Mạng thế hệ mới. Biên tập bởi: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên

Transcript

1 Mạng thế hệ mới Biên tập bởi: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên

2 Mạng thế hệ mới Biên tập bởi: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên Các tác giả: Khoa CNTT ĐHSP KT Hưng Yên Phiên bản trực tuyến:

3 MỤC LỤC 1. Bài 1: Tổng quan về Mạng thế hệ mới 1.1. Tổng quan về Mạng thế hệ mới 2. Bài 2: Cấu trúc mạng NGN 2.1. Kết nối mạng hiện tại lên mạng NGN 2.2. Cấu trúc vật lý của NGN 2.3. Các công nghệ làm nền cho Mạng thế hệ mới 3. Bài 3: Các dịch vụ trong mạng NGN 3.1. Giới thiệu 3.2. Các dịch vụ kỹ thuật, công nghệ NGN 3.3. Các dịch vụ người sử dụng trong NGN 3.4. Kiến trúc phân lớp của dịch vụ NGN 4. Bài 4: Các công nghệ mạng tốc độ cao 4.1. Các đặc điểm của mạng 10BaseX Ethernet 4.2. Các đặc điểm của Fast Ethernet (100BaseT) 4.3. Mạng Ethernet Gigabit và 10 Gigabit (IEEE 802.3z a e) and 100 Gbps Ethernet initiatives 5. Bài 5: Địa chỉ IPv Tổng quát chung về địa chỉ IP 5.2. Cấu trúc và đặc điểm các dạng địac hỉ IPv Cơ chế cấp phát và cách thiết lập địa chỉ IPv6 6. Bài 6 : Công nghệ VoIP (Voice over Internet Protocol) 6.1. Giới thiệu về công nghệ VoIP 6.2. Hoạt động của VoIP 6.3. Các giao thức-chuẩn sử dụng trong VoIP 6.4. Chất lượng dịch vụ cho VoIP 6.5. Những thuận lợi và khó khăn trong việc lựa chọn VoIP 7. Bài 7: Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS - Multiprotocol Label Switching) 7.1. Tổng quan về MPLS 7.2. Hoạt động của MPLS 7.3. Kiến trúc MPLS 8. Bài 8: Công nghệ WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) 8.1. Tổng quan về WiFi 8.2. Wimax 1/163

4 9. Bài 9: Chất lượng dịch vụ và bảo mật trong mạng NGN (QoS and Security) 9.1. Bảo mật 9.2. Chất lượng dịch vụ (QoS) 10. Bài 10: Công nghệ mạng Peer to Peer Khái quát về công nghệ P2P Ưu điểm của công nghệ P2P với Client-Server Mạng ngang hàng có cấu trúc và không có cấu trúc 11. Bài 11: Các cấu trúc mạng P2P Distributed Hash Table (DHT) và Chord Pastry Mạng CAN ( Content Addressable Network) Peer to Peer Security Tham gia đóng góp 2/163

5 Bài 1: Tổng quan về Mạng thế hệ mới Tổng quan về Mạng thế hệ mới Tổng quan về mạng hiện tại Mạng Client/Server Client/Server là mô hình tổng quát nhất, trên thực tế thì một server có thể được nối tới nhiều server khác nhằm làm việc hiệu quả và nhanh hơn. Khi nhận được 1 yêu cầu từ client, server này có thể gửi tiếp yêu cầu vừa nhận được cho server khác ví dụ như database server vì bản thân nó không thể xử lý yêu cầu này được. Máy server có thể thi hành các nhiệm vụ đơn giản hoặc phức tạp. Ví dụ như một máy chủ trả lời thời gian hiện tại trong ngày, khi một máy client yêu cầu lấy thông tin về thời gian nó sẽ phải gửi một yêu cầu theo một tiêu chuẩn do server định ra, nếu yêu cầu được chấp nhận thì máy server sẽ trả về thông tin mà client yêu cầu. Có rất nhiều các dịch vụ server trên mạng nhưng nó đều hoạt động theo nguyên lý là nhận các yêu cầu từ client sau đó xử lý và trả kết quả cho client yêu cầu. Thông thường chương trình server và client được thi hành trên hai máy khác nhau. Cho dù lúc nào server cũng ở trạng thái sẵn sàng chờ nhận yêu cầu từ client nhưng trên thực tế một tiến trình liên tác qua lại (interaction) giữa client và server lại bắt đầu ở phía client, khi mà client gửi tín hiệu yêu cầu tới server. Các chương trình server thường đều thi hành ở mức ứng dụng (tầng ứng dụng của mạng). Sự thuận lợi của phương pháp này là nó có thể làm việc trên bất cứ một mạng máy tính nào có hỗ trợ giao thức truyền thông chuẩn cụ thể ở đây là giao thức TCP/IP. Với các giao thức chuẩn này cũng giúp cho các nhà sản xuất có thể tích hợp nhiều sản phẩm khác nhau của họ lên mạng mà không gặp phải khó khăn gì. Với các chuẩn này thì các chương trình server cho một dịch vụ nào đấy có thể thi hành trên một hệ thống chia sẻ thời gian (timesharing system) với nhiều chương trình và dịch vụ khác hoặc nó có thể chạy trên chính một máy tính các nhân bình thường. Có thể có nhiều chương server cùng làm một dịch vụ, chúng có thể nằm trên nhiều máy tính hoặc một máy tính. Với mô hình trên chúng ta nhận thấy rằng mô hình client/server chỉ mang đặc điểm của phần mềm không liên quan gì đến phần cứng mặc dù trên thực tế yêu cầu cho một máy server là cao hơn nhiều so với máy client. Lý do là bởi vì máy server phải quản lý rất nhiều các yêu cầu từ các clients khác nhau trên mạng. Ưu và nhược điểm chính Có thể nói rằng với mô hình client/server thì mọi thứ dường như đều nằm trên bàn của người sử dụng, nó có thể truy cập dữ liệu từ xa (bao gồm các công việc như gửi và nhận file, tìm kiếm thông tin,...) với nhiều dịch vụ đa dạng mà mô hình cũ không thể làm được. Mô hình client/server cung cấp một nền tảng lý tưởng cho phép tích hợp các kỹ thuật hiện đại như mô hình thiết kế hướng đối tượng, hệ chuyên gia, hệ thông tin địa lý (GIS)... Một trong những vấn đề nảy sinh trong mô hình này đó là tính an toàn và bảo mật thông tin trên mạng. 3/163

6 Do phải trao đổi dữ liệu giữa 2 máy ở 2 khu vực khác nhau cho nên dễ dàng xảy ra hiện tượng thông tin truyền trên mạng bị lộ. Client Trong mô hình client/server, người ta còn định nghĩa cụ thể cho một máy client là một máy trạm mà chỉ được sử dụng bởi 1 người dùng với để muốn thể hiện tính độc lập cho nó. Máy client có thể sử dụng các hệ điều hành bình thường như Win9x, DOS, OS/ 2... Bản thân mỗi một client cũng đã được tích hợp nhiều chức năng trên hệ điều hành mà nó chạy, nhưng khi được nối vào một mạng LAN, WAN theo mô hình client/server thì nó còn có thể sử dụng thêm các chức năng do hệ điều hành mạng (NOS) cung cấp với nhiều dịch vụ khác nhau (cụ thể là các dịch vụ do các server trên mạng này cung cấp), ví dụ như nó có thể yêu cầu lấy dữ liệu từ một server hay gửi dữ liệu lên server đó... Thực tế trong các ứng dụng của mô hình client/server, các chức năng hoạt động chính là sự kết hợp giữa client và server với sự chia sẻ tài nguyên, dữ liệu trên cả 2 máy Vai trò của client Trong mô hình client/server, client được coi như là người sử dụng các dịch vụ trên mạng do một hoặc nhiều máy chủ cung cấp và server được coi như là người cung cấp dịch vụ để trả lời các yêu cầu của các clients. Điều quan trọng là phải hiểu được vai trò hoạt động của nó trong một mô hình cụ thể, một máy client trong mô hình này lại có thể là server trong một mô hình khác. Ví dụ cụ thể như một máy trạm làm việc như một client bình thường trong mạng LAN nhưng đồng thời nó có thể đóng vai trò như một máy in chủ (printer server) cung cấp dịch vụ in ấn từ xa cho nhiều người khác (clients) sử dụng. Client được hiểu như là bề nổi của các dịch vụ trên mạng, nếu có thông tin vào hoặc ra thì chúng sẽ được hiển thị trên máy client Mạng Peer to Peer Mạng ngang hàng là một cấu trúc được tạo nên bởi các máy tính liên kết với nhau, vai trò của mỗi máy tính là như nhau, mỗi máy tính là một phần và duy trì sự tồn tại của mạng ngang hàng. Các máy tính trong mạng thường xuyên liên lạc với các máy tính khác để ổn định mạng và chia sẻ dữ liệu với nhau.mỗi máy tính gửi các thông tin lên toàn mạng cho biết sự có mặt của nó và duy trì. Mạng ngang hàng thường được sử dụng để kết nối các máy thông qua một lượng kết nối dạng ad hoc. Mạng ngang hàng có nhiều ứng dụng. Ứng dụng thường xuyên gặp nhất là chia sẻ tệp tin, tất cả các dạng như âm thanh, hình ảnh, dữ liệu,... hoặc để truyền dữ liệu thời gian thực như điện thoại VoIP. Một mạng ngang hàng đúng nghĩa không có khái niệm máy chủ và máy khách, nói cách khác, tất cả các máy tham gia đều bình đẳng và được gọi là peer, là một nút mạng đóng vai trò đồng thời là máy khách và máy chủ đối với các máy khác trong mạng. Dữ liệu được chứa trên các máy tính và chia sẽ trực tiếp với nhau cũng thông qua các máy tinh trong mạng. Một số mạng hay kênh như Napster, IRC (thuộc thế hệ thứ nhất) sử dụng mô hình máy chủ-máy khách cho một số tác vụ và mô hình ngang hàng cho những tác vụ khác. Ngược lại, các mạng như Gnutella hay Freenet (thế hệ thứ 2) sử dụng mô hình ngang hàng cho 4/163

