Luận văn Công nghệ mạng truyền dẫn thế hệ mới IP/WDM

Bộ giáo dục và đào tạo Tr−ờng đại học bách khoa hà nội -------------------------------------------- luận văn thạc sĩ khoa học công nghệ mạng truyền dẫn thế hệ mới IP/WDM ngành: xử lý thông tin và truyền thông M∙ số: tiêu xuân hùng Ng−ời h−ớng dẫn khoa học: PGS -TS. Đặng văn chuyết hà nội 2006 Lời cam đoan Em xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của chính bản thân. Các nghiên cứu trong luận văn này dựa trên những tổng hợp lý thuyết và hiểu biết thực tế của em, không sao chép. Tác giả luận văn Tiêu Xuân Hùng - - I Mục lục Mục lục ..............................................................................................................................I Thuật ngữ viết tắt ....................................................................................................IV danh mục các hình vẽ .......................................................................................... VIII mở đầu ...............................................................................................................................1 Ch−ơng 1: giới thiệu về mạng truyền dẫn thế hệ mới hiện nay và xu h−ớng phát triển .................................................................................................2 1.1 Giới thiệu chung .......................................................................................... 2 1.2 Cấu trúc mạng thế thệ mới hiện nay ........................................................... 2 1.3. Lớp truyền dẫn và truy nhập hiện nay ....................................................... 3 1.3.1 Phần truyền dẫn:................................................................................. 3 1.3.2. Phần truy nhập: ................................................................................. 4 1.4 Các công nghệ sử dụng cho mạng thế hệ mới hiện nay. ............................. 5 1.4.1. Công nghệ IP...................................................................................... 5 1.4.2. Công nghệ ATM ................................................................................. 7 1.4.3. Công nghệ IP / ATM .......................................................................... 8 1.4.4. MPLS................................................................................................ 10 1.4.5 Ghép kênh phân chia theo b−ớc sóng WDM và DWDM................... 11 1.5 Xu h−ớng tích hợp IP/quang trong mạng NGN. ........................................ 12 Ch−ơng 2: Mạng IP/WDM............................................................................................14 2.1 Giới thiệu mạng IP/WDM.......................................................................... 14 2.1.1 Giới thiệu mạng quang WDM ........................................................... 14 2.1.2 Mạng IP/WDM.................................................................................. 16 2.2 Các kiến trúc mạng IP/WDM................................................................... 18 2.2.1 Các kiểu kiến trúc mạng.................................................................... 18 2.2.1.1 Mạng IP/ WDM Điểm-Điểm.................................................... 19 2.2.1.2 Mạng IP/WDM có khả năng cấu hình lại ................................ 19 2.2.1.3 Mạng IP/WDM có khả năng chuyển mạch ............................... 20 - - II 2.2.2 Các mô hình liên kết mạng IP/WDM ................................................ 24 2.2.2.1 IP/ WDM có thể cấu hình. ....................................................... 24 2.2.2.2 IP/WDM có khả năng chuyển mạch ......................................... 28 2-3 Kết luận..................................................................................................... 32 Ch−ơng 3: Điều khiển mạng trong mạng IP /WDM.......................................34 3.1 Địa chỉ mạng IP/WDM.............................................................................. 36 3.2 Nhận biết topo mạng. ................................................................................ 