Môi trường kinh doanh ngày càng mang tính cạnh tranh và phức tạp hơn
bao giờhết. Trong đó chất lượng dịch vụlà chìa khoá đểcó thểdẫn tới thành
công. Song song với xu thếnày, công nghệviễn thông và công nghệthông tin
phát triển cũng có nhiều ảnh hưởng đến mạng viễn thông, đòi hỏi mạng viễn
thông phải hội tụ được nhiều loại hình dịch vụkhác nhau. Để đáp ứng các yêu
cầu này, một sốnhà sản xuất thiết bịviễn thông và một sốtổchức nghiên cứu
vềviễn thông đã đưa ra các ý tưởng và mô hình vềcấu trúc mạng thếhệmới
(Next Generation Network – NGN).
NGN không phải là mạng hoàn toàn mới, mạng này dựa trên cơsởchuyển
mạch và truyền dẫn gói IP và hướng tới là MPLS. Tuy nhiên bên cạnh những
ưu thếnổi bật, một yêu cầu đặt ra đối với mạng NGN là đảm bảo chất lượng
truyền tải âm thanh và dữliệu. Đây thực sựlà một thách thức khó khăn về
mặt công nghệ, vì các dịch vụkhác nhau có các yêu cầu vềchất lượng dịch vụ
khác nhau. Do vậy song song với tiến trình xây dựng mạng NGN thì việc
triển khai các kỹthuật QoS cũng phải được thực thi đồng thời nhằm đảm bảo
các yêu cầu mà dịch vụ đưa ra.
Luận văn tốt nghiệp cao học của tôi là “Vấn đềchất lượng dịch vụtrong
mạng thếhệmới và triển khai ứng dụng trên hạtầng mạng của công ty SPT”
Nội dung gồm 6 chương:
Chương 1 – Mạng thếhệmới (NGN).
Giới thiệu tổng quan vềmạng thếhệmới. Tác giảphân tích xu thếphát
triển của mạng viễn thông ngày nay. Các đặc điểm vềdịch vụ, công nghệvà
kiến trúc mạng NGN triển khai trên hạtầng các mạng riêng lẻcó sẵn. Phân
tích các tham số đánh giá chất lượng dịch vụmạng và những yêu cầu cần
được giải quyết.
15
Chương 2 – Chất lượng dịch vụ(QoS).
Phân tích những yêu cầu cần thiết phải triển khai QoS trong mạng NGN,
các khái niệm, các kỹthuật triền khai và các giao thức báo hiệu trong QoS.
Chương 3 – Phân loại, phân mảnh và nén gói dữliệu trong kỹthuật QoS.
Phân tích các cơchếphân loại, phân mảnh và nén gói dữliệu trong kỹ
thuật QoS. Các ưu, nhược điểm của những cơchếnày trong việc góp phần
nâng cao chất lượng dịch vụ.
Chương 4 – Kỹthuật QoS trong phòng tránh và điều khiển tắc nghẽn.
Phân tích các cơchếhàng đợi và các cơchếloại bỏgói dữliệu, cũng như
ảnh hưởng của các cơchế đó nhưthếnào trong việc đảm bảo QoS.
Chương 5 – Kỹthuật QoS trong mạng IP/MPLS.
Phân tích những mặt hạn chếcủa công nghệIP và miêu tảkiến trúc của
chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. Giới thiệu cách thực hiện MPLS QoS
Chương 6 – Đềxuất phương án triển khai MPLS QoS.
Phân tích các giải pháp xây dựng mạng MPLS QoS trên cơsởhạtầng
mạng của công ty SPT đểgiải quyết một yêu cầu cụthể.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô bạn bè và đồng nghiệp đã tận tình
giúp đỡtôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin đặc biệt chân
thành cảm ơn thầy giáo GSTS. Nguyễn Thúc Hải đã nhiệt tình hướng dẫn và
chỉbảo đểtôi hoàn thành bản luận văn này.
Do thời gian nghiên cứu có hạn, nên bản luận văn chắc chắn không tránh
khỏi sơsuất cảvềnội dung và hình thức. Kính mong nhận được sựgóp ý của
thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp.
