Tải bản đầy đủ (.docx) (112 trang)

Thực tập tốt nghiệp đề tài Kết hợp công nghệ mạng segment routing , SDN và MPLS

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.95 MB, 112 trang )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
---------------------------------------

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
PHÁT TRIỂN MẠNG IP/MPLS ĐỂ ĐÁP ỨNG YÊU CẦU MẠNG 5G

Ngành:

CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Chuyên ngành: TRUYỀN THÔNG VÀ MẠNG MÁY TÍNH
Lớp:

KM16

Giảng viên hướng dẫn : Ths. Phan Thị Hồng Nhung
Sinh viên thực hiện

: Võ Thái An

- 1651150001

Đoàn Thanh Sang - 1651150028

TP. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 5 năm 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN


---------------------------------------

HỌ VÀ TÊN SINH VIÊN: VÕ THÁI AN
ĐOÀN THANH SANG
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
PHÁT TRIỂN MẠNG IP/MPLS ĐỂ ĐÁP ỨNG YÊU CẦU MẠNG 5G

CHUYÊN NGÀNH: TRUYỂN THÔNG VÀ MẠNG MÁY TÍNH

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
NGƯỜI HƯỚNG DẪN
THS. PHAN THỊ HỒNG NHUNG

TP. HỒ CHÍ MINH – Năm 2020


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………….
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2020
Giảng viên hướng dẫn

Ths. Phan Thị Hồng Nhung


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………….
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2020
Giảng viên phản biện


LỜI CAM ĐOAN
Nhóm chúng em xin cam đoan rằng bài báo cáo thực tập tốt nghiệp này được
tự thực hiện trong khả năng của mình, khơng sao chép nội dung từ các nguồn
khác dưới bất kỳ hình thức nào. Qua quá trình tìm kiếm và đọc hiểu tài liệu
tham khảo chú thích rõ ràng, cụ thể, nhóm đã nắm bắt được nội dung đề tài
thực tập tốt nghiệp. Với khả năng kiến thức cá nhân của từng thành viên và
nhận được sự chỉ dẫn của giảng viên hướng dẫn nhóm đã hoàn thành nên nội
dung của bài báo cáo này. Nhóm chúng em xin chịu hồn tồn trách nhiệm về
nội dung được ghi trong bài báo cáo này.

Nhóm sinh viên thực hiện

Võ Thái An
Đoàn Thanh Sang


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH:.............................................................................iv
DANH MỤC BẢNG:......................................................................................vi
THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT:....................................................vii
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 5G......................................................................4
CHƯƠNG 2: HẠ TẦNG MẠNG MPLS NGÀY NAY VÀ SỰ ĐÁP ỨNG. 5
2.1. Giới thiệu tổng quan:............................................................................5
2.2. Các vấn đề của mạng MPLS hiện tại..................................................6

2.3. Hướng phát triển:................................................................................9
CHƯƠNG 3: ĐỊNH TUYẾN PHÂN ĐOẠN...............................................10
3.1. Giới thiệu:............................................................................................10
3.1.1. Định nghĩa:....................................................................................11
3.1.2. Lợi ích trong segment:...................................................................12
3.1.3. Đơn giản, khả năng mở rộng và hoạt động ECMP......................13
3.2. Thành phần của SR:...........................................................................15
3.2.1. Các loại segment:...........................................................................16
3.2.2. BGP segment:.................................................................................20
3.3. Các trường hợp sử dụng SR:.............................................................22
3.3.1. Trường hợp sử dụng: Tái định tuyến nhanh:..............................22
3.3.2. Trường hợp sử dụng: Kỹ thuật lưu lượng (SRTE):.....................26
3.3.2.1. SR policy and Binding Segment SID:...................................26

1


3.3.2.2. Tính đơn giản và mở rợng:....................................................28
3.3.2.3. SR Native Algorithm:.............................................................28
3.3.2.4. Chính sách SR theo u cầu và tự đợng điều khiển lưu
lượng......................................................................................................29
3.3.2.5. Khả năng đa miền:..................................................................30
3.3.4. Trường hợp sử dụng SDN:............................................................33
3.3.5. Trường hợp sử dụng nâng cao tính năng OAM trong SR:..........34
CHƯƠNG 4: SOFTWARE-DEFINED NETWORKING (SDN)..............36
4.1. Khái niệm SDN:...................................................................................36
4.2. Hoạt động của SDN:............................................................................37
4.3. Lý do nên sử dụng SDN:.....................................................................37
4.4. Các thành phần trong kiến trúc SDN:..............................................38
4.4.1. Bộ điều khiển SDN:.......................................................................38

