Cac_thuat_toan_dinh_tuyen-NGN

5/9/2018 Cac_thuat_toan_dinh_tuyen-NGN - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/cacthuattoandinhtuyen-ngn 1/41

http://www.ebook.edu.vn

MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ........................................................................................................................ 1 Ý NGH Ĩ A 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 Động l ự c c ủ a công nghệ.............................................................................................. 2 Động l ự c c ủ a th ị tr ườ ng ............................................................................................... 2 Động l ự c c ủ a hội t ụ và k ết hợ p mạng .......................................................................... 2 Động l ự c c ủ a d ị ch v ụ ................................................................................................... 2

CHƯƠNG II : MẠNG THẾ HỆ SAU - NGN ................................................................................. 3 2.1 KHÁI NIỆM VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA NGN .......................................................................... 3

2.1.1 Khái ni ệm ................................................................................................................. 3 2.1.2 Đặc đ i ểm : ............................................................................................................... 3

2.2 TÌM HIỂU CÁC CÔNG NGHỆ TRONG NGN ............................................................... 4 2.2.1 Công nghệ truy ền d ẫn ............................................................................................. 4 2.2.2 Công nghệ mạng truy nhậ p ..................................................................................... 5 2.2.3 Công nghệ chuy ển mạch ......................................................................................... 6 2.3 KIẾN TRÚC NGN ......................................................................................................... 7 2.3.1 Lớ p truy ền d ẫn và truy nhậ p.................................................................................... 8 2.3.2 Lớ p truy ền thông ..................................................................................................... 9 2.3.3 Lớ p đ i ều khi ển ......................................................................................................... 9 2.3.4 Lớ p ứ ng d ụ ng ........................................................................................................ 10 2.3.5 Lớ p qu ản 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 Thu ật toán vector khoảng cách (Distance Vector Algorithm) ................................ 18 3.2.2 Thu ật toán tr ạng thái k ết nối (Link-state Algorithm) .............................................. 19 3.2.3 So sánh các thu ật toán đị nh tuy ến ........................................................................ 19

3.3 CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CƠ BẢN ................................................................. 20 3.3.1 Giao thứ c đị nh tuy ến 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 thứ c đị nh tuy ến 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 thứ c đị nh tuy ến 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 Thu ật toán Forward-search (Dijkstra) .................................................................... 29 4.1.2 Thu ật toán Backward-search (Bellman-Ford) ....................................................... 30

4.2 VÍ DỤ MINH HỌA ....................................................................................................... 30 4.2.1 Thu ật toán Dijkstra ................................................................................................ 30 4.2.2 Thu ật toán Bellman-Ford ....................................................................................... 31 4.2.3 K ết lu ận và đ ánh 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 tr ườ ng kinh doanh ngày càng mang tính cạnh tranh và phức tạ p hơ n

bao giờ hết. Chất lượ ng dịch vụ ngày càng tr ở thành chìa khoá để có thể dẫn tớ i

thành công. Song song vớ i xu thế này, nhu cầu cũng ngày càng gia tăng đối vớ i

các dịch vụ truyền thông mớ i, đủ khả năng đáp ứng việc cung cấ p dịch vụ hoặc

tăng tính cạnh tranh. Trung tâm của những dịch vụ mớ i là mạng thế hệ tiế p theo

(Next Generation Network - NGN)

NGN là bướ c tiế p theo trong l ĩ nh vực truyền thông thế giớ i, truyền thống

đượ c hỗ tr ợ bở i 3 mạng lướ i: mạng thoại PSTN, mạng không dây và mạng số

liệu (Internet). NGN hội tụ cả 3 mạng trên vào một k ết cấu thống nhất để hìnhthành một mạng chung, thông minh, hiệu quả cho phép truy xuất toàn cầu, tích

hợ p nhiều công nghệ mớ i, ứng dụng mớ i và mở đườ ng cho các cơ hội kinh doanh

phát triển.

Đề tài sẽ tậ p 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 đượ c những khái niệm, hiểu

đượ c 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 NGH Ĩ A KHOA HỌC THỰC TIỄN

Trong nhiều năm gần đây, nền công nghiệ p viễn thông vẫn đang tr ăn tr ở

về vấn đề phát triển công nghệ căn bản nào và dùng mạng gì để hỗ tr ợ 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 mớ i (hay còn gọi là mạng

thế hệ tiế p theo - NGN) ra đờ i cùng vớ i việc tái kiến trúc mạng, tận dụng tất cả

các ưu thế về công nghệ tiên tiến nhằm đưa ra nhiều dịch vụ mớ i, mang lại nguồn

thu mớ i góp phần giảm chi phí.

Mạng thế hệ sau đượ c tổ chức dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau :

- Đáp ứng nhu cầu cung cấ p các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú, đadạng, đa dịch vụ, đa phươ ng tiện.

- Mạng có cấu trúc đơ n giản.

- Nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượ ng mạng lướ i và giảm thiểu chi phí khai

thác và bảo dưỡ ng.

- Dễ dàng mở r ộng dung lượ ng, phát triển các dịch vụ mớ i.

- 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 : Khái niệm và sự ra đờ i NGN

Động lực phát triển mạng

Ngiên cứu về mạng NGN để hiểu đượ c những phần :

Định ngh ĩ a và đặc điểm của mạng

Kiến trúc mạng và các phần tử trong mạng

Cấu trúc vật lý

Các giao thức và công nghệ đượ c sử dụng trong mạng thế hệ sauTìm hiểu một vài giao thức định tuyến như :

RIP

OSPF

Định tuyến đảm bảo chất lượ ng QoS




LỜI MỞ ĐẦU

Sự cạnh tranh gay gắt trong l ĩ nh 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 tr ọng đối vớ i các công ty là xác định vị trí thích hợ p để mang lạithuận lợ i cho bản thân mình, và để chuẩn bị cho môi tr ườ ng truyền thông mớ i

đang nổi lên. Trong môi tr ườ ng này, sự hòa nhậ p, liên k ết và cạnh tranh của các

thành viên mớ i tham gia vào thị tr ườ ng phải hoạt động tích cực để tìm ra phươ ng

thức mớ i, nhằm giữ và thu hút hầu hết các khách hàng có tiềm năng.

Các nhà cung cấ p dịch vụ hiện nay đang cố gắng tìm ra lối đi riêng cho

mình để tạo ra sự khác biệt vớ i các nhà cung cấ p khác, chẳng hạn như tìm kiếm

phươ ng thức mớ i để đóng nhãn và đóng gói dịch vụ, thực hiện giảm các chi phí

hoạt động,…

Mạng thế hệ mớ i NGN là bướ c k ế tiế p của thế giớ i viễn thông, có thể

đượ c hiểu là mạng dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, nơ i mà các chuyển

mạch và các phần tử truyền thông (như các bộ định tuyến, các bộ chuyển mạch

và gateway) đượ c 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 thườ nghỗ tr ợ 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

phươ ng tiện, băng r ộng tiên tiến (Advanced Broadband), và các ứng dụng quản

lý (Management Application).

Trong khi giá thành phải tr ả cho khả năng xử lý và truyền dẫn đang giảm

r ất nhanh thì giá thành phải tr ả cho các phần tử có khả năng vận hành, quản lý, và

hiệu chỉnh lại mạng lại có xu hướ ng tăng lên. Sự thay đổi này sẽ làm ảnh hưở ng

đến chi phí sửa chữa, phân phối và bảo dưỡ ng mạng, do đó mạng đến những yêu

cầu mớ i về việc thiết lậ p các k ế hoạch và triển khai các k ỹ thuật mớ i.

Việc định tuyến trong mạng NGN sao cho phù hợ p vớ i yêu cầu đặt ra

đóng một vai trò quan tr ọng trong việc định hướ ng mang tính chiến lượ c để đưa

ra các quyết định phát triển và triển khai công nghệ mớ i.

Đượ c sự hướ ng 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




đượ c những kiến thức cơ bản về cấu trúc và những phươ ng pháp định tuyến đượ c

sử dụng trong mạng.

Cho đến nay, em đã hoàn thành đồ án vớ i đề tài “Tìm hiểu về mạng NGN

và định tuyến”. Nội dung của bản đồ án này đựợ c chia thành 4 chươ ng:Chươ ng 1: T Ổ NG QUAN V Ề M Ạ NG NGN

Chươ ng 2 : M Ạ NG TH Ế H Ệ SAU - NGN

Chươ ng 3: GIAO TH Ứ C ĐỊ NH TUY Ế N

Chươ ng 4: THU Ậ T TOÁN & MÔ PH Ỏ NG

Do nội dung kiến thức của đề tài tươ ng đối r ộng và mớ i mẻ, điều kiện về

thờ i 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 r ất mong nhận đượ c sự thông cảm,

chỉ dẫn và góp ý của các thầy giáo, cô giáo cùng những ngườ i quan tâm.

Em xin chân thành cảm ơ n cô giáo Nguyễn Thị Bích Hạnh và các thầy cô

giáo trong khoa Điện Tử Viễn Thông, những ngườ i đã giúp đỡ em trong thờ i gian

qua.

Đà nẵng, tháng 10 năm 2010

SVTHVõ Thị Lan Hươ ng



Khoa Đi ện T ử Vi ễn Thông GVHD: Nguy ễn Th ị Bích H ạnh

SVTH: Võ Th ị Lan H ươ ng http://www.ebook.edu.vn 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 đượ c hiểu là

mạng chuyển mạch gói nơ i mà chuyển mạch gói và các phần tử truyền thống

(như các bộ định tuyến, chuyển mạch và cổng) đượ c 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 thườ ng hỗ tr ợ 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 phươ ng tiện, băng r ộng tiên tiến (advanced

broadcast), và các ứng dụng quản lý (management applications), phần tử cơ bảntrong mạng NGN là chuyển mạch mềm (Softswitch).

Đượ c xây dựng trên tiêu chí mở , các giao thức chuẩn và giao diện thân

thiện, NGN đáp ứng đượ c hầu hết các nhu cầu của nhiều đối tượ ng sử dụng:

doanh nghiệ p, 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 tươ ng lai,

đáp ứng đượ c đầy đủ các yêu cầu kinh doanh trên vớ i đặc điểm quan tr ọng là cấu

trúc phân lớ p theo chức năng và phân tán các tiềm năng trên mạng, làm cho

mạng mềm hoá và sử dụng r ộng rãi các giao diện mở đa truy nhậ p, đa giao thức

để kiến tạo các dịch vụ mà không phụ thuộc quá nhiều vào các nhà cung cấ p thiết

bị và khai thác mạng.