113 trang |
Chia sẻ: oanhnt | Lượt xem: 1277 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Vấn đề chất lượng dịch vụ trong mạng thế hệ mới và triển khai ứng dụng trên hạ tầng mạng của công ty SPT, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
VẤN ĐỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG
THẾ HỆ MỚI VÀ TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG TRÊN
HẠ TẦNG MẠNG CỦA CÔNG TY SPT
NGUYẾN VĂN NGOAN
HÀ NỘI 2006
1
MỤC LỤC
MỤC LỤC ...........................................................................................1
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ..........................................6
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................11
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .................................................12
LỜI NÓI ĐẦU....................................................................................14
CHƯƠNG 1. MẠNG THẾ HỆ MỚI .....................................................16
1.1 Khái niệm.................................................................................16
1.2 Các đặc điểm của mạng NGN .....................................................17
1.3 Kiến trúc dịch vụ của mạng thế hệ mới ........................................18
1.4 Các tham số đánh giá chất lượng mạng ........................................22
1.4.1 Băng thông .......................................................................23
1.4.2 Trễ ..................................................................................23
1.4.3 Trượt ...............................................................................24
1.4.4 Mất gói .............................................................................25
CHƯƠNG 2. CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) .....................................25
2.1 Khái niệm.................................................................................26
2.2 Các kỹ thuật QoS ......................................................................26
2.2.1 Mô hình dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort) .........................28
2.2.2 Dịch vụ tích hợp (Integrated Service) ..................................28
2.2.2.1 Dịch vụ đảm bảo GS (Guaranteed Service) .....................30
2.2.2.2 Dịch vụ kiểm soát tải CL (Controlled Load)....................30
2.2.2.3 Kết luận .....................................................................30
2.2.3 Mô hình Differentiated Service ............................................31
2.2.3.1 Trường DS của DiffServ ..............................................32
2.2.3.2 Per-hop Behavior trong DiffServ ...................................32
2
2.2.3.3 Các cơ chế DiffServ.....................................................36
2.2.3.4 Ưu nhược điểm của mô hình DiffServ ...........................37
2.2.3.5 Kết luận về DiffServ....................................................38
2.2.4 So sánh 2 mô hình kiến trúc QoS chính ................................39
2.3 Các giao thức báo hiệu trong kỹ thuật QoS....................................39
2.3.1 Giao thức dành sẵn tài nguyên .............................................40
2.3.2 Mô hình RSVP end-to-end ..................................................42
CHƯƠNG 3. PHÂN LOẠI, PHÂN MẢNH ..............................................
VÀ NÉN GÓI DỮ LIỆU TRONG KỸ THUẬT QoS ...............................44
3.1 Phân loại gói dữ liệu ..................................................................44
3.1.1 Quyền ưu tiên IP ...............................................................45
3.1.2 Định tuyến chính sách (PBR) ..............................................47
3.1.2.1 Đặc điểm của PBR ......................................................47
3.1.2.2 Nguyên tắc hoạt động ..................................................47
3.2 Phân mảnh gói dữ liệu (MLP) .....................................................48
3.2.1 Các đặc tính phân mảnh dữ liệu............................................48
3.2.2 Nguyên lý hoạt động...........................................................49
3.3 Các giải thuật nén tải tin .............................................................50
3.3.1 Nguyên tắc hoạt động .........................................................50
3.3.2 Nén tiêu đề ........................................................................52
3.3.2.1 Nén tiêu đề TCP..........................................................53
3.3.2.2 Nén tiêu đề giao thức thời gian thực (RTP) .....................53
CHƯƠNG 4. KỸ THUẬT QoS TRONG ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN .....56
4.1 Tránh tắc nghẽn.........................................................................56
4.1.1 Phương pháp bỏ đuôi ..........................................................57
4.1.2 Phương pháp loại bỏ ngẫu nhiên...........................................58
4.1.3 Phương pháp loại bỏ cân bằng ngẫu nhiên .............................59
