BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGÀNH: XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

VẤN ĐỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG
THẾ HỆ MỚI VÀ TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG TRÊN
HẠ TẦNG MẠNG CỦA CÔNG TY SPT

NGUYẾN VĂN NGOAN


....................................................................................
14

CHƯƠNG 1. MẠNG THẾ HỆ MỚI
.....................................................
16

1.1 Khái niệm
.................................................................................
16

1.2 Các đặc điểm của mạng NGN
.....................................................
17

1.3 Kiến trúc dịch vụ của mạng thế hệ mới
........................................
18

1.4 Các tham số đánh giá chất lượng mạng
........................................
22

1.4.1 Băng thông
.......................................................................
23

1.4.2 Trễ
..................................................................................
23

.....................
30

2.2.2.2 Dịch vụ kiểm soát tải CL (Controlled Load)
....................
30

2.2.2.3 Kết luận
.....................................................................
30

2.2.3 Mô hình Differentiated Service
............................................
31

2.2.3.1 Trường DS của DiffServ
..............................................
32

2.2.3.2 Per-hop Behavior trong DiffServ
...................................
322
2.2.3.3 Các cơ chế DiffServ
.....................................................
36

2.2.3.4 Ưu nhược điểm của mô hình DiffServ

..................................................................
44

3.1.1 Quyền ưu tiên IP
...............................................................
45

3.1.2 Định tuyến chính sách (PBR)
..............................................
47

3.1.2.1 Đặc điểm của PBR
......................................................
47

3.1.2.2 Nguyên tắc hoạt động
..................................................
47

3.2 Phân mảnh gói dữ liệu (MLP)
.....................................................
48

3.2.1 Các đặc tính phân mảnh dữ liệu
............................................
48

3.2.2 Nguyên lý hoạt động
...........................................................
49

..........................................................
57

4.1.2 Phương pháp loại bỏ ngẫu nhiên
...........................................
58

4.1.3 Phương pháp loại bỏ cân bằng ngẫu nhiên
.............................
593
4.1.4 Tốc độ truy nhập cam kết
....................................................
61

4.1.4.1 Cơ chế hoạt động
........................................................
61

4.1.4.2 Các chức năng của CAR
...............................................
62

4.1.4.3 Mô hình chiếc thùng và thẻ bài
......................................
64

4.1.5 Sửa dạng lưu lượng (GTS)

71

4.2.2.1 Cơ chế hoạt động
........................................................
71

4.2.2.2 Những ưu nhược điểm của hàng đợi CQ
.........................
75

4.2.2.3 Cấu hình thực thi hàng đợi CQ
......................................
75

4.2.3 Hàng đợi ưu tiên (PQ)
.........................................................
77

4.2.3.1 Cơ chế hoạt động
........................................................
77

4.2.3.2 Những ưu nhược điểm của hàng đợi PQ
.........................
78

4.2.3.3 Cấu hình thực thi hàng đợi ưu tiên
.................................
78


4.2.4.6 Cấu hình thực thi WFQ
................................................
87

CHƯƠNG 5. KỸ THUẬT QoS TRONG MẠNG IP/MPLS
.....................
89

5.1 Cơ sở
.......................................................................................
89

5.2 Định nghĩa chuyển mạch nhãn (MPLS)
........................................
90

5.2.1 Chuyển mạch nhãn là gì?
.....................................................
90

5.2.2 Ưu điểm của kỹ thuật MPLS
................................................
90

5.3 Kiến trúc MPLS
........................................................................
91

5.3.1 Cấu trúc khối
.....................................................................

5.4.2 Gán nhãn tại biên mạng
.......................................................
98

5.4.3 Chuyển tiếp gói MPLS
........................................................
99

5.5 Kết luận
...................................................................................
99

CHƯƠNG 6. PHƯƠNG ÁN TRIỂN KHAI MPLS QoS
............................
TRÊN HẠ TẦNG MẠNG CỦA CÔNG TY SPT
..................................
100

6.1 Hạ tầng mạng IP của công ty SPT
..............................................
100

6.2 Phương án triển khai
................................................................
101

6.2.1 Chia sẻ băng thông kênh liên tỉnh
.......................................
101


TÀI LIỆU THAM KHẢO
..................................................................
112 6
DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

A

API Application Program Interface
ARQ Admission Request
ATM Asynchronous Transfer Mode
AF Assured forwarding
ASN Autonomous System Number
B

BGP Border Gateway Protocol

FIFO First In First Out
FEC Forwarding Equivalence Class
FTP File Transfer Protocol
FBWFQ Flow- Based WFQ
G

GRE Generic Route Encapsulation
GSM Global System for Mobile Communications
GTS Generic Traffic Shaping
GS Guaranteed Service
H

HTML Hyper Text Mark Language
HDLC Hyper level Data Link Control
HQO Hold-queue
I