1.2 SỰ RA ĐỜI CỦA MẠNG NGN

Mạng PSTN của VNPT đã đượ c xây dựng và phát triển khá toàn diện,

cung cấ p dịch vụ thoại truyền thống chất lượ ng tốt tớ i khách hàng. Tuy nhiên,

sau nhiều năm hoạt động, PSTN đã bộc lộ một số hạn chế hầu như không thể

khắc phục đượ c. Chuyển mạch dựa trên công nghệ TDM cứng nhắc trong việc

phân bổ băng thông (Nx64kb/s) và gặ p nhiều khó khăn khi đưa ra các dịch vụ

mớ i, nhất là khi triển khai mạng NGN. Mạng PSTN cần sự đầu tư lớ n, giá thành

thiết bị cao và chi phí vận hành mạng lớ n. Hơ n nữa, mạng PSTN có nhiều cấ p





khác nhau (Gateway quốc tế, Toll, tandem, Host) nên r ất phức tạ p trong việc

phối hợ p hệ thống báo hiệu, đồng bộ và triển khai dịch vụ mớ i.

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 hợ p IP/ATM/MPLScho mạng đườ ng tr ục...cùng vớ i sự phát triển của công nghệ thông tin và viễn

thông thế giớ i đã dẫn đến sự cần thiết phải thay đổi công nghệ mạng. Mạng mớ i

ra đờ i phải có băng tần r ộng, hiệu suất cao, hỗ tr ợ nhiều loại hình dịch vụ, đơ n

giản về cấu trúc và quản lý, dễ dàng phát triển dịch vụ và nhanh chóng cung cấ p

cho khách hàng.

Như vậy, để dáp ứng các yêu cầu đặt ra, các nhà quản tr ị mạng có 2 sự

lựa chọn, hoặc là xây dựng một cơ sở hạ tầng hoàn toàn mớ i hoặc là xây dựng

một mạng có khả năng cung cấ p các dịch vụ IP bằng cách nâng cấ p trên hạ tầng

mạng PSTN hiện có. Hạ tầng mạng của thế k ỷ 20 không thể đượ c thay thế chỉ

trong một sớ m, một chiều và vì thế phươ ng án thứ hai là sự lựa chọn đúng đắn –

đó là mạng thế hệ sau (NGN – Next Generation Network). Do vậy, mạng NGN

đã đượ c hình thành và phát triển.

Sự hội tụ của các mạng là yêu cầu cần thiết, mang lại nhiều lợ i ích cho

nhà khai thác dịch vụ. Đối vớ i định hướ ng NGN mang lại nhiều tính năng có thể

đáp ứng đượ c nhiều yêu cầu của khách hàng nhất là các dịch vụ băng r ộng như:

Tăng thêm tính mềm dẻo

Tậ p trung khả năng điều khiển cuộc gọi thông qua chuyển mạch mềm

Tiết kiệm băng thông

Cung cấ p dịch vụ multi-media

1.3 ĐỘNG LỰC THÚC ĐẨ Y SỰ PHÁT TRIỂN CỦA MẠNG NGN Động lực của công nghệ

Động lực của thị tr ườ ng

Động lực của hội tụ và k ết hợ p mạng

Động lực của dịch vụ





CHƯƠNG II : MẠNG THẾ HỆ SAU - NGN

2.1 KHÁI NIỆM VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA NGN

2.1.1 Khái niệm

Cho tớ i hiện nay, mặc dù các tổ chức viễn thông quốc tế và các nhà cungcấ p thiết bị viễn thông trên thế giớ i đều r ất quan tâm và nghiên cứu về chiến lượ c

phát triển NGN. Do đó, định ngh ĩ a NGN nêu ra ở đây không thể bao hàm hết ý

ngh ĩ a của mạng thế hệ mớ i nhưng là khái niệm chung nhất khi đề cậ p đến NGN.

Bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển

mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng r ộng, NGN ra đờ i 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 hợ p mạng PSTN dựa trên k ỹ thuật

TDM và mạng chuyển mạch gói dựa trên k ỹ thuật IP/ATM. Nó có thể truyền tải

tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN, đồng thờ i có thể cung cấ p cho mạng IP lưu

lượ ng dữ liệu lớ n, nhờ đó giảm tải cho mạng PSTN.

Tuy nhiên, NGN không chỉ đơ n 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 :

Tr ướ c hết, do áp dụng cơ cấu mở mà: Các khối chức năng của tổng đài

truyền thống chia thành các phần tử mạng độc lậ p, các phần tử đượ c phân theo

chức năng tươ ng ứng và phát triển một cách độc lậ p. Giao diện và giao thức giữacác bộ phận phải dựa trên các tiêu chuẩn tươ ng ứng. Việc phân tách chức năng

làm cho mạng viễn thông truyền thống dần dần đi theo hướ ng mớ i, nhà kinh

doanh có thể căn cứ vào nhu cầu dịch vụ để tự tổ hợ p các phần tử khi tổ chức

mạng lướ i. Việc tiêu chuẩn hóa giao thức giữa các phần tử có thể thực hiện liên

k ết giữa các mạng có cấu hình khác nhau.

Tiế p đến, việc tách dịch vụ độc lậ p vớ i mạng nhằm thực hiện một cách

linh hoạt và có hiệu quả việc cung cấ p dịch vụ. Thuê bao có thể tự bố trí và xác





định đặc tr ưng dịch vụ của mình, không quan tâm đến mạng truyền tải dịch vụ và

loại hình đầu cuối. Điều đó làm cho việc cung cấ p dịch vụ và ứng dụng có tính

linh hoạt cao hơ n.

Thứ ba, NGN dựa trên cơ sở mạng chuyển mạch gói và các giao thứcthống 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 vớ i sự phát

triển của công nghệ IP, ngườ i ta mớ i nhận thấy rõ ràng là mạng viễn thông, mạng

máy tính và mạng truyền hình cáp cuối cùng r ồi cũng tích hợ p trong một mạng IP

thống nhất, đó là xu thế lớ n mà ngườ i ta thườ ng gọi là “dung hợ p ba mạng”. Giao

thức IP làm cho các dịch vụ lấy IP làm cơ sở đều có thể thực hiện liên k ết các

mạng khác nhau; con ngườ i lần đầu tiên có đượ c giao thức thống nhất mà ba

mạng lớ n đều có thể chấ p nhận đượ c, đặt cơ sở vững chắc về mặt k ỹ thuật cho hạ

tầng cơ sở thông tin quốc gia.

Giao thức IP thực tế đã tr ở thành giao thức ứng dụng vạn năng và bắt đầu

đượ c sử dụng làm cơ sở cho các mạng đa dịch vụ, mặc dù hiện tại vẫn còn nhiều

khuyết điểm về khả năng hỗ tr ợ lưu lượ ng thoại và cung cấ p chất lượ ng dịch vụ

đảm bảo cho số liệu. Tuy nhiên, chính tốc độ đổi mớ i nhanh chóng trong thế giớ i

Internet, mà nó đượ c tạo điều kiện bở i sự phát triển của các tiêu chuẩn mở sẽ

sớ m khắc phục những thiếu sót này.

2.2 TÌM HIỂU CÁC CÔNG NGHỆ TRONG NGN

2.2.1 Công nghệ truyền dẫn

Trong cấu trúc mạng thế hệ mớ i, truyền dẫn là một thành phần của lớ p k ết

nối (bao gồm chuyển tải và truy nhậ p). Công nghệ truyền dẫn của mạng thế hệ mớ i là SDH, WDM vớ i khả năng hoạt động mềm dẻo, linh hoạt, thuận tiện cho

khai thác và điều hành quản lý.

Các tuyến truyền dẫn SDH hiện có và đang đượ c tiế p tục triển khai r ộng

rãi trên mạng viễn thông là sự phát triển đúng hướ ng theo cấu trúc mạng mớ i.

Cần tiế p tục phát triển các hệ thống truyền dẫn công nghệ SDH và WDM, hạn

chế sử dụng công nghệ PDH.

• Cáp quang:





+ Hiện nay trên 60% lưu lượ ng thông tin đượ c truyền đi trên toàn thế giớ i đượ c

truyền trên mạng quang.

+ Công nghệ truyền dẫn quang SDH cho phép tạo trên đườ ng truyền dẫn tốc độc

cao (n*155 Mb/s) vớ i khả năng bảo vệ của các mạch vòng đã đượ c sử dụng r ộngrãi ở nhiều nướ c và ở Việt Nam.

+ WDM cho phép sử dụng độ r ộng băng tần r ất lớ n của sợ i quang bằng cách k ết

hợ p một số tín hiệu ghép kênh theo thờ i gian vớ i độ dài các bướ c sóng khác nhau

và ta có thể sử dụng đượ c các cửa sổ không gian, thờ i gian và độ dài bướ c sóng.

Công nghệ WDM cho phép nâng tốc độ truyền dẫn lên 5Gb/s, 10Gb/s và 20Gb/s.

• Vô tuyến:

+ Vi ba: Công nghệ truyền dẫn SDH cũng phát triển trong l ĩ nh vực vi ba, tuy

nhiên do những hạn chế của môi tr ườ ng truyền dẫn sóng vô tuyến nên tốc độ và

chất lượ ng truyền dẫn không cao so vớ i công nghệ truyền dẫn quang.