3
4.1.4 Tốc độ truy nhập cam kết ....................................................61
4.1.4.1 Cơ chế hoạt động ........................................................61
4.1.4.2 Các chức năng của CAR...............................................62
4.1.4.3 Mô hình chiếc thùng và thẻ bài......................................64
4.1.5 Sửa dạng lưu lượng (GTS)...................................................65
4.1.5.1 Đặc điểm của GTS ......................................................65
4.1.5.2 Cơ chế hoạt động của GTS ...........................................66
4.1.5.3 Kết luận .....................................................................67
4.2 Điều khiển tắc nghẽn............................................................................ 68
4.2.1 Hàng đợi vào trước ra trước (FIFO) ......................................69
4.2.1.1 Các ưu nhược điểm của hàng đợi FIFO ..........................69
4.2.1.2 Cấu hình FIFO............................................................70
4.2.2 Hàng đợi tuần tự (CQ) ........................................................71
4.2.2.1 Cơ chế hoạt động ........................................................71
4.2.2.2 Những ưu nhược điểm của hàng đợi CQ.........................75
4.2.2.3 Cấu hình thực thi hàng đợi CQ ......................................75
4.2.3 Hàng đợi ưu tiên (PQ).........................................................77
4.2.3.1 Cơ chế hoạt động ........................................................77
4.2.3.2 Những ưu nhược điểm của hàng đợi PQ .........................78
4.2.3.3 Cấu hình thực thi hàng đợi ưu tiên .................................78
4.2.3.4 Kết luận .....................................................................80
4.2.4 Hàng đợi cân bằng trọng số (WPQ).......................................81
4.2.4.1 Cơ chế hoạt động ........................................................81
4.2.4.2 Hàng đợi cân bằng trọng số phân loại lưu lượng ..............82
4.2.4.3 Hàng đợi cân bằng trọng số phân lớp lưu lượng...............84
4.2.4.4 Hàng đợi cân bằng trọng số tốc độ cao ...........................85
4.2.4.5 Các ưu nhược điểm của hàng đợi WFQ ..........................87
4
4.2.4.6 Cấu hình thực thi WFQ ................................................87
CHƯƠNG 5. KỸ THUẬT QoS TRONG MẠNG IP/MPLS .....................89
5.1 Cơ sở .......................................................................................89
5.2 Định nghĩa chuyển mạch nhãn (MPLS) ........................................90
5.2.1 Chuyển mạch nhãn là gì?.....................................................90
5.2.2 Ưu điểm của kỹ thuật MPLS................................................90
5.3 Kiến trúc MPLS ........................................................................91
5.3.1 Cấu trúc khối .....................................................................91
5.3.2 Một số khái niệm trong chuyển mạch nhãn ............................92
5.3.2.1 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC)..............................92
5.3.2.2 Router chuyển mạch nhãn (LSR) ...................................92
5.3.2.3 Giao thức phân phối nhãn.............................................94
5.3.2.4 Tuyến đường chuyển mạch nhãn ...................................95
5.4 Thực hiện cơ chế QoS trong mạng MPLS .....................................95
5.4.1 Cấu trúc trường MPLS EXP trong gói IP được gán nhãn..........96
5.4.2 Gán nhãn tại biên mạng.......................................................98
5.4.3 Chuyển tiếp gói MPLS........................................................99
5.5 Kết luận ...................................................................................99
CHƯƠNG 6. PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI MPLS QoS ............................
TRÊN HẠ TẦNG MẠNG CỦA CÔNG TY SPT .................................. 100
6.1 Hạ tầng mạng IP của công ty SPT.............................................. 100
6.2 Phương án triển khai ................................................................ 101
6.2.1 Chia sẻ băng thông kênh liên tỉnh ....................................... 101
6.2.1.1 Chính sách định tuyến................................................ 104
6.2.1.2 Địa chỉ IP cho các router ............................................ 105
6.2.1.3 QoS và phân lớp dịch vụ (CoS) .................................. 106
6.2.2 Tích hợp dịch vụ .............................................................. 106
5
6.3 Cấu hình triển khai MPLS QoS trên mạng SPT............................ 107
6.4 Kết luận ................................................................................. 109
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................. 110
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................. 112
6
DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
A
API Application Program Interface
ARQ Admission Request
