Đồ án Tìm hiểu về mạng NGN và định tuyến

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ........................................................................................................................ 1 Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỄN .............................................................................................. 2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU ............................................................................................................... 3 LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................................ 4 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN ............................................................................... 1 1.1 GIỚI THIỆU MẠNG NGN ............................................................................................. 1 1.2 SỰ RA ĐỜI CỦA MẠNG NGN ..................................................................................... 1 1.3 ĐỘNG LỰC THÚC ĐẨY SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG NGN ..................................... 2 9 Động lực của công nghệ .............................................................................................. 2 9 Động lực của thị trường ............................................................................................... 2 9 Động lực của hội tụ và kết hợp mạng .......................................................................... 2 9 Động lực của dịch vụ ................................................................................................... 2 CHƯƠNG II : MẠNG THẾ HỆ SAU - NGN ................................................................................. 3 2.1 KHÁI NIỆM VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA NGN .......................................................................... 3 2.1.1 Khái niệm ................................................................................................................. 3 2.1.2 Đặc điểm : ............................................................................................................... 3 2.2 TÌM HIỂU CÁC CÔNG NGHỆ TRONG NGN ............................................................... 4 2.2.1 Công nghệ truyền dẫn ............................................................................................. 4 2.2.2 Công nghệ mạng truy nhập ..................................................................................... 5 2.2.3 Công nghệ chuyển mạch ......................................................................................... 6 2.3 KIẾN TRÚC NGN ......................................................................................................... 7 2.3.1 Lớp truyền dẫn và truy nhập.................................................................................... 8 2.3.2 Lớp truyền thông ..................................................................................................... 9 2.3.3 Lớp điều khiển ......................................................................................................... 9 2.3.4 Lớp ứng dụng ........................................................................................................ 10 2.3.5 Lớp quản lý ............................................................................................................ 11 2.4 CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG NGN ........................................................................ 12 2.5 CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN ......................................................... 15 CHƯƠNG III: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN .................................................................................. 17 3.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỊNH TUYẾN ................................................................................... 