+ Vệ tinh: Vệ tinh quỹ đạo thấ p (LEO – Low Earth Orbit), vệ tinh quỹ đạo trung

bình (MEO – Medium Earth Orbit). Thị tr ườ ng thông tin vệ tin trong khu vực đã

có sự phát triển mạnh trong những năm gần đây và sẽ còn tiế p tục trong những

năm tớ i. Các loại hình dịch vụ vệ tinh đã r ất phát triển như: DTH tươ ng tác, truy

nhậ p Internet, các dịch vụ băng r ộng, HDTV… Ngoài các ứng dụng phố biến đối

vớ i nhu cầu thông tin quảng bá, viễn thông nông thôn, vớ i sự k ết hợ p sử dụng các

ưu điểm của công nghệ CDMA, thông tin vệ tin ngày càng có xu hướ ng phát

triển đặc biệt trong l ĩ nh vực thông tin di động, thông tin cá nhân,…

2.2.2 Công nghệ mạng truy nhập

• Công nghệ truy nhậ p hữu tuyến

Hiện nay trên thị tr ườ ng những nhà khai thác vớ i cơ sở hạ tầng khác nhauđưa ra những dịch vụ truy nhậ p dựa trên công nghệ khác nhau :

• Dial up, xDSL, ISDN dựa trên cáp đồng xoắn

• CM trên mạng cáp truyền hình CATV

• PLC trên mạng cáp điện lực

• Truy nhậ p quang trên CATV, PLC

• Công nghệ truy nhậ p vô tuyến





Vớ i sự xuất hiện của Wimax, công nghệ truy nhậ p vô tuyến đã cho thấy

sự hội tụ một cách rõ ràng, và mạng truy nhậ p vô tuyến sẽ tiến tớ i cung cấ p dịch

vụ k ết nối có tốc độ cao hơ n, và sẽ có sự thỏa hiệ p giữa tính di động và tốc độ

chất lượ ng dịch vụ.2.2.3 Công nghệ chuyển mạch

Chuyển mạch cũng là một thành phần trong lớ p mạng chuyển tải của cấu

trúc NGN nhưng có những thay đổi lớ n về mặt công nghệ so vớ i các thiết bị

chuyển mạch TDM tr ướ c đây. Công nghệ chuyển mạch của mạng thế hệ mớ i là

IP, ATM, ATM/IP hay MPLS thì hiện nay vẫn chưa xác định rõ, tuy nhiên nói

chung là dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, cho phép hoạt động vớ i nhiều tốc

độ và dịch vụ khác nhau.

Công nghệ chuyển mạch quang: các k ết quả nghiên cứu ở mức thử

nghiệm đang hướ ng tớ i việc chế tạo các chuyển mạch quang. Trong tươ ng lai sẽ

có các chuyển mạch quang phân loại theo nguyên lý sau: chuyển mạch quang

phân chia theo không gian, chuyển mạch quang phân chia theo thờ i gian, chuyển

mạch quang phân chia theo độ dài bướ c sóng.

Hình 2.1 : Kết nối trong mạng NGN





2.3 KIẾN TRÚC NGN

Cho đến nay, mạng thế hệ sau vẫn là xu hướ ng phát triển mớ i mẻ, chưa có

một khuyến nghị chính thức nào của Liên minh Viễn thông thế giớ i ITU về cấu

trúc của nó. Nhiều hãng viễn thông lớ n đã đưa ra mô hình cấu trúc mạng thế hệ mớ i như Alcatel, Ericssion, Nortel, Siemens, Lucent, NEC,… Bên cạnh việc đưa

ra nhiều mô hình cấu trúc mạng NGN khác nhau và kèm theo là các giải pháp

mạng cũng như những sản phẩm thiết bị mớ i khác nhau. Các hãng đưa ra các mô

hình cấu trúc tươ ng đối rõ ràng và các giải pháp mạng khá cụ thể là Alcatel,

Siemens, Ericsions.

Hình 2.2 : Cấu trúc mạng NGN

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 lớ p mạng riêng

lẽ, các lớ p này liên k ết vớ i nhau qua các giao diện mở tiêu chuẩn.Sự thông minh của xử lý cuộc gọi cơ bản trong chuyển mạch của PSTN

thực chất là đã đượ c tách ra từ phần cứng của ma tr ận chuyển mạch.

Bây giờ , sự thông minh ấy nằm trong một thiết bị tách r ờ i gọi là chuyển

mạch mềm (softswitch) cũng đượ c gọi là một bộ điều khiển cổng truyền thông

(Media Gateway Controller) hoặc là một tác nhân cuộc gọi (Call Agent), đóng

vai trò phần tử điều khiển trong kiến trúc mạng mớ i. Các giao diện mở hướ ng tớ i

các ứng dụng mạng thông minh (IN- Intelligent Network) và các server ứng dụng





mớ i tạo điều kiện dễ dàng cho việc nhanh chóng cung cấ p dịch vụ và đảm bảo

đưa ra thị tr ườ ng trong thờ i gian ngắn.

Tại lớ p truyền thông, các cổng đượ c đưa vào sử dụng để làm thích ứng

thoại và các phươ ng tiện khác vớ i mạng chuyển mạch gói. Các media gatewaynày đượ c sử dụng để phối ghép hoặc vớ i thiết bị đầu cuối của khách hàng

(RGW- Residental Gateway) vớ i các mạng truy nhậ p (AGW- Access Gateway)

hoặc vớ i mạng PSTN (TGW- Trunk Access). Các server phươ ng tiện đặc biệt r ất

nhiều chức năng khác nhau, chẳng hạn như cung cấ p các âm quay số hoặc thông

báo. Ngoài ra, chúng còn có các chức năng tiên tiến hơ n như : tr ả lờ i bằng tiếng

nói tươ ng tác và biến đổi văn bản sang tiếng nói hoặc tiếng nói sang văn bản.

Các giao diện mở của kiến trúc mớ i này cho phép các dịch vụ mớ i đượ c

giớ i thiệu nhanh chóng. Đồng thờ i chúng cũng tạo thuận tiện cho việc giớ i thiệu

các phươ ng thức kinh doanh mớ i bằng cách chia tách chuỗi giá tr ị truyền thống

hiện tại thành nhiều dịch vụ có thể do các hãng khác nhau cung cấ p.

Từ mô hình cấu trúc NGN và giải pháp của các hãng khác nhau trên thị

tr ườ ng hiện nay, có thể đưa ra mô hình cấu trúc NGN gồm 4 lớ p chức năng :

Hình 2.3 : Phân lớp theo chức năng

Trong các lớ p trên, lớ p điều khiển hiện nay đang r ất phức tạ p vớ i nhiều loại

giao thức, khả năng tươ ng thích giữa các thiết bị của hãng là vấn đề đang đượ c

các nhà khai thác quan tâm.

2.3.1 Lớp truyền dẫn và truy nhập

Phần truyền dẫn: Áp dụng k ỹ thuật ghép kênh phân chia theo mật độ bướ c

sóng. DWDM ở lớ p vật lý nhằm đảm bảo cung cấ p chất lượ ng dịch vụ (QoS)





theo yêu cầu của ứng dụng. Lớ p truyền dẫn có khả năng hỗ tr ợ các mức QoS

khác nhau cho cùng một dịch vụ và cho các dịch vụ khác nhau. Nó có khả năng

lưu tr ữ lại các sự kiện xảy ra trên mạng (kích thướ c gói, tốc độ gói, độ trì hoãn, tỷ

lệ mất gói và Jitter cho phép,… đối vớ i mạng chuyển mạch gói; băng thông, độ trì hoãn đối vớ i mạng chuyển mạch kênh TDM).

Phần truy nhậ p: Hướ ng tớ i sử dụng công nghệ quang cho thông tin hữu

tuyến và CDMA cho thông tin vô tuyến. Thống nhất sử dụng công nghệ IP. Cung

cấ p các k ết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đườ ng tr ục (thuộc lớ p truyền

dẫn) qua cổng giao tiế p MGW thích hợ p. Mạng NGN k ết nối vớ i hầu hết các

thiết bị đầu cuối chuẩn và không chuẩn như các thiết bị truy xuất đa dịch vụ, điện

thoại IP, máy tính PC, tổng đài nội bộ PBX, điện thoại POTS, điện thoại s ố

ISDN, di động vô tuyến, di động vệ tinh, vô tuyến cố định, VoIP, …

2.3.2 Lớp truyền thông

Lớ p truyền thông có khả năng tươ ng thích các k ỹ thuật truy nhậ p khác vớ i

k ỹ thuật chuyển mạch gói IP hay ATM ở mạng đườ ng tr ục. Hay nói cách khác,

lớ p này chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi tr ườ ng (chẳng hạn như PSTN,

FramRelay, LAN, vô tuyến,…) sang môi tr ườ ng truyền dẫn gói đượ c áp dụng

trên mạng lõi và ngượ c lại.

Nhờ đó, các nút chuyển mạch (ATM + IP) và các hệ thống truyền dẫn sẽ

thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê bao của lớ p

truy nhậ p dướ i sự điều khiển của các thiết bị thuộc lớ p điều khiển.

Thiết bị chính trong lớ p truyền thông là các cổng (Gateway) làm nhiệm vụ

k ết nối giữa các phần của mạng và giữa các mạng khác nhau.

2.3.3 Lớp điều khiểnLớ p điều khiển có nhiệm vụ k ết nối để cung cấ p các dịch vụ thông suốt từ đầu

cuối đến đầu cuối vớ i bất k ỳ loại giao thức và báo hiệu nào.

• Định tuyến lưu lượ ng giữa các khối chuyển mạch.

• Thiết lậ p yêu cầu, điều chỉnh và thay đổi các k ết nối hoặc các luồng, điều

khiển sắ p xế p nhãn (label mapping) giữa các giao diện cổng.

• Phân bổ lưu lượ ng và các chỉ tiêu chất lượ ng đối vớ i mỗi k ết nối (hay mỗi

luồng) và thực hiện giám sát điều khiển để đảm bảo QoS.





• Báo hiệu đầu cuối từ các trung k ế, các cổng trong k ết nối vớ i lớ p media.

Thống kê và ghi lại các thông số về chi tiết cuộc gọi, đồng thờ i thực hiện các

cảnh báo.

•

Thu nhận thông tin báo hiệu từ các cổng và chuyển thông tin này đến cácthành phần thích hợ p trong lớ p điều khiển.

• Quản lý và bảo dưỡ ng hoạt động của các tuyến k ết nối thuộc phạm vi điều

khiển. Thiết lậ p và quản lý hoạt động của các luồng yêu cầu đối vớ i chức năng

dịch vụ trong mạng. Báo hiệu vớ i các thành phần ngang cấ p.

• Các chức năng quản lý, chăm sóc khách hàng cũng đượ c tích hợ p trong lớ p

điều khiển. Nhờ các giao diện mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền

dẫn, điều này cho phép các dịch vụ mớ i đượ c đưa vào nhanh chóng và dễ

dàng.

2.3.4 Lớp ứng dụng

Lớ p ứng dụng cung cấ p các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều

mức độ. Một số loại dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc thực hiện điều khiển logic

của chúng và truy nhậ p tr ực tiế p tớ i lớ p ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ

đượ c điều khiển từ lớ p điều khiển như dịch vụ thoại truyền thống. Lớ p ứng dụngliên k ết vớ i lớ p điều khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ đó mà các nhà

cung cấ p dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên

các dịch vụ mạng.