39 3.3 Định tuyến IP/WDM.................................................................................. 41 3.3.1 Xây dựng và duy trì cơ sở thông tin định tuyến OSPF ...................... 41 3.3.2 Tính toán đ−ờng đi và những ràng buộc chuyển mạch WDM. ........ 43 3.3.3 Hoạt động định tuyến........................................................................ 46 3.4 Báo hiệu trong mạng IP/WDM.................................................................. 48 3.4.1 Khái niệm RSVP ................................................................................ 48 3.4.2 RSVP trong mạng quang ................................................................... 51 3.4.3 Kiến trúc triển khai RSVP ................................................................. 52 3.4.4 Bản tin RSVP trong mạng quang....................................................... 53 3.4.5 Cơ chế phát nhãn lai cho mạng quang (Hybrid Label) .................... 57 3.5 GMPLS (Generalized-Multiprotocol Label Switching)........................... 60 3.6 Phục hồi IP/WDM..................................................................................... 62 3.6.1 Tr−ờng hợp có dự phòng: .................................................................. 67 3.6.2 Tr−ờng hợp phục hồi:........................................................................ 69 3.7 Điều khiển mạng liên miền: ...................................................................... 71 3.7.1 Độ khả dụng và khả năng đến đích của mạng IP/WDM................... 73 3.7.2 Trao đổi thông tin định tuyến liên miền: .......................................... 76 3.8. Kết luận về điều khiển trong mạng IP/WDM ........................................... 81 Ch−ơng 4:Kỹ thuật điều khiển l−u l−ợng trong mạng IP/WDM .........82 4.1 Ph−ơng pháp và mô hình........................................................................... 82 - - III 4-2 Điều khiển l−u l−ợng mạng IP/WDM theo mô hình chồng lấn................. 83 4-3 Điều khiển l−u l−ợng mạng IP/WDM tích hợp ........................................ 86 4.3.1 Kỹ thuật điều khiển l−u l−ợng- định tuyến tích hợp.......................... 87 4.3.2 Khái niệm liên kết ảo ........................................................................ 88 4.3.3 Thuật toán định tuyến tích hợp: ........................................................ 89 Ch−ơng 5: phát triển mạng truyền dẫn thế hệ mới tại Việt Nam .92 5.1. Các công nghệ đang đ−ợc sử dụng cho mạng truyền dẫn thế hệ mới tại Việt Nam.......................................................................................................... 92 5.1.1 Mạng IP/ATM/SDH/WDM:............................................................... 92 5.1.2 Mạng IP/POS (Packet over Sonet)/WDM :....................................... 93 5.1.3 Mạng IP/WDM điểm-điểm:............................................................... 94 5.1.4 Triển khai mạng NGN của VNPT..................................................... 94 5.2 Khả năng ứng dụng lý thuyết IP/WDM vào mạng viễn thông................... 95 5.3 Đề xuất ứng dụng mạng IP/WDM cho mạng thế hệ mới của VNPT trong t−ơng lai........................................................................................................... 99 5.4 Kết luận về triển khai mạng truyền dẫn thế hệ mới ............................... 