Binh

CHƯƠNG 3
ỨNG DỤNG MPLS TRÊN MẠNG ĐƯỜNG TRỤC NGN
Việc triển khai công nghệ mạng MPLS hay công nghệ mạng khác cần dược cân nhắc kỹ trước khi tiến hành. Cững như vậy đối với MPLS. Tuy được coi là công nghệ mạng tân tiến giải quyết được nhiều nhược điểm của IP, ATM nhưng không có nghĩa là MPLS đã được công nhận như một giải pháp duy nhất cho mạng thế hệ sau (NGN).
Trước khi đi vào phân tích khả năng ứng dụng công nghệ MPLS trong mạng thế hệ sau của chúng ta cần xem xét một số vấn đề kỹ thuật và kinh tế sau đây:
- Độ an toàn và ổn định của công nghệ MPLS.
- Vị trí của MPLS trong các mô hình chuyển mạch đa dịch vụ MSF.
- Tính khả thi của công nghệ: sản phẩm thương mại và khả năng tương thích với công nghệ khác hiện có.
- Tốc độ triển khai nhanh hay chậm: tính đơn giản khi triển khai.
- Khả năng triển khai các ứng dụng, dịch vụ mới như VPN, Data, Video...
- Vận hành, khai thác bảo dưỡng các thiết bị MPLS.
- Giá thành thiết bị.
Các khía cạnh kỹ thuật quan trọng trong việc triển khai công nghệ MPLS trong mạng NGN.
3.1. Các công nghệ và triển vọng triển khai:
Trên cơ sở định hướng phát triển của NGN đến năm 2010, có thể xem xét triển khai một số công nghệ chuyển mạch như sau:
* Công Nghệ chuyển mạch IP.
* Công Nghệ chuyển mạch ATM.
* Công Nghệ chuyển mạch nhãn MPLS.
* Công Nghệ chuyển mạch Lamda (quang).
Mỗi công nghệ sẽ có ưu nhược điểm nhất định, tuy nhiên trước khi đi vào phân tích ưu nhược điểm của mỗi công nghệ chúng ta cần nhấn mạnh môi trường triển khai tại Việt Nam như sau:
* Các ứng dụng IP còn rất hạn chế, chủ yếu là WWW và một số dịch vụ VoIP cơ bản đầu tiên. Mạng Internet cơ bản là mạng các bộ định tuyến.
* Chưa có hạ tầng cơ sở ATM. Mạng ATM của Việt Nam chưa được thiết lập mặc dù đã có xuất hiện tại môt số địa phương như Hà Nội ...
* Mạng chuyển tiếp khung (FR) không phát triển mạnh, chủ yếu phục vụ cho dịch vụ kênh thuê riêng.
* Mạng X.25 rất hạn chế.
Như vậy có thể khẳng định được:
* Mạng được xây dựng sẽ là một mạng hoàn toàn mới, xây dựng từ đầu.
* Quy mô và phương thức thực hiện: Quy mô rộng, triển khai từ mạng đường trục đến mạng truy nhập.
* Các dịch vụ cơ bản ban đầu: Internet tộc độ cao, VoIP, kênh thuê riêng, VPN, các ứng dụng thương mại điện tử, truyề số liệu, video, đa phương tiện.
3.1.1 Công nghệ IP:
Mỗi nút mạng tính toán mạng chuyển tin một cách độc lập. Phương thức này, do vậy yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cã các nút phải nhất quán với nhau. Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn đến việc chuyển gói tin sai hướng, điều này đồng nghĩa với việc mất gói tin.
Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng. Ví dụ, với phương thức này, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ đi qua cùng một nút thì chúng sẽ được truyền qua cùng một điểm tới đích. Điều này khiến cho mạng không thể thực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo dịch vụ.
Tuy nhiên, bên cạnh đó, phương thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao độ tin cậy cũng như khả năng mở rộng của mạng. Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được sự thay đổi về topo mạng qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối. Với các phương thức như CDIR ( Classless Inter Domain Routing ), kích thước của bản tin được duy trì ở mức chấp nhận được, và do việc tính toán định tuyến đều được các nút tự thực hiện nên mạng có thể mở rộng mà không cần bất cứ thay đổi nào.
Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng. Do vậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin về nguyên tắc chuyển tin và nó phải có khả năng hoạt động trong mội trường mạng gồm nhiều nút. Kết quả tính toán của cơ cấy định tuyến được lưu trong các bảng chuyển tin ( FOrwarding table ) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gữi gói tin tới hướng đích.
Dựa tren các bản chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói IP tới hướng đích. Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một, ở cách này.
Sự phát triển đột biến của IP, sự tăng trưởng théo cấp số nhân của thuê bao Internet đã là một thực thể không ai có thể phủ nhận. Hiện nay, lượng dịch vụ lớn nhất trên các mạng đường trục trên thực tế đều là từ IP. Trong công tác tiêu chuẩn hóa các loại kỹ thuật, việc đảm bảo tốt hơn cho IP đã trở thành trọng điểm của công tác nghiên cứu.
IP là giao thức chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp gói tin thực hiện theo cơ chế phi kết nối. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp ( ICMP ). Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tới đích.
Ưu điểm: Đơn giản, đã chuẩn hóa, mức độ phổ biến rộng., được coi là công nghệ của tương lai. Những nghiên cứu gần đây chỉ ra khả năng sử dụng IP trực tiếp trên nền công nghệ quang và những sửa đổi giap thức IP đảm bảo chất lượng dịch vụ mới đã tạo tiền đồ cho khả năng chiếm lĩnh thị trường của công nghệ này trong tương lai.
Nhược điểm: Với định tuyến IP truyền thống, chất lượng dịch vụ chỉ dừng lại ở mực độ nổ lực tối đa. Không có khả năng hỗ trợ các dịch vụ thời gian thực như thoại hay video chất lượng cao. Để có thể hỗ trợ các dịch vụ này cần bổ sung các giao thức điều khiển chất lượng dịch vụ như RSVP hay chuyển sang IPv6.
3.1.2. Công nghệ ATM:
Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, thông tin được nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, trong đó vị trí của gói không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kì của kênh trước. Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau.
ATM có hai đặc điểm quan trọng:
- Thứ nhất ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tết bào ATM, các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền lan và biến động trễ giảm đủ nhỏ với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiền cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn.
- Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng.
ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm. Nó là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được gữi đi. ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập một cách tự động thong qua báo hiệu. Mặt khác, ATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian. Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu và được giữ cố định trong suốt thời gian két nối. Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng đài ATN trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn. Việc này thực hiện hai điều: dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổng đài. Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài. Điều này khác với thông tin về toàn mạng chứa trong bảng chuyển tin của router dùng IP.
Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc chuyển gói tin qua router. Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên cell có kích thước cố định ( nhỏ hơn của IP ), kich thước bảng chuyển tin nhỏ hơn nhiều so với của IP router, và việc này được thực hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng. Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP router truyền thống.
Ưu điểm: là công nghệ trong giai đoạn chín muồi, được chuẩn hóa bởi ITU-T và Diễn đàn ATM ( ATM-form), có khả năng hổ trợ IP qua ATM nhưng chỉ là sự kết hợp mà chưa phải là sự tích hợp IP và ATM.
Nhược điểm: Giá thành cao, giao thức điều khiển (MPOA) phức tạp hơn so với IP truyền thống. Việc tạo thêm một lớp ATM của các ứng dụng IP sẽ làm hạn chết rất nhiều khả năng của IP.