7 tất cả các tác vụ, nên các mạng này thường được xem như là mạng ngang hàng đúng nghĩa (thực ra Gnutella vẫn sử dụng một số máy chủ để giúp các máy trong mạng tìm kiếm địa chỉ IP của nhau). Cấu trúc mạng ngang hàng là biểu hiện của một trong những khái niệm quan trọng nhất của Internet, mô tả trong "RFC 1, Host Software" xuất bản ngày 7 tháng 4 năm Gần hơn, khái niệm này đã được sự công nhận rộng rãi trong các cấu trúc chia sẻ nội dung mà không có máy chủ trung tâm. Khái niệm mạng ngang hàng ngày nay được tiến hóa vào nhiều mục đích sử dụng khác nhau, không chỉ để trao đổi tệp mà còn khái quát hóa thành trao đổi thông tin giữa người với người, đặc biệt trong những tình huống hợp tác giữa một nhóm người trong cộng đồng. Mạng thế hệ mới Định nghĩa NGN là bước tiếp theo trong lĩnh vực truyền thông thế giới, truyền thống được hỗ trợ bởi 3 mạng lưới: mạng thoại PSTN, mạng không dây và mạng số liệu (Internet). NGN hội tụ cả 3 mạng trên vào một kết cấu thống nhất để hình thành một mạng chung, thông minh, hiệu quả cho phép truy xuất toàn cầu, tích hợp nhiều công nghệ mới, ứng dụng mới và mở đường cho các cơ hội kinh doanh phát triển. Có thể đề cập tới ba loại hình dịch vụ thúc đẩy sự ra đời của NGN: Dịch vụ truyền thông thời gian thực (real-time services) và phi thời gian thực (non real-time services); dịch vụ nội dung (content services) và các hoạt động giao dịch (transaction services). Đến lượt mình, NGN tạo điều kiện để các nhà cung cấp dịch vụ tăng cường khả năng kiểm soát, tính bảo mật, và độ tin cậy trong khi giảm thiểu được chi phí vận hành Nguyên nhân xuất hiện NGN - Thứ nhất: do các nhà khai thác dịch vụ cạnh tranh và các nhà khai thác cấp trên cùng phụ thuộc vào một tập hữu hạn các sản phẩm tổng đài điện thoại nội hạt, chính điều đó buộc họ phải cung cấp các dịch vụ giống nhau. Và khi đã cung cấp các dịch vụ giống nhau thì chỉ có một con đường duy nhất để thu hút khách hàng đó là chính sách giá cả, muốn có một lượng khách hàng lớn thì phải giảm giá cước. Nhưng chỉ tạo sự chênh lệch về mặt giá cả vốn đã không phải là một chiến lược kinh doanh lâu dài tốt trong lĩnh vực viễn thông. Nếu có giải pháp nào đó mà cho pháp tạo ra các dịch vụ thật sự mới và hấp dẫn thì các nhà khai thác sẽ có cơ hội tạo sự khác biệt về mặt dịch vụ chứ không chỉ về giá cước. 5/163

8 - hứ hai: khi xét về khía cạnh đầu tư, thì đối với bất kỳ một nhà đầu tư nào, trước khi có ý định đầu tư vào việc xây dựng mạng, thì yếu tố quan trọng đầu tiên mang tính quy't định đó là thời gian đầu tư và hoàn vốn, mà động lực của nó là tỷ lệ giữa sự đổi mới và kết quả dự báo về kinh t' của công nghệ lõi được chọn trong mạng. Do thời gian phát triển nhanh và chi phí vận hành cũng như bảo dưỡng các mạng chuyển mạch gói thấp hơn nhiều so với chuyển mạch kênh, nên các nhà điều hành mạng ngày nay tập trung chú ý đ'n công nghệ chuyển mạch gói IP. Do vậy, khi càng ngày càng nhiều lưu lượng dữ liệu chảy vào mạng qua Internet, thì cần phải có một giải pháp mới, đặt trọng tâm vào dữ liệu, cho việc thiết k' chuyển mạch của tương lai dựa trên công nghệ gói để chuyển tải chung cả thoại và dữ liệu. Như một sự lựa chọn, các nhà cung cấp dịch vụ đã và đang cố gắng hướng tới việc xây dựng một mạng thế hệ mới Next Generation Network - NGN trên đó hội tụ các dịch vụ thoại, số liệu, đa phương tiện trên một mạng duy nhất - sử dụng công nghệ chuyển mạch gói trên mạng xương sống (Backbone Network). Đây là mạng của các ứng dụng mới và các khả năng mang lại lợi nhuận mà chỉ đòi hỏi giá thành thấp. Và đó không chỉ là mạng phục vụ thông tin thoại, cũng không chỉ là mạng phục vụ tryền số liệu mà đó là một mạng thống nhất, mạng hội tụ đem lại ngày càng nhiều các dịch vụ tiên tiến đáp ứng nhu cầu ngày một tăng, và khắt khe hơn từ phía khách hàng. Mạng thế hệ mới NGN không phải là một cuộc cách mạng về mặt công nghệ mà nó là một bước phát triển, một xu hướng tất yếu. Hạ tầng cơ sở mạng của thế kỷ 20 không thể được thay thế trong một sớm một chiều, vì thế NGN phải tương thích tốt với môi trường mạng sẵn có và phải kết nối hiệu quả với mạng PSTN. Những vấn đề mà mạng thế hệ mới cần giải quy't gồm : - Vấn đề báo hiệu và điều khiển trên nhiều loại giao thức khác nhau cho hội tụ thông tin thoại, fax, số liệu, đa phương tiện. - Vấn đề kết nối với mạng chuyển mạch kênh hiện hữu, đặc biệt là kết nối phần báo hiệu (mạng SS7). - Vấn đề phát triển dịch vụ Giải pháp cốt lõi trong mạng NGN chính là công nghệ Softswitch công nghệ chuyển mạch mềm Đặc điểm của mạng thế hệ mới Sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm (SW-SoftSwitch) thay thế các thiết bị tổng đài chuyển mạch phần cứng (hardware) cồng kềnh. Các mạng của từng dịch vụ riêng rẽ 6/163

9 được kết nối với nhau thông qua sự điều khiển của một thiết bị tổng đài duy nhất, thiết bị tổng đài này dựa trên công nghệ SW được ví như là 'trái tim' của NGN. Mạng hội tụ thoại và dữ liệu, cố định và di động. Các loại tín hiệu được truyền tải theo kỹ thuật chuyển mạch gói, xu hướng sắp tới đang tiến dần lên sử dụng mạng IP với kỹ thuật QoS như MPLS. Mạng băng thông rộng cung cấp đa dịch vụ: Mạng truyền dẫn quang với công nghệ WDM (Wavelength Division Multiplexing) hay DWDM (dense WDM). Công nghệ và những vấn đề cần quan tâm khi phát triển NGN 7/163

10 Bài 2: Cấu trúc mạng NGN Kết nối mạng hiện tại lên mạng NGN Kết nối với mang PSTN Kết nối mạng NGN với mạng PSTN hiện tại được thực hiện thông qua thiết bị gh p luồng trung k' (Trunking Gateway-TGW) ở mức nxe1 và báo hiệu số 7. Không sử dụng báo hiệu R2 cho kết nối này. Cấu hình kết nối được mô tả trong hình 5.8 Cấu hình kết nối NGN-PSTN Các thiết bị Trunking gateway có tính năng chuyển tiếp các cuộc gọi thoại tiêu chuẩn 64kb/s hoặc các cuộc gọi thoại VOIP qua mạng NGN. Điểm kết nối được thực hiên tại tổng đài Host hoặc tandem nội hạt và tổng đài gateway quốc t' nhằm giảm cấp chuyển mạch, giảm chi phí đầu tư cho truyền dẫn và chuyển mạch của mạng PSTN và tận dụng năng lực chuyển mạch của mạng NGN. Đối với mạng PSTN, mạng NGN sẽ đóng vai trò như hệ tổng đài Transit quốc gia của mạng PSTN cho các dịch vụ thoại tiêu chuẩn 64kb/s. 8/163

11 Các cuộc thoại liên tỉnh tiêu chuẩn 64kb/s liên tỉnh hoặc quốc tế từ các tổng đài Host PSTN sẽ được chuyển tiếp qua mạng NGN tới các Host khác hoặc tới tổng đài gateway quốc tế. Kết nối với mạng Internet Kết nối mạng NGN với trung tâm mạng Internet ISP và IAP được thực hiện tại node ATM+IP quốc gia thông qua giao tiếp ở mức LAN. Tốc độ cổng LAN không thấp hơn tốc độ theo chuẩn Gigabit Ethernet (GbE). N'u trung tâm mạng không cùng vị trí đặt node ATM+IP quốc gia thì sử dụng kết nối LAN qua cổng quang GbE. Điểm kết nối mạng NGN với các node truy nhập mạng Internet POP độc lập cho thuê bao truy nhập gián tiếp được thực hiện tại node ATM+IP nội vùng thông qua giao tiếp ở mức LAN. Tốc độ cổng LAN phụ thuộc vào qui mô của POP. N'u POP không cùng vị trí đặt node ATM+IP nội vùng thì sử dụng kết nối LAN qua cổng quang. Đối với các vệ tinh của tổng đài Host PSTN có tích hợp tính năng truy nhập internet POP thì điểm kết nối mạng NGN với các node truy nhập mạng Internet POP tích hợp được thực hiện tại bộ tập trung ATM hoặc tại các node ATM+IP nội vùng thông qua giao tiếp ATM tuỳ thuộc vào vị trí của POP tích hợp. Tốc độ cổng ATM phụ thuộc vào qui mô của POP nhưng ít nhất là nxe1. Cấu hình kết nối được mô tả trong hình 5.9 9/163