100 Kết luận........................................................................................................................102 tài liệu tham khảo .................................................................................................103 Tóm tắt luận văn ....................................................................................................104 - - IV Thuật ngữ viết tắt ADM ADSL API APS ARP AS ATM BASE BE BER BGMP BGP CDMA CLI DCC DCN DEMUX Diffserv DLC DLCI DM DNS DSL DWDM EBGP EGP Add/Drop Multiplexer Asymmetrical Digital Subcriber Line Application Programme Interface Automatic Protection Switching Address Resolution Protocol Autonomous System Asynchronous Transfer Mode Baseband Best Effort Bit Error Rate Border Gateway Multicast Protocol Border Gateway Protocol Code Division Multiple Access Command Line Interface Data Communication Chanel Data Communication Network Demultiplexer Differentiated Service Digital Loop Carrier Datalink Connection Identifier Domain Manager Domain Name System Digital Sucriber Line Dense Wavelength Divison Mutiplexing Exterior Border Gateway Protocol Exterior Gateway Protocol - - V EMS FDM FEC FIFO FTP GbE GMPLS HDLC HTML HTTP IAB IBGP ICMP ID IDMR IDRP IETF IGMP IGP Intserv IPng IpSec IPv4 ISDN IS-IS ISP LAN Element Management System Frequency Divison Multiplexing Forward Error Correction Firt In Firt Out File Tranfer Protocol Gigabit Ethernet Generalised Multiprotocol Label Switching High Level Data Link Control Hypertext Marup Langugage Hypertext Tranfer Protocol Internet Architecture Board Interior Border Gateway Protocol Interior Control Message Protocol Identifier Interdomain Multicast Routing Interdomain Routing Protocol Internet Engineering Management Protocol Internet Group Management Protocol Interior Gateway Protocol Intergrated Service IP Next Generation IP Security Internet Protocol Vesion 4 Intergrated Service Digital Network Intermediate System to Intermediate System routing protocol InternetService Provider Local Area Network - - VI LBS LDP LIB LMP LSA LSP LSR LSU LTE MAC MIB MPλS MPLS NE NGN NMS NNI OADM OAM OBS OLS OLSR OPR OSPF OXC PON POS PPP Label-Based Switching Label Distribution Protocol Label Information Base Link Management Protocol Link State Advertisement Label Switched Path Label Switched Router Link State Update Link Terminating Equipment Media Access Control Management Information Base Multiprotocol Lambda Switching Multiprotocol Label Switching Network Element Next Generation Network Network Management System Network to Network Interface Optical Add/Drop Multiplexer Operations and Maintenance Optical Burst Switching Optical Label Switching Optical Label Switching Router Optical Packet Router Open Short Path First Optical Cross Connect Passive Optical Network Packet Over Sonet Point to Point Protocol - - VII QoS RIP RSpec RSVP RTP SDH SMTP SNMP SPF SRLG SS7 TE TNM TTL UDP UNI VPN WADM WAMP WAN WDM Quality of Service Routing Information Protocol Resource Specification Resource Revervation Protocol Real time Transport Protocol Synchronous Digital Hierarchy Simple Mail Tranfer Protocol Simple Network Management Protocol Short Path First Shared Risk Link Group Signaling System No 7 Traffic Engineering Telecommunication Management Network Time to Live User Datagram Protocol User Network Interface Vitural Private Network Wavelength Add/Drop Multiplexer Wavelength Amplifier Wide Area Network Wavelength Division Multiplexing - - VIII danh mục các hình vẽ Hình 1-1: Xu h−ớng tích hợp các lớp giao thức IP/quang............................... 12 Hình 2-1: Tiến trình phát triển mạng WDM ................................................... 16 Hình 2-2: Truyền dẫn gói tin trên các b−ớc sóng ........................................... 17 Hình 2-3: Chuyển mạch chùm quang.............................................................. 21 Hình 2-4: Chuyển mạch gói quang ................................................................. 22 Hình 2-5: IP qua mạng chuyển mạch WDM................................................... 23 Hình 2-6: Mô hình điều khiển NMS chồng lấn ............................................... 