3.1.3. Công nghệ MPLS:
Đối với các nhà thiết kế mạng mà nói, sự phát triển nhanh chóng, sự mở rộng không ngừng của mạng Internet, sự tăng vọt của lượng dịch vụ cũng như sự phức tạp của các loại hình dịch vụ, đã dần dần làm cho mạng viễn thông hiện tại không còn kham nổi. Một mặt, các nhà khai thách than phiền khó kiếm được lợi nhuận, nhưng mặt khác thì thuê bao lại kêu ca là giá cả quá cao, tốc độ thì quá chậm. Thị trường bức bách đòi hỏi có một mạng tốc độ cao hơn, giá cả thấp hơn. Đây chính là nguyên nhân căn bản để ra đời một loạt các kỹ thuật mới, trong đó có MPLS. Bất kể kỹ thuật ATM từng được coi là nền tảng của mạng số đa dịch vụ băng rộng (B-ISDN), hay là IP đạt thành công lớn trên thị trường hiện nay. đều tồn tại nhược điểm khó khắc phục được. Sự xuất hiện của MPLS- kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức đã giúp chúng ta có được sự lựa chọn tốt đẹp cho cấu trúc mạng thông tin tương lai. Phương pháp này đã dụng hợp một cách hữu hiệu năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch với tính linh hoạt của bộ định tuyến. Hiện nay, càng có nhiều người tin tưởng một cách chắc chắn răng MPLS sẽ là phương án lý tưởng cho mạng đường trục trong tương lại.
MPLS tách chức năng của IP router làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như ATM. Trong MPLS, nhãn là một số có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng. Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyển gói và tìm nhãn mới của nó. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin theo kiểu thông thường, do vậy cải thiện được khả năng của thiết bị. Các router sử dụng kỹ thuật này được gọi là LSR (Label Switch Router). Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch. MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Bateway Protocol). Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định, việc đảm bảo chát lượng dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi. Đây là một điểm vượt trội của MPLS so với các định tuyến cổ điển.
Ngoài ra MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến (Fast rerouting). Do MPLS là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền thường cao hơn các công nghệ khác. Trong khi đó, các dịch vụ tích hợp mà MPLS phải hổ trợ lại yêu cầu dung lượng cao. Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên dưới.
Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến cho việc quản lý mạng được dễ dàng hơn. Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các gói tin thuộc một FEC có thể xác định bởi một giá trị của nhãn. Do vậy, trong mienf MPLS, các thiết bị đo lượng mạng có thể dựa trên nhãn (LSP) được giám sát một cách dễ dàng dùng RTFM (Real Time Flow Measurement). Bằng cách giảm sát lưu lượng tại các LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể được xác định nhanh chóng. Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương pháp này không đưa ra toàn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ như trễ từ điểm đầu đến điểm cuối của miền MPLS).
Ưu điểm: Đơn giản, tích hợp định tuyến và chuyển mạch, điều khiển định tuyến trên nền tảng IP, chuyển mạch trên nền ATM, hỗ trợ chất lượng dịch vụ chấp nhận được (cao hơn DiffServ, thấp hơn ATM). Giá thành hợp lý.
Nhược điểm: Giá thành cao hơn IP truyền thống, thấp hơn ATM, chuyển hóa đang trong giai đoạn tiếp tục phát triển.
Theo dự kiến, quá trình phát triển của giao thức trong mạng lõi được dự báo như sau:
- Giai đoạn 2003-2005: IP/MPLS qua SONET/SDH sang cáp quang.
- Giai đoạn sau 2005: IP/MPLS qua cáp quang trực tiếp.
3.2. Các giải pháp ứng dụng MPLS:
Chúng ta sẽ phân tích giải pháp ứng dụng công nghệ MPLS trên nền mạng NGN của tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT). Điều này cũng không làm giảm đi tính tổng quát bởi đây là nhà khai thác lớn nhất Việt Nam và trong tương lai vẫn sẽ là công ty giữ vai trò chủ lực quyết định đến hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia.
Từ những phân tích trên chugns ta có thể nhận thấy:
- Công nghệ MPLS hoàn toàn phù hợp với định hướng phát triển của mạng Viễn thông VNPT đến năm 2010.