12 Cấu hình kết nối NGN-Internet-PSTN 10/163

13 Cấu trúc vật lý của NGN Cấu trúc vật lý Xét về mặt kiến trúc thì mạng NGN có thể được chia ra làm bốn lớp chức năng như sau: Cấu trúc lớp mạng NGN Cấu trúc mạng NGN bao gồm 5 lớp chức năng: lớp truy nhập dịch vụ (service access layer), lớp chuyển tải dịch vụ (service transport/core layer), lớp điều khiển (control layer), lớp ứng dụng/dịch vụ (application/service layer) và lớp quản lý (management layer). Hình 1 thể hiện cấu trúc của NGN. Lớp ứng dụng/dịch vụ: Lớp ứng dụng và dịch vụ cung cấp các ứng dụng và dịch vụ như dịch vụ mạng thông minh IN (Intelligent network), trả tiền trước, dịch vụ giá trị gia tăng Internet cho khách hàng thông qua lớp điều khiển... Hệ thống ứng dụng và dịch vụ mạng này liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ giao diện mở này mà nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng các dịch vụ trên mạng. Trong môi trường phát triển cạnh tranh sẽ có rất nhiều thành phần tham gia kinh doanh trong lớp này. Lớp điều khiển: Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển kết nối cuộc gọi giữa các thuê bao thông qua việc điều khiển các thiết bị chuyển mạch (ATM+IP) của lớp chuyển tải và các thiết bị truy nhập của lớp truy nhập. Lớp điều khiển có chức năng kết nối cuộc gọi thuê bao với lớp ứng dụng/dịch vụ. Các chức năng như quản lý, chăm sóc khách hàng, tính cước cũng được tích hợp trong lớp điều khiển. 11/163

14 Lớp chuyển tải dịch vụ: Bao gồm các nút chuyển mạch (ATM+IP) và các hệ thống truyền dẫn (SDH, WDM), thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến các cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự điều khiển của thiết bị điều khiển cuộc gọi thuộc lớp điều khiển. Hiện nay đang còn nhiều tranh cãi khi sử dụng ATM hay MPLS cho lớp chuyển tải này. Lớp truy nhập dịch vụ : Bao gồm các thiết bị truy nhập cung cấp các cổng kết nối với thiết bị đầu cuối thuê bao qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, hoặc cáp quang, hoặc thông qua môi trường vô tuyến (thông tin di động, vệ tinh, truy nhập vô tuyến cố định...)lớp quản lý: Đây là lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp trên. Các chức năng quản lý được chú trọng là: quản lý mạng, quản lý dịch vụ, quản lý kinh doanh. Mô hình kiến trúc mạng NGN Các thành phần mạng và chức năng + Lớp truyền tải: Chức năng cơ bản của lớp truyền tải là xử lý, chuyển vận gói tin. Lớp này bao gồm các thiết bị đảm nhiệm đóng mở gói, định tuy'n, chuyển gói tin d ới sự điều khiển của lớp Điều khiển và báo hiệu cuộc gọi (Call Control and Signaling Plane). 12/163

15 Lớp truyền tải được phân chia làm ba miền con - Miền truyền tải thông tin theo giao thức IP Miền này bao gồm: + Mạng truyền dẫn backbone. + Các thiết bị mạng như : Router, Switch. + Các thiết bị cung cấp cơ chế QoS. - Miền liên kết mạng: Miền liên kết mạng với nhiệm vụ chính nhận các dữ liệu đ'n, chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu cho phù hợp để thông tin có thể truyền thông một cách trong suốt trên toàn bộ mạng. Trong miền này là tập hợp các Gateway như Signaling Gateway, Media Gateway, trong đó, Signaling Gateway thực hiện chức năng cầu nối giữa mạng PSTN và mạng IP và ti'n hành phiên dịch thông tin báo hiệu giữa hai mạng này. Media Gateway thực hiện quá trình chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu giữa các môi tr ờng truyền thông khác nhau. - Miền truy nhập không dựa trên giao thức IP Trong miền này bao gồm các thiết bị truy cập cung cấp các cổng kết nối cho thiết bị đầu cuối thuê bao. cung cấp các dịch vụ như POTS, IP, VoIP, ATM FR, xdsl, X25, IP-VPN. + Lớp điều khiển và báo hiệu cuộc gọi: Đây là lớp trung tâm của hệ thống thực thi quá trình điều khiển, giám sát và xử lý cuộc gọi nhằm cung cấp các dịch vụ thông suốt từ đầu cuối đ'n đầu cuối (end-toend) với bất cứ loại giao thức và báo hiệu nào. Thực thi quá trình giám sát các kết nối cuộc gọi giữa các thuê bao thông qua việc điều khiển các thành phần của lớp truyền tải -Transport Plane. Quá trình xử lý và báo hiệu cuộc gọi về bản chất có nghĩa là xử lý các yêu cầu của thuê bao về việc thiết lập và huỷ bỏ cuộc gọi thông qua các bản tin báo hiệu. Lớp này còn có chức năng kết nối cuộc gọi thuê bao với lớp ứng dụng và dịch vụ - Service and Application Plane. Các chức năng này sẽ được thực thi thông qua các thiết bị như Media Gateway Controller ( hay Call Agent hay Call Controller ), các SIP Server hay Gatekeeper. + Lớp ứng dụng và dịch vụ: Lớp ứng dụng và dịch vụ là lớp cung cấp các ứng dụng và dịch vụ mạng thông minh IN - Intelligent Networks, các dịch vụ giá trị gia tăng.... Lớp này liên kết với lớp điều khiển và báo hiệu thông qua các giao diện lập trình mở API - Application Programing Interface. Cũng chính nhờ đó mà việc cập nhật, tạo mới và triển khai ứng dụng, dịch vụ mạng trở nên vô cùng nhanh chóng và hiệu quả. Trên lớp này sử dụng các thiết bị như Application Server, Feature Server. Lớp này cúng có thể thực thi việc điều khiển những thành phần đặc biệt như Media Server, một thiết bị được bi't đ'n với tập các chức năng như conferencing, IVR, xử lý tone... 13/163

16 + Lớp quản lý: Lớp quản lý mạng có nhiệm vụ cung cấp các chức năng như giám sát các dịch vụ và khách hàng, tính cước và các tác vụ quản lý mạng khác. Nó có thể tương tác với bất kỳ hoặc cả ba lớp còn lại thông qua các chuẩn công nghiệp ví dụ như SNMP hoặc các chuẩn riêng và các APIs - giao diện lập trình mở. Dựa vào mô hình mạng NGN ở trên, Chuyển mạch mềm Softswitch phải thực hiện các chức năng sau : - Trung tâm báo hiệu và điều khiển cuộc gọi trong toàn mạng, quản lí và điều khiển các loại gateway truy nhập mạng, hoạt động theo tất cả các loại giao thức báo hiệu từ H323, SIP đ'n MGCP/MEGACO. - Giao tiếp với báo hiệu của mạng PSTN (chủ yếu là kết nối với mạng báo hiệu SS7) và liên kết với hệ thống Softswitch khác. - Tạo ra các môi trường lập trình mở để cho ph p các hãng thứ ba dễ dàng tích hợp và phát triển ứng dụng (trên nền IP)và kết nối với các môi trường cung cấp dịch vụ đã có sẵn (ví dụ IN). 14/163

17 Các công nghệ làm nền cho Mạng thế hệ mới Các phần tử của mạng NGN được thể hiện trên hình 2.2, bao gồm: - Softswitch: là phần tử có chức năng điều khiển cuộc gọi, mà thành phần tương tác chính của nó là các Media Gateway, và các Access Gateway thông qua các giao thức điều khiển gateway truyền thông như MGCP/H248 MEGACO. Mặt khác nó cũng có khả năng tương tác với mạng H323, và SIP cho ph p ng ời sử dụng thực hiện các cuộc gọi, PC to Phone, PC to PC, Phone to PC. - SIP Server: Có vai trò chức năng định tuy'n các bản tin báo hiệu SIP giữa các SIP client. N'u trong mạng chỉ có một SIP server thì, nó vừa đóng vai trò là Proxy Server, Redirect Server, Location Sever. - Gatekeeper: cho ph p các thuê bao H323 đăng ký, nhận thực, đồng thời giám sát các kết nối Multimedia giữa các đầu cuối H Signalling Gateway: thực hiện chức năng Gateway báo hiệu - Media Sever: Nó cho ph p sự tương tác giữa thuê bao và các ứng dụng thông qua thiết bị điện thoại, Ví dụ như nó có thể trả lời cuộc gọi, đ a ra một lời thông báo, đọc th điện tử, thực hiện chức năng của IVR Mô hình mạng NGN 15/163

18 - MediaGateway: là thiết bị truyền thông kết nối với mạng chuyển mạch kênh hiện tại và mạng NGN. Nó cung cấp các cổng kết nối trực tiếp với đ ờng trung k' của mạng PSTN và mạng di động và bi'n đổi các luồng TDM đó thành những gói IP và ng ợc lại. Các Gateway này hoạt động đơn thuần như một thiết bị kết nối trung gian, được điều khiển bởi Softswitch. - Access Gateway: là Gateway truy cập có thể cung cấp truy cập đa dịch vụ như xdsl, VoDSL, POTS/ISDN... - IP client: là các thiết bị đầu cuối IP hỗ trợ các giao thức H323, SIP. các đầu cuối này có thể thực hiện những cuộc gọi Multimedia trong mạng của nó hay gọi thoại ra mạng PSTN thông qua softswitch. Các đầu cuối này có thể là IP phone, PBX trên nền IP... 16/163

