 Luan van GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên HVTH : Diêu Thanh Lộc ,Mahmoud M. Al-Quzwini, Raad S. Fyath thuộc trường Đại học Al-Nahrain, Iraq kết hợp "Analysis of Link Utilization in MPLS Enabled Network using OPNET IT Guru " của tác giả Anupkumar M Bongale Assistant Professor đăng trên Tạp chí Quốc tế về các ứng dụng máy tính (0975 - 8887) Tập 41- 14, tháng 3 năm 2012. Tôi đã phân tích đánh giá so sánh các giao thức thực tế chạy trên mạng MAN- E và so sánh mạng khi khai báo MPLS-TE trên phần mềm mô phỏng opnet 14.5 để ứng dụng và so sánh áp dụng thực tế trên mạng MAN-E của Viễn thông Hậu Giang.2 Tính cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn của luận văn Tại Việt Nam các nhà mạng di động Vinaphone, Mobifone, Viettel, Vietnammobile.
khắp toàn quốc đến các tỉnh thành VNPT đều đang sử dụng mạng MAN-E của Cisco hay Huawei, Công ty thông tin di động VMS, Viettel, FPT …cũng đã đầu tư thiết bị truyền tải IP và áp dụng mạng MPLS vào khai thác. Vấn đề nâng cao chất lượng dịch vụ, điều khiển lưu lượng cũng đã được triển khai, tuy nhiên yêu cầu về chất lượng dịch vụ của khách hàng ngày càng cao, cạnh tranh giữa các nhà mạng ngày càng khốc liệt, vấn đề tận dụng tài nguyên mạng hiện có để giảm chi phí sản xuất nâng cao lợi nhuận hết sức được trú trọng. Do vậy các nhà cung cấp dịch vụ luôn tìm giải pháp mới để tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng hiện có và tăng chất lượng dịch vụ. Luận văn này trình bày giải pháp nâng cao hơn nữa hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng hiện có, nâng cao chất lượng dịch vụ từ đó góp phần giữ vững khách hàng và thu hút được ngày càng nhiều khách hàng hơn đó là yếu tố sống còn của mỗi doanh nghiệp.3 Mục đích, nhiệm vụ của luận văn Mục đích của luận văn là tập trung nghiên cứu ứng dụng các giải pháp triển khai MPLS-TE trên mạng MAN-E ngoài việc để thu gom lưu lượng ở các mạng IP, ATM truyền thống.
trong cùng một mạng để giải quyết các vấn đề về chuyển Trang 4 Luan van GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên HVTH : Diêu Thanh Lộc mạch và lưu chuyển lưu lượng nhằm cung cấp ngày càng nhiều dịch vụ giải trí, hội nghị truyền hình (Video Conference), xem phim theo yêu cầu (VoD – Video On Demand), giáo dục từ xa, chẩn đoán bệnh từ xa, truyền hình IP (IPTV), Eline, ETree, VPN, dịch vụ di động 3G, truy cập Internet tốc độ cao….Với băng thông cực rộng lên đến hàng chục, hàng trăm Gbps và tăng thời gian hội tụ cho mạng, tăng cường khả năng bảo vệ đáp ứng các yêu cầu về mặt kỹ thuật cho mạng lõi. Nhiệm vụ của luận văn là khảo sát cấu trúc tổng quan của mạng MAN-E Viễn thông Hậu Giang và hướng phát triển mạng trong thời gian tới đồng thời ứng dụng kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE vào phần lõi mạng MAN-E của Viễn thông Hậu Giang kết hợp khai báo chất lượng dịch vụ QoS DiffServ nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ cho mạng lõi Viễn thông Hậu Giang, đảm bảo cung cấp dịch vụ thông suốt cho khách hàng đem lại hiệu quả về kinh tế cho đơn vị, và hướng triển khai trên toàn hệ thống mạng của VNPT cũng như hướng phát triển mạng MAN-E trong tương lai.4 Giới hạn của luận văn - Đề tài này thực hiện đối với địa chỉ IPv4 và chế độ truyền multicast. - Đề tài này tập trung nghiên cứu kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE, mô hình chất lượng dịch vụ QoS DiffServ và các giao thức triển khai trên mạng MAN-E. - Các dịch vụ đang triển khai trên mạng MAN-E Viễn thông Hậu Giang và kết quả đạt được.
- Đánh giá chất lượng các dịch vụ trên mạng MAN-E khi ứng dụng kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE kết hợp với QoS DiffServ so với hiện trạng mạng đang triển khai trên mạng Core của Viễn thông Hậu Giang. - Luận văn sử dụng phần mềm Opnet 14.5 để mô phỏng và đánh giá hiệu quả của giải pháp. Trang 5 Luan van GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên HVTH : Diêu Thanh Lộc 1.5 Nội dung của luận văn Luận văn gồm 5 chương: Chương 1: Trình bày về các vấn đề liên quan của luận văn như nội dung, nhiệm vụ, mục đích, phạm vi của luận văn. Các công trình khoa học liên quan đến luận văn, cũng như tính thực tiễn của luận văn.
Chương 2: Trình bày cơ sở lý thuyết MPLS và các vấn đề liên quan đến công nghệ MPLS, kỹ thuật điều khiển lưu lượng MPLS-TE.