- Việc lựa chọn MPLS sẽ giải quyết rất tốt những ứng dụng IP và chuyển mạch, định tuyến, các thiết bị chuyển mạch, định tuyến sẽ thực hiện chắc năng chuyển mạch, định tuyến thuần túy. Phần điều khiển sẽ liên quan trực tiếp đến các giao thức điều khiển như UNI, PNNI cho ATM; CR-LDR, RSVP cho MPLS; RIP, BGP, OSPF,... cho IP. Các chức năng liên quan đến điều khiển phương tiện truy nhật và điều khiển cuộc gọi đều do chuyển mạch mềm đảm nhận.
Các mô hình mạng đương trục ứng dụng công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS).
Đối với việc triển khai công nghệ MPLS về cơ bản có thể chia làm 3 giải pháp chính như sau.
- Triển khai MPLS cho mạng lõi ( các tổng đài chuyển tiếp vùng ).
- Triển khai MPLS cho các tổng đài đa dịch vụ tại các vùng lưu lượng, mạng lõi sử dụng tổng đài ATM.
- Mạng lõi và các tổng đài đa dịch vụ sử dụng MPLS.
3.2.1. Mô hình 1:MPLS trong mạng lõi.
Triển khai các thiết bị MPLS tại lớp trục của mạng thế hệ sau cho các giai đoạn phát triển theo định hướng tổ chức mạng viễn thông của VNPT đến năm 2010.
Kế hoạch được tiến hành như sau:
* Giai đoạn đến năm 2003:
Triển khai các thiết bị chuyển mạch nhãn (LSR) tại Hà Nội, Đà Nẵng, TP Hồ Chí Minh với hau trung tâm điều khiển ở Hà Nội và TP Hồ Chí Minh. Tất cã các trung kế của các nút này đều sử dụng MPLS. Như vậy các nút truyền tải này đóng vai trò LSR lõi.
Tại một số tỉnh thành phố trong điểm như: Hải Phòng, Quảng Ninh, Đà Nẵng, Khánh Hòa, Vũng Tàu, Bình Dương, Cần Thơ...ta trang bị các tổng đài đa dịch vụ ATM+IP hỗ trợ cổng MPLS.
* Giai đoạn 2004-2005:
Triển khai thêm 2 LSR lõi tại 2 vùng lưu lượng mới xuất hiện, hình thành hoàn chỉnh 2 mặt chuyển tải MPLS ( A và B ).
Bổ sung nút điều khiển tại Đà Nẵng, tạo 3 vùng điều khiển riêng biệt.
Không mở rộng phạm vi mạng MPLS xuống cấp vùng.
* Giai đoạn 2006-2010:
Hoàn chỉnh các nút điều khiển ( 5 vùng điều khiển )
Mở rộng phạm vi MPLS xuống cấp vùng.
Hình 3.1: Cấu hình tổ chức mạng MPLS phương án 1 đến 2005
Các ưu, nhược điểm của mô hình này.
- Ưu điểm:
+ Đơn giản trong tổ chức và triển khai.
+ Thống nhất được với phương án tổ chức mạng NGN là tách biệt chức năng lớp truyền tải và điều khiển.
+ Sản phẩm thương mại đã có trên thị trường.
+ Kết nối với cấp vùng ( các tổng đài đa dịch vụ ) thông qua giao diện + + MPLS hay ATM 155 Mbit/s hay 622 Mbit/s rất đơn giản do bản thân các thiết bị có thể khai báo MPLS hay ATM trên cùng một cổng vật lý.
- Nhược điểm:
+ Chi phí đầu tư ban đầu cao.
+ Cần xác định rõ hơn chất lượng dịch vụ QoS đặc biệt đối với các dịch vụ thoại khi lưu lượng thoại (PSTN) được chuyển tiếp qua mạng MPLS.
3.2.2. Mô hình 2: ATM lõi, MPLS ở các tổng đài đa dịch vụ:
Công nghệ chuyển mạch ATM được sử dụng trong mạng đường trục, công nghệ MPLS được sử dụng tại các tổng đài đa dịch vụ của mạng thế hệ sau cho các giai đoạn phát triển theo định hướng tổ chức mạng Viễn thông của VNPT đến năm 2010.
* Giai đoạn đến nắm 2003:
Triển khai 3 tổng đài ATM lõi cho 3 vùng ở Hà Nội, Đà Nẵng và TP Hồ Chí Minh. Các kết nối có thể là PVC hoặc SVC.