M ột số ví d ụ về các loại ứ ng d ụng d ịch vụ đượ c đư a ra sau đ ây:

Các dịch vụ thoại

Các dịch vụ thông tin và nội dung

VPN cho thoại và số liệu Video theo yêu cầu

Nhóm các dịch vụ đa phươ ng tiện

Thươ ng mại điện tử

Các trò chơ i trên mạng thờ i gian thực. ………….





Hình 2.4 : Sơ đồ ứng dụng dịch vụ

2.3.5 Lớp quản lý

Lớ p quản lý là một lớ p tác động tr ực tiế p lên tất cả các lớ p còn lại, làmnhiệm vụ giám sát các hoạt động của mạng. Lớ p quản lý là một lớ p đặc biệt

xuyên suốt các lớ p từ lớ p k ết nối cho đến lớ p ứng dụng. Tuy nhiên cần phân biệt

các chức năng quản lý vớ i các chức năng điều khiển. Vì căn bản NGN sẽ dựa

trên các giao diện mở và cung cấ p r ất nhiều loại hình dịch vụ trong một mạng

đơ n, cho nên mạng quản lý phải làm việc trong một môi tr ườ ng đa nhà đầu tư,

đa nhà khai thác, đa dịch vụ.

Lớ p quản lý là một lớ p tác động tr ực tiế p lên tất cả các lớ p còn lại, làm

nhiệm vụ giám sát các hoạt động của mạng. Lớ p quản lý phải đảm bảo hoạt động

đượ c trong môi tr ườ ng mở , vớ i nhiều giao thức, dịch vụ và các nhà khai thác

khác nhau.





2.4 CÁC PHẦN TỬ TRONG MẠNG NGN

Hình 2.5 : Các thành phần chính của mạng NGN

2.4.1 Cổng phương tiện (MG – Media Gateway)

Media Gateway cung cấ p phươ ng tiện để truyền tải thông tin thoại, dữ

liệu, fax và video giữa mạng gói IP và mạng PSTN. Trong mạng PSTN, dữ liệu

thoại đượ c mang trên kênh DS0. Để truyền dữ liệu này vào mạng gói, mẫu thoại

cần đượ c nén lại và đóng gói. Đặc biệt ở đây ngườ i ta sử dụng một bộ xử lý tín

hiệu số DSP (Digital Signal Processors) thực hiện các chức năng : chuyển đổi

AD (analog to digital), nén mã thoại/ audio, triệt tiếng dội, bỏ khoảng lặng, mã

hóa, tái tạo tính hiệu thoại,…

Các chứ c nă ng của một Media Gateway :

- Truyền dữ liệu thoại sử dụng giao thức RTP (Real Time Protocol).

- Cung cấ p khe thờ i gian T1 hay tài nguyên xử lý tín hiệu số (DSP - Digital

Signal Processing) dướ i sự điều khiển của Media Gateway Controller (MGC).

Đồng thờ i quản lý tài nguyên DSP cho dịch vụ này.

- Hỗ tr ợ các giao thức đã có như loop-start, ground-start, E&M, CAS, QSIG và

ISDN qua T1.

- Quản lý tài nguyên và k ết nối T1.

- Cung cấ p khả năng thay nóng các card T1 hay DSP.- Có phần mềm Media Gateway dự phòng.





- Cho phép khả năng mở r ộng Media Gateway về: cổng(ports), cards, các nút mà

không làm thay đổi các thành phần khác.

2.4.2 Bộ điều khiển cổng phương tiện (Media Gateway Controller)

MGC là đơ n vị chức năng chính của Softswitch. Nó đưa ra các quy luật xử lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện các quy luật đó. Nó điều khiển SG thiết

lậ p và k ết thúc cuộc gọi. Ngoài ra nó còn giao tiế p vớ i hệ thống OSS và BSS.

MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau, như

PSTN, SS7, mạng IP. Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượ ng thoại và dữ liệu qua

các mạng khác nhau. Nó còn đượ c gọi là Call Agent do chức năng điều khiển các

bản tin. Một MGC k ết hợ p vớ i MG, SG tạo thành cấu hình tối thiểu cho

Softswitch.

Các chứ c nă ng của Media Gateway Controller :

- Quản lý cuộc gọi

- Các giao thức thiết lậ p cuộc gọi thoại : H.323, SIP

- Giao thức điều khiển truyền thông : MGCP, Megaco, H.248

- Quản lý lớ p dịch vụ và chất lượ ng dịch vụ

- Giao thức quản lý SS7 : SIGTRAN (SS7 over IP)

- Xử lý báo hiệu SS7

- Quản lý các bản tin liên quan QoS như RTCP

- Thực hiện định tuyến cuộc gọi

- Ghi lại các thông tin chi tiết của cuộc gọi để tính cướ c (CDR-Call Detail

Record)

- Điều khiển quản lý băng thông

- Đối vớ i Media Gateway : + Xác định và cấu hình thờ i gian thực cho các DSP

+ Phân bổ kênh DS0

+ Truyền dẫn thoại ( mã hóa, nén, đóng gói)

- Đối vớ i Signaling Gateway, MGC cung cấ p :

+ Các loại SS7

+ Các bộ xử lý thờ i gian

+ Cấu hình k ết nối





+ Mã của nút mạng hay thông tin cấu hình

- Đăng ký Gatekeeper

2.4.3 Cổng báo hiệu (SG – Signaling Gateway)

Signaling Gateway tạo ra một chiếc cầu giữa mạng báo hiệu SS7 vớ i mạngIP dướ i sự điều khiển của MGC(Media Gateway Controller). SG làm cho

Softswitch giống như một nút SS7 trong mạng báo hiệu SS7. Nhiệm vụ của SG

là xử lý thông tin báo hiệu.

Các chứ c nă ng của Signaling Gateway:

- Cung cấ p một k ết nối vật lý đến mạng báo hiệu.

- Truyền thông tin báo hiệu giữa Media Gateway Controller và Signaling

Gateway thông qua mạng IP.

- Cung cấ p đườ ng dẫn truyền dẫn cho thoại, dữ liệu và các dạng dữ liệu khác.

(Thực hiện truyền dữ liệu là nhiệm vụ của Media Gateway).

- Cung cấ p các hoạt động SS7 có sự sẵn sàng cao cho các dịch vụ viễn thông.

2.4.4 Server phương tiện (MS – Media Server)

Media Server là thành phần lựa chọn của Softswitch, đượ c sử dụng để xử lý

các thông tin đặc biệt. Một Media Server phải hỗ tr ợ phần cứng DSP vớ i hiệu

suất cao nhất.

Các chứ c nă ng của một Media Server:

- Chức năng voicemail cơ bản.

- Hộ p thư fax tích hợ p hay các thông báo có thể sử dụng e-mail hay các bản tin

ghi âm tr ướ c (pre-recorded message).

- Khả năng nhận tiếng nói (nếu có).

- Khả năng hội nghị truyền hình (video conference).- Khả năng chuyển thoại sang văn bản (speech-to-text)

2.4.5 Server ứng dụng/server đặc tính (AS/FS)

Server đặc tính là một server ở mức ứng dụng chứa một loạt các dịch vụ

của doanh nghiệ p. Chính vì vậy nó còn đượ c gọi là Server ứng dụng thươ ng mại.

Vì hầu hết các Server này tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua mạng IP

nên chúng không ràng buộc nhiều vớ i Softswith về việc phân chia hay nhóm các

thành phần ứng dụng.





Các dịch vụ cộng thêm có thể tr ực thuộc Call Agent, hoặc cũng có thể thực

hiện một cách độc lậ p. Những ứng dụng này giao tiế p vớ i Call Agent thông qua

các giao thức như SIP, H.323,… Chúng thườ ng độc lậ p vớ i phần cứng nhưng lại

yêu cầu truy nhậ p cơ sở dữ liệu đặc tr ưng.Chứ c nă ng của Feature Server :

- Xác định tính hợ p lệ và hỗ tr ợ các thông số dịch vụ thông thườ ng cho hệ thống

đa chuyển mạch.

M ột vài ví d ụ về các d ịch vụ đặ c tính :

- Hệ thống tính cướ c – Call Agents sử dụng các bộ CDR (Call Detail Record).

Chươ ng trình CDR có r ất nhiều đặc tính, chẳng hạn khả năng ứng dụng tốc độ

dựa trên loại đườ ng truyền, thờ i điểm trong ngày….Dịch vụ này cho phép khách

hàng truy nhậ p vào bản tin tính cướ c của họ thông qua cuộc gọi thoại hay yêu

cầu trang Web.

- H.323 Gatekeeper- dịch vụ này hỗ tr ợ định tuyến thông qua các miền khác

nhau ( các mạng khác nhau). Mỗi miền có thể đang ký số điện thoại và số truy

nhậ p trung k ế vớ i Gatekeeper thông qua giao thức H.323. Gatekeeper sẽ cung

cấ p dịvh vụ định tuyến cuộc gọi (và chuyển dịch sang dạng số) cho mỗi đầu cuối

H.323. Gatekeeper còn có thể cung cấ p điều khiển tính cướ c và quản lý băng

thông cho Softswitch.

- VPN -Dịch vụ này sẽ thiết lậ p mạng riêng ảo cho khách hàng vớ i các đặc tính

sau:

+ Băng thông xác định ( thông qua mạng thuê riêng tốc độ cao)

+ Đảm bảo QoS

+ Nhiều tính năng riêng theo chuẩn + K ế hoạch quay số riêng

+ Bảo mật các mã thoại đượ c truyền dẫn.

2.5 CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN

Kiến trúc của NGN là kiến trúc phân tán vì thế mà các chức năng báo hiệu

và xử lý báo hiệu, chuyển mạch, điều khiển cuộc gọi,…đượ c thực hiện bở i các

thiết bị nằm phân tán trong cấu hình mạng. Để có thể tạo ra các k ết nối giữa các

đầu cuối nhằm cung cấ p dịch vụ, các thiết bị này phải trao đổi các thông tin báo





hiệu và diều khiển vớ i nhau. Cách thức trao đổi các thông tin báo hiệu và điều

khiển đó đượ c quy định trong các giao thức báo hiệu và điều khiển đượ c sử

dụng trong mạng. Trong mạng NGN có các giao thức báo hiệu và điều khiển cơ

bản sau:

Các giao thức này có thể phân thành 2 loại: các giao thức ngang hàng

(H.323, SIP, BICC) và các giao thức chủ tớ (MGCP, MEGACO/H.248). Sự khác

nhau cơ bản giữa hai cách tiế p cận này là ở chỗ “khả năng thông minh” đượ c

phân bổ như thế nào giữa các thiết bị biên của mạng và các server. Sự lựa chọn

cách nào là phụ thuộc vào chi phí hệ thống, triển khai dịch vụ, độ khả thi. Mộtgiải pháp tổng thể sử dụng ưu điểm của cả hai cách tiế p cận nên đượ c xem xét.