ATM Asynchronous Transfer Mode
AF Assured forwarding
ASN Autonomous System Number
B
BGP Border Gateway Protocol
BA Behavior Aggregate
C
CAR Commited Access Rate
CPE Customer Premise Equipment
CIR Committed Information Rate
CATV Community Antenna Television
cRTP compressed Real-time Transport Protocol
CQ Custom Queuing
CBWFQ Class-Based Weighted Fair Queuing
CL Controlled Load
CS Class – Selector
CPU Central Processing Unit
CDT Congestive Discard Threshold
D
DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing
DWFQ Distributed Weighted Fair Queuing
DiffServe Differentiated Service
7
DSCP Differentiated Service Code Point
DoS Denial of Service
E
Edge-LSR Edge Label Switching Router
EXP Experimental Field
EF Expedited Forwaring
F
FIFO First In First Out
FEC Forwarding Equivalence Class
FTP File Transfer Protocol
FBWFQ Flow- Based WFQ
G
GRE Generic Route Encapsulation
GSM Global System for Mobile Communications
GTS Generic Traffic Shaping
GS Guaranteed Service
H
HTML Hyper Text Mark Language
HDLC Hyper level Data Link Control
HQO Hold-queue
I
IPH IP Header
IETF Interrnet Engineering Task Force
IGP Interior Gateway Protocol
IS-IS Intermediate System - Intermediate System
ISP Internet Service Provider
IXP Internet Exchange Point
8
ISDN Integrated Services Digital Network
IP MTU IP Maximum Transfer Unit
ITU-T
International Telecommunication Union -
Telecommunication standardization sector
IntServ Integrated Service
L
LDP Label Distribution Protocol
LFIB Label Forwarding Information Base
LIB Label Information Base
LSP Label Switching Path
LSR Label Switching Router
LFI Link Fragmentation and Interleaving
LZ (LZV) Lempel – Ziv
LAPB Link Access Procedure Balanced
M
MPLS Multi Protocol Label Switching
MP-BGP Multiprotocol BGP
MP_REACH_NLRI Multiprotocol Reachable NLRI
MP_UNREACH_NLRI Multiprotocol Unreachable NLRI
MTU Maximum Transfer Unit
MCML PPP Multi- Class Multilink Point-to-Point Protocol
MLP Multiling PPP
MPPC Microsoft Point – to – point Compression
MAC Medium Access Control
N
NH Next Hop
NLRI Network Layer Reachability Information
9
O
OSPF Open Shortest Path First
P
PSTN Public Switched Telephone Network
PE Provider Edge
POP Point Of Presence
PVC Permanent Virtual Circuit
PLMN Public Land Mobile Network
PDH Plesiochronous Digital Hierarchy
PQ Priority Queuing
POS Packet over SONET
PHB Per-hop behavior
PPP Point – to – Point Protocol
R
RPT Resilient Packet Transport
RFC Request for Comment
RSVP Resource Reservation Protocol
RESV Reservation request
RTP Real-time Transport Protocol
RIP
S
SDH Synchronous Digital Hierarchy
SMTP Simple Mail Transfer Protocol
SS7 Signalling System No 7
SVC Switched virtual circuit
SONET Synchronous Optical Network
SLA Service Level Agreement
10
STAC Stacker
SQL Structured Query Language
T
TCP Transmission Control Protocol
TDM Time Division Multiplex
TTL Time-to-Live
TAC Technical Assistance Center
U
UDP User Datagram Protocol
V
VC Virtual Circuit
VPN Virtual Private Network
VRF VPN Routing and Forwarding
VoIP Voice over IP
VIP Versatile Interface Processor
Vd Ví dụ
W
WDM Wavelength Division Multiplexing
WFQ Weighted Fair Queing
WAN Wide Area Network
WRED Weighted random early Drop/Detect
WRR Weighted Round Robin
11
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1 So sánh công nghệ mạng hiện tại và tương lai ........................... 22
Bảng 1-2 Thống kê các loại trễ từ đầu cuối đến đầu cuối .......................... 25
Bảng 2-1 Giá trị IP Precedence và DSCP trong các PHB .......................... 35
Bảng 2-2 So sánh đặc điểm cơ bản của hai mô hình QoS .......................... 39
Bảng 3-1 Giá trị IP Precedence tương ứng với 3 bits ToS ............................. 46
Bảng 3-2 Phạm vi sử dụng của các giải thuật nén..................................... 51
Bảng 3-3 Hiệu quả nén tiêu đề TCP ...................................................... 53
Bảng 5-1 Chức năng của các kiểu LSR................................................... 94
Bảng 5-2 Mô tả mối liên hệ giữa giá trị IP DSCP và MPLS EXP ..............97
Bảng 6-1 Thống kê chính sách QoS ............................................................ 107
12
DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Nhu cầu tiến hóa mạng..................................................................... 19
Hình 1.2 Chiến lược phát triển........................................................................ 20
Hình 1.3 Sự hội tụ giữa các mạng................................................................... 21
Hình 1.4 Băng thông trong mạng đa truy nhập............................................... 23
Hình 1.5 Một ví dụ về trễ mạng...................................................................... 24
Hình 2.1 Các kỹ thuật QoS trong mạng IP ..................................................... 27
Hình 2.2 Mô hình dịch vụ IntServ ................................................................ 29
Hình 2.3 Sơ đồ khối kiến trúc DiffServ .......................................................... 32