19 Bài 3: Các dịch vụ trong mạng NGN Giới thiệu Sự cạnh tranh gay gắt trong lĩnh vực mạng thông tin diễn ra trong khoảng 5-10 năm trở lại đây. Khi sự cạnh tranh gia tăng, điều đặc biệt quan trọng đối với các công ty là xác định vị trí thích hợp để mang lại thuận lợi cho khả năng cốt lõi của mình và để chuẩn bị cho môi trường truyền thông mới đang nổi lên. Trong môi trường cạnh tranh này, sự hoà nhập, liên kết và cạnh tranh của các thành viên mới tham gia vào thị trường phải hoạt động tích cực để tìm ra phương thức mới để giữ và/hoặc thu hút hầu hết các khách hàng có lợi (lucrative subscribers). Các nhà cung cấp dịch vụ hiện nay đang cố gắng tìm ra sự khác nhau giữa chúng trong bối cảnh cạnh tranh mở rộng này bằng cách tìm kiếm các phương thức mới để đóng nhãn và đóng gói các dịch vụ, thực hiện việc giảm các chi phí hoạt động, và vị trí đem lại lợi thế cho chính bản thân họ, trong mối quan hệ cạnh tranh. Sự hội tụ của điện thoại và Internet Mạng thế hệ sau (Next Generation Network - NGN) có thể được hiểu là mạng dựa trên mạng chuyển mạch gói nơi mà chuyển mạch gói và các phần tử truyền thông (như các bộ định tuyến, chuyển mạch và cổng) được phân biệt một cách logic và vật lý (physic) theo khả năng điều khiển thông minh dịch vụ hoặc cuộc gọi. Khả năng điều khiển thông minh này thường hỗ trợ cho tất cả các loại dịch vụ trên mạng truyền thông chuyển mạch gói, bao gồm mọi dịch vụ từ các dịch vụ thoại cơ bản (basic voice telephony services) đến các dịch vụ dữ liệu, hình ảnh, đa phương tiện, băng rộng tiên tiến (advanced broadband), 17/163

20 và các ứng dụng quản lý - management applications), nó có thể được hiểu là một kiểu khác của dịch vụ mà NGN cung cấp. Từ góc độ người sử dụng, các mạng hiện nay đã trở thành một phương tiện, để thực hiện mục đích là cho phép kết nối giữa con người và máy móc ở bất cứ khảng cách nào. Cần phải xét các vấn đề liên quan đến mạng NGN như: kiểu truy nhập ví dụ như lai ghép cáp đồng trục-quang lai HFC, đường dây thuê bao số không đối xứng ADSL, vô tuyến,... và mạng truyền tải (backbone) được thiết kế như thế nào?; Có thể dựa trên IP (Internet Protocol), ATM (Asynchronous Transfer Mode),... Quản lý và vận hành được điều khiển như thế nào trong môi trường mới?. Mặc dù các câu hỏi trên là quan trọng cấp thiết, nhưng vấn đề quan trọng nhất được đưa ra là nhằm vào các vấn đề liên quan đến dịch vụ NGN và cách thực hiện chúng trong môi trường NGN như thế nào?. 18/163

21 Các dịch vụ kỹ thuật, công nghệ NGN Ứng dụng làm SS7, PRI Gateway ( giảm tải Internet ): ứng dụng này nhằm vào các nhà khai thác dịch vụ thoại, những doanh nghiệp đang tìm ki'm một giải pháp giá thành thấp cho chuyển mạch kênh truyền thống để cung cấp giao diện PRI cho các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) phục vụ các đường truy nhập Dial-up. Hiện nay khi nhu cầu truy cập internet bùng nổ, các ISP có khuynh hướng mở rộng các kết nối PRI giữa Access Server của họ nối với các tổng đài chuyển mạch số làm cho các nhà cung cấp dịch vụ nhanh chóng cạn h't cổng PRI hiện có. Mặt khác nó còn cung cấp các dịch vụ như mạng riêng ảo VPN cho ph p người sử dụng quay số truy cập vào các mạng Lan (kết hợp với mạng IP của nhà cung cấp) như Intranet, Extranet, dịch vụ này rất hữu dụng cho những người đi công tác xa. Bên cạnh việc thiếu các kênh PRI, lưu lượng truy cập Internet qua đường dail-up làm quá tải và tắc nghẽn cho mạng chuyển mạch kênh. Bởi vì chuyển mạch kênh vốn được thiết k' để phục vụ các cuộc gọi có độ dài trung bình ngắn, nên khi khoảng thời gian trung bình tăng thêm do truy cập Internet, có xu hướng làm giảm tài nguyên tổng đài hoặc cung cấp cho các ISP các kênh PRI có lưu lượng tải thấp. Sơ đồ truy cập Internet qua PRI Ứng dụng Softswitch làm SS7 PRI Gateway là một trong những giải pháp trong tình huống này. Mô hình truy cập Internet qua PRI và SS7 được thể hiện trên hình 2.3,2.4, trong đó khi một thuê bao khởi tạo một cuộc gọi tới ISP thông qua phần mềm máy tính, GW sẽ kết cuối phiên PPP, nó cung cấp cho user một địa chỉ IP, trong dải địa chỉ IP của nó. Sau đó số bị gọi được gửi cho Softswitch, và Softswitch sẽ ra lệnh cho GW truyền thông kích hoạt thủ tục login vào mạng thông qua phương thức RAS, báo hiệu giữa MG và MGC là MGCP. Thông thường trong thủ tục login vào mạng thì sẽ 19/163

22 thực hiện những thủ tục sau nhận thực truy cập Authentication, nhận thực sử dụng dịch vụ Authorization, tính cước Accouting qua AAA Server. Sơ đồ truy cập Internet qua trung kế SS7 Các công nghệ chuyển mạch mềm - Softswitch Những hạn chế của tổng đài chuyển mạch kênh Hiện nay cơ sở hạ tầng chuyển mạch viễn thông công cộng bao gồm rất nhiều mạng, công nghệ và các hệ thống khác nhau, trong đó hệ thống chuyển mạch kênh sử dụng công nghệ gh p kênh phân chia theo thời gian (TDM-Time Division Multiplex) đã phát triển khá toàn diện về dung lượng, chất lượng và quy mô mạng lưới. Mạng PSTN ngày nay nói chung đáp ứng được rất tốt nhu cầu dịch vụ thoại của khách hàng. Tuy nhiên trong lĩnh vực cung cấp dịch vụ thoại còn có nhiều vấn đề chưa được giải quyết một các thực sự thoả đáng, chưa nói đến những dịch vụ mới khác. Trong mạng chuyển mạch kênh ngày nay, chỉ có các khách hàng cỡ vừa và lớn được hưởng lợi từ sự cạnh tranh trong thị trường dịch vụ viễn thông, họ có thể thuê một số luồng E1 để đáp ứng nhu cầu của mình. Các khách hàng doanh nghiệp nhỏ, cỡ 16 line trở xuống được hưởng rất ít ưu đãi. Trong khi đó thị trường các khách hàng nhỏ mang lại lợi nhuận khá lớn cho các nhà khai thác dịch vụ. Các nhà khai thác vẫn thu được rất nhiều từ các cuộc gọi nội hạt thời gian ngắn, từ các cuộc gọi đường dài, và từ các dịch vụ tuỳ chọn khác như Voic . Hiện nay, tất cả các dịch vụ thoại nội hạt đều được cung cấp thông qua các tổng đài nội hạt theo công nghệ chuyển mạch kênh, đơn giản bởi vì chẳng có giải pháp nào khác. Chính điều này là cản trở đối với sự phát triển của dịch vụ, bởi những nguyên nhân chính sau đây: 20/163

23 Không có sự phân biệt dịch vụ: Các tổng đài bao giờ cũng chỉ cung cấp tập các dịch vụ cho người sử dụng như đợi cuộc gọi đến, chuyển cuộc gọi, xác định số chủ gọi, hạn chế cuộc gọi. Hầu hết các dịch vụ này đều đã tồn tại từ nhiều năm qua, các dịch vụ hoàn toàn mới tương đối hiếm. Thứ nhất bởi vì sẽ rất tốn k m khi phát triển và thử nghiệm các dịch vụ mới, thứ hai cũng bởi vì tập các dịch vụ hiện có đã bao hàm hầu hết các khả năng mà một khách hàng có thể thực hiện trên các nút bấm điện thoại của mình. Giới hạn trong phát triển mạng Thông thường sơ đồ đấu nối của mạng tổng đài chuyển mạch kênh là hình cây, được thể hiện trên hình 1.1, ở trên là các tổng đài quốc tế, đến tổng đài Toll, tổng đài tandem, tổng đài host. Cứ mỗi tổng đài mới được lắp thì nó phải nối với các tổng đài đài cấp cao hơn với sơ đồ đầu nối phức tạp, mỗi hướng kết nối thì phải tạo riêng các luồng truyền dẫn để kết nối với hai tổng đài điều này gây khó khăn cho việc đấu nối chuyền dẫn, mặt khác khi bổ xung tổng đài mới thì lưu lượng thoại ở các trung kế nối các tổng đài lớp trên ngày càng cao đến một lúc nào đó thì phải nâng cấp mở rộng dung lượng của trung kế đó. Khi khai mới một đầu số trong toàn mạng thì phải khai hết tất cả trong các tổng đài, điều này gây mất rất nhiều thời gian và có thể gặp những sự cố không đáng có... Mô hình tổ chức của mạng viễn thông thường thấy hiện nay là : một mạng tổng đài TDM cấp thấp nhất (lớp 5, tổng đài nội hạt, MSC của mạng di động...) được nối với nhau bằng một mạng lưới trung kế điểm-điểm khá phức tạp và nối tới tổng đài chuyển tiếp cấp cao hơn (lớp 3, 4). 21/163