25 Hình 2-7: Mô hình điều khiển gia tăng ........................................................... 26 Hình 2-8: Mô hình điều khiển ngang hàng ..................................................... 27 Hình 2-9: Mạng IP over OLSR........................................................................ 29 Hình 2-10: Mạng IP over OPR ....................................................................... 32 Hình 3-1:Điều khiển l−u l−ợng và điển khiển mạng IP/WDM........................ 34 Hình 3-2: Cơ chế flooding OSPF.................................................................... 42 Hình 3-3: Vòng lặp định tuyến........................................................................ 46 Hình 3-4: RSVP cho mạng quang WDM......................................................... 51 Hình 3-5: Kiến trúc phần mềm RSVP ............................................................. 52 Hình 3-6: Định dạng bản tin PATH đối t−ợng yêu cầu nhãn ......................... 54 Hình 3-7: Định dạng bản tin PATH đối t−ợng yêu cầu nhãn cho thiết lập đ−ờng đi và cấp phát b−ớc sóng nội bộ........................................................... 54 Hình 3-8: Định dạng bản tin RESV đối t−ợng nhãn........................................ 57 Hình 3-9: Phục hồi mạng IP/ WDM ............................................................... 63 Hình 3-10: Dự phòng lightpath và dự phòng liên kết ..................................... 68 Hình 3-11: Phục hồi mạng và phục hồi phân đoạn con ................................. 70 Hình 3-12: Điều khiển liên miền IP/WDM ..................................................... 71 Hình 4-1 Mô hình mạng chồng lấn ................................................................. 84 - - IX Hình 4-2: Ví dụ về định tuyến IP không lựa chọn link cung cấp bởi mạng WDM ............................................................................................................... 85 Hình 4-3:Mô hình ngang hàng- Điều khiển l−u l−ợng tích hợp...................... 86 Hình 4-4: Cấu trúc node định tuyến tích hợp ................................................ 87 Hình 4-5: Ví dụ mạng với các liên kết ảo........................................................ 89 Hình 5-1: Mạng IP/POS (Packet over Sonet)/WDM....................................... 93 Hình 5.2 - Mô hình mạng NGN của VNPT .................................................... 95 Hình 5-3: Đề xuất ứng dụng mạng IP/WDM cho mạng thế hệ mới của VNPT ......................................................................................................................... 99 Hình 5-4: Tiến trình phát triển mạng IP/WDM ............................................ 101 Hình 5-5: Tiến trình phát triển mạng IP/WDM của Siemens ....................... 101 - - 1 mở đầu Hiện nay mạng viễn thông đang từng b−ớc thực hiện chuyển dịch từ mạng viễn thông hiện có sang mạng thế hệ mới. Các công nghệ truyền dẫn thế hệ mới đ−ợc đ−a vào sử dụng nh− : Mạng SDH thế hệ sau sử dụng WDM cho phép phân phát dữ liệu ở tốc độ cao và băng thông rộng đối với mạng Ethernet, cho phép truyền l−u l−ợng IP trực tiếp trên mạng SDH. Công nghệ IP làm nền cho thế hệ sau trong đó công nghệ ghép kênh b−ớc sóng quang WDM chiếm lĩnh ở lớp vật lý; IP/MPLS làm nền cho lớp 3, truyền dẫn trên mạng lõi dựa vào kỹ thuật gói cho tất cả các dịch vụ với chất l−ợng dịch vụ QoS tùy yêu cầu cho từng loại dịch vụ. ATM hay IP/MPLS hiện tại đ−ợc sử dụng làm nền cho truyền dẫn trên mạng lõi để đảm bảo QoS. Trong t−ơng lai do sự bùng nổ l−u l−ợng IP dẫn đến cơ sở hạ tầng mạng nên đ−ợc tối −u cho IP. Bên d−ới lớp IP, sợi quang sử dụng kỹ thuật WDM là kỹ thuật truyễn dẫn hữu tuyến có nhiều hứa hẹn nhất, cung cấp một dung l−ợng mạng khổng lồ đòi hỏi để tồn tại trong sự phát triển liên tục mạng viễn thông. Chính vì lý do trên hiện nay công nghệ IP/WDM là xu h−ớng cho mạng truyền dẫn thế hệ mới, trong