H323 SIP BICC SIGTRAN MGCP, MEGACO/H.248





CHƯƠNG III: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN

3.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỊNH TUYẾN

Định tuyến (routing hay routeing) là quá trình chọn lựa các đườ ng đi trên

một mạng để gửi dữ liệu qua đó, từ nguồn đến đích.Việc định tuyến đượ c thựchiện cho nhiều loại mạng, trong đó có mạng điện thoại, liên mạng, Internet, mạng

giao thông. Nó là một chức năng đượ c thực hiện ở tầng mạng (Network Layer).

Chức năng này cho phép router đánh giá các đườ ng đi sẵn có tớ i đích. Định

tuyến liên quan đến tính toán các đườ ng dẫn phù hợ p cho từng nhu cầu. Để đánh

giá đườ ng đi, định tuyến sử dụng các thông tin tôpô mạng. Các thông tin này có

thể do ngườ i quản tr ị thiết lậ p hoặc đượ c thu lượ m thông qua các giao thức định

tuyến.

Routing chỉ ra hướ ng, sự di chuyển của các gói (dữ liệu) đượ c đánh địa

chỉ từ mạng nguồn của chúng, hướ ng đến đích cuối thông qua các node trung

gian; thiết bị phần cứng chuyên dùng đượ c gọi là router (bộ định tuyến). Tiến

trình định tuyến thườ ng chỉ hướ ng đi dựa vào bảng định tuyến, đó là bảng chứa

những lộ trình tốt nhất đến các đích khác nhau trên mạng.

=> Vì vậy việc xây dựng bảng định tuyến, đượ c tổ chức trong bộ nhớ của

router, tr ở nên vô cùng quan tr ọng cho việc định tuyến hiệu quả.

M ột số l ự a chọn định tuyế n có thể là:

Tiêu chí tối ưu khác nhau.

• Minium hop.

• Khoảng cách địa lý ngắn nhất.

• Khả năng sử dụng lớ n nhất.

Giớ i hạn dung lượ ng và các hạn chế dung lượ ng hiện tại.

Các yêu cầu lưu lượ ng

Yêu cầu phân tậ p.

Các yêu cầu bằng tải

Quá trình định tuyế n

Khi định tuyến dữ liệu từ nguồn đến đích, router thườ ng chuyển tiế p gói

từ một liên k ết dữ liệu (mạng) này đến một liên k ết dữ liệu khác, sử dụng hai

chức năng cơ bản:





- Xác định đườ ng đi (path determination)

- Chuyển mạch (switching)

Chức năng xác định đườ ng đi chọn ra một đườ ng đi tối ưu đến đích theo

một tiêu chí nào đó (chẳng hạn chiều dài đườ ng đi). Để tr ợ giúp cho quá trìnhxác định đườ ng đi, các giải thuật định tuyến khở i tạo và duy trì bảng định tuyến,

bảng này chứa thông tin về các tuyến tớ i đích.

Khi đườ ng đi tối ưu đượ c xác định, bướ c nhảy tiế p theo gắn vớ i đườ ng đi

này cho router biết phải gửi gói đi đâu để nó có thể đến đích theo đườ ng đi tối ưu

đó. Chức năng chuyển mạch cho phép router chuyển gói từ cổng vào tớ i cổng ra

tươ ng ứng vớ i đườ ng đi tối ưu đã chọn. Trong quá trình định tuyến, phần địa chỉ

mạng đượ c sử dụng để xác định đườ ng đi, còn phần địa chỉ tr ạm đượ c router cuối

cùng trên đườ ng đi (router nối tr ực tiế p tớ i mạng đích) sử dụng để chuyển gói tớ i

đúng tr ạm đích.

3.2 CÁC LỚP THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN

3.2.1 Thuật toán vector khoảng cách (Distance Vector Algorithm)

Thuật toán này dùng thuật toán Bellman-Ford. Phươ ng pháp này chỉ định

một con số, gọi là chi phí (hay tr ọng số), cho mỗi một liên k ết giữa các node

trong mạng. Các node sẽ gửi thông tin từ điểm A đến điểm B qua đườ ng đi mang

lại tổng chi phí thấ p nhất (là tổng các chi phí của các k ết nối giữa các node đượ c

dùng).

Thuật toán hoạt động vớ i những hành động r ất đơ n giản. Khi một node khở i

động lần đầu, nó chỉ biết các node k ề tr ực tiế p vớ i nó, và chi phí tr ực tiế p để đi

đến đó (thông tin này, danh sách của các đích, tổng chi phí của từng node, và

bướ c k ế tiế p để gửi dữ liệu đến đó tạo nên bảng định tuyến, hay bảng khoảngcách). Mỗi node, trong một tiến trình, gửi đến từng “hàng xóm” tổng chi phí của

nó để đi đến các đích mà nó biết. Các node “hàng xóm” phân tích thông tin này,

và so sánh vớ i những thông tin mà chúng đang “biết”; bất k ỳ điều gì cải thiện

đượ c những thông tin chúng đang có sẽ đượ c đưa vào các bảng định tuyến của

những “hàng xóm” này. Đến khi k ết thúc, tất cả node trên mạng sẽ tìm ra bướ c

truyền k ế tiế p tối ưu đến tất cả mọi đích, và tổng chi phí tốt nhất.





Khi một trong các node gặ p vấn đề, những node khác có sử dụng node hỏng

này trong lộ trình của mình sẽ loại bỏ những lộ trình đó, và tạo nên thông tin mớ i

của bảng định tuyến. Sau đó chúng chuyển thông tin này đến tất cả node gần k ề

và lặ p lại quá trình trên. Cuối cùng, tất cả node trên mạng nhận đượ c thông tincậ p nhật, và sau đó sẽ tìm đườ ng đi mớ i đến tất cả các đích mà chúng còn tớ i

đượ c.

3.2.2 Thuật toán tr ạng thái kết nối (Link-state Algorithm)

Khi áp dụng các thuật toán tr ạng thái k ết nối, mỗi node sử dụng dữ liệu cơ

sở của nó như là một bản đồ của mạng vớ i dạng một đồ thị. Để làm điều này, mỗi

node phát đi tớ i tổng thể mạng những thông tin về các node khác mà nó có thể

k ết nối đượ c, và từng node góp thông tin một cách độc lậ p vào bản đồ. Sử dụng

bản đồ này, mỗi router sau đó sẽ quyết định về tuyến đườ ng tốt nhất từ nó đến

mọi node khác. Thuật toán đã làm theo cách này là Dijkstra, bằng cách xây dựng

cấu trúc dữ liệu khác, dạng cây, trong đó node hiện tại là gốc, và chứa mọi noded

khác trong mạng. Bắt đầu vớ i một cây ban đầu chỉ chứa chính nó. Sau đó lần lượ t

từ tậ p các node chưa đượ c thêm vào cây, nó sẽ thêm node có chi phí thấ p nhất để

đến một node đã có trên cây. Tiế p tục quá trình đến khi mọi node đều đượ c thêm.

Cây này sau đó phục vụ để xây dựng bảng định tuyến, đưa ra bướ c truyền k ế tiế p

tốt ưu, … để từ một node đến bất k ỳ node khác trên mạng.

3.2.3 So sánh các thuật toán định tuyến

Các giao thức định tuyến vớ i thuật toán vector tỏ ra đơ n giản và hiệu quả

trong các mạng nhỏ, và đòi hỏi ít (nếu có) sự giám sát. Tuy nhiên, chúng không

làm việc tốt, và có tài nguyên tậ p hợ p ít ỏi, dẫn đến sự phát triển của các thuật

toán tr ạng thái k ết nối tuy phức tạ p hơ n nhưng tốt hơ n để dùng trong các mạnglớ n. Giao thức vector kém hơ n vớ i r ắc r ối về đếm đến vô tận.

Ư u điểm chính của định tuyến bằng tr ạng thái k ết nối là phản ứng nhanh

nhạy hơ n, và trong một khoảng thờ i gian có hạn, đối vớ i sự thay đổi k ết nối.

Ngoài ra, những gói đượ c gửi qua mạng trong định tuyến bằng tr ạng thái k ết nối

thì nhỏ hơ n những gói dùng trong định tuyến bằng vector. Định tuyến bằng

vector đòi hỏi bảng định tuyến đầy đủ phải đượ c truyền đi, trong khi định tuyến

bằng tr ạng thái k ết nối thì chỉ có thông tin về “hàng xóm” của node đượ c truyền





đi. Vì vậy, các gói này dùng tài nguyên mạng ở mức không đáng k ể. Khuyết

điểm chính của định tuyến bằng tr ạng thái k ết nối là nó đòi hỏi nhiều sự lưu tr ữ

và tính toán để chạy hơ n định tuyến bằng vector.

3.3 CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CƠ BẢN• Giao thứ c định tuyến trong

o Router Information Protocol (RIP)

o Open Shortest Path First (OSPF)

o Intermediate System to Intermediate System (IS-IS)

o Hai giao thức sau đây thuộc sở hữa của Cisco, và đượ c hỗ tr ợ bở i các

router Cisco hay những router của những nhà cung cấ p mà Cisco đã

đăng ký công nghệ:

Interior Gateway Routing Protocol (IGRP)

Enhanced IGRP (EIGRP)

• Giao thứ c định tuyến ngoài

o Exterior Gateway Protocol (EGP)

o Border Gateway Protocol (BGP)

o Constrained Shortest Path First (CSPF)

3.3.1 Giao thức định tuyến RIP

3.3.1.1 Khái niệm

RIP (Router Information Protocol – Giao thức thông tin định tuyến) là một

giao thức định tuyến miền trong đượ c sử dụng bên trong hệ thống tự tr ị. Đây là

một giao thức r ất đơ n giản dựa trên định tuyến vectơ khoảng cách, sử dụng giải

thuật Bellman-Ford để tính toán bảng định tuyến. Khi đượ c sử dụng trong những

mạng cùng loại nhỏ, RIP là một giao thức hiệu quả và sự vận hành của nó là kháđơ n giản. RIP duy trì tất cả bảng định tuyến trong một mạng đượ c cậ p nhật bở i

truyền những bản tin cậ p nhật bảng định tuyến sau mỗi 30s. Sau một thiết bị RIP

nhận một cậ p nhật, nó so sánh thông tin hiện tại của nó vớ i những thông tin đượ c

chứa trong thông tin cậ p nhật.