4.4.2. SDN Switch:...................................................................................39
4.5. Hoạt động của bộ điều khiển SDN:...................................................42
4.6. Triển khai SDN:...................................................................................43
4.7. Giao thức trong SDN:.........................................................................44
4.7.1. Khái niệm về giao thức OpenFlow:...............................................44
4.7.2. Các thành phần trong OpenFlow:................................................46
4.8. BGP-LS và PCEP trong SDN:............................................................46
4.8.1. BGP-LS (Border Gateway Protocol Link-State):..........................46
4.8.2. PCEP (Path Computation Element Protocol):.............................50
4.9. Segment Routing và SDN:..................................................................54
2


CHƯƠNG 5: TÍCH HỢP SDN VÀ SR VÀO KIẾN TRÚC MPLS..........55
5.1. Giới thiệu về OpenDayLight:.............................................................56
5.2. Giới thiệu về demo:.............................................................................58
5.3. Các Bước triển khai:...........................................................................59
5.4. Kết quả đạt được và hạn chế:............................................................73
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ:.....................................................................74
TÀI LIỆU THAM KHẢO:...........................................................................76
PHỤ LỤC:.......................................................................................................A

3


DANH MỤC HÌNH ẢN
Hình 3.1. Segment trong SR............................................................................15
Hình 3.2. IGP Prefix Segment.........................................................................17
Hình 3.3. Anycast SID.....................................................................................18
Hình 3.4. Kết hợp Adjacency SID và Prefix SID............................................19

Hình 3.5. LAN Adj-SID..................................................................................20
Hình 3.6. LAN Adj-SID trong mơi trường broadcast.....................................20
Hình 3.7. Bộ điều khiển SR.............................................................................21
Hình 3.8. LFA khơng thể giải quyết vấn đề micro-loop..................................23
Hình 3.9. Giải pháp TI-LFA............................................................................24
Hình 3.10. TI-LFA...........................................................................................24
Hình 3.11. Tuyến khơng tối ưu........................................................................25
Hình 3.12. SR policy.......................................................................................27
Hình 3.13. Ví dụ về BSID...............................................................................28
Hình 3.14. Thuật tốn RSVT-TE và SR Native..............................................29
Hình 3.15. Chính sách SR theo u cầu và tự động điều khiển lưu lượng.....30
Hình 3.16. SRTE learing.................................................................................31
Hình 3.17. Lợi ích của Flex Algorithm...........................................................32
Hình 3.18. Dual Plane.....................................................................................33
Hình 3.19. Bộ điều khiển SR trong mơi trường SR........................................34
Hình 3.20. Hệ thống giám sát tuyến................................................................35
Y

Hình 4.1. Các thành phần trong Flow Table....................................................41
Hình 4.2. Sơ đồ cách triển khai SDN..............................................................44
Hình 4.3. Phân phối BGP-LS trực tiếp và thơng qua bộ Route Reflector.......50
Hình 4.4. Định dạng TVL (Type-Length-Value).............................................51

4


Hình 4.5. Định dạng Node NLRI....................................................................52
Hình 4.6.Định dạng link NRLI........................................................................52
Hình 4.7. Định dạng cấu trúc IP prefix...........................................................53
Hình 4.8. Luồng phiên PCEP..........................................................................55


Hình 5.1.Sơ đồ mơ phỏng thử nghiệm............................................................62
Hình 5.2.Sơ đồ kết nối.....................................................................................64
Hình 5.3. Thực hiện thiết lập BGP-IPv4 và BGP-LS.....................................66
Hình 5.4.Thiết lập BGP...................................................................................68
Hình 5.5. Truy xuất thơng tin BGP peer trên ODL.........................................68
Hình 5.6. Truy xuất thơng tin IGP trên ODL..................................................69
Hình 5.7. Truy xuất phương thức GET cấu trúc mạng dưới dạng JSON........69
Hình 5.8. Thiết lập PCE thành cơng................................................................71
Hình 5.9. Giao diện Pathman SR sau khi thiết lập PCEP và BGP-LS............71
Hình 5.10. Sơ đồ thiết lập PCE và PCC cùng với BGP-LS trên ODL............72
Hình 5.11. Sơ đồ có ứng Pathman để tạo path................................................73
Hình 5.12. Tạo tuyến bằng ứng dụng Pathman SR.........................................74
Hình 5.13. Tunnel-te20 được tạo thơng qua Pathman SR...............................74
Hình 5.14. Kiểm tra thông tin định tuyến.......................................................75

