Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS
LỜI CẢM ƠN
Sau 5 năm học tập tại trường, được sự tận tình dạy
dỗ và sự hỗ trợ rất lớn của Thầy cô, gia đình và bè bạn,
Em đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên
cứu công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS trong mạng thế
hệ sau-NGN”
Sau đây, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành
đến :
Các Thầy Cô Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
đã tạo một môi trường thật tốt cho công tác giảng dạy &
học tập.
Các Thầy trong bộ môn Thông Tin - Viễn Thông đã
tận tình hướng dẫn, giảng dạy trong suốt 5 năm học qua.
Thầy Nguyễn Quang Thònh đã tận tình hướng dẫn và
tạo mọi điều kiện để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp
này.
Các bạn trong tập thể lớp Kỹ Thuật Viễn Thông K39
đã tạo nguồn động lực trong thời gian học cũng như trong
thời gian làm đề tài.
Các bạn cùng nhóm đề tài đã sát cánh, động viên,
tạo niềm tin cho mình trong thời gian thực hiện đề tài.
Cuối cùng là sự biết ơn sâu sắc với gia đình , nguồn
động lực chính trong suốt 5 năm đại học
Sinh viên
Phùng Thế Minh
SVTH: Phùng Thế Minh 1 GVHD: Thầy Nguyễn Quang Thònh
Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
Giáo viên đọc duyệt
SVTH: Phùng Thế Minh 3 GVHD: Thầy Nguyễn Quang Thònh
Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS
Lời cảm ơn 1
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 2
Nhận xét của giáo viên đọc duyệt 3
Mục lục 4
PHẦN I
TỔNG QUAN VỀ MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU NGN ( NEXT
GENERATION NETWORK ) 8
Chương 1 : XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ VIỄN THÔNG VÀ CÁC
DỊCH VỤ VIỄN THÔNG 8
I. Xu hướng phát triển công nghệ viễn thông 8
1. Công nghệ truyền dẫn 8
1.1 Cáp quang 8
1.2 Vô tuyến 9
2. Công nghệ chuyển mạch 9
2.1 Công nghệ ATM 9
2.2 Công nghệ chuyển mạch quang 9
3. Công nghệ mạng truy nhập 9
II. Xu hướng phát triển của các dòch vụ viễn thông 10
1. ITU-T phân các dòch vụ băng rộng làm hai loại 10
2. Yêu cầu kỹ thuật của một số loại dòch vụ 11
Chương 2 : CÁC TỔ CHỨC QUỐC TẾ VỚI VIỆC XÂY DỰNG MẠNG THẾ HỆ

3. Xây dựng mới mạng NGN 39
II. Cấu trúc mạng thế hệ sau 39
III. Các công nghệ được áp dụng cho mạng thế hệ sau 41
1. Các công nghệ áp dụng cho lớp mạng chuyển tải 41
2. Các công nghệ áp dụng cho lớp mạng truy nhập 41
2.1 Hữu tuyến (wire) 41
2.2 Vô tuyến (Wireless) 42
PHẦN II
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN - MPLS
TRONG MẠNG VIỄN THÔNG THẾ HỆ SAU - NGN 43
Chương 1 : XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH 43
I. Xu hướng phát triển 43
II. Công nghệ chuyển mạch nền tảng 44
1. Công nghệ chuyển mạch IP 44
2. Công nghệ chuyển mạch ATM 45
3. Công nghệ chuyển mạch MPLS 46
Chương 2 : CÁC THÀNH PHẦN CỦA MPLS 53
I. Các khái niệm cơ bản về MPLS 53
1. Khái niệm chung về chuyển mạch nhãn và MPLS (MultiProtocol
Label Switching ) 53
1.1 Chuyển mạch nhãn là gì? 53
1.2 Tại sao phải sử dụng chuyển mạch nhãn? 53
1.3 Khái niệm và Vò trí của MPLS 56
1.4 Các thuộc tính cơ bản của MPLS 56
2. Nhãn (Label) 57
3. Ngăn xếp nhãn (Label stack) 59
4. LSR (Label Switch Router) 59
5. FEC (Forwarding Equivalence Classes) 59
SVTH: Phùng Thế Minh 5 GVHD: Thầy Nguyễn Quang Thònh
Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS

5.2 Bản tin Hello 79
6.2 Bản tin Initialization 80
6.3 Bản tin KeepAlive 80
6.4 Bản tin Address 81
6.5 Bản tin Address Withdraw 81
6.6 Bản tin Label Mapping 81
6.7 Bản tin Label Request 82
6.8 Bản tin Label Withdraw 83
6.9 Bản tin Label Release 83
6.10 Bản tin Label Abort Request 84
II. Giao thức CR-LDP 85
SVTH: Phùng Thế Minh 6 GVHD: Thầy Nguyễn Quang Thònh
Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS
1. Khái niệm đònh tuyến cưỡng bức 85
2. Các phần tử đònh tuyến cưỡng bức 87
2.1 Điều kiện cưỡng bức “chọn đường ngắn nhất” 88
2.2 Sử dụng MPLS làm phương tiện chuyển tiếp thông tin 92
III. Giao thức RSVP 93
2. MPLS hỗ trợ RSVP 94
3. RSVP và khả năng mở rộng 96
4. So sánh CR-LDP và RSVP 97
5. So sánh MPLS và MPOA 98
Chương 5 : CHẤT LƯNG DỊCH VỤ (QoS) 100
I. Dòch vụ cố gắng tối đa (Best Effort) 100
II. Dòch vụ tích hợp 101
1. Giao thức thiết lập đường (Setup): 102
2. Đặc tính luồng: 102
3. Điều khiển lưu lượng: 102
III. Dòch vụ DiffServ 102
IV. Chất lượng dòch vụ MPLS 104

• Sự kết hợp giữa truyền thông và tin học ngày càng phát triển, các
chương trình phần mềm hoạt động ngày càng hiệu quả.
• Công nghệ quang phát triển làm tăng khả năng, tốc độ, chất lượng
truyền tin, và chi phí thấp …
• Những xu hướng phát triển công nghệ đan xen lẫn nhau và cho phép
mạng lưới thỏa mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trong tương
lai.
• Với sự gia tăng cả về số lượng và chất lượng của các nhu cầu dòch vụ
ngày càng phức tạp từ phía khách hàng đã kích thích sự phát triển
nhanh chóng của thò trường công nghệ điện tử - tin học - viễn thông.
• Những xu hướng phát triển công nghệ đã và đang tiếp cận nhau, đan
xen lẫn nhau nhằm cho phép mạng lưới thỏa mãn tốt các nhu cầu của
khách hàng trong tương lai.
Xu hướng phát triển công nghệ thông tin - viễn thông, theo ITU, có thể chia
thành hai loại:
• Hoạt động hướng kết nối.
• Hoạt động không kết nối.
Các hoạt động này có xu hướng tiến tới tiếp cận hội tụ.
1. Công nghệ truyền dẫn
1.1 Cáp quang
Hiện nay trên 60% lưu lượng thông tin được truyền đi trên toàn thế giới được
truyền trên mạng quang. Công nghệ truyền dẫn quang SDH cho phép tạo nên các
đường truyền dẫn tốc độ cao (155Mbps,622Mbps,2.5Mbps) với khả năng bảo vệ
của các mạng vòng đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trong đó có Việt Nam.
SVTH: Phùng Thế Minh 8 GVHD: Thầy Nguyễn Quang Thònh
Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS
WDM cho phép sử dụng độ rộng băng tần rất lớn của sợi quang bằng cách
kết hợp một số các tín hiệu ghép kênh theo thời gian với độ dài các bước sóng khác
nhau và ta có thể sử dụng được các cửa sổ không gian và độ dài bước sóng. Công
nghệ WDM cho phép nâng tốc độ truyền dẫn lên 5Gbps, 10Gbps, 20Gbps.