24 Cấu trúc mạng và báo hiệu của mạng PSTN. Một số cuộc gọi (ví dụ như truy nhập hộp thư thoại hay quay số bằng giọng nói...) lại được định tuyến trực tiếp tới tổng đài chuyển tiếp để sử dụng các tài nguyên tập trung phục vụ cho các dịch vụ cao cấp. Kiến trúc này đã được sử dụng nhiều năm nay, và cũng đã được cải tiến rất nhiều nhằm phục vụ các ứng dụng thoại, tuy nhiên vẫn có một số giới hạn: Chi phí điều hành và bảo dưỡng cao, mất thời gian; việc định lại cấu hình và nâng cấp mạng lưới phải tiến hành liên tục nhằm để tránh bị nghẽn mạng, hơn nữa luôn phải thiết lập mạng lớn hơn nhu cầu thực tế cho các tổng đài chuyển tiếp. Các trung kế điểm-điểm hoạt động với hiệu suất không cao vì chúng được thiết kế để hoạt động được trong những giờ cao điểm, và những giờ cao điểm này lại khác nhau trong các vùng của mạng (ví dụ ở thành phố là ban ngày còn ở ngoại ô lại là buổi đêm). Nếu có nhiều tổng đài chuyển tiếp trong mạng, mỗi tổng đài đó lại nối với một nhóm các tổng đài nội hạt, cuộc gọi có thể phải chuyển qua nhiều tổng đài chuyển tiếp để đến được nơi lưu giữ tài nguyên mạng (như trong trường hợp dịch vụ hộp thư thoại) Trong mạng NGN các tổng đài TDM sẽ được thay thế bằng các tổng đài chuyển mạch mềm(softswitch). Kết nối các softswitch là mạng chuyển mạch gói đa dịch vụ IP/ATM/ 22/163

25 MPLS. Phần tiếp cận thuê bao của mạng NGN là các BAN (Broadband Access Node) và IAD (Integrated Access Device) hỗ trợ các loại đầu cuối như máy tính, máy điện thoại IP, máy điện thoại thông thường... Mạng NGN giao tiếp với các mạng khác như mạng PSTN và mạng di động qua các Media Gateway. Những lợi ích của Softswitch Mạng thế hệ sau có khả năng cho ra đời những dịch vụ giá trị gia tăng hoàn toàn mới hội tụ ứng dụng thoại, số liệu và video. Các dịch vụ này hứa hẹn đem lại doanh thu cao hơn nhiều so với các dịch vụ truyền thống. Do các dịch vụ của NGN được viết trên các phần mềm. Do đó việc triển khai, nâng cấp, cũng như việc cung cấp các dịch vụ mới cũng trở nên dễ dàng. Khả năng thu hút khách hàng của mạng NGN rất cao, từ sự tiện dụng hội tụ cả thoại dữ liệu, video đến hàng loạt các dịch vụ khác mà nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp cho khách hàng, thêm nữa họ có khả năng kiểm soát các dịch vụ thông tin của mình điều này làm cho khách hàng luôn luôn thoả mãn và lệ thuộc hơn vào nhà cung cấp dịch vụ, cơ hội kinh doanh của nhà cung cấp sẽ lớn hơn, và ổn định hơn. Giảm chi phí xây dựng mạng: Khi xây dựng một mạng hoàn toàn mới cũng như mở rộng mạng có sẵn, thì mạng chuyển mạch mềm có chỉ phí ít tốn k m hơn nhiều so với mạng chuyển mạch kênh. Điều này làm cho trở ngại khi tham gia thị trường của những nhà khai thác dịch vụ mới không còn lớn như trước nữa. Hiện nay, sự cạnh tranh giữa các nhà khai thác dịch vụ chính là những dịch vụ gì mà họ có thể cung cấp cho khách hàng, và độ hài lòng của khách hàng khi sử dụng những dịch vụ đó, nên hầu hết các nhà khai thác đều tập trung đầu tư vào việc viết phần mềm phát triển dịch vụ. Giảm chi phí vận hành bảo dưỡng và quản lý mạng hiệu quả hơn Các dịch vụ chuyển mạch gói: Mobile IP, TCP, UDP, Multimedia Transport, IP Application signalling protocols + Mobile IP Nguyên lý hoạt động của IP di động: Như đã biết là trong mạng, mỗi một thiết bị, một nút mạng sẽ được gắn liền với một địa chỉ IP nhất định. Trong một quá trình liên lạc, địa chỉ IP chính là điểm gắn vật lý với Internet. Do đó khi một CN (correspondent node) gửi một gói tin đến một nút di động MN (Mobile Node), gói đó được định tuyến đến mạng thường trú của MN (home network), không phụ thuộc vào vị trí của MN vì các máy CN không có thông báo gì về sự di động này. Để cho gói tin ấy vẫn đến được MN, đó chính là vai trò củamip. Các khái niệm: Khi MN đang trong mạng thường trú, nó được phân 23/163

26 phối một địa chỉ IP thường trú. Khi đó quá trình liên lạc diễn ra bình thường: nút di động MN nhận các gói thông tin và trả lời chúng như một máy chủ thông thường. - Nếu MN đi khỏi mạng thường trú, thì MN cần có một đại diện thay mặt nó. Đại diện này là đại diện thường trú HA (Home Agent). Dễ hiểu là vai trò của HA là nhận thông tin gửi đến MN và tiếp tục gửi nó đến đúng địa chỉ mới của MN. - Để làm được như vậy thì MN, khi đi khỏi nơi thường trú, phải có một địa chỉ tạm trú, gọi là CoA, và thông báo địa chỉ này cho HA để biết địa điểm hiện hữu của MN. Có nhiều cách để có địa chỉ này, nhưng tiện nhất là MN có địa chỉ này từ một đại diện. Đại diện này được gọi là đại diện tạm trú FA (Foreign Agent). Nguyên tắc hoạt động : Khi một MN ra khỏi mạng thường trú. Làm thế nào để MN biết là nó đi ra khỏi mạng thường trú cũng như tìm đại diện mới nếu đã ở mạng khách? HA và FA thường xuyên gửi quảng bá một gói tin để "coucou, tôi đang ở đây". Gói tin này được gửi broadcast và gửi theo chu kỳ. Nhờ đó mà MN phát hiện là nó đang ở mạng khác, và nó sẽ tiến hành quá trình tìm kiếm đại diện tạm trú của nó. Ngoài ra MN cũng có thể gửi yêu cầu lên Agent để bảo agent gửi broadcast thông tin. Cả quá trình này được biết đến với tên là Agent Discovery. - Một khi đã nhận được thông tin về FA (địa chỉ...), nó có thể bắt đầu liên lạc với FA. MN gửi yêu cầu đăng ký thông qua FA đến HA để được lưu động trong một thời gian. Yêu cầu này đến MN (thông qua FA) cho phép hoặc từ chối việc đăng ký này. - Nếu HA cho phép sự đăng ký này, nó sẽ làm việc như người được ủy nhiệm của MN. Khi mạng nơi ở gốc của MN nhận được các gói tín hiệu có địa chỉ đến MN. HA nhận những gói này (dùng ARP ủy nhiệm) đóng gói chúng lại và tiếp tục gửi tới địa chỉ của FA mà MN đã đăng ký. FA sẽ mở các gói tin này và gửi tới MN vì nó biết MN đang ở đó một cách chính xác. HA dùng phương pháp "đóng gói" gói để chuyển thông tin cho MN bằng cách dùng thêm phần mào đầuip (IP header) của gói và chuyển theo đường hầm (tunelling) đến MN. - Quá trình tiếp diễn cho đến khi hết thời hạn đã đăng ký (hoặc MN chuyển đến vị trí mới). Khi xảy ra hiện tượng hết hạn, MN phải đăng ký lại với HA của nó thông qua FA (nếu MN có thì nó hoạt động như FA của nó). Khi MN chuyển đến mạng khác, nó gửi một yêu cầu đăng ký mới qua FA mới. Trong trường hợp này HA sẽ thay đổi địa chỉ nhờ chuyển CoA của MN và nó sẽ gửi tiếp các gói đã đóng gói tới địa chỉ nhờ chuyển CoA. - Khi MN trở về mạng thường trú, nó không cần di động nữa, nó gửi một yêu cầu đăng ký lại đến HA, nói rõ rằng nó đang "ở nhà" để không thực hiện đường hầm và dọn bỏ các địa chỉ nhờ gửi trước đây. Tại điểm này, MN không phải đăng ký lại nữa cho tới khi nó chuyển khỏi mạng 24/163

27 Sơ đồ download từ nhà cung cấp dịch vụ Khi có 1 khối dữ liệu download từ nhà cung cấp dịch vụ. 1 MS thuộc về vùng định tuyến của 1 PDSN có 1 địa chỉ IP gọi là M, 1 server thuộc về internet có 1 địa chỉ IP gọi là S. PDSN duy trì 1 ánh xạ logic giữa nhận dạng MS với địa chỉ M. Với 2 địa chỉ M và S thì việc trao đổi gói số liệu không gặp khó khăn khi MS ở trong 1 vùng định tuyến nhưng khi MS chuyển sang một vùng định tuyến mới của PDSN khác thì những gói số liệu từ Server chỉ có thể đến địa chỉ MS theo 1 cơ chế mới có sự hỗ trợ của HA và FA. HA là 1 router của mạng IP thường trú cho MS xét, khi MS chuyển sang vùng định tuyến khác thì HA phải biết vùng định tuyến mới của MS Lúc đó FA của mạng IP này thu các gói số liệu do HA chuyển tới để HA biết địa chỉ IP tạm thời của MS xét ( địa chỉ này gọi là địa chỉ T), MS nhận được địa chỉ T khi MS di động sang mạng tạm trú. Vậy MS phải đăng kí với FA để FA tạo ra địa chỉ T cho MS đồng thời FA thông báo địa chỉ T cho HA biết Với cơ chế trên, các Server của internet không cần biết MS đang ở đâu, di động sang vùng định tuyến nào mà vẫn trao đổi số liệu với MS như phục vụ các clien cố định 25/163