IPH IP Header
IETF Interrnet Engineering Task Force
IGP Interior Gateway Protocol
IS-IS Intermediate System - Intermediate System
ISP Internet Service Provider
IXP Internet Exchange Point

8
ISDN Integrated Services Digital Network
IP MTU IP Maximum Transfer Unit
ITU-T
International Telecommunication Union -
Telecommunication standardization sector

OSPF Open Shortest Path First
P

PSTN Public Switched Telephone Network
PE Provider Edge
POP Point Of Presence
PVC Permanent Virtual Circuit
PLMN Public Land Mobile Network
PDH Plesiochronous Digital Hierarchy
PQ Priority Queuing
POS Packet over SONET
PHB Per-hop behavior
PPP Point – to – Point Protocol
R

RPT Resilient Packet Transport
RFC Request for Comment
RSVP Resource Reservation Protocol
RESV Reservation request
RTP Real-time Transport Protocol
RIP
S

SDH Synchronous Digital Hierarchy
SMTP Simple Mail Transfer Protocol
SS7 Signalling System No 7
SVC Switched virtual circuit
SONET Synchronous Optical Network
SLA Service Level Agreement


11
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1-1 So sánh công nghệ mạng hiện tại và tương lai
...........................
22

Bảng 1-2 Thống kê các loại trễ từ đầu cuối đến đầu cuối
..........................
25

Bảng 2-1 Giá trị IP Precedence và DSCP trong các PHB
..........................
35

Bảng 2-2 So sánh đặc điểm cơ bản của hai mô hình QoS
..........................
39

Bảng 3-1 Giá trị IP Precedence tương ứng với 3 bits ToS ............................. 46
Bảng 3-2 Phạm vi sử dụng của các giải thuật nén
.....................................
51

Bảng 3-3 Hiệu quả nén tiêu đề TCP
......................................................
53

Bảng 5-1 Chức năng của các kiểu LSR
...................................................

Hình 1.2 Chiến lược phát triển........................................................................ 20
Hình 1.3 Sự hội tụ giữa các mạng................................................................... 21
Hình 1.4 Băng thông trong mạng đa truy nhập............................................... 23
Hình 1.5 Một ví dụ về trễ mạng...................................................................... 24
Hình 2.1 Các kỹ thuật QoS trong mạng IP ..................................................... 27
Hình 2.2 Mô hình dịch vụ IntServ ................................................................ 29
Hình 2.3 Sơ đồ khối kiến trúc DiffServ.......................................................... 32
Hình 2.4 Mô tả cấu trúc bit trong tr
ường DSCP............................................. 34
Hình 2.5 Sơ đồ cơ chế phân loại và điều hoà lưu lượng................................. 36
Hình 2.6 Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối với RSVP ............................ 42
Hình 2.7 Mô hình mạng đầu cuối đến đầu cuối non-RSVP ........................... 43
Hình 3.1 Mô tả trường ToS trong gói IP......................................................... 45
Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động của LFI ......................................................... 49
Hình 3.3 Minh họa quá trình thực hiện thuật toán nén................................... 51
Hình 3.4 Minh họa thuật toán nén tiêu đề....................................................... 52
Hình 3.5 Minh họa hiệu quả nén TCP ............................................................ 53
Hình 3.6 Cơ chế nén tiêu đề RTP ................................................................... 54
Hình 4.1 Thuật toán RED ............................................................................... 58
Hình 4.2 Cơ chế hoạt động của WRED.......................................................... 60
Hình 4.3 Sơ đồ khối của CAR ........................................................................ 62
Hình 4.4 Lưu đồ chức năng của CAR............................................................. 63
Hình 4.5 Mô hình chiếc thùng và thẻ bài........................................................ 64
Hình 4.6 Sơ đồ các khối chức năng của GTS ................................................. 67
Hình 4.8 Ví dụ cấu hình hàng đợi FIFO ......................................................... 70

13
Hình 4.9 Cơ chế hoạt động của CQ ................................................................ 72
Hình 4.10 Một trường hợp xấu nhất xảy ra đối với hàng đợi CQ .................. 73
Hình 4.11 Minh họa tính toán băng thông và độ trễ tối đa............................. 73