5


DANH MỤC BẢN
Bảng 3.1. SR vs LDP/RSVP [5]......................................................................14
Y

Bảng 5.1. Địa chỉ phân bố IP của các router và SID.......................................62

6


THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT:
API (Application Programming Interface): Là các phương thức, giao thức

kết nối với các thư viện và ứng dụng khác.
BGP (Border Gateway Protocol): Là một giao thức cổng bên ngồi được
tiêu chuẩn hóa được thiết kế để trao đổi thông tin định tuyến và khả năng tiếp
cận giữa các AS trên Internet.
BGP Link-State: Là Address Family Identifier (AFI) và Sub Address Family
Identifier (SAFI) được xác định để mang cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết IGP
thông qua BGP.
Control plane: Phần điều khiển.
Data plane: Phần dữ liệu.
Equal Cost Multi Path Routing (ECMP): Là một chiến lược định tuyến
trong đó việc chuyển tiếp gói đến một đích có thể xảy ra trên nhiều "đường
dẫn tốt nhất" liên kết với vị trí hàng đầu trong tính tốn số liệu định tuyến.
Flow table: Bảng lưu lượng.
ISP (Internet Service Provider): Nhà cung cấp dịch vụ Internet hay nhà
cung cấp dịch vụ kết nối mạng.
IETF (Internet Engineering Task Force): Là một mở tổ chức tiêu chuẩn,
trong đó phát triển và thúc đẩy tự nguyện tiêu chuẩn Internet. Không yêu cầu
thành viên chính thức hoặc yêu cầu thành viên.
IGP (Interior Gateway Protocol): Là một loại giao thức dùng để trao đổi
định tuyến thông tin giữa các cổng trong một hệ thống mạng.

7


LFA (Loop-Free Alternate) FRR (Fast Reroute): Là một cơ chế cung cấp
bảo vệ cục bộ cho lưu lượng unicast để nhanh chóng hội tụ các luồng lưu
lượng xung quanh liên kết và nút lỗi.
LDP (Label Distribution Protocol): Là một giao thức trong đó các bộ định
tuyến thực hiện trao đổi thông tin nhãn.
LSP (Label-Switched Path): Là đường dẫn qua mạng MPLS, được thiết lập

bởi NMS hoặc bởi một giao thức báo hiệu như LDP, RSVP-TE, BGP.
LAN (Loal Area Network): Một hệ thống kết mạng dùng để kết nối các máy
tính trong cùng một mạng thuộc phạm vi nhỏ (nhà ở, phòng làm việc, trường
học, …).
MPLS (Multi Protocol Label Switching): Là một loại kỹ thuật phân phát
gói tin từ nguồn tới đích dựa vào nhãn thay vì địa chỉ IP của gói tin.
MPLS-TE (Multi Protocol Label Switching - Traffic Engineering): Là kỹ
thuật điều khiển đường truyền chứa lưu lượng qua mạng.
NFV (Network Functions Virtualization): Là một khái niệm kiến trúc mạng
sử dụng các cơng nghệ ảo hóa CNTT để ảo hóa toàn bộ các lớp chức năng nút
mạng thành các khối có thể kết nối hoặc là kết nối với nhau để tạo ra các dịch
vụ truyền thông.
NRLI (Network Layer Reachability Information): Là một phương pháp ký
hiệu kết hợp địa chỉ IP và độ dài của subnet mask, dùng để trao đổi giữa các
bộ định tuyến qua việc sử dụng update messages.
NBMA (Non-Broadcast Multiple Access network): Là một mạng máy tính
mà nhiều host đính kèm, nhưng dữ liệu được truyền chỉ trực tiếp từ máy này
sang máy khác máy chủ duy nhất trên một mạch ảo hoặc switched fabric.

8


Northbound interfaces: Giao diện hướng bắc.
OpenFlow: Là một giao thức truyền thông cho phép truy cập vào forwarding
plane của bộ chuyển đổi mạng hoặc bộ định tuyến qua mạng.
PCE (Path Computation Element): Là thành phần hệ thống, ứng dụng hoặc
nút mạng có khả năng xác định và tìm tuyến đường phù hợp để truyền dữ liệu
giữa nguồn và đích.
QoE (Quality of Experience): Là thước đo về sự trải nghiệm của khách
hàng, tập trung vào việc tìm hiểu các yêu cầu chất lượng chung của con