3.3.1.2 Thuật toán và ví dụ minh họa

Mỗi router có một bảng định tuyến trong đó chứa các mục tươ ng ứng cho

mỗi mạng đích mà router biết. Mục này gồm địa chỉ IP của mạng đích, khoảng





cách ngắn nhất để tớ i đích (tính theo số bướ c nhảy) và bướ c nhảy tiế p theo

(router tiế p theo). Bướ c nhảy tiế p theo là nơ i cần giửi gói dữ liệu đến để có thể

tớ i đượ c đích cuối cùng. Số bướ c nhảy là số mạng mà một gói dữ liệu phải đi qua

để tớ i đượ c mạng đích.

Hình 3.1 : Định tuyến trong mạng sử dụng RIP

Bảng của R2 Bảng của R3 Bảng của R4Đích Node sau Hop Đích Node sau Hop Đích Node sau Hop

N1 R1 2 N1 R2 3 N1 R3 4 N2 Tr ực tiế p 1 N2 R2 2 N2 R3 3 N3 Tr ực tiế p 1 N3 Tr ực tiế p 1 N3 R3 2 N4 R3 2 N4Tr ực tiế p 1 N4 Tr ực tiế p 1 N5 R3 3 N5 R4 2 N5Tr ực tiế p 1 N6 R3 4 N6 R4 3 N6 R5 2

Bảng định tuyến RIP đượ c cậ p nhật khi router nhận đượ c các thông báo RIP.

Dướ i đây chỉ ra giải thuật cậ p nhật định tuyến đượ c RIP sử dụng.

Nhận một thông báo RIP tr ả lờ i

1. Cộng 1 vào số bướ c nhảy tiế p theo cho mỗi đích đượ c quảng cáo

2. Lặ p lại các bướ c tiế p theo cho mỗi đích đượ c quảng cáo:

2.1 Nếu đích không có trong bảng định tuyến

Thêm thông tin đượ c quảng cáo vào bảng định tuyến

2.2 Trái lại2.2.1 -Nếu bướ c nhảy tiế p theo giống nhau

-Thay thế mục trong bảng bằng mục đượ c quảng cáo

2.2.2 Trái lại

2.2.2.1 Nếu số bướ c nhảy đượ c quảng cáo<số bướ c nhảy trong bảng

Thay thế mục trong bảng bằng mục đượ c quảng cáo

2.2.2.2 Trái lại không làm gì cả

3. K ết thúc





3.3.1.3 Ưu & nhược điểm

RIP đượ c thiết k ế như là một giao thức IGP (Interior Gateway Protocol là

giao thức định tuyến nội miền) dùng cho các hệ thống tự tr ị AS (AS–

Autonomouns system) có kích thướ c nhỏ, RIP chỉ áp dụng cho những mạng nhỏ,không sử dụng cho hệ thống mạng lớ n và phức tạ p. Bở i vì :

• RIP sử dụng giao thức định tuyến theo véctơ khoảng cách thườ ng tốn ít tài

nguyên hệ thống nhưng tốc độ đồng bộ giữa các bộ định tuyến lại chậm mà đối

vớ i 1 mạng lớ n hay phức tạ p thì lại gồm nhiều bộ định tuyến nên RIP không phù

hợ p vớ i những hệ thống mạng lớ p và phức tạ p.

• RIP giớ i hạn số hop tối đa là 15 (bất k ỳ mạng đích nào mà có số hop lớ n hơ n

15 thì xem như mạng đó không đến đượ c). Số lượ ng 15 hop sẽ không đủ khi

muốn xây dựng một mạng lớ n.

• Bảng định tuyến đượ c trao đổi vớ i các bộ định tuyến khác khoảng 30giây/lần.

Nếu một bộ định tuyến không thông báo trong vòng 180 giây, đườ ng đi qua bộ

định tuyến này đượ c xem như không dùng đượ c. Các vấn đề có thể xảy ra trong

lúc tạo lại bảng định tuyến nếu bộ định tuyến này đượ c k ết nối vớ i một mạng

diện r ộng chạy chậm. Hơ n nữa, trao đổi các bảng làm mạng thườ ng xuyên quá

tải, gây tắc nghẽn và các trì hoãn khác.

• Khi cấu trúc mạng thay đổi thì thông tin cậ p nhật phải đượ c xử lý trong toàn bộ

hệ thống, nên điều này sẽ thực hiện r ất khó đối vớ i mạng lớ n vì sẽ r ất r ễ gây ra

hiện tượ ng tắc nghẽn trong mạng. Các bộ định tuyến khi dùng RIP là chúng k ết

nối liên tục vớ i các bộ định tuyến lân cận để cậ p nhật các bảng định tuyến của

chúng, do đó tạo ra một lượ ng tải lớ n trên mạng.

• Do sử dụng thuật toán định tuyến theo véctơ khoảng cách nên có tốc độ hội tụ chậm (Tr ạng thái hội tụ là tất cả các bộ định tuyến trong hệ thống mạng đều có

thông tin định tuyến về hệ thống mạng và chính xác) do vậy đối vớ i mạng lớ n

hay phức tạ p thì sẽ mất r ất lâu mớ i hội tụ đượ c.

• Do RIP là giao thức định tuyến theo véctơ khoảng cách nên mỗi bộ định tuyến

nhận đượ c bảng định tuyến của những bộ định tuyến lân cận k ết nối tr ực tiế p vớ i

nó do vậy bộ định tuyến sẽ không biết đượ c chính xác cấu trúc của toàn bộ hệ

thống mạng.





• RIP sử dụng thuật toán định tuyến theo véctơ khoảng cách. Nếu có nhiều đườ ng

đến cùng một lúc tớ i đích thì RIP sẽ chọn đườ ng có số hop ít nhất. Chính vì vậy

dựa vào số lượ ng hop để chọn đườ ng nên đôi khi còn đườ ng mà RIP chọn không

phải là đườ ng ngắn nhất và nhanh nhất tớ i đích.3.3.2 Giao thức định tuyến OSPF


Giao thức ưu tiên đườ ng đi ngắn nhất (OSPF – Open Shortest Path First)

là một giao thức định tuyến cổng trong khác đang đượ c sử dụng r ất r ộng rãi.

Phạm vi hoạt động của nó cũng là một hệ thống tự tr ị (AS). Các router đặc biệt

đượ c gọi là router biên AS có trách nhiệm ngăn thông tin về các hệ thống tự tr ị-

AS khác vào trong hệ thống hiện tại. Để định tuyến hiệu quả, OSPF chia hệ

thống tự tr ị thành nhiều vùng nhỏ.

OSPF là giao thức định tuyến tr ạng thái liên k ết, đượ c thiết k ế cho các

mạng lớ n hoặc các mạng liên hợ p và phức tạ p. Các giải thuật định tuyến tr ạng

thái sử dụng các giải thuật Shortest Path First (SPF) cùng vớ i một cơ sở dữ liệu

phức tạ p về cấu hình của mạng. Cơ sở dữ liệu về cấu hình mạng về cơ bản bao

gồm tất cả dữ liệu về mạng có liên k ết đến bộ định tuyến chứa cơ sở dữ liệu.

3.3.2.2 Thuật toán và ví dụ minh họa

OSPF là một giao thức dựa theo tr ạng thái liên k ết. Giống như các giao

thức tr ạng thái liên k ết khác, mỗi bộ định tuyến OSPF đều thực hiện thuật toán

SPF- Shortest Path First để xử lý các thông tin chứa trong cơ sở dữ liệu tr ạng thái

liên k ết. Thuật toán tạo ra một cây đườ ng đi ngắn nhất mô tả cụ thể các tuyến

đườ ng nên chọn dẫn tớ i mạng đích. Cơ sở dữ liệu về cấu hình mạng về cơ bản

bao gồm tất cả dữ liệu về mạng có liên k ết đến bộ định tuyến chứa cơ sở dữ liệu.Mỗi router sử dụng cây đườ ng đi ngắn nhất để xây dựng bảng định tuyến

của mình. Bảng định tuyến chỉ ra giá để tớ i mỗi mạng trong khu vực. Để tìm giá

tớ i mạng bên ngoài khu vực, các router sử dụng các quảng cáo liên k ết tóm tắt tớ i

mạng, liên k ết tóm tắt tớ i router biên AS và liên k ết ngoài. Để thực hiện định

tuyến hiệu quả, OSPF chia hệ thống tự tr ị ra thành nhiều khu vực nhỏ. Mỗi AS

có thể đượ c chia ra thành nhiều khu vực khác nhau. Khu vực là tậ p hợ p các

mạng, tr ạm và router nằm trong cùng một hệ thống tự tr ị. Tất cả các mạng trong





một khu vực phải đượ c k ết nối vớ i nhau. Tại biên của khu vực, các router biên

khu vực tóm tắt thông tin về khu vực của mình và gửi các thông tin này tớ i các

khu vực khác. Trong số các khu vực bên trong AS, có một khu vực đặc biệt đượ c

gọi là đườ ng tr ục; tất cả các khu vực trong một AS phải đượ c nối tớ i đườ ng tr ục.Hay nói cách khác là đườ ng tr ục đượ c coi như là khu vực sơ cấ p còn các khu vực

còn lại đều đượ c coi như là các khu vực thứ cấ p.