Tại một số tỉnh thành, thành phố trong điểm như: Hải Phòng, Quảng Ninh, Huế, Đà Nẵng, Khánh Hòa, Vũng Tàu, Bình Dương, Cần Thơ... trang bị các tổng đài dịch vụ. Các tổng đài này sử dụng công nghệ MPLS.
* Giai đoạn 2004-2005:
Trang bị thêm 2 nút tổng đài ATM tại 2 vùng lưu lượng Hà Nội Và Tp Hồ Chí Minh hình thành hoàn chỉnh 2 mảng chuyển tải ATM ( A và B ).
Bổ sung nút điều khiển tại Đà Nẵng, tạo thành 3 vùng điều khiển riêng biệt.
* Giai đoạn 2006-2010:
Hoàn chỉnh các nút điều khiển cho 5 vùng lưu lượng ( 5 vùng điều khiển )
Hình 3.2: Cấu hình tổ chức mạng MPLS phương án 2 đến 2005
Các ưu nhược điểm của mô hình:
- Ưu điểm:
+ Thống nhất được với phương án tổ chức mạng NGN là tách biệt chức năng lớp điều khiển và chuyển tải.
+ Sản phẩm thương mại đã có trên thị trường, đặc biệt các tổng đài ATM loại mới có khả năng nâng cấp hỗ trợ MPLS chỉ bằng phần mềm.
+ Kết nối với cấp vùng ( các tổng đài đa dịch vụ MPLS ) thông qua giao diện ATM 155Mbit/s hay 622 Mbit/s.
- Nhược điểm:
+ Không phát huy hết ưu điểm của công nghệ MPLS trên toàn mạng.
+ Cần giải quyết vẫn đề hợp nhất VC và bộ đếm của tổng đài ATM trên mạng đường trục khi triển khai MPLS tại các thành phố trọng điểm.
+ Giá thành các thiết bị MPLS nói chung vẫn còn cao nên nếu đầu tư quy mô lớn thì chi phí ban đầu cao.
+ Việc triển khai MPLS ở lớp đa truy cập đa dịch vụ làm phức tạp qua trình điều khiển cuộc gọi bởi nút điều khiển sẽ phải chuyển đổi hoặc sử dụng nhiều giao thức thiết lập cuộc gọi.
3.2.3. Mô hình 3: Mạng MPLS hoàn toàn.
Sử dụng công nghệ MPLS trong mạng chuyển tiếp cấp đường trục và cấp vùng của mạng NGN cho các giai đoạn phát triển theo định hướng tổ chức mạng Viễn thông của VNPT đến năm 2010 được dự kiến triển khai như sau:
* Giai đoạn đến năm 2003:
Triển khai LSR lõi tại Hà Nội, Đà Nẵng và TP Hồ Chí Minh. Tất cả các trung kế của tổng đài này đề sử dụng MPLS.
Tại một số tỉnh thành phố trọng điểm như: Hải Phòng, Quảng Ninh, Đà Nẵng, Khánh Hòa, Vũng Tàu, Bình Dương, Cần Thơ... trang bị các tổng đài đa dịch vụ, các tổng đài này được coi là các LSR biên.
* Giai đoạn 2004-2005:
Chuyển 2 LSR vùng Hà Nội và TP Hồ Chí Minh trở thành 2 lõi, hình thành hoàn chỉnh 2 mảng truyền tải MPLS ( A và B ).
Bổ sung nút điều khiển tại Đà Nẵng, tạo 3 vùng điều khiển riêng biệt.\
* Giai đoạn 2006-2010:
Hoàn chỉnh 5 nút điều khiển cho 5 vùng lưu lượng ( 5 vùng điều khiển )
Mở rộng phạm vi MPLS tại các vùng mới xuất hiện.
Hình 3.3: Cấu hình tổ chức mạng MPLS phương án 3 đến nắm 2005
-Ưu điểm:
+ Đơn giản trong tổ chức