• Mạng truy nhập quang
SVTH: Phùng Thế Minh 9 GVHD: Thầy Nguyễn Quang Thònh
Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS
• Mạng truy nhập vô tuyến
• Các phương thức truy nhập cáp đồng
HDSL
ADSL
• Mạng truy nhập băng rộng
II. Xu hướng phát triển của các dòch vụ viễn thông
Cùng với thời gian và sự phát triển của công nghệ viễn thông, các dòch vụ
viễn thông ngày nay ngày càng phong phú và đa dạng :
• Nhu cầu đối với các dòch vụ băng rộng tăng lên không ngừng.
• Công nghệ truyền dẫn, chuyển mạch có những tiến bộ vượt bậc
• Công nghệ xử lý ảnh, xử lý tín hiệu không ngừng phát triển
• Các ứng dụng phần mềm xử ký ngày càng phong phú và sự kết hợp
giữa tin học và viễn thông ngày càng chặt chẽ
Từ nhu cầu ngày càng tăng đó thì cần thiết phải tạo ra một mạng mềm dẻo
nhằm đáp ứng các nhu cầu từ phía khách hàng cũng như từ phía nhà khai thác
1. ITU-T phân các dòch vụ băng rộng làm hai loại
• Các dòch vụ tương tác : là các dòch vụ cho phép truyền thông tin theo
hai chiều (không tính đến các thông tin báo hiệu, điều khiển) giữa
các thuê bao với nhà cung cấp dòch vụ băng rộng
• Các dòch vụ phân bố : là các dòch vụ mà thông tin chỉ truyền theo một
chiều, từ phía nhà cung cấp dòch vụ băng rộng tới thuê bao
Ngoài cách phân chia dòch vụ như trên thì có một cách khác để phân chia
các loại dòch vụ băng rộng là :
• Loại thứ nhất bao gồm các dòch vụ phục vụ cho việc kinh doanh như :
Dòch vụ truyền hình ảnh tốc độ cao
Tự động thiết kế (CAS/CAM/CAE)
Tư vấn, chiếu chụp y khoa

• Truyền hình hội nghò : ≥ 384 Mbps
• Đa phương tiện tương tác : 1 - 2 Mbps
• Truyền hình độ phân giải cao : ≥ 15Mbps
SVTH: Phùng Thế Minh 11 GVHD: Thầy Nguyễn Quang Thònh
Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS
Chương 2 : CÁC TỔ CHỨC QUỐC TẾ VỚI VIỆC XÂY DỰNG
MẠNG THẾ HỆ SAU NGN
Mạng thế hệ sau là vấn đề thu hút sự quan tâm của nhiều tổ chức viễn
thông, điển hình là hoạt động của các tổ chức viễn thông sau đây :
• ITU-T với các nhóm SG2, SG8, SG11, SG13, SG16
• IETF với các nhóm PINT WG, MMUSIC WG, IPTEL, SIGTRAN
WG
• MSF (Multiservice Switching Forum – Diễn đàn chuyển mạch đa
dòch vụ)
• ETSI với dự án TIPHONE (Telecommunications and Internet
Protocol Harmonization over Network – Giao thức viễn thông và
Internet trên mạng)
• TINA (Telecommunication Information Networking Architecture
Consortium – Hiệp hội nghiên cứu cấu trúc mạng thông tin viễn
thông)
I. Mô hình của ITU
Cấu trúc mạng thế hệ sau NGN nằm trong mô hình lớn của cấu trúc hạ tầng
thông tin toàn cầu GII (Global Information Infrastructure) do ITU đưa ra. Mô hình
này bao gồm 3 lớp chức năng sau đây :
1. Lớp các chức năng ứng dụng
2. Lớp các chức năng trung gian
• Các chức năng điều khiển dòch vụ
• Các chức năng quản lý
3. Lớp các chức năng cơ sở
• Các chức năng mạng (bao gồm chức năng chuyển tải và chức năng