Các router bên trong khu vực đườ ng tr ục đượ c gọi là các router đườ ng

tr ục, các router đườ ng tr ục cũng có thể là một router biên khu vực. Nếu vì một lý

do nào đó mà k ết nối giữa một khu vực và đườ ng tr ục bị hỏng thì ngườ i quản tr ị

mạng phải tạo một liên k ết ảo (virtual link) giữa các router để cho phép đườ ng

tr ục tiế p tục hoạt động như một khu vực sơ cấ p

Hình 3.2 : Định tuyến sử dụng cây đường đi ngắn nhất

Mạng Giá Router tiếp theo Thông tin khác

N1 5 N2 7 C N3 10 D N4 11 B N5 15 D

Giải thuật chọn đườ ng dẫn ngắn nhất SPF là cơ sở cho hệ thống OSPF. Khi

1 bộ định tuyến sử dụng SPF đượ c khở i động, bộ định tuyến sẽ khở i tạo cấu trúc

cơ sở dữ liệu của giao thức định tuyến và sau đó đợ i chỉ báo từ các giao thức tầng

thấ p hơ n dướ i dạng các hàm. Bộ định tuyến sẽ sử dụng các gói tin OSPF Hello

để thu nhận các bộ định tuyến lân cận của mình. Bộ định tuyến gửi gói tin Hello





đến các lân cận và nhận các bản tin Hello từ các bộ định tuyến lân cận. Ngoài

việc sử dụng gói tin Hello để thu nhận các lân cận, bản tin Hello còn đượ c sử

dụng để xác nhận việc mình vẫn đang hoạt động đến các bộ định tuyến khác.

Mỗi bộ định tuyến định k ỳ gửi các gói thông báo về tr ạng thái liên k ết

(LSA) để cung cấ p thông tin cho các bộ định tuyến lân cận hoặc cho các bộ địnhtuyến khác khi một bộ định tuyến thay đổi tr ạng thái. Bằng việc so sánh tr ạng

thái liên k ết của các bộ định tuyến liền k ề để tồn tại trong cơ sở dữ liệu, các bộ

định tuyến bị lỗi sẽ bị phát hiện ra nhanh chóng và cấu hình mạng sẽ đượ c biến

đổi thích hợ p. Từ cấu trúc dữ liệu đượ c sinh ra do việc cậ p nhật liên tục các gói

LSA, mỗi bộ định tuyến sẽ tính toán cây đườ ng đi ngắn nhất của mình và tự

mình sẽ làm gốc của cây. Sau đó từ cây đườ ng đi ngắn nhất sẽ sinh ra bảng định

tuyến.Một khi có sự thay đổi topo mạng hoặc lưu lượ ng các node mạng phải khở i

tạo và tính toán lại tuyến đườ ng đi ngắn nhất, tuỳ theo giao thức đượ c sử dụng

trong mạng.

3.3.2.3 Ưu và nhược điểm

- Cân bằng tải giữa các tuyến cùng giá: Việc sử dụng cùng lúc nhiều tuyến cho

phép tận dụng có hiệu quả tài nguyên mạng.

- Phân chia mạng một cách logic: điều này làm giảm bớ t các thông tin phát ra

trong những điều kiện bất lợ i. Nó cũng giúp k ết hợ p các thông báo về định tuyến,

hạn chế việc phát đi những thông tin không cần thiết về mạng.

- Hỗ tr ợ nhận thực: OSPF hỗ tr ợ nhận thực cho tất cả các node phát thông tin

quảng cáo định tuyến. Điều này hạn chế đượ c nguy cơ thay đổi bảng định tuyến

vớ i mục đích xấu.

- Thờ i gian hội tụ nhanh hơ n: OSPF cho phép truyền các thông tin về thay đổi

tuyến một cách tức thì. Điều đó giúp rút ngắn thờ i gian hội tụ cần thiết để cậ pnhật thông tin cấu hình mạng.

- Hỗ tr ợ CIDR và VLSM: Điều này cho phép nhà quản tr ị mạng có thể phân phối

nguồn địa chỉ IP một cách có hiệu quả hơ n.

3.3.3 Giao thức định tuyến Qos


Chất lượ ng dịch vụ (QoS) trong phạm vi định tuyến là khái niệm thể hiện

mức độ đáp ứng những thoả thuận giữa nhà cung cấ p dịch vụ và ngườ i sử dụng





về số lượ ng lẫn chất lượ ng k ết nối. Yêu cầu chất lượ ng của một k ết nối là một tậ p

các ràng buộc về liên k ết, tuyến, và cây.

Trong đó, Liên k ết (link) là một k ết nối giữa hai nút bất kì, tuyến (path) là

tậ p hợ p một vài kênh liên k ết giữa một nút nguồn và một nút đích. Cây (tree) baogồm một vài tuyến liên k ết giữa một nút nguồn và một số nút đích. K ết nối

(connection) là đườ ng truyền dẫn đượ c thiết lậ p giữa một nút nguồn và một nút

đích.

Ràng buộc kênh qui định các giớ i hạn sử dụng kênh. Ràng buộc về băng

thông của k ết nối đơ n hướ ng yêu cầu các kênh của tuyến phải dự tr ữ một lượ ng

băng thông r ỗi nhất định. Ràng buộc tuyến chỉ ra yêu cầu về chất lượ ng của một

tuyến đơ n, còn ràng buộc cây quy định yêu cầu về chất lượ ng cho toàn bộ các

tuyến trong định tuyến đa hướ ng. Ràng buộc tr ễ của một k ết nối đa hướ ng yêu

cầu tr ễ lớ n nhất từ nút nguồn đến bất kì nút đích nào trong cây đều phải nhỏ hơ n

một giớ i hạn nhất định. Tuyến khả dụng là tuyến có đủ các tài nguyên r ỗi để thoả

mãn các ràng buộc QoS của một k ết nối.

=> Định tuyến QoS là quá trình định tuyến nhằm chọn ra các tuyến có đủ

tài nguyên để đáp ứng các yêu cầu về chất lượ ng dịch vụ và tối ưu hóa việc sử

dụng tài nguyên mạng.

3.3.3.2 Chức năng

Chức năng cơ bản của định tuyến QoS là tìm một tuyến khả dụng để thiết

lậ p một k ết nối giữa nút nguồn và nút đích đáp ứng đượ c các yêu cầu về QoS.

Ngoài ra, hầu hết các thuật toán định tuyến QoS đều xem xét đến hiệu quả sử

dụng tài nguyên đượ c đo bằng chi phí. Chi phí cho một tuyến/ cây là tổng chi phí

của tất cả các kênh trên tuyến đó. Tối ưu hoá là tìm một tuyến có chi phí thấ pnhất trong số các tuyến khả dụng. Bài toán định tuyến có hai chức năng chính:

- Thu thậ p thông tin tr ạng thái và đảm bảo thông tin đó luôn cậ p nhật

- Tìm kiếm một tuyến khả dụng cho k ết nối mớ i dựa trên thông tin thu thậ p đượ c.

K ết quả của thu thậ p thông tin tr ạng thái có ảnh hưở ng tr ực tiế p đến hiệu quả của

bất k ỳ thuật toán định tuyến nào.

.





3.3.3.3 Bài toán định tuyến QoS

Có thể chia bài toán định tuyến thành 2 lớ p lớ n: Định tuyến đơ n hướ ng và

định tuyến đa hướ ng. Mỗi lớ p định tuyến lại bao gồm 3 kiểu định tuyến : Định

tuyến nguồn, định tuyến phân tán và định tuyến phân cấ p.- Định tuyế n đơ n hướ ng giải bài toán sau: Cho tr ướ c một nút nguồn s, một nút

đích t và tậ p các ràng buộc C, tìm một tuyến khả dụng tốt nhất từ s tớ i t thoả mãn

C. Vớ i các tiêu chí QoS là: băng thông r ỗi, bộ đệm r ỗi; tr ạng thái của tuyến đượ c

xác định bở i tr ạng thái của đoạn nút cổ chai trên tuyến đó; có hai bài toán định

tuyến cơ bản là: định tuyến tối ưu hóa kênh và định tuyến ràng buộc kênh. Vớ i

các tiêu chí QoS khác như tr ễ, rung pha và chi phí thì tr ạng thái tuyến đượ c xác

định bằng tổng tr ạng thái của tất cả các kênh trên tuyến đó. Có hai bài toán định

tuyến dựa trên các tiêu chí chất lượ ng dịch vụ này là định tuyến tối ưu tuyến và

định tuyến ràng buộc tuyến.

- Định tuyế n đ a hướ ng giải bài toán sau: Cho tr ướ c một nút nguồn s, một tậ p các

nút đích, các ràng buộc C và một tiêu chí tối ưu, tìm một cây đườ ng dẫn khả

dụng phủ hết từ nút nguồn s đến các nút đích thuộc tậ p R và thoả mãn điều kiện

C. Các bài toán định tuyến của hai lớ p định tuyến trên có liên quan mật thiết vớ i

nhau. Định tuyến đa hướ ng trong nhiều tr ườ ng hợ p là sự tổng quát hoá của định

tuyến đơ n hướ ng. Sự khác biệt vớ i định tuyến đơ n hướ ng là phải có một tiêu chí

tối ưu hoá hay một ràng buộc áp dụng cho toàn bộ cây thay vì cho một tuyến đơ n

lẻ. Có một số bài toán định tuyến đa hướ ng như: Bài toán định tuyến tối ưu hoá

cây, bài toán định tuyến ràng buộc cây.

3.3.3.4 Ưu và nhược điểm

QoSR xác định tuyến dựa trên tài nguyên mạng hiện có và yêu cầu củaluồng lưu lượ ng. K ết quả là chất lượ ng của ứng dụng đượ c đảm bảo và cải tiến so

vớ i định tuyến BE truyền thống. Nó có các ưu điểm sau:

- QoSR lựa chọn tuyến đườ ng đi khả thi bằng cách tránh các Nút và k ết nối bị

nghẽn.

- Nếu tải lưu lượ ng vượ t quá giớ i hạn của tuyến đườ ng đang có thì QoSR đưa ra

nhiều tuyến khác để truyền lưu lượ ng dư đó.





- Nếu xảy ra lỗi mạng hoặc lỗi nút thì QoSR sẽ lựa chọn một tuyến đườ ng đi thay

thế để nhanh chóng khôi phục lại việc truyền dữ liệu mà không làm giảm nhiều

QoS.

- Các loại lưu lượ ng khác nhau có yêu cầu QoS khác nhau, các tổ hợ p lưu lượ ngcó nguồn và đích giống nhau có thể đi các tuyến đườ ng khác nhau.