Hình 2.4 Mô tả cấu trúc bit trong trường DSCP............................................. 34
Hình 2.5 Sơ đồ cơ chế phân loại và điều hoà lưu lượng................................. 36
Hình 2.6 Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối với RSVP ............................ 42
Hình 2.7 Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối non-RSVP ........................... 43
Hình 3.1 Mô tả trường ToS trong gói IP......................................................... 45
Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động của LFI ......................................................... 49
Hình 3.3 Minh họa quá trình thực hiện thuật toán nén ................................... 51
Hình 3.4 Minh họa thuật toán nén tiêu đề....................................................... 52
Hình 3.5 Minh họa hiệu quả nén TCP ............................................................ 53
Hình 3.6 Cơ chế nén tiêu đề RTP ................................................................... 54
Hình 4.1 Thuật toán RED ............................................................................... 58
Hình 4.2 Cơ chế hoạt động của WRED .......................................................... 60
Hình 4.3 Sơ đồ khối của CAR ........................................................................ 62
Hình 4.4 Lưu đồ chức năng của CAR............................................................. 63
Hình 4.5 Mô hình chiếc thùng và thẻ bài........................................................ 64
Hình 4.6 Sơ đồ các khối chức năng của GTS ................................................. 67
Hình 4.8 Ví dụ cấu hình hàng đợi FIFO ......................................................... 70
13
Hình 4.9 Cơ chế hoạt động của CQ ................................................................ 72
Hình 4.10 Một trường hợp xấu nhất xảy ra đối với hàng đợi CQ .................. 73
Hình 4.11 Minh họa tính toán băng thông và độ trễ tối đa ............................. 73
Hình 4.12 Ví dụ cấu hình hàng đợi CQ .......................................................... 76
Hình 4.13 Cơ chế hoạt động của PQ............................................................... 77
Hình 4.14 Một Ví dụ cấu hình hàng đợi PQ ................................................... 80
Hình 4.15 Cơ chế hoạt động của WFQ........................................................... 82
Hình 4.16 Sự phân lớp WFQ dựa trên tiêu đề gói tin..................................... 85
Hình 5.1 Mạng IP chạy trên mạng trục ATM................................................. 89
Hình 5.2 Kiến trúc cơ bản của một node MPLS chạy trên nền IP.................. 91
Hình 5.3 Kiến trúc của Edge-LSR .................................................................. 93
Hình 5.4 Cấu trúc nhãn (label)........................................................................ 97
Hình 5.5 Gán nhãn và chuyển tiếp gói tin trong mạng MPLS ....................... 99
Hình 6.1 Sơ đồ mạng kết nối HNI – HPG của SPT ..................................... 101
Hình 6.2 Cấu trúc phân lớp mạng SPT ......................................................... 102
Hình 6.3 Mạng IP tích hợp nhiều kỹ thuật chuyển mạch khác nhau............ 104
14
LỜI NÓI ĐẦU
Môi trường kinh doanh ngày càng mang tính cạnh tranh và phức tạp hơn
bao giờ hết. Trong đó chất lượng dịch vụ là chìa khoá để có thể dẫn tới thành
công. Song song với xu thế này, công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin
phát triển cũng có nhiều ảnh hưởng đến mạng viễn thông, đòi hỏi mạng viễn
thông phải hội tụ được nhiều loại hình dịch vụ khác nhau. Để đáp ứng các yêu
cầu này, một số nhà sản xuất thiết bị viễn thông và một số tổ chức nghiên cứu
về viễn thông đã đưa ra các ý tưởng và mô hình về cấu trúc mạng thế hệ mới
(Next Generation Network – NGN).
NGN không phải là mạng hoàn toàn mới, mạng này dựa trên cơ sở chuyển
mạch và truyền dẫn gói IP và hướng tới là MPLS. Tuy nhiên bên cạnh những
ưu thế nổi bật, một yêu cầu đặt ra đối với mạng NGN là đảm bảo chất lượng
truyền tải âm thanh và dữ liệu. Đây thực sự là một thách thức khó khăn về
mặt công nghệ, vì các dịch vụ khác nhau có các yêu cầu về chất lượng dịch vụ
khác nhau. Do vậy song song với tiến trình xây dựng mạng NGN thì việc
triển khai các kỹ thuật QoS cũng phải được thực thi đồng thời nhằm đảm bảo
các yêu cầu mà dịch vụ đưa ra.
Luận văn tốt nghiệp cao học của tôi là “Vấn đề chất lượng dịch vụ trong
mạng thế hệ mới và triển khai ứng dụng trên hạ tầng mạng của công ty SPT”
Nội dung gồm 6 chương:
Chương 1 – Mạng thế hệ mới (NGN).
Giới thiệu tổng quan về mạng thế hệ mới. Tác giả phân tích xu thế phát
triển của mạng viễn thông ngày nay. Các đặc điểm về dịch vụ, công nghệ và
kiến trúc mạng NGN triển khai trên hạ tầng các mạng riêng lẻ có sẵn. Phân
tích các tham số đánh giá chất lượng dịch vụ mạng và những yêu cầu cần
được giải quyết.
15
Chương 2 – Chất lượng dịch vụ (QoS).
Phân tích nhữn