công. Song song với xu thế này, công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin
phát triển cũng có nhiều ảnh hưởng đến mạng viễn thông, đòi hỏi mạng viễn
thông phải hội tụ được nhiều loại hình dịch vụ khác nhau. Để đáp ứng các yêu
cầu này, một số nhà s
ản xuất thiết bị viễn thông và một số tổ chức nghiên cứu
về viễn thông đã đưa ra các ý tưởng và mô hình về cấu trúc mạng thế hệ mới
(Next Generation Network – NGN).
NGN không phải là mạng hoàn toàn mới, mạng này dựa trên cơ sở chuyển
mạch và truyền dẫn gói IP và hướng tới là MPLS. Tuy nhiên bên cạnh những
ưu thế nổi bật, một yêu cầu đặt ra đối với mạng NGN là đảm bảo chấ
t lượng
truyền tải âm thanh và dữ liệu. Đây thực sự là một thách thức khó khăn về
mặt công nghệ, vì các dịch vụ khác nhau có các yêu cầu về chất lượng dịch vụ
khác nhau. Do vậy song song với tiến trình xây dựng mạng NGN thì việc
triển khai các kỹ thuật QoS cũng phải được thực thi đồng thời nhằm đảm bảo
các yêu cầu mà dịch vụ đưa ra.
Luận văn tốt nghi
ệp cao học của tôi là “Vấn đề chất lượng dịch vụ trong
mạng thế hệ mới và triển khai ứng dụng trên hạ tầng mạng của công ty SPT”
Nội dung gồm 6 chương:
Chương 1 – Mạng thế hệ mới (NGN).
Giới thiệu tổng quan về mạng thế hệ mới. Tác giả phân tích xu thế phát
triển của mạng viễn thông ngày nay. Các đặc điểm về dịch vụ, công ngh
ệ và
kiến trúc mạng NGN triển khai trên hạ tầng các mạng riêng lẻ có sẵn. Phân
tích các tham số đánh giá chất lượng dịch vụ mạng và những yêu cầu cần
được giải quyết.

15
Chương 2 – Chất lượng dịch vụ (QoS).

CHƯƠNG 1 MẠNG THẾ HỆ MỚI (NGN)

Trong những năm gần đây, công nghệ mạng và các dịch vụ viễn thông
phát triển hết sức nhanh chóng, trong đó lưu lượng các dịch vụ dữ liệu đã
vượt qua lưu lượng thoại. Sự phát triển nhanh của các dịch vụ dữ liệu đòi hỏi
có một sự chuyển biến trong việc xây dựng, quản lý và khai thác mạng. Có
thể nói sự ra đời của mạng thế hệ
mới NGN (Next Generation Network) sẽ
thoả mãn được yêu cầu tăng trưởng nhanh của lưu lượng dữ liệu và cả lưu
lượng thoại trong thời gian tới. Trong chương này tác giả sẽ phân tích tổng
quan về các đặc điểm và kiến trúc mạng NGN cũng như các tham số đánh giá
chất lượng dịch vụ mạng.
1.1 Khái niệm
Cho tới nay, đã có rất nhiều các tổ chức viễn thông quốc t
ế cũng như các
nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều quan tâm và nghiên cứu về
chiến lược phát triển mạng NGN nhưng vẫn chưa có một định nghĩa chính
xác và thống nhất nào cho mạng NGN. Sau đây là những khái niệm tương đối
chung nhất khi đề cập đến NGN
 Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng
hội tụ).
 Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong
mạng).
 Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau).
 Mạng nhiều lớp (mạng được phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng
độc lập nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng
TDM - Time Division Multiplex).

17
1.2 Các đặc điểm của mạng NGN

18
mạng, tập hợp các số liệu hay sử dụng, cung cấp việc gỡ rối, hoặc môi
giới các dịch vụ mới từ các nhà cung cấp khác,.…
 Dễ dàng sử dụng. Đó là việc làm trong suốt đối với người sử dụng về
tính phức tạp của thu thập, xử lý, chế tạo và truyền thông tin. Nó cho
phép dễ dàng sử dụng và truy nhập các dịch vụ mạng, bao gồm giao
diệ
n người sử dụng cho phép tương tác giữa người và mạng một cách
tự nhiên, cung cấp các thông tin, trợ giúp, lựa chọn động theo ngữ cảnh
(nhạy ngữ cảnh), quản lý một cách trong suốt các tương tác đa dịch vụ,
cung cấp các menu khác nhau cho những người chưa có kinh nghiệm
ngược lại với những người đã có kinh nghiệm, và cung cấp môi trường
thống nhất cho tất cả các dạng truyền thông.
 Qu
ản lý và chế tạo các dịch vụ cá nhân: Nó bao gồm khả năng của
người sử dụng để quản lý các thông tin cá nhân của họ, các dịch vụ
mạng cung cấp, giám sát thông tin sử dụng và tính cước.
 Quản lý thông tin thông minh: Nó giúp người sử dụng quản lý tình
trạng quá tải thông tin bằng việc đưa khả năng tìm kiếm, sắp xếp, và
lọc các bản tin hoặc dữ liệu.
1.3 Kiến trúc dịch vụ
của mạng thế hệ mới
Mạng thế hệ mới ra đời cùng với việc tái kiến trúc mạng, tận dụng tất cả
các ưu thế về công nghệ tiên tiến để phát triển, kiến trúc mạng NGN dựa trên
mạng chuyển mạch gói và cung cấp nhiều dịch vụ mới.
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.

ột mạng tương lai phải hỗ trợ tất cả các loại kết nối, thiết lập đường
truyền trong suốt cả cho hữu tuyến cũng như vô tuyến. Vì vậy, mạng
NGN sẽ tiến hóa lên từ mạng truyền dẫn hiện tại (phát triển thêm
chuyển mạch gói) và từ mạng Internet công cộng (hỗ trợ thêm chất
lượng dịch vụ QoS). Chiến lược phát triển mạng xem hình 1.2

Hình 1.2 Chiến lược phát triển
Để thực hiện việc chuyển dịch một cách thuận lợi từ mạng viễn thông hiện
có sang mạng thế hệ mới, việc chuyển dịch phải phân ra làm ba mức (kể cả
kết nối và chuyển mạch).
Thứ nhất là chuyển dịch ở lớp truy nhập và truyền dẫn. Hai lớp này bao
gồm lớp vật lý, lớp 2 và lớp 3 nếu ch
ọn công nghệ IP làm nền cho mạng thế
hệ mới. Trong đó:

21
 Công nghệ ghép kênh bước sóng quang DWDM sẽ chiếm lĩnh ở lớp vật
lý.
 IP/MPLS làm nền cho lớp 3
 Công nghệ ở lớp 2 phải thỏa mãn các điều kiện như: Đơn giản, tối ưu
hóa truyền tải gói dữ liệu, có khả năng giám sát chất lượng, giám sát lỗi
và bảo vệ, khôi phục mạng khi có sự cố. Hiện tại công nghệ RPT
(Resilient Packet Transport) đang phát triển nhằm
đáp ứng các chỉ tiêu
này.
Thứ 2 là chuyển dịch mạng đường dài (mạng truyền dẫn): Tín hiệu từ các
cổng trung kế tích hợp hoặc độc lập được chuyển đến mạng IP hoặc ATM
(Asynchronous Transfer Mode), rồi sử dụng chuyển mạch mềm để điều khiển
luồng và cung cấp dịch vụ. Sử dụng phương thức này có thể giải quyết được
vấn đề

22
Bảng 1-1 dưới đây so sánh công nghệ mạng hiện tại và tương lai
Thành phần mạng Công nghệ hiện tại Công nghệ tương lai
Cáp xoắn băng hẹp Cáp xoắn băng hẹp
Truyền hình cáp số
và tương tự chuyên
dụng
Truyền hình cáp số
và tương tự chuyên
dụng
GSM không dây GSM không dây
Cáp quang Cáp quang
Cáp xoắn băng rộng
Modem cáp
IP qua vệ tinh
Mạng truy nhập
Ethernet
Tổng đài PSTN Định tuyến IP
Chuyển mạch ATM Chuyển mạch quang
Chuyển mạch Frame
Relay

Chuyển mạch và định
tuyến
Định tuyến IP
PDH DWDM Mạng truyền dẫn
đường trục

 Trễ lan truyền (Propagation Delay): Được định nghĩa là khoảng thời
gian cần thiết để truyền 1 bit thông tin từ nơi gửi đến đích trên một liên
kết môi trường vật lý.
 Trễ mạng (Network Delay): Đây là thời gian để một thiết b
ị nhận và
chuyển một gói đi. Khoảng thời gian này thường nhỏ hơn
s
µ
10
. Tất cả

24
các gói trong một luồng không có cùng độ trễ trong mạng. Độ trễ của
mỗi gói biến đổi tuỳ theo điều kiện của từng chặng trên mạng. Nếu
mạng không bị tắc nghẽn, các router sẽ không cần có hàng đợi, do đó
trễ chuyển gói sẽ không còn. Điều này làm giảm rất nhiều độ trễ gói
trong mạng. Nếu mạng bị tắc nghẽn. trễ hàng đợi sẽ ảnh h
ưởng rất lớn
tới gói và gây ra sự biến đổi trễ của gói. Sự biến đổi trễ của mỗi gói là
khác nhau và điều này gọi là jitter. Tóm lại trễ mạng là biến đổi và khó
xác định trước nó phụ thuộc vào nhà cung cấp, trạng thái các tuyến
trong mạng, vấn đề tắc nghẽn,... Trong một số trường hợp nhà cung cấp
có thể giới hạn trễ này tùy theo thỏa thuận mức dịch v
ụ giữa nhà cung
cấp và khách hàng hay giữa các nhà cung cấp với nhau (xem hình 1.5).
Ngoài ra còn có các trễ cố định có thể xác định được như: Trễ mã hóa,
trễ hàng đợi, trễ sửa dạng và trễ nén.

Hình 1.5 Một ví dụ về trễ mạng
 Trễ chuyển tiếp và xử lý ( Forwading/ Processing Delay): Trễ xuất hiện