Tuy nhiên, các ưu điểm này của định tuyến QoS cũng phải chịu chi phí để

phát triển các giao thức định tuyến mớ i hay mở r ộng các giao thức hiện tại. Một

số khó khăn chủ yếu là:

+ Thứ nhất, do các ràng buộc về chất lượ ng (tr ễ, rung pha, tỉ lệ mất gói, băng

thông..) của các ứng dụng phân tán thườ ng thay đổi. Nhiều ràng buộc đồng thờ i

thườ ng làm cho việc định tuyến tr ở nên phức tạ p vì r ất khó cùng một lúc thoả

mãn đượ c tất cả các ràng buộc. Hơ n nữa, độ phức tạ p của giao thức định tuyến

QoS cũng phụ thuộc vào sự phân nhỏ của nó sử dụng trong các quyết định định

tuyến

+ Thứ hai, bất kì một mạng tích hợ p dịch vụ nào trong tươ ng lai cũng sẽ truyền

tải cả lưu lượ ng QoS và lưu lượ ng BE, điều đó làm cho vấn đề tối ưu hoá tr ở nên

phức tạ p hơ n và r ất khó có thể xác định đượ c điều kiện để thoả mãn tốt nhất cả

hai loại lưu lượ ng trên nếu chúng phân bố độc lậ p.

+ Thứ ba, tr ạng thái mạng thay đổi thườ ng xuyên do tải không ổn định, các k ết

nối đượ c tạo ra và giải phóng liên tục; kích thướ c mạng ngày càng lớ n làm cho

việc thu thậ p thông tin về tr ạng thái mạng tr ở nên khó khăn hơ n, đặc biệt khi bao

gồm cả mạng vô tuyến. Hoạt động của các thuật toán định tuyến QoS có thể bị

ảnh hưở ng nghiêm tr ọng nếu không cậ p nhật thông tin tr ạng thái mạng k ị p thờ i.





CHƯƠNG IV: THUẬT TOÁN VÀ MÔ PHỎNG

4.1 GIỚI THIỆU VỀ THUẬT TOÁN

Bài toán

– Cho mạng các node đượ c nối bở i các liên k ết 2 chiều, mỗi chiều có giá tr ị chi phí riêng

– Chi phí của đườ ng đi giữa 2 node trong mạng là tổng các giá tr ị chi phí của các

liên k ết đi qua

– Xác định đườ ng đi ngắn nhất (chi phí thấ p nhất) giữa 2 node

• Tiêu chuẩn đườ ng ngắn nhất

– Số chặng đườ ng đi

• Giá tr ị mỗi liên k ết là 1

– Giá tr ị liên k ết

• Tỉ lệ nghịch tốc độ liên k ết

• Tỉ lệ thuận tải trên liên k ết

• Tổ hợ p các đại lượ ng trên

• Giải thuật

– Forward-search (Dijkstra)

– Backward-search (Bellman-Ford)

4.1.1 Thuật toán Forward-search (Dijkstra)

Input

Đồ thị G(V, E) trong đó V là tậ p đỉnh, E là tậ p cạnh có tr ọng số không âm

Đỉnh nguồn S: S V

Output

Đườ ng đi ngắn nhất từ đỉnh nguồn S đến tất cả các đỉnh còn lạiDi : đườ ng đi ngắn nhất từ node nguồn S đến node i tại bướ c chạy hiện hành của

giải thuật

M: tậ p các đỉnh đã xét tại bướ c chạy hiện hành của giải thuật

dij: tr ọng số trên cạnh nối từ node i đến node j

o dij= 0 nếu i trùng j

o dij= Eij nếu i khác j





4.1.2 Thuật toán Backward-search (Bellman-Ford)

Input

– Đồ thị G(V, E) trong đó V là tậ p đỉnh, E là tậ p cạnh có tr ọng số

– Đỉnh nguồn S: S VOutput

– Đồ thị có chu trình âm không tồn tại đườ ng đi ngắn nhất

– Đườ ng đi ngắn nhất từ đỉnh nguồn S đến tất cả các đỉnh còn lại

Ký hiệu

– D(h)i: đườ ng đi ngắn nhất từ node nguồn S đến node i có tối đa h đoạn (link).

– dij: tr ọng số trên cạnh nối từ node i đến node j

o dij= 0 nếu i trùng j

o dij= Eij nếu i khác j

4.2 VÍ DỤ MINH HỌA

4.2.1 Thuật toán Dijkstra

Bướ c 1: khở i động

• M = {S}

• Di= dsi (các cạnh nối tr ực tiế p vớ i S)

Bướ c 2: cậ p nhật đườ ng đi

ngắn nhất

• Chọn đỉnh N V\M sao

cho: DN = min {Di} i

V\M

• M = M U {N}

• D j= min {D j, D N + d Nj} jV\M

– Bướ c 3: lặ p lại bướ c 2 cho đến khi M=V

– K ết quả Di sẽ là đườ ng đi ngắn nhất từ node nguồn S đến node i





4.2.2 Thuật toán Bellman-Ford – Bướ c 1: khở i động

• D(1) N = dSN, N V\{S} (đườ ng đi ngắn nhất từ S đến N có tối đa 1 đoạn)

– Bướ c 2: cậ p nhật đườ ng đi ngắn nhất

• D(h+1) N = min {D(h) j + d jN}

j V\{S}

– Bướ c 3: lặ p lại bướ c 2 cho đến

khi không có đườ ng đi mớ i nào

ngắn hơ n đượ c tìm thấy thì dừng

– K ết quả D(h) N sẽ là đườ ng đi

ngắn nhất từ node nguồn S đến

node N.





4.2.3 Kết luận và đánh giá

Bellman-Ford

– Việc tính toán cho node n phải biết các thông tin về chi phí liên k ết của các

node k ề của n và chi phí tổng cộng từ node s đến các node k ề của node n

– Mỗi node cần lưu tr ữ các chi phí và các đườ ng đi tươ ng ứng đến các node khác

– Có thể trao đổi thông tin vớ i các node k ề tr ực tiế p

– Có thể cậ p nhật thông tin về chi phí và đườ ng đi dựa trên các thông tin trao đổivớ i các node k ề và các thông tin về chi phí liên k ết

Dijkstra

– Mỗi node cần biết topology toàn bộ mạng

– Phải biết chi phí liên k ết của tất cả các liên k ết trong mạng

– Phải trao đổi thông tin vớ i tất cả các node khác trong mạng

NH Ậ N XÉT :

Phụ thuộc vào thờ i gian xử lý của các giải thuật





Phụ thuộc vào lượ ng thông tin yêu cầu từ các node khác

Phụ thuộc vào việc hiện thực

Cùng hội tụ về một lờ i giải dướ i điều kiện topology t ĩ nh và chi phí không thay

đổi Nếu chi phí liên k ết thay đổi, các giải thuật sẽ tính lại để theo k ị p sự thay đổi

Nếu chi phí liên k ết thay đổi theo lưu thông, lưu thông lại thay đổi theo đườ ng đi

đượ c chọn

Phản hồi

Có thể r ơ i vào tr ạng thái không ổn định

K ế t luận:

- Thuật toán Ford-Bellman tìm đườ ng đi ngắn nhất từ đỉnh u tớ i tất cả các đỉnh

còn lại, có thể sử dụng tong tr ườ ng hợ p tr ọng số âm.

- Thuật toán Dijkstra chỉ tìm đườ ng đi ngắn nhất giữa hai đỉnh cụ thể (từ U đến

V)



KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Đề tài đã trình bày đượ c những khái niệm cơ sở về mạng NGN, các đặc

tr ưng cũng như cấu trúc mạng. Mạng thế hệ sau NGN đang đượ c nghiên cứu,

chuẩn hoá bở i các tổ chức viễn thông lớ n trên thế giớ i nhằm đáp ứng nhu cầu

càng tăng về tính mở , sự tươ ng thích và linh hoạt để cung cấ p đa dịch vụ, đa

phươ ng tiện vớ i các tính năng ngày càng mở r ộng.

Tại Việt Nam, mạng viễn thông đang ngày càng phát triển để đáp ứng các

nhu cầu mớ i trong nền kinh tế hội nhậ p thế giớ i và việc chuyển hoàn toàn sang

công nghệ mạng NGN là việc làm bức thiết nhằm đáp ứng các nhu cầu này. Quá

trình xây dựng và phát triển mạng NGN phải đượ c tiến hành từng bướ c, có tínhđến sự tươ ng thích và phối hợ p vớ i nền tảng mạng hiện tại. Bên cạnh đó việc làm

sao để mạng có thể hoạt động tốt và ổn định cũng là một vấn đề cần lưu tâm.

Trên cơ sở phân tích đó đồ án đã tiến hành đượ c các nội dung sau.

- Tổng quan về mạng ngn

- Mạng thế hệ sau - ngn

- Giao thức định tuyến

- Thuật toán tìm đườ ng & mô phỏngGiải quyết đượ c các vấn đề này sẽ có r ất ý ngh ĩ a trong việc thực hiện

những bướ c tiế p theo của quá trình đi lên xây dựng mạng NGN từ mạng PSTN

hiện tại, đồng thờ i cung cấ p đượ c nhiều dịch vụ mớ i vớ i chất lượ ng và độ tin cậy

lớ n hơ n. Tuy nhiên, vấn đề định tuyến trong mạng vô cùng r ộng lớ n và phức tạ p

trong nhữnng hệ thống lớ n. Vì vậy đề tài khó tránh khỏi những thiếu sót, cụ thể

là:

- Chưa thể đưa ra mô hình mạng hoàn chỉnh có thể áp dụng vào thực tế của nướ c

ta.

- Ngiên cứu sâu hơ n nữa các giải pháp của các hãng và ứng dụng vào thực tế

- Chưa nghiên cứu hết các phươ ng pháp định tuyến đượ c sử dụng hiện nay.



TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] HV CNBC VT. Mạng Viễn Thông. Chươ ng 2. Học viện Công nghệ Bưu

Chính Viễn Thông, 2007

[2] Hoàng Trọng Minh. Chuyên đề định tuyến. Chươ ng 1 và 2.

[3] ThS. Nguyễn Mạnh Cườ ng. Giải pháp định tuyến QoS. Tạ p chí Công nghệ

thông tin & Truyền thông, 2006

[4] Nguyễn Quý Hiền. Mạng viễn thông thế hệ sau. NXB Bưu Điện.

[5] Đinh Đứ c Anh Vũ. Data Communication and Computer Networks. Chươ ng

8, 2008

[6] http:\\www.vnpt.com.vn.

[7] http://www.quantrimang.com.vn

Documents

Cac_thuat_toan_dinh_tuyen-NGN