người.
QoS (Quality of Service): Là thuật ngữ dùng trong lĩnh vực viễn thông, đề
cập đến các kỹ thuật dùng trong các mạng chuyển mạch gói.
RSVP (Resource Reservation Protocol): Là giao thức “soft state” tự động
cập nhật tình trạng đường truyền khi có lỗi xảy ra, là giao thức điều khiển
Internet được thiết kế để cài đặt chất lượng dịch vụ trên mạng IP.
RSVP-TE (Resource Reservation Protocol - Traffic Engineering): Là một
phần mở rộng của RSVP cho kỹ thuật lưu lượng.
SDN (Software-defined Networking): Là một cách tiếp cận để quản lý mạng
cho phép cấu hình mạng năng động, hiệu quả về mặt lập trình để cải thiện
hiệu suất và giám sát mạng làm cho nó giống như điện toán đám mây hơn là
quản lý mạng truyền thống.
SD-WAN: Là từ viết tắt của software-defined networking in a wide area
network (WAN).

9


SR (Segment Routing): là một biến thể của định tuyến nguồn đang được
phát triển trong SPRING (Source Packet Routing in Networking) và IPv6 của
IETF.
SRLG (Shared Risk Link Group): Là một tập hợp các liên kết chia sẻ một
tài nguyên chung, ảnh hưởng đến tất cả các liên kết trong tập hợp nếu tài
nguyên chung bị lỗi.
SRGB (Segment Routing Global Block): Là phạm vi các giá trị nhãn dành
riêng cho định tuyến phân đoạn (SR) trong Cơ sở dữ liệu chuyển mạch nhãn
(LSD).
SR-TE (SR-Traffic Engineering): Là một kỹ thuật MPLS-TE mới được
triển khai dựa trên phần mở rộng IGP.
SSL (Secure Sockets Layer) và TLS (Transport Layer Security): Là các

giao thức mật mã được thiết kế để cung cấp trao đổi dữ liệu an tồn qua một
mạng máy tính.
Southbound interfaces: Giao diện hướng nam.
Time to Live (TTL): Là một cơ chế giới hạn thời gian tồn tại của dữ liệu
trong máy tính hoặc mạng.
TED (Traffic Engineering Database): Là một cơ sở dữ liệu dùng để lưu trữ
kỹ thuật giao thông thông tin khi thiết lập một liên kết.
VRF (Virtual routing and forwarding): Là công nghệ cho phép nhiều
trường hợp của bảng định tuyến cùng tồn tại trong một bộ định tuyến cùng
một lúc.
VPN (Virtual Private Network): Mạng riêng ảo cho phép người dùng thiết
lập mạng riêng ảo với một mạng khác trên Internet.
10


VLAN (Virtual LAN): Là mạng LAN ảo.
WAN (Wide Area Network): Mạng dữ liệu được thiết kế để kết nối giữa các
mạng đô thị, giữa các khu vực địa lý cách xa nhau.

11


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, xã hội đang ngày càng tiên tiến hơn kéo theo là các lĩnh vực
liên quan đến tài chính, kinh tế, khoa học qn sự, cơng nghệ thông tin
đã và đang phát triển mạnh mẽ. Đặc biệt phải kể đến là lĩnh vực công
nghệ thông tin đây là lĩnh mực mà mọi ngành nghề đều cần tới. Với sự
phát triển nhanh chóng một cách khơng ngừng nghỉ, nó đã đem lại cho
con người rất nhiều lợi ích về trao đổi thông tin dữ liệu, dịch vụ đa
phương tiện được cải tiến liên tục. Do đó, các yêu cầu về chất lượng dịch

vụ, nhu cầu sử dụng ngày càng tăng nhưng phải đòi hỏi về phục vụ tốt về
chất lượng, đường truyền dẫn tốt, hiệu quả, độ trễ khi truyền gói giảm
đáng kể, đảm bảo chi phí về băng thông hợp lý.
Vậy nên để đảm bảo phục vụ được những yêu cầu về các vấn đề trên,
một công nghệ lai kết hợp giữa việc định tuyến tại lớp 3 (layer 3) và
chuyển mạch tại lớp 2 (layer 2) được phát triển và sử dụng là
Multiprotocol Label Switching (MPLS). Thường MPLS được sử dụng
trong các nhà cung cấp dịch vụ mạng lớn, nó giúp cho hệ thống của họ
hoạt động tốt hơn qua việc truyền tải rất nhanh các gói tin trong lớp
mạng core (mạng lõi) và định tuyến tốt hơn ở lớp mạng EDGE (mạng
biên). Khả năng hoạt động tốt vậy là MPLS định tuyến hướng dữ liệu từ
nút mạng này sang nút mạng khác dựa trên các nhãn đường dẫn ngắn,
thay cho việc sử dụng địa chỉ mạng. Vì vậy, việc tra cứu thơng tin ở các
bảng định tuyến trở nên dễ dàng hơn và nhằm giải quyết được vấn đề lưu
lượng truyền tải trong mạng tăng cao.
Trước đây, mạng IP/MPLS đã được phát triển và có mặt trong các thế hệ
mạng như 3G, 4G, 4G-LTE. Nó đã phần nào đáp ứng được các yêu cầu
của các thế hệ mạng đó và việc truyền tải thơng tin các gói trong hệ
1


thống mạng của các nhà cung cấp dịch vụ nhanh chóng, tối giản về độ
trễ tăng được trải nghiệm cao cho người sử dụng. Tuy nhiên, MPLS vẫn
còn những mặt hạn chế cần được năng cấp và cải tiến trong triến trúc vì
các thiết bị trong hệ thống mạng vẫn phải chứa rất nhiều các thông tin về
cấu trúc liên kết, dữ liệu bảng định tuyến trong khi các dịch vụ truyền
thông đa phương tiện phát triển liên tục. Điều đó khiến cho sẽ có một lúc
nào đó hệ thống mạng của các nhà cung cấp dịch vụ sẽ quá tải dẫn đến
hoạt động của hệ thống sẽ giảm dần.
Chính vì điều này mà thế hệ mạng tiếp theo là 5G đã được phát triển sẽ

yêu cầu chất lượng cao hơn trong mạng lõi. Hiện nay thì mạng 5G vẫn
chưa được đưa vào sử dụng phổ biến, nó chỉ được triển khai ở các nước
phát triển và thử nghiệm trong các nhà cung cấp dịch vụ mạng lớn. Cùng
với việc 5G xuất hiện thì cũng có những cơng nghệ ảo hóa được đưa ra
và đưa vào sử dụng vào mạng IP/MPLS để giảm độ trễ của gói, giảm
gánh nặng về việc lưu trữ thông tin trạng thái các bảng dữ liệu cũng như
việc cấu hình đường đi cho các thiết bị trong mạng trở nên dễ dàng, dễ
kiểm soát và hiệu quả tối ưu nhất.
Việc làm sao để phát triển tốt hơn mạng IP/MPLS trong mạng 5G mà
vẫn đảm bảo được các yêu cầu hoàn chỉnh đề ra quả là khơng dễ. Vì vậy,
để thực hiện được điều này các nhà nghiên cứu vẫn đang thực hiện từng
ngày, tinh chỉnh trong hạ tầng cơ sở hệ thống mạng.
Qua các yêu cầu đã được nêu khái quát ra, cũng như nắm được tầm quan
trọng mà IP/MPLS sẽ đối mặt với công nghệ mạng 5G, hiểu được một
phần trong lĩnh vực nghiên cứu này. Nên nhóm em gồm hai thành viên là
Võ Thái An và Đoàn Thanh Sang đã lựa chọn đề tài thực tập tốt nghiệp
lần này là “PHÁT TRIỂN MẠNG IP/MPLS ĐỂ ĐÁP ỨNG YÊU CẦU
2


MẠNG 5G”. Mục đích nhằm tìm hiểu về mạng IP/MPLS, các kỹ thuật
được phát triển ra sử dụng hỗ trợ trong IP/MPLS để cải thiện các vấn đề
như độ trễ, quản lý lưu lượng, kiểm soát cấu trúc liên kết mạng, chất
lượng dịch vụ, chất lượng trải nghiệm người dùng, vv
Về phần nội dung nghiên cứu đề tài của nhóm được phân ra làm 5
chương cụ thể như sau:







Chương 1: Giới thiệu 5G
Chương 2: Hạ tầng mạng MPLS ngày nay và sự đáp ứng
Chương 3: Định tuyến phân đoạn
Chương 4: Software-Defined Networking (SDN)
Chương 5: Tích hợp SDN và SR vào kiến trúc MPLS

3


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 5G
Hiện nay, số lượng thiết bị người dùng ngày càng tăng cao dẫn đến ảnh
hưởng tới sự phát triển của hệ thống mạng vì nhu cầu sử dụng dữ liệu và
nhu cầu về trải nghiệm chất lượng tốt hơn (QoE) được đặt ưu tiên. Theo
như số lượng ước tính sẽ có hơn 50 tỷ thiết bị được kết nối sẽ sử dụng
các dịch vụ mạng vào cuối năm 2020, dẫn đến sự gia tăng lớn về lưu
lượng dự liệu so với những năm trước [1]. Cho nên vấn đề khuyến khích
sự phát triển của mạng 5G là tập trung ở ba yếu tố (thiết bị, dữ liệu và
tốc độ truyền dữ liệu).
Mạng 5G sẽ giải quyết và làm rõ ba điểm cần thực hiện:
- Tập trung vào người dùng, coi là trung tâm: Sẽ cung cấp thiết bị
hoạt động 24/7, dịch vụ mạng khi sử dụng không bị gián đoạn và
trải nghiệm sẽ tốt hơn.
- Trung tâm cung cấp dịch vụ: Cung cấp hệ thống đường truyền kết
nối thông minh, dịch vụ giám sát và theo dõi nhiệm vụ quan trọng
của mạng.
- Tập trung vào nhà điều hành mạng: Cung cấp hiêu quả năng
lượng, mở rộng được, cơ sở hạ tầng truyền thơng chi phí thấp,
được giám sát thống nhất, có thể lập trình và bảo mật.

Vì vậy mà mạng 5G sẽ được thiết kế để nhận biết về ba tính năng sau:
- Ubiquitous connectivity (Kết nối khắp mọi nơi): Tương lai thì các
thiết bị sẽ được kết nối rộng khắp, cung cấp việc sử dụng dịch vụ
không bị gián đoạn, ngắt quãng.
- Zero latency (Độ trễ bằng không): Mạng 5G sẽ hỗ trợ các hệ
thống mạng quan trọng, những ứng dụng thời gian thực và dịch vụ
độ trễ bằng khơng. Với điều này thì độ trễ sẽ cực thấp trong hệ

4


thống mạng, sẽ được triển khai thực hiện trong các nhà cung cấp
dịch vụ.
- Kết nối Gigabit tốc độ cao (High-speed Gigabit connection): Để
đạt được độ trễ bằng không sẽ phải sử dụng kết nối tốc độ cao để
truyền và nhận dữ liệu nhanh.
Mục tiêu của mạng 5G là đáp ứng được phổ rộng nhất cho các dịch vụ,
tốc độ mà mạng 5G có thể đạt được nhanh hơn 10 lần so với 4G LTE. Và
sẽ có nhiều dịch vụ, công nghệ và triển khai mới được giới thiệu. Như dự
báo từ trước thì dữ liệu sẽ tăng rất nhanh khi 5G được đưa vơ áp dụng.
Nó tiết kiệm đến 90% năng lượng cho mỗi dịch vụ, tạo ra internet an
toàn, đáng tin cậy [1].
CHƯƠNG 2: HẠ TẦNG MẠNG MPLS NGÀY NAY VÀ SỰ ĐÁP
ỨNG
2.1. Giới thiệu tổng quan:
MPLS là một kỹ thuật bất khả tri về giao thức được thiết kết để hướng
dữ liệu từ nguồn đến đích dựa vào nhãn thay vì địa chỉ IP của gói tin [2].
Trong mạng MPLS, gói tin được gán các nhãn. Các quyết định chuyển
tiếp gói được thực hiện dựa vào nội dung nhãn, khơng cịn cần phải mở
và xem xét gói tin. Các Router trong mạng MPLS trao đổi thông tin sử

dụng giao thức LDP để xây dựng một bức tranh mạng hồn chỉnh. Khi
một gói tin IP đi vào mạng MPLS, bộ định tuyến ingress sẽ chèn một
hoặc nhiều nhãn vào gói tin và chuyển đi. Khi gói tin được gán nhãn
nhận bởi bộ định tuyến, nhãn trên cùng sẽ được xem xét. Dựa vào nội
dung của nhãn, một hành động trao đổi nhãn (swap, push, pop) được
thực hiện. Bộ định tuyến trung gian thông thường chỉ cần xem xét nhãn
trên cùng của ngăn xếp. Ở bộ định tuyến egress, khi nhãn cuối cùng