17 3.2 CÁC LỚP THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN ..................................................................... 18 3.2.1 Thuật toán vector khoảng cách (Distance Vector Algorithm) ................................ 18 3.2.2 Thuật toán trạng thái kết nối (Link-state Algorithm) .............................................. 19 3.2.3 So sánh các thuật toán định tuyến ........................................................................ 19 3.3 CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CƠ BẢN ................................................................. 20 3.3.1 Giao thức định tuyến RIP ...................................................................................... 20 3.3.1.1 Khái niệm .................................................................................................................. 20 3.3.1.2 Thuật toán và ví dụ minh họa .................................................................................... 20 3.3.1.3 Ưu & nhược điểm ..................................................................................................... 22 3.3.2 Giao thức định tuyến OSPF .................................................................................. 23 3.3.2.1 Khái niệm .................................................................................................................. 23 3.3.2.2 Thuật toán và ví dụ minh họa .................................................................................... 23 3.3.2.3 Ưu và nhược điểm .................................................................................................... 25 3.3.3 Giao thức định tuyến Qos ...................................................................................... 25 3.3.3.1 Khái niệm .................................................................................................................. 25 3.3.3.2 Chức năng ................................................................................................................ 26 3.3.3.3 Bài toán định tuyến QoS ........................................................................................... 27 3.3.3.4 Ưu và nhược điểm .................................................................................................... 27 CHƯƠNG IV: THUẬT TOÁN VÀ MÔ PHỎNG .......................................................................... 29 4.1 GIỚI THIỆU VỀ THUẬT TOÁN .................................................................................. 29 4.1.1 Thuật toán Forward-search (Dijkstra) .................................................................... 29 4.1.2 Thuật toán Backward-search (Bellman-Ford) ....................................................... 30 4.2 VÍ DỤ MINH HỌA ....................................................................................................... 30 4.2.1 Thuật toán Dijkstra ................................................................................................ 30 4.2.2 Thuật toán Bellman-Ford ....................................................................................... 31 4.2.3 Kết luận và đánh giá .............................................................................................. 32 - THUẬT TOÁN FORD-BELLMAN TÌM ĐƯỜNG ĐI NGẮN NHẤT TỪ ĐỈNH U TỚI TẤT CẢ CÁC ĐỈNH CÒN LẠI, CÓ THỂ SỬ DỤNG TONG TRƯỜNG HỢP TRỌNG SỐ ÂM. ............... 33 - THUẬT TOÁN DIJKSTRA CHỈ TÌM ĐƯỜNG ĐI NGẮN NHẤT GIỮA HAI ĐỈNH CỤ THỂ (TỪ U ĐẾN V) ..................................................................................................................................... 33 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................................................ 1 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................................ 2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Môi trường kinh doanh ngày càng mang tính cạnh tranh và phức tạp hơn bao giờ hết. Chất lượng dịch vụ ngày càng trở thành chìa khoá để có thể dẫn tới thành công. Song song với xu thế này, nhu cầu cũng ngày càng gia tăng đối với các dịch vụ truyền thông mới, đủ khả năng đáp ứng việc cung cấp dịch vụ hoặc tăng tính cạnh tranh. Trung tâm của những dịch vụ mới là mạng thế hệ tiếp theo (Next Generation Network - NGN) NGN là bước tiếp theo trong lĩnh vực truyền thông thế giới, truyền thống được hỗ trợ bởi 3 mạng lưới: mạng thoại PSTN, mạng không dây và mạng số liệu (Internet). NGN hội tụ cả 3 mạng trên vào một kết cấu thống nhất để hình thành một mạng chung, thông minh, hiệu quả cho phép truy xuất toàn cầu, tích hợp nhiều công nghệ mới, ứng dụng mới và mở đường cho các cơ hội kinh doanh phát triển. Đề tài sẽ tập trung vào việc tìm hiểu mạng thế hệ sau, các thành phần cũng như các giải pháp và mô hình NGN. Từ đó nắm bắt được những khái niệm, hiểu được thế nào là mạng thế hệ sau, vai trò của từng bộ phận cấu thành. Ngoài ra sau khi hoàn thành đề tài bản thân sinh viên thực hiện sẽ hiểu thêm về các giao thức định tuyến,các thuật toán áp dụng để định tuyến và ứng dụng của nó. Ý NGHĨA KHOA HỌC THỰC TIỄN Trong nhiều năm gần đây, nền công nghiệp viễn thông vẫn đang trăn trở về vấn đề phát triển công nghệ căn bản nào và dùng mạng gì để hỗ trợ các nhà khai thác trong bối cảnh luật viễn thông đang thay đổi nhanh chóng, cạnh tranh ngày càng gia tăng mạnh mẽ. Khái niệm mạng thế hệ mới (hay còn gọi là mạng thế hệ tiếp theo - NGN) ra đời cùng với việc tái kiến trúc mạng, tận dụng tất cả các ưu thế về công nghệ tiên tiến nhằm đưa ra nhiều dịch vụ mới, mang lại nguồn thu mới góp phần giảm chi phí. Mạng thế hệ sau được tổ chức dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau : - Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú, đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện. - Mạng có cấu trúc đơn giản. - Nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí khai thác và bảo dưỡng. - Dễ dàng mở rộng dung lượng, phát triển các dịch vụ mới. - Độ linh hoạt và tính sẵn sàng cao, năng lực tồn tại mạnh. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Tìm hiểu tổng quan về mạng thế hệ sau gồm có những phần : 9 Khái niệm và sự ra đời NGN 9 Động lực phát triển mạng Ngiên cứu về mạng NGN để hiểu được những phần : 9 Định nghĩa và đặc điểm của mạng 9 Kiến trúc mạng và các phần tử trong mạng 9 Cấu trúc vật lý 9 Các giao thức và công nghệ được sử dụng trong mạng thế hệ sau Tìm hiểu một vài giao thức định tuyến như : 9 RIP 9 OSPF 9 Định tuyến đảm bảo chất lượng QoS LỜI MỞ ĐẦU Sự cạnh tranh gay gắt trong lĩnh vực mạng thông tin cũng như mạng viễn thông đang diễn ra trong những năm gần đây. Khi sự cạnh tranh gia tăng, điều đặc biệt quan trọng đối với các công ty là xác định vị trí thích hợp để mang lại thuận lợi cho bản thân mình, và để chuẩn bị cho môi trường truyền thông mới đang nổi lên. Trong môi trường này, sự hòa nhập, liên kết và cạnh tranh của các thành viên mới tham gia vào thị trường phải hoạt động tích cực để tìm ra phương thức mới, nhằm giữ và thu hút hầu hết các khách hàng có tiềm năng. Các nhà cung cấp dịch vụ hiện nay đang cố gắng tìm ra lối đi riêng cho mình để tạo ra sự khác biệt với các nhà cung cấp khác, chẳng hạn như tìm kiếm phương thức mới để đóng nhãn và đóng gói dịch vụ, thực hiện giảm các chi phí hoạt động,… Mạng thế hệ mới NGN là bước kế tiếp của thế giới viễn thông, có thể được hiểu là mạng dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, nơi mà các chuyển mạch và các phần tử truyền thông (như các bộ định tuyến, các bộ chuyển mạch và gateway) được phân biệt một cách luận lý và vật lý theo khả năng điều khiển thông minh dịch vụ hoặc cuộc gọi. Khả năng điều khiển thông minh này thường hỗ trợ cho tất cả các loại dịch vụ trên mạng truyền thông, từ dịch vụ thoại cơ bản (Basic Voice Telephony Services) cho đến các dịch vụ dữ liệu, hình ảnh, đa phương tiện, băng rộng tiên tiến (Advanced Broadband), và các ứng dụng quản lý (Management Application). Trong khi giá thành phải trả cho khả năng xử lý và truyền dẫn đang giảm rất nhanh thì giá thành phải trả cho các phần tử có khả năng vận hành, quản lý, và hiệu chỉnh lại mạng lại có xu hướng tăng lên. Sự thay đổi này sẽ làm ảnh hưởng đến chi phí sửa chữa, phân phối và bảo dưỡng mạng, do đó mạng đến những yêu cầu mới về việc thiết lập các kế hoạch và triển khai các kỹ thuật mới. Việc định tuyến trong mạng NGN sao cho phù hợp với yêu cầu đặt ra đóng một vai trò quan trọng trong việc định hướng mang tính chiến lược để đưa ra các quyết định phát triển và triển khai công nghệ mới. Được sự hướng dẫn và giúp đỡ của cô giáo TS. Nguyễn Thị Bích Hạnh, giảng viên của khoa Điện Tử Viễn Thông – Đại Học Duy Tân em đã nắm bắt được những kiến thức cơ bản về cấu trúc và những phương pháp định tuyến được sử dụng trong mạng. Cho đến nay, em đã hoàn thành đồ án với đề tài “Tìm hiểu về mạng NGN và định tuyến”. Nội dung của bản đồ án này đựợc chia thành 4 chương: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN Chương 2 : MẠNG THẾ HỆ SAU - NGN Chương 3: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN Chương 4: THUẬT TOÁN & MÔ PHỎNG Do nội dung kiến thức của đề tài tương đối rộng và mới mẻ, điều kiện về thời gian cũng như trình độ kiến thức có hạn nên việc nghiên cứu, tìm hiểu chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được sự thông cảm, chỉ dẫn và góp ý của các thầy giáo, cô giáo cùng những người quan tâm. Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Nguyễn Thị Bích Hạnh và các thầy cô giáo trong khoa Điện Tử Viễn Thông, những người đã giúp đỡ em trong thời gian qua. Đà nẵng, tháng 10 năm 2010 SVTH Võ Thị Lan Hương Khoa Điện Tử Viễn Thông GVHD: Nguyễn Thị Bích Hạnh SVTH: Võ Thị Lan Hương Trang 1 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN 1.1 GIỚI THIỆU MẠNG NGN Mạng thế hệ sau (Next Generation-Network-NGN) có thể được hiểu là mạng chuyển mạch gói nơi mà chuyển mạch gói và các phần tử truyền thống (như các bộ định tuyến, chuyển mạch và cổng) được phân biệt một cách logic và vật lý theo khả năng điều khiển thông minh dịch vụ hoặc cuộc gọi. Khả năng điều khiển thông minh này thường hỗ trợ cho tất cả các các loại dịch vụ trên mạng viễn thông chuyển mạch gói, bao gồm mọi dịch vụ từ dịch vụ thoại cơ bản đến dịch vụ các dịch vụ dữ liệu, đa phương tiện, băng rộng tiên tiến (advanced broadcast), và các ứng dụng quản lý (management applications), phần tử cơ bản trong mạng NGN là chuyển mạch mềm (Softswitch). Được xây dựng trên tiêu chí mở, các giao thức chuẩn và giao diện thân thiện, NGN đáp ứng được hầu hết các nhu cầu của nhiều đối tượng sử dụng: doanh nghiệp, văn phòng, liên lạc giữa các mạng máy tính v.v... NGN thống nhất mạng hữu tuyến truyền thống và chuẩn truyền tải âm thanh, hình ảnh, dữ liệu không dây. Công nghệ mạng NGN chính là chìa khoá giải mã cho công nghệ tương lai, đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu kinh doanh trên với đặc điểm quan trọng là cấu trúc phân lớp theo chức năng và phân tán các tiềm năng trên mạng, làm cho mạng mềm hoá và sử dụng rộng rãi các giao diện mở đa truy nhập, đa giao thức để kiến tạo các dịch vụ mà không phụ thuộc quá nhiều vào các nhà cung cấp thiết bị và khai thác mạng. 1.2 SỰ RA ĐỜI CỦA MẠNG NGN Mạng PSTN của VNPT đã được xây dựng và phát triển khá toàn diện, cung cấp dịch vụ thoại truyền thống chất lượng tốt tới khách hàng. Tuy nhiên, sau nhiều năm hoạt động, PSTN đã bộc lộ một số hạn chế hầu như không thể khắc phục được. Chuyển mạch dựa trên công nghệ TDM cứng nhắc trong việc phân bổ băng thông (Nx64kb/s) và gặp nhiều khó khăn khi đưa ra các dịch vụ mới, nhất là khi triển khai mạng NGN. Mạng PSTN cần sự đầu tư lớn, giá thành thiết bị cao và chi phí vận hành mạng lớn. Hơn nữa, mạng PSTN có nhiều cấp Khoa Điện Tử Viễn Thông GVHD: Nguyễn Thị Bích Hạnh SVTH: Võ Thị Lan Hương Trang 2 khác nhau (Gateway quốc tế, Toll, tandem, Host) nên rất phức tạp trong việc phối hợp hệ thống báo hiệu, đồng bộ và triển khai dịch vụ mới. Trong khi đó, nhu cầu về các dịch vụ dữ liệu phát triển mạnh: Internet ngày càng phổ biến, những đòi hỏi về dịch vụ IP, xu thế tích hợp IP/ATM/MPLS cho mạng đường trục...cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và viễn thông thế giới đã dẫn đến sự cần thiết phải thay đổi công nghệ mạng. Mạng mới ra đời phải có băng tần rộng, hiệu suất cao, hỗ trợ nhiều loại hình dịch vụ, đơn giản về cấu trúc và quản lý, dễ dàng phát triển dịch vụ và nhanh chóng cung cấp cho khách hàng. Như vậy, để dáp ứng các yêu cầu đặt ra, các nhà quản trị mạng có 2 sự lựa chọn, hoặc là xây dựng một cơ sở hạ tầng hoàn toàn mới hoặc là xây dựng một mạng có khả năng cung cấp các dịch vụ IP bằng cách nâng cấp trên hạ tầng mạng PSTN hiện có. Hạ tầng mạng của thế kỷ 20 không thể được thay thế chỉ trong một sớm, một chiều và vì thế phương án thứ hai là sự lựa chọn đúng đắn – đó là mạng thế hệ sau (NGN – Next Generation Network). Do vậy, mạng NGN đã được hình thành và phát triển. Sự hội tụ của các mạng là yêu cầu cần thiết, mang lại nhiều lợi ích cho nhà khai thác dịch vụ. Đối với định hướng NGN mang lại nhiều tính năng có thể đáp ứng được nhiều yêu cầu của khách hàng nhất là các dịch vụ băng rộng như: 9 Tăng thêm tính mềm dẻo 9 Tập trung khả năng điều khiển cuộc gọi thông qua chuyển mạch mềm 9 Tiết kiệm băng thông 9 Cung cấp dịch vụ multi-media 1.3 ĐỘNG LỰC THÚC ĐẨY SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG NGN 9 Động lực của công nghệ 9 Động lực của thị trường 9 Động lực của hội tụ và kết hợp mạng 9 Động lực của dịch vụ Khoa Điện Tử Viễn Thông GVHD: Nguyễn Thị Bích Hạnh SVTH: Võ Thị Lan Hương Trang 3 CHƯƠNG II : MẠNG THẾ HỆ SAU - NGN 2.1 KHÁI NIỆM VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA NGN 2.1.1 Khái niệm Cho tới hiện nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan tâm và nghiên cứu về chiến lược phát triển NGN. Do đó, định nghĩa NGN nêu ra ở đây không thể bao hàm hết ý nghĩa của mạng thế hệ mới nhưng là khái niệm chung nhất khi đề cập đến NGN. Bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng, NGN ra đời là mạng có cơ sở hạ tầng thông tin dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, cố định và di động. Như vậy, có thể xem NGN là sự tích hợp mạng PSTN dựa trên kỹ thuật TDM và mạng chuyển mạch gói dựa trên kỹ thuật IP/ATM. Nó có thể truyền tải tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN, đồng thời có thể cung cấp cho mạng IP lưu lượng dữ liệu lớn, nhờ đó giảm tải cho mạng PSTN. Tuy nhiên, NGN không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà còn là sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói, giữa mạng cố định và di động. 2.1.2 Đặc điểm : NGN có bốn đặc điểm chính :  Trước hết, do áp dụng cơ cấu mở mà: Các khối chức năng của tổng đài truyền thống chia thành các phần tử mạng độc lập, các phần tử được phân theo chức năng tương ứng và phát triển một cách độc lập. Giao diện và giao thức giữa các bộ phận phải dựa trên các tiêu chuẩn tương ứng. Việc phân tách chức năng làm cho mạng viễn thông truyền thống dần dần đi theo hướng mới, nhà kinh doanh có thể căn cứ vào nhu cầu dịch vụ để tự tổ hợp các phần tử khi tổ chức mạng lưới. Việc tiêu chuẩn hóa giao thức giữa các phần tử có thể thực hiện liên kết giữa các mạng có cấu hình khác nhau.  Tiếp đến, việc tách dịch vụ độc lập với mạng nhằm thực hiện một cách linh hoạt và có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ. Thuê bao có thể tự bố trí và xác Khoa Điện Tử Viễn Thông GVHD: Nguyễn Thị Bích Hạnh SVTH: Võ Thị Lan Hương Trang 4 định đặc trưng dịch vụ của mình, không quan tâm đến mạng truyền tải dịch vụ và loại hình đầu cuối. Điều đó làm cho việc cung cấp dịch vụ và ứng dụng có tính linh hoạt cao hơn.  Thứ ba, NGN dựa trên cơ sở mạng chuyển mạch gói và các giao thức thống nhất. Mạng thông tin hiện nay, dù là mạng viễn thông, mạng máy tính hay mạng truyền hình cáp, đều không thể lấy một trong các mạng đó làm nền tảng để xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin. Nhưng mấy năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ IP, người ta mới nhận thấy rõ ràng là mạng viễn thông, mạng máy tính và mạng truyền hình cáp cuối cùng rồi cũng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế lớn mà người t