Chức năng điều khiển
Chức năng truyền tải
Truyền thông và
nối mạng thông
tin
Cung cấp dòch vụ xử
lý và lưu trữ thông tin
phân tán
Cung cấp dòch vụ
truyền thông
chung
Hình a.1. Các chức năng GII và mối quan hệ của chúng
Các ứng dụng dòch vụ thông tin qua các giao diện có thể giao tiếp với phần
mạng khách hàng, phần mạng truy nhập hoặc phần mạng lõi.
Các phần mạng này đều có hai chức năng :
• Chức năng truyền tải
• Chức năng điều khiển
II. Một số hướng nghiên cứu của IETF
IETF (Internet Engineering Task Force) là tổ chức nghiên cứu các tiêu
chuẩn mở đối với các nhà thiết kế, khai thác, cung cấp … chủ yếu trong lónh vực
Internet.
Theo IETF, cấu trúc của cơ sở hạ tầng thông tin toàn cầu sử dụng giao thức
cơ sở IP với bất cứ công nghệ lớp kết nối (layer link) nào. Điều đó có nghóa là IP
SVTH: Phùng Thế Minh 13 GVHD: Thầy Nguyễn Quang Thònh
Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS
cần có khả năng chuyển tải các truy nhập và các đường trục có giao thức kết nối
(link layer) khác nhau.
Đối với mạng truy nhập trung gian, IETF có IP trên mạng chuyển tải cáp
(IP Cable Data Network) và IP với môi trường vô tuyến.
Đối với mạng đường trục, IETF có hai giao thức chính là IP over ATM và

dụng
Các giao thức, giao diện,API báo hiệu/IN
tiêu chuẩn
Lớp chuyển
mạch
Bộ điều khiển
IP/MPLS
Bộ điều khiển
ATM/SVC
Bộ điều khiển
Voice/SS7
TCP/IP
ATM
FR
TDM
Voice
Video
Chuyển mạch lai ghép
Các giao diện logic và vật lý tiêu chuẩn
Các giao thức,
giao diện
mở rộng
Lớp
thích
ứng
Lớp
điều
khiển
Hình a.1. Chuyển mạch đa dòch vụ và các giao thức, giao diện tổ hợp điều
khiển

• Thu nhận thông tin báo hiệu từ mỗi cổng và chuyển các thông tin này
tới các thành phần khác trong mạng lớp điều khiển.
• Điều phối kết nối và các thông số của lớp thích ứng như : tốc độ bit,
loại mã hóa … với các thành phần của lớp thích ứng tại các chuyển
mạch đa dòch vụ đầu xa. Lớp thích ứng cung cấp chức năng báo cáo
và giám sát tới lớp điều khiển và lớp quản lý một cách thích hợp với
các giao thức điều phối này.
• Quản lý và bảo dưỡng hoạt động của các tuyến kết nối thuộc phạm
vi điều khiển. Thiết lập quản lý và bảo dưỡng hoạt động của các
luồng yêu cầu đối với chức năng dòch vụ trong mạng đặc biệt. Báo
hiệu với các thành phần ngang cấp.
4. Lớp ứng dụng
Lớp ứng dụng bao gồm các dòch vụ có băng thông khác nhau với nhiều mức
độ khác nhau. Một số loại dòch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc điều khiển logic dòch
vụ của chúng và truy nhập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dòch vụ khác sẽ
được điều khiển từ lớp điều khiển như trường hợp dòch vụ thoại truyền thống.
Một số ví dụ về các loại ứng dụng dòch vụ :
• Các dòch vụ thông tin và nội dung
• Mạng riêng ảo (VPN) đối với thoại và số hiệu
• Các dòch vụ thoại
• Video theo yêu cầu
• Nhóm các dòch vụ đa phương tiện
• Thương mại điện tử
• Các trò chơi trên mạng thời gian thực
SVTH: Phùng Thế Minh 16 GVHD: Thầy Nguyễn Quang Thònh
Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS
Hình a.1. Chuyển mạch đa dòch vụ và các giao thức, giao diện tổ hợp điều
khiển
5. Lớp quản lý
Là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp thích ứng, chuyển mạch và điều

ác
cổng
khác
C
ổng
ATM
L
ớp
quản lý
Lớ
p thích
ứng
Lớp
chuyển
mạch
Qu
ản lý điều
khiển
Qu
ản lý
chuyển
mạch và
thích ứng
Các
giao diện và
giao thức được
đònh nghóa bởi
MSF
Gia
tăng các giao

%
&'()*
()+'
()
+'