5


được gỡ bỏ và chỉ cịn lại dữ liệu gói tin truyền ra khỏi mạng MPLS.
Một trong các tính năng chính của MPLS hỗ trợ là kỹ thuật lưu lượng
(TE), VRF và L2/L3 VPN [3]. Kỹ thuật lưu lượng cho phép ISP định
tuyến lưu lượng mạng để cung cấp dịch vụ tốt nhất cho người dùng về
mặt thông lượng và độ trễ cũng như QoS, bằng cách đó kỹ thuật lưu
lượng giúp giảm chi phí mạng. Kỹ thuật lưu lượng MPLS, giao thức
RSVP tự động thiết lập và duy trì LSP qua mạng trục. Một tuyến LSP sử
dụng tại bất kỳ thời điểm nào được xác định dựa trên các yêu cầu tài
nguyên LSP và tài nguyên mạng, chẳng hạn như băng thông. MPLS
VPN là phương pháp sử dụng MPLS để tạo các mạng VPNs có thể là
Peer-to-Peer, L2, L3. Một VRF được cấu hình cho VPN cụ thể, mỗi VPN
có các bảng định tuyến và chính sách riêng biệt để điều khiển hoạt động
đúng. Mạng MPLS có thể tự động và đàn hồi trước những sự cố về hỏng
liên kết hay node với cơ chế tái định tuyến nhanh (Fast Re-route). LSP
hướng gói tin từ nguồn đến đích được xác định trước do đó các thiết bị
trung gian trong LSP không thể đưa ra quyết định ở mỗi bước nhảy. Điều
này cho phép truyền dữ liệu nhanh hơn và tải ít hơn cho các router.
MPLS cho phép khả năng kiểm soát và quản lý QoS ở cấp độ nhãn.
2.2. Các vấn đề của mạng MPLS hiện tại

Dường như sự phát triển của một số công nghệ mạng hiện đại đang đặt
ra câu hỏi về sự tồn tại thay thế mạng MPLS trong tương lai khi đối mặt
với một số công nghệ WAN hiện đại như SD-WAN, SDN, băng rộng, vv.
Tuy nhiên, tác giả trong [4] đã đưa ra khảo sát và nhận định ràng rất khó
có thể bị thay thế hoàn toàn trong vài năm tới. Mặc dù vậy mạng MPLS
vẫn còn rất nhiều hạn chế cần được cải tiến.

6


Các nhà cung cấp dịch vụ cũng như doanh nghiệp lớn đang gặp phải
những thách thức khó khăn do cơ sở hạ tầng mạng và các hoạt động của
họ tăng mạnh và trở nên phức tạp và mạng IP/MPLS trở thành một hoạt
động chuyên sâu do tính phức tạp khi triển khai [5]. Các nhà cung mạng
nhận thấy nhiều sức ép về sự gia tăng doanh thu giảm và sự cạnh tranh
gay gắt đã tạo nên thách thức về sự đổi mới.
Kỹ thuật MPLS tunnel đang là một kỹ thuật hàng đầu trong việc cung
cấp các dịch vụ mạng mà hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ đã triển khai.
Mỗi một yêu cầu dịch vụ từ khách hàng đều có những yêu cầu riêng ngân hàng có thể yêu cầu đường dẫn ưu tiên vàng có dự phịng, mạng
truyền hình có thể u cầu kết nối mạng tạm thời để truyền phát sự kiện,
cơ quan liên bang có thể muốn gửi lưu lượng truy cập trừ một số quốc
gia nhất định hoặc khách hàng có thể yêu cầu đường dẫn băng thông cao,
độ trễ thấp để truyền dữ liệu giữa trụ sở chính và trung tâm dữ liệu của
họ.
Với cách tiếp cận hiện tại việc cung cấp và vận hành một dịch vụ mới
cho một khách hàng với các yêu cầu có thể mất nhiều ngày hoặc nhiều
tuần, nhưng với sự cạnh tranh và các ưu đãi, các khách hàng có lẽ khơng
sẵn lịng chờ đợi hàng t̀n. Dưới chế độ hoạt động hiện tại, nhà cung
cấp phải tác động đến mạng làm cho cấu trúc luôn thay đổi, việc đánh
giá hiệu suất chi phí truyền dẫn trên từng thiết bị, liên kết và từng tuyến

giữa các cặp nguồn đích bằng các cơng cụ lập kế hoạch ngoại tuyến kiểu
cũ để tính tốn một path mới và cấu hình thủ cơng từng bộ định tuyến
dọc theo tuyến mới. Ngồi ra hoạt động bởi các thiết bị từ nhiều nhà
cung cấp hoặc nhiều hệ thống tự trị hoạt động cùng nhau dẫn đến chi phí
về cả OPEX (chi phí vận hành) và sự nỗ lực kỹ thuật khá cao do có