thời gian không xa sẽ đ−ợc chuẩn hoá và đ−a vào sử dụng. Dựa trên những hiểu biết về công nghệ mạng IP và công nghệ truyền dẫn quang và các nghiên cứu về công nghệ mạng IP/WDM trong phạm vi luận văn em đ−a ra những nghiên cứu lý thuyết, khả năng ứng dụng của “Công nghệ mạng truyền dẫn thế hệ mới IP/WDM” bao gồm: Cấu trúc mạng, mô hình liên kết, điều khiển mạng và điều khiển l−u l−ợng trong mạng IP/WDM. Do hiểu biết, thời gian nghiên cứu hạn chế rất mong các thầy, cô và các đồng nghiệp giúp đỡ, đóng góp ý kiến để luận văn của em đ−ợc hoàn thiện hơn. Luận văn cao học - 2 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Ch−ơng 1: giới thiệu về mạng truyền dẫn thế hệ mới hiện nay và xu h−ớng phát triển 1.1 Giới thiệu chung Chúng ta nhận thấy mạng viễn thông hiện tại gồm nhiều mạng riêng lẻ kết hợp lại với nhau thành một mạng hỗn tạp, chỉ đ−ợc xây dựng ở cấp quốc gia, nhằm đáp ứng đ−ợc nhiều loại dịch vụ khác nhau. Xét đến mạng Internet, đó là một mạng đơn lớn, có tính chất toàn cầu, th−ờng đ−ợc đề cập theo một loạt các giao thức truyền dẫn hơn là theo một kiến trúc đặc tr−ng. Internet hiện tại không hỗ trợ QoS cũng nh− các dịch vụ có tính thời gian thực (nh− thoại truyền thống). Do đó, việc xây dựng mạng thế hệ mới (NGN) cần tuân theo các chỉ tiêu: NGN phải có khả năng hỗ trợ cả cho các dịch vụ của mạng Internet và của mạng hiện hành. Một kiến trúc NGN khả thi phải hỗ trợ dịch vụ qua nhiều nhà cung cấp khác nhau. Mỗi nhà cung cấp mạng hay dịch vụ là một thực thể riêng lẻ với mục tiêu kinh doanh và cung cấp dịch vụ khác nhau, và có thể sử dụng những kỹ thuật và giao thức khác nhau. Một vài dịch vụ có thể chỉ do một nhà cung cấp dịch vụ đ−a ra, nh−ng tất cả các dịch vụ đều phải đ−ợc truyền qua mạng một cách thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối. Mạng thế hệ mới phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối (hay còn gọi là cuộc gọi), thiết lập đ−ờng truyền trong suốt thời gian chuyển giao, cả cho hữu tuyến cũng nh− vô tuyến. Vì vậy, mạng NGN sẽ tiến hóa lên từ mạng truyền dẫn hiện tại (phát triển thêm chuyển mạch gói) và từ mạng Internet công cộng (hỗ trợ thêm chất l−ợng dịch vụ QoS). 1.2 Cấu trúc mạng thế thệ mới hiện nay Luận văn cao học - 3 - Tiêu Xuân Hùng _______________________________________________________________ Để thực hiện việc chuyển dịch một cách thuận lợi từ mạng viễn thông hiện có sang mạng thế hệ mới, việc chuyển dịch phải phân ra làm ba mức ở hai lớp: kết nối và chuyển mạch. Tr−ớc hết là chuyển dịch ở lớp truy nhập và truyền dẫn. Hai lớp này bao gồm lớp vật lý, lớp 2 và lớp 3, chọn công nghệ IP làm nền cho mạng thế hệ mới. Trong đó: Công nghệ ghép kênh b−ớc sóng quang DWDM sẽ chiếm lĩnh ở lớp vật lý IP/MPLS làm nền cho lớp 3 Cấu trúc mạng NGN bao gồm các lớp chức năng sau: • Lớp nết nối (Access + Transport/ Core) • Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media) • Lớp điều khiển (Control) • Lớp quản lý (Management) Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay đang rất phức tạp với nhiều loại giao thức, khả năng t−ơng thích giữa các thiết bị của hãng là vấn đề đang đ−ợc các nhà khai thác quan tâm. Kiến trúc mạng NGN sử dụng chuyển mạch gói cho cả thoại và dữ liệu. Nó phân chia các khối vững chắc của tổng đài hiện nay thành các lớp mạng riêng lẻ, các lớp này liên kết với nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn. Trong phạm vi luận văn này chúng ta đi sâu nghiên cứu lớp truyền dẫn và truy nhập trong mạng thế hệ mới. 1.3. Lớp truyền dẫn và truy nhập hiện nay 1.3.1 Phần truyền dẫn: Trong lớp vật lý truyền dẫn quang với kỹ thuật ghép kênh b−ớc sóng quang DWDM đ−ợc sử dụng. Trong lớp 2 và lớp 3 truyền dẫn trên mạng lõi (Core Network) dựa vào kỹ thuật gói cho tất cả các dịch vụ với chất l−ợng dịch vụ QoS tùy yêu cầu cho từng loại dịch vụ. ATM hay IP/MPLS hiện tại đ−ợc sử dụng làm nền cho Luận văn cao họ