%,-.//!$+'0+1
%,-./2
3,4567.5(86
,9)+()!"#$

(:
!;<
POTS

(:
=<

Hình a.1. Mô hình kết nối với các mạng đang tồn tại (theo TINA)
SVTH: Phùng Thế Minh 18 GVHD: Thầy Nguyễn Quang Thònh
Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS
V. Sự ra đời của SS8
SS8 (SignalingSwitch and ServiceController) ISA (Intelligent Services
Architecture) là giải pháp dòch vụ và báo hiệu mạng cho các nhà khai thác mạng
được phát triển trên cơ sở dòch vụ VoIP.
Tổ hợp các khả năng của mạng điện thoại chuyển mạch thông dụng và
mạng Internet, SS8 ISA cung cấp các khả năng đònh tuyến các cuộc gọi thông
minh, các dòch vụ mới. Trên cơ sở các chuẩn giao thức IP như SIP, H.323… SS8 ISA
có khả năng cung cấp các dòch vụ khác trên cơ sở IP như: dòch vụ 800, thoại mạng

SIP
H323
MGCP
SNMP
Signaling
Service

Media
Hình a.1. Cấu trúc SS8
SVTH: Phùng Thế Minh 19 GVHD: Thầy Nguyễn Quang Thònh
Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS
VI. ETSI
ETSI vẫn đang tiếp tục thảo luận về mô hình cấu trúc mạng thế hệ mới
NGN. Với mục tiêu cung cấp tất cả các dòch vụ viễn thông truyền thống và các
dòch vụ viễn thông mới bao gồm: PSTN/ISDN, X.25, FR, ATM, IP, GSM, GPRS,
ITM 2000…(theo các đònh nghóa của GII và EII), ETSI phân chia việc nghiên cứu
cấu trúc mạng theo các lónh vực sau:
• Lớp chuyển tải trên cơ sở công nghệ quang
• Công nghệ gói trên cơ sở mạng lõi dung lượng cao trên nền IP/ATM
• Điều khiển trên nền IP
• Dòch vụ và ứng dụng trên nền IP
• Quản lý trên cơ sở IT và IP
• Và các vấn đề khác như truy nhập đa dòch vụ trên cơ sở đa công
nghệ.
Tháng 6 năm 2001, nhóm nghiên cứu SG#2 của ETSI đã đưa ra mô hình cấu
trúc chức năng và cấu trúc mạng NGN như sau:
Hình a.1. Cấu trúc chức năng mạng NGN (theo ETSI)
Theo phân lớp của ETSI thì mạng NGN có 5 lớp chức năng. Các ứng dụng
đối với khách hàng từ các nhà khai thác mạng thông qua các giao diện dòch vụ, các
giao diện dòch vụ được phân loại thành 4 loại.

Hình a.2. Cấu trúc mạng NGN theo ETSI
Trong mô hình cấu trúc này, lớp kết nối bao gồm cả truy nhập và lõi cùng
với các cổng trung gian, nghóa là lớp kết nối theo cấu trúc này bao gồm toàn bộ các
thành phần vật lý / các thiết bò trên mạng.
Lớp quản lý là một lớp đặc biệt – khác với lớp điều khiển. Lớp quản lý có
tính năng xuyên suốt nhằm quản lý 3 lớp còn lại.
 NHẬN XÉT
• NGN là vấn đề thu hút sự quan tâm nghiên cứu của nhiều tổ chức
viễn thông quốc tế:
• MSF tập trung nghiên cứu các hệ thống chuyển mạch mềm và đưa ra
mô hình cấu trúc mạng chuyển mạch đa dòch vụ.
SVTH: Phùng Thế Minh 24 GVHD: Thầy Nguyễn Quang Thònh
Điều
khiển
truyền
thông
Kết
nối
Ứng
dụng dòch
vụ
Q
U
A
Û
N

L
Y
Ù

Tru
y nhập
Lõi/
Chuyển tải
Các
mạng IP/ đa
dòch vụ
khác
Các
mạng điện
thoại khác








Các
cổng trung
gian
Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS
• Các nghiên cứu của TINA tập trung về cấu trúc mạng thông tin viễn
thông, các vấn đề quản lý.
• ETSI đưa ra mô hình khá rõ nét về cấu trúc mạng NGN.
• ITU vẫn chưa có khuyến nghò chính thức về cấu trúc NGN.
 Đặc điểm chung của các mô hình cấu trúc mạng NGN đã được đưa ra là:
Cấu trúc vật lý: mạng bao gồm hai lớp
• Lớp chuyển tải / lõi (Transport/Core)