7


nhiều thách thức khác phát sinh khi ta cố gắng cho việc cung cấp một
dịch vụ mới và quản lý chúng, một số chúng bao gồm phụ thuộc quy
trình thủ cơng đã làm tăng rủi ro cấu hình lỗi.
Trước tiên, hãy cùng nhìn lại và tìm hiểu lí do vì sao cách tiếp cận
truyền thống không thực sự hiệu quả. Ví dụ, trong một mạng dựa trên
nền IP truyền thống, các quyết định chuyển tiếp gói được đưa ra dựa
trên nền tảng hop-by-hop cùng với các bộ định tuyến riêng biệt thực
hiện để thực hiện tìm kiếm từng nút mạng. Các mạng dựa trên IP sử
dụng giao thức IGP, được thiết kế nhằm đưa ra các quyết định chuyển
tiếp gói dựa trên chi phí dịch chuyển trên mỗi đường định tuyến đã
định sẵn. Các gói có cặp nguồn và đích giống nhau sẽ đi theo cùng
một đường định tuyến có thể gây nên tắc nghẽn, ngay cả khi các
tuyến khác có nhiều băng thơng khơng sử dụng.
Để cố gắng giải quyết vấn đề này, người ta đã đưa ra giải pháp Kỹ
thuật Điều khiển lưu lượng (TE) thay vì các quyết định chuyển tiếp
được thực hiện dựa trên nền tảng hop-by-hop, các bộ định tuyến cổng
vào quyết định đường dẫn từ điểm nguồn đến điểm đích cho từng
luồng lưu lượng cụ thể. Theo cách này, lưu lượng dữ liệu lẽ ra trước
đó đã chọn một đường có chi phí thấp hơn nhưng lại tắc nghẽn hơn
giờ có thể được định tuyến thơng qua các đường ít sử dụng hơn. Nói
cách khác, thực hiện "cân bằng tải" lưu lượng. Giao thức Dự trữ Tài

nguyên (RSVP) cũng được đưa ra để dự trữ các nguồn tài nguyên trên
một tuyến đường từ đầu đến cuối của luồng lưu lượng dữ liệu trong
mạng IP/MPLS. Tuy nhiên, vấn đề ở đây là các giao thức phân bố
nhãn LDP, cụ thể là RSVP-TE, là bộ giao thức phức tạp khi triển
khai, bảo dưỡng, vận hành và xử lý lỗi khi có vấn đề xảy ra. Chúng

8


tạo ra rất nhiều lưu lượng báo hiệu trên mạng, ít thông tin về topo
mạng, và gửi quá nhiều dữ liệu trên các đường hầm MPLS. Các nhà
điều hành mạng do vậy cần nhiều nhân lực có tay nghề cao để hỗ trợ
việc lên kiến trúc mạng RSVP-TE và mở rộng quy mơ các mạng
RSVP-TE có thể nhanh chóng trở thành một nhiệm vụ quá sức.
Với việc triển khai các cơng nghệ mới như 5G, Internet Vạn Vật (IoT)
và Trí tuệ Nhân tạo (AI), nhu cầu gia tăng khả năng tính tốn tại vùng
biên mạng đang tiếp tục phát triển. Sự phát triển này đang đặt thêm
nhiều áp lực lên phần kết nối IP và các giao thức "kết nối" Internet lại
với nhau. Việc hỗ trợ khả năng mở rộng cần thiết của các nút IP sẽ
cần một kiến trúc mạng đột phá và mới mẻ. Mạng IP cần phải phát
triển tới mức độ khiến việc sở hữu và vận hành mạng trở nên đơn giản
hơn rất nhiều trong khi tận dụng được tự động hóa và thơng tin được
kích hoạt thông qua việc vận dụng các khả năng kết nối Mạng Do
Phần mềm Định Nghĩa (SDN). Cách tiếp cận truyền thống không cho
phép mở rộng mạng IP một cách có hiệu quả kinh tế.
2.3. Hướng phát triển:
Với những khó khăn trong việc khả năng mở rộng linh hoạt mạng để đáp
ứng các yêu cầu sắp tới cho mạng 5G. Theo [3] đã vạch chiến lượt phát
triển mạng MPLS mà theo đó sẽ được phát triển theo hướng ảo hố, có
khả năng lập trình mạng, mạng cắt (Network Slicing) nhằm cung cấp khả

năng linh hoạt trong các dịch vụ và kết nối điện tốn đám mây. Một
trong những cơng nghệ mà đang được nghiên cứu và dần triển khai nổi
bật gần đây phải kể đến như là SDN (Software Defined Network), NFV
(Network Function Virtualization), SD-SWAN, SR (segment routing) và
NS (network slicing).

9


×