28 TCP :là một giao thức "cú liờn kết" (connection - oriented), nghĩa là cần phải thiết lập liờn kết giữa hai thực thể TCP trước khi chỳng trao đổi dữ liệu với nhau. Một tiến trỡnh ứng dụng trong một mỏy tớnh truy nhập vào cỏc dịch vụ của giao thức TCP thụng qua một cổng (port) của TCP. Số hiệu cổng TCP được thể hiện bởi 2 bytes UDP (User Datagram Protocol): là giao thức theo phương thức không liên kết được sử dụng thay thế cho TCP ở trên IP theo yêu cầu của từng ứng dụng. Khác với TCP, UDP không có các chức năng thiết lập và kết thúc liên kết. Tương tự như IP, nó cũng không cung cấp cơ chế báo nhận (acknowledgment), không sắp xếp tuần tự các gói tin (datagram) đến và có thể dẫn đến tình trạng mất hoặc trùng dữ liệu mà không có cơ chế thông báo lỗi cho người gửi. Qua đó ta thấy UDP cung cấp các dịch vụ vận chuyển không tin cậy như trong TCP 26/163

29 Các dịch vụ người sử dụng trong NGN Xu hướng và các đặc trưng của dịch vụ NGN Mặc dù thật khó để dự đoán trước các ứng dụng tương lai là gì, nhưng chúng ta có thể chỉ ra các đặc trưng và các khả năng của dịch vụ mà nó sẽ là quan trọng trong môi trường NGN bằng cách rà soát các xu hướng công nghiệp liên quan đến dịch vụ hiện nay. Một điều chắc chắn là chúng ta đang chuyển từ chuyển mạch trên cơ sở TDM, mạng chuyển mạch kênh sang mạng dựa trên chuyển mạch gói (packet-based networks), mạng dựa trên truyền tải tế bào, khung (cell-based, frame-based). Tuy nhiên, các thay đổi này là trong mạng truyền tải và chúng ta sẽ xem xét ở mức dịch vụ. Các nhà cung cấp dịch vụ mạng truyền thống đã cung cấp phương tiện truyền thông tin trên thị trường rộng lớn giữa các người sử dụng đầu cuối, với các khả năng sử dụng các dịch vụ giá trị gia tăng khác nhau. Các dịch vụ này hướng tới các cuộc gọi thoại băng hẹp, với kết nối đơn điểm - điểm cho mỗi cuộc gọi. Dù sao, các dịch vụ này đã làm thay đổi nhanh chóng đến kinh tế thế giới, và thông tin cũng được coi như là tài nguyên cơ sở. Trong khi các dịch vụ đang tồn tại sẽ vẫn được các nhà cung cấp dịch vụ duy trì, thì khách hàng lại sẽ hướng đến các dịch vụ đa phương tiện băng rộng và các dịch vụ mang nhiều thông tin. Người sử dụng đầu cuối sẽ tương tác với nhau thông qua mạng qua thiết bị nhà riêng thuê bao CPE thông minh và có thể chọn trên một phạm vi rộng chất lượng dịch vụ và dải tần. Trong tương lai, mạng thông minh sẽ không chỉ liên quan đến các đường kết nối thông minh dựa trên cơ sở dữ liệu đơn giản mà còn có thể mang lại nhiều giá trị rộng lớn (Ví dụ: quản lý phiên đa phương tiện, phối hợp các kết nối đa công nghệ, điều khiển/quản lý thông minh, bảo mật cao, các dich vụ chỉ dẫn trực tuyến, các tác tử giám sát...). Sự phát triển của các dịch vụ truyền thông hiện nay sẽ hướng đến việc các nhà cung cấp dịch vụ sẽ phải có sự mềm dẻo để có thể phục vụ được cả thị trường lớn và nhỏ. Các quyết định về việc cung cấp dịch vụ của họ có thể có nhiều vấn đề phải quyết như giá cả, việc đóng gói, tiếp thị và sự thuận tiện như là các dịch vụ thực tế họ cung cấp. Khi có nhiều phương tiện truyền tin, nhà cung cấp dịch vụ, nhà cung cấp thiết bị và các doanh nghiệp thương mại khác, tất cả phối hợp để cung cấp các dịch vụ cho người sử dụng đầu cuối, liên mạng và các hệ thống thương mại sẽ trở nên càng quan trọng. Mục đích chính sẽ là cho phép người sử dụng có thể lấy thông tin họ muốn ở bất kỳ dạng nào, trong bất kỳ điều kiện nào, tại bất kỳ thời điểm nào, tại bất kỳ đâu, và bất kỳ kích cỡ nào. Dựa trên cơ sở các xu hướng đề cập đến ở trên, dưới đây là trình bày một số đặc trưng dịch vụ quan trọng trong môi trường NGN: 27/163

30 - Liên lạc thông tin rộng khắp, thời gian thực, đa phương tiện - đảm bảo độ tin cậy, thân thiện trong việc liên kết mọi người, truy nhập tốc độ cao và truyền tải thông tin với bất kỳ phương tiện nào, bất kỳ thời gian nào, bất kỳ đâu, và trong bất kỳ kích cỡ nào. - Nhiều cá thể thông minh (personal intelligence) được phân bố trên toàn mạng. Ta có thể hiểu nó như các tác tử thông minh (intelligent agents) thay mặt cho các cá nhân trên mạng (các ứng dụng thay thế con người). - Nhiều mạng thông minh (network intelligence) được phân bố trên toàn mạng. Các phần tử mạng thông minh phân tán trên toàn mạng. Nó bao gồm các ứng dụng cho phép truy nhập và điều khiển các dịch vụ mạng. Nó cũng có thể thực hiện các chức năng cụ thể thay mặt cho nhà cung cấp dịch vụ hoặc mạng. Ta có thể hiểu nó như một tác tử quản lý (management agents) mà nó có thể giám sát tài nguyên 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 diện 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. - Quản 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. Các dịch vụ chính trong NGN Dịch vụ dữ liệu Chú ý đến việc thiết lập kết nối thời gian thực giữa các đầu cuối, cùng với các đặc tả giá trị gia tăng (như dải tần theo yêu cầu, tính tin cậy và nhanh phục hồi kết nối, các kết nối chuyển mạch ảo (SVCs), và quản lý dải tần/điều khiển cuộc gọi). 28/163

31 Dịch vụ mạng riêng ảo Dịch vụ mạng riêng ảo - Thoại VPNs (voice VPNs) cải thiện khả năng mạng cho phép các tổ chức phân tán về mặt địa lý, mở rộng hơn và có thể phối hợp các mạng riêng đang tồn tại với các phần của mạng PSTN. - Dữ liệu VPNs (data VPNs): cung cấp thêm các khả năng bảo mật và các đặc tả mạng nó cho phép khách hàng sử dụng địa chỉ IP chia sẻ như một VPN. Dịch vụ đa phương tiện Cho phép nhiều người có thể tương tác với nhau qua thoại, video, và/hoặc dữ liệu. Nó cho phép vừa nói chuyện vừa hiển thị thông tin. Các dịch vụ khác + Tính toán mạng công cộng (Public Network Computing - PNC) Cung cấp các dịch vụ tính toán dựa trên cơ sở mạng công cộng cho thương mại và các khách hàng. Ví dụ nhà cung cấp mạng công cộng có thể cung cấp các khả năng lưu trữ và xử lý riêng (như tổ chức trang web, lưu trữ/bảo trì/sao lưu các file số liệu hoặc chạy một ứng dụng tính toán). Như một sự lựa chọn, các nhà cung cấp dịch vụ mạng công cộng có thể cung cấp các dịch vụ thương mại cụ thể (như lập kế hoạch tài nguyên xí nghiệp ERP (Enterprise Resource Planning), dự báo thời gian - time reporting, hoá đơn chứng thực - vouchers, v.v...) hoặc các ứng dụng của khách hàng (TaxCut, kitchen remodeling program, v.v...), với tất cả hoặc một phần các lưu trữ và xử lý xảy ra trên mạng. Nhà 29/163

32 cung cấp mạng công cộng có thể tính tiền theo giờ, ngày, tuần... phí bản quyền đối với dịch vụ (rent-an-app) + Bản tin hợp nhất (unified messaging) Hỗ trợ cung cấp các dịch vụ voice mail, , fax mail, pages qua các giao diện chung. Thông qua các giao diện như vậy, người sử dụng sẽ truy nhập, cung như là được thông báo, các loại bản tin khác nhau (voice mail, , fax mail, v.v...), độc lập với phương tiện truy nhập (có thể là hữu tuyến hoặc máy di động, máy tính, hoặc thiết bị dữ liệu vô tuyến). + Môi giới thông tin (infomation brokering) Bao gồm quảng cáo, tìm kiếm và cung cấp thông tin đến các khách hàng tương ứng với nhà cung cấp. Ví dụ như khách hàng có thể nhận thông tin trên cơ sở các tiêu chuẩn cụ thể hoặc trên cơ sở các tham chiếu cá nhân,... + Thương mại điện tử (E-commerce) Cho phép khách hàng mua hàng hoá, dịch vụ được xử lý bằng điện tử trên mạng; có thể bao gồm cả việc xử lý tiến trình, kiểm tra thông tin thanh toán tiền, cung cấp khả năng bảo mật Ngân hàng tại nhà và đi chợ tại nhà nằm trong danh mục các dịch vụ này; bao gồm cả các ứng dụng thương mại - thương mại (ví dụ như quản lý dây truyền cung cấp và các ứng dụng quản lý tri thức). Dịch vụ thương mại điện tử còn được mở rộng sang lĩnh vực di động. Đó chính là dịch vụ thương mại điện tử di động (m-commerce - Mobile commerce). Có nhiều khái niệm khác nhau về m-commerce, nhưng ta có thể hiểu dịch vụ thương mại điện tử di động là dịch vụ cho phép ta tham gia vào thị trường thương mại điện tử (mua và bán) qua các thiết bị di động cầm tay. + Các dịch vụ chuyển cuộc gọi (Call Center Service) Một thuê bao có thể chuyển một cuộc gọi thông thường đến trung tâm phân phối cuộc gọi bằng cách kích chuột trên một trang Web. Cuộc gọi có thể được định đường đến một tác nhân (agent) thích hợp, mà nó có thể được nằm bất cứ ở đâu thậm chí cả ở nhà (như trung tâm cuộc gọi ảo - virtual call centers). Các cuộc gọi thoại và các tin nhắn có thể được xếp hàng giống nhau đến các agent. Các agent có các truy nhập điện tử đến khách hàng, danh mục, nguồn cung cấp và thông tin yêu cầu, có thể được truyền qua lại giữa khách hàng và agent. + Trò chơi tương tác trên mạng (interactive gaming) 30/163

33 Cung cấp cho khách hàng một phương thức gặp nhau trực tuyến và tạo ra các trò chơi tương tác (ví dụ như video games) + Thực tế ảo phân tán (Distributed Virtual Reality) Tham chiếu đến sự thay mặt được tạo ra có tính chất kỹ thuật của các sự kiện, con người, địa điểm, kinh nghiệm... của thế giới thực, ở đó các người tham dự và các các nhà cung cấp kinh nghiệm ảo là phân tán về địa lý. Các dịch vụ này yêu cầu sự phối hợp rất phức tạp của các tài nguyên khác nhau. 31/163

34 Kiến trúc phân lớp của dịch vụ NGN Khái niệm kiến trúc phân lớp được tập trung vào môi trường NGN. Trước tiên, NGNs phân tách dễ dàng điều khiển dịch vụ/phiên bởi các phần tử truyền tải thông tin cơ sở. Điều này cho phép các phương tiện truyền tải thông tin lựa chọn (với các tình huống đặc biệt của chúng) các thành phần truyền tải tốt nhất độc lập từ các phần mềm điều khiển tốt nhất ( best-in-breed ). Như hình 4, điều khiển NGN có thể sau đó được phân tách thành điều khiển đặc tả, điều khiển dịch vụ/phiên, và điều khiển kết nối. Sự phân tách giữa truy nhập, dịch vụ và điều khiển phiên trong lớp dịch vụ cho phép mỗi phiên được xử lý một cách độc lập với các phiên khác. Như vậy, đa phiên dịch vụ có thể được bắt đầu từ đơn phiên truy nhập. Cũng như vậy, các phiên truyền thông có thể được xử lý riêng rẽ với phiên dịch vụ nói chung mà chúng là bộ phận (bằng cách đó cho phép điều khiển cuộc gọi và kết nối một cách riêng rẽ). Điều quan trọng nhất, các sự phân tách này cho phép các dịch vụ được phát triển độc lập với phương tiện truyền thông cơ sở và các kiểu kết nối. Giao diện các dịch vụ mở/giao diện lập trình ứng dụng (API) Hình 4 cũng chỉ ra một số thuộc tính quan trọng khác của kiến trúc dịch vụ thế hệ sau, như tính tin cậy của nó trên các giao diện và kiến trúc mở). Nói riêng, môi trường phát triển mở dựa trên giao diện lập trình ứng dụng (API) sẽ cho phép các nhà cung cấp dịch vụ, các nhà phát triển ứng dụng, và người sử dụng đầu cuối tiềm năng tạo và giới thiệu các ứng dụng một cách nhanh chóng. Nó sẽ làm tăng khả năng giới thiệu các dịch vụ mới bằng cách đưa đến nhà cung cấp dịch vụ nhiều khả năng điều khiển hơn trên xử lý hướng dẫn dịch vụ và cho phép sử dụng lại các thành phần ứng dụng đang tồn tại. Nó cũng sẽ mở ra các cơ hội tạo và phân phối dịch vụ đến các khách hàng rộng lớn. Khả năng ta để cung cấp các dịch vụ mới và sáng tạo sẽ chỉ bị giới hạn bởi chính sự sáng tạo của chúng ta. 32/163

35 Kiến trúc phân lớp/giao diện dịch vụ mở 33/163

36 Bài 4: Các công nghệ mạng tốc độ cao Các đặc điểm của mạng 10BaseX Ethernet 10 Base -5: Cáp đồng trục béo max 50m 10 Base -2: Cáp đồng trục gầy max ~200m Topology: Bus Tốc độ truyền tải tối đa: 10 Mbps Chiều dài tối đa của một nhánh mạng: 185 mét Sử dụng cáp RG - 58 (cáp đồng trục gầy), đường kính 0,2 inch (5 mm), 50 Ω Sử dụng BNC connector và T connector, 2 Terminator 50 Ω. Một trong 2 Terminator phải nối đất Số node mạng tối đa: 30 node Khoảng cách tối thiểu giữa node: 0,5 mét 10 Base -T: Dùng cáp xoắn đôi (twisted pair) CAT 3 Sơ đồ kết nối 10 Base -T Topology: Sao - Star 34/163

37 Tốc độ truyền tải tối đa: 10 Mbps Sử dụng cáp UTP CAT 3 trở lên Sử dụng 4 sợi - 2 đôi, 1 đôi truyền - 1 đôi nhận Sử dụng 4 pin: 1, 2, 3, 6 Sử dụng đầu nối: RJ45 Độ dài tối đa của một đoạn cáp UTP: 100 mét Số node trên một đoạn cáp: 1 node Sơ đồ nối dây Sơ đồ Sơ đồ nối dây T568A Pin 1: White Green / Rx+ Pin 2: Green / Rx- Pin 3: White Orange / Tx+ Pin4: Blue Pin5: White Blue Pin 6: Orange / Tx- Pin 7: White Brown 35/163

38 Pin 8: Brown T568B Pin 1: White Orange / Tx+ Pin 2: Orange / Tx- Pin 3: White Green / Rx+ Pin4: Blue Pin5: White Blue Pin 6: Green / Rx- Pin 7: White Brown Pin 8: Brown 10 Base -5: Dùng cáp sợi quang 10 Base-T Ví dụ: Sử dụng hub trung tâm, Cáp TP CAT 3 (4 cặp dây xoắn) 36/163

39 Các đặc điểm của Fast Ethernet (100BaseT) Mạng hình sao, độ dài cáp 100m 100Base-T4: Cáp TP CAT 3 100Base-TX: Cáp TP CAT 5 100Base-FX: Cáp sợi quang Mạng hình sao, độ dài cáp 100m 37/163

40 Mạng Ethernet Gigabit và 10 Gigabit (IEEE 802.3z a e) Gigabit Ethernet 1Gbps Gigabit Ethernet cho phép mạng truyền số liệu tới tốc độ 1000Mbps mà sử dụng dây cable theo tiêu chuẩn Cat 5 UTP (Unshielded Twisted Pair). Làm thế nào mà dây cable CAT 5 - chỉ có thể truyền 100Mbps - mà có thể truyền được 1000Mbps. Dây cable Ethernet Cat 5 có 4 cặp dây ( Four pairs ), nhưng theo tiêu chuẩn truyền số liệu 10BaseT và 100BaseT chỉ sử dụng 4 dây ( hai cặp dây ). Một cặp dây được dùng để truyền số liệu và một cặp dây khác được dùng để nhận số liệu. Theo chuẩn của Ethernet, sử dụng kỹ thuật chống lại nhiễu điện trường gọi là khử nhiễu. Khi có dòng điện chạy trên dây dẫn, nó sẽ phát ra trường điện từ xung quanh dây dẫn đó. Nếu trường điện từ đủ lớn nó sẽ tạo ra một dòng điện chạy bên trong của dây dẫn bên cạnh và sẽ làm hỏng số liệu mà đang được truyền trong dây dẫn bên cạnh đó. Vấn đề này người ta gọi là nhiễu xuyên âm. Để khử nhiễu người ta truyền cùng một tín hiệu hai lần, tín hiệu thứ hai gọi là mirored - mang cực đảo - để so sánh với tín hiệu đầu tiên. Như hình dưới đây : 38/163

41 Do đó khi nhận hai tín hiệu, thiết bị nhận có thể so sánh hai tín hiệu này, nếu tín hiệu là đúng thì tức là mirored. Sự khác nhau giữa hai tín hiệu là nhiễu, rất đơn giản thiết bị nhận sẽ biết đó là nhiễu và huỷ tín hiệu này. Dây +TD gọi là dây để truyền hín hiệu. Dây +RD gọi là dây để nhận tín hiệu Dây -TD và -RD là dây tín hiệu đảo của +TD và +RD Truyền số liệu : Theo chuẩn 10BaseT mỗi Bit mà máy tính muốn truyền là một mã vật lí duy nhất được truyền đi, có nghĩa là một nhóm truyền 8 Bit thì có 8 mức tín hiệu được truyền trong dây dẫn. Nếu tốc độ truyền 10Mbps thì tốc độ xung nhịp là 10MHz, bởi vì một xung là một Bit được truyền. Chuẩn 100BaseT sử dụng mã hoá gọi là 8B/10B, ở đó mỗi một nhóm số liệu 8Bit được mã hoá thành tín hiệu 10 Bit. Do đó sự khác với 10BaseT là mỗi một Bit không trực tiếp đại diện cho một tín hiệu trên dây dẫn. Nêu ta làm một phép toán để tốc độ truyền 100Mps thì tốc độ xung nhịp của đồng hồ là 125MHz ( 10/8 x 100 ). Do đó tiêu chuẩn của dây cable Cat 5 có tốc độ xung nhịp đồng hồ là 125MHz. Như thế Gigabit Ethernet đã thay đổi mã hoá tín hiệu như thế nào, để thay thế từ một Bit một tín hiệu ở tiêu chuẩn 10BaseT hoặc 8 bit thành 10 tín hiệu theo tiêu chuẩn 100BaseT. 39/163

42 Do vậy một tín hiệu truyền Gigabit trên cable đại diện cho hai Bit số liệu. Nói một cách khác, thay thế chỉ dùng hai mức điện áp mà đại diện đơn thuần là 0 hoặc 1 thành 4 mức điện áp để đại diện cho 00, 01, 10, 11. Thay thế sử dụng 4 dây trên cable, Gigabit Ethernet sử dụng tất cả các dây dẫn. Vấn đề chính ở đây là tất cả các cặp dây đều sử dụng kiểu Bi-directional. Như chúng ta đã thấy 10BaseT và 100BaseT đều sử dụng những cặp dây khác nhau để truyền hoặc nhận tín hiệu, trong dây cable Gigabit Ethernet có vài cặp sử dụng cả hai vừa để truyền và vừa để nhận số liệu. Gigabit Ethernet vẫn sử dụng dây cable Cat5, và xung nhịp đồng hồ là 125MHz, nhưng nó truyền nhiều số liệu trong cùng một thời gian. 125 MHz x 2 bit mức tín hiệu ( một cặp dây ) x 4 tín hiệu một lần = 1000Mps. Kỹ thuật điều chế tín hiệu này gọi là 4D-PAM5 ( Four Dimensional - Pulse Amplitude Modulation 5 ),nó dùng 5 mức điện áp khác nhau ( điên áp thứ 5 được dùng trong kỹ thuật kiểm tra lỗi ). Từ những vấn đề trên bạn cần chú ý Gigabit Ethernet không phải có xung đồng hồ 1000MHz mà nó là 1000Mbps, nó chạy với xung đồng hồ 125Mhz như Fast Ethernet (100BaseT), nó đạt được tốc độ 1000Mpbs bởi vì nó truyền hai Bits một lần và dùng 4 cặp dây cable. Bảng dưới đây bạn có thể kiểm tra Cable đầu ra : BI có nghĩa là Bi-directional ( hai hướng, thu và nhận ). DA, DB, DC, Đ có nghĩa là Data A, Data B, Data C, Data D Ngày nay một vài Mainboard đã tích hợp luôn cổng Gigabit Ethernet. Một vài Mainboard phục vụ cho High-end có thể có 02 cổng này. 40/163

43 Một vài Mainboard phục vụ cho High-end Một vấn đề ở chỗ Chip Gigabit Ethernet nối với hệ thống như thế nào. Nếu nối với chuẩn PCI Bus, nó có thể không đạt được tốc độ lớn nhất. Bus PCI làm việc với xung đồng hồ lớn nhất là 133MHz, trong khi Gigabit Ethernet làm việc với xung đồng hồ 125MHz, có nghĩa là Bus PCI vừa với Gigabit Ethernet, nhưng một vấn đề rất quab trong là Bus PCI lại chia xẻ cho những thành phần khác của hệ thống, như vậy sẽ làm giảm băng thông của Bus. Để giải quyết vấn đề trên thì PCI Express là hợp lí. PCI Express là kết nối Point - to - point có nghĩa là không chia xẻ băng thông và có xung nhịp đồng hồ 250MHz, như vậy PCI Express là phù hợp với Gigabit Ethernet.. Làm thế nào để Chip Gigabit Ethernet kết nối được, thì có 03 phương án sau đây : Đơn giản nhất là có PCI Express trên Mainboard, nếu không có thì phải kết nối với kênh PCI Bus. Cách thứ hai tìm kiếm tính năng kỹ thuật của Mainboard để tìm kiếm thông tin này. Cách thứ ba là tìm kiếm những nhà sản xuất Chip điều khiển Gigabit Ethernet (VIA, Marvell, 3Com... ) và tìm kiếm Mainboard phù hợp Khởi nguồn từ hơn 25 năm qua, Ethernet đã đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cho các mạng chuyển mạch gói. Do chi phí thấp, độ tin cậy đã thử thách trong nhiều năm, việc cài đặt và bảo trì tương đối đơn giản, nên Ethernet ngày càng được sử dụng nhiều trong các hệ thống mạng. Để đáp ứng yêu cầu về tốc độ, Ethernet đã thích ứng để xử lý nhiều tốc độ nhanh hơn cũng như những yêu cầu về dung lượng đi kèm theo chúng. IEEE 802.3ae* 2002 (chuẩn Ethernet 10 Gigabit) [1] khác biệt với các chuẩn Ethernet trước đây ở một số điểm như chỉ được thực hiện trên cáp sợi quang và chỉ hoạt động trong chế độ song công toàn phần (fullduplex mode). Với Ethernet 10 Gigabit, các giao 41/163

44 thức phát hiện xung đột là không cần thiết. Hiện nay, Ethernet có thể xử lý cho đến 10 Gbit/s trong khi vẫn bảo đảm duy trì các thuộc tính Ethernet cơ bản như định dạng gói tin và các khả năng hiện có và có thể dễ dàng chuyển sang chuẩn mới. Chuẩn Ethernet 10 Gigabit: Chuẩn Ethernet 10 Gigabit mở rộng các giao thức chuẩn IEEE 802.3ae* lên tới tốc độ đường truyền là 10 Gbit/s và mở rộng phạm vi ứng dụng của Ethernet như bao gồm cả các liên kết tương thích WAN. Chuẩn Ethernet 10 Gigabit cho phép tăng băng thông đáng kể trong khi vẫn duy trì khả năng tương thích tối ưu với nền tảng đã được cài đặt của các giao diện chuẩn 802.3, bảo toàn vốn đầu tư trước đó trong nghiên cứu, phát triển và duy trì những nguyên tắc đang tồn tại của hoạt động và quản lý mạng.dưới mô hình OSI (Open Systems Interconnection), về cơ bản Ethernet nằm ở giao thức lớp 1 và lớp 2. Ethernet 10 Gigabit vẫn giữ lại kiến trúc Ethernet cơ bản, bao gồm giao thức MAC [2], định dạng khung Ethernet và kích thước tối thiểu và tối đa của khung. Đúng như Ethernet Gigabit, 1000BASE-X [1] và 1000BASE-T [1], tiếp nối mô hình Ethernet chuẩn, Ethernet 10 Gigabit tiếp tục cuộc cách mạng Ethernet về mặt tốc độ và khoảng cách, trong khi vẫn giữ lại kiến trúc Ethernet đã được sử dụng trong các đặc tả Ethernet khác. Từ khi Ethernet 10 Gigabit là công nghệ chỉ chạy full-duplex (song công toàn phần), nó không cần đến giao thức CSMA/CD [3] được sử dụng trong những công nghệ Ethernet trước đó (ở một vài khía cạch nào đó, Ethernet 10 Gigabit tương xứng với mô hình Ethernet nguyên thuỷ). Các thành phần kiến trúc của chuẩn 802.3ae* Tại lớp vật lý (lớp 1 của mô hình OSI), một thiết bị lớp vật lý Ethernet (PHY) kết nối môi trường truyền là cáp quang hay cáp đồng với lớp MAC [2] thông qua một công nghệ ghép nối (xem Hình 5-41). Ngoài ra, kiến trúc Ethernet chia lớp vật lý thành ba lớp con là PMD (Physical Medium Dependent), PMA (Physical Medium Attachment) và PCS (Physical Coding Sublayer). Các PMD cung cấp kết nối vật lý và báo hiệu cho môi trường truyền; ví dụ các máy thu phát quang (optical transceiver) là các PMD. PCS bao gồm mã hoá (ví dụ như 64B/66B) và một serializer hay multiplexor (bộ dồn kênh). 42/163

45 Chuẩn IEEE 802.3ae* định nghĩa hai kiểu PHY: PHY LAN và PHY WAN. Chúng cung cấp cùng chức năng hoạt động, ngoại trừ PHY WAN có một tập tính năng mở rộng trong PCS cho phép kết nối với một số mạng khác. Thị trường Ethernet 10 Gigabit Công nghệ Ethernet hiện tại là công nghệ được triển khai nhiều nhất cho các môi trường LAN tốc độ cao. Các doanh nghiệp trên toàn thế giới đã đầu tư cáp, thiết bị, quy trình và cả các khoá đào tạo chuyên về Ethernet. Ngoài ra, sự hiển diện của Ethernet ở khắp mọi nơi đã giữ cho giá thành của nó ở mức thấp và với mỗi sự triển khai của công nghệ Ethernet thế hệ tiếp theo, các chi phí cho triển khai có chiều hướng giảm. Trong các mạng ngày nay, sự tăng lưu lượng mạng trên toàn cầu đang định hướng cho các nhà cung cấp dịch vụ, các nhà quản trị và thiết kế mạng doanh nghiệp chú ý hơn đến các công nghệ mạng tốc độ cao để giải quyết các nhu cầu băng thông ngày càng tăng. Hiện tại Ethernet 10 Gigabit có tốc độ nhanh gấp 10 lần so với Ethernet Gigabit. Với việc bổ sung Ethernet 10 Gigabit vào họ các công nghệ Ethernet, một mạng LAN bây giờ có thể đạt được các khoảng cách xa hơn và có thể hỗ trợ các ứng dụng cần nhiều băng thông hơn. Ethernet 10 Gigabit cũng làm thoả mãn một số tiêu chí về tốc độ, hiệu quả và là sự lựa chọn đương nhiên cho sự phát triển, mở rộng và nâng cấp các mạng Ethernet hiện tại: Một cơ sở hạ tầng Ethernet hiện thời của khách hàng có thể hoạt động một cách dễ dàng với Ethernet 10 Gigabit. Công nghệ mới cung cấp giá thành thấp bao gồm cả việc thu lời và hỗ trợ giá so với các công nghệ lựa chọn hiện tại. Việc sử dụng các qui trình xử lý, các giao thức và các công cụ quản trị đã sẵn sàng được triển khai và Ethernet 10 Gigabit cho thấy các công cụ quản lý quen thuộc và một nền tảng kỹ năng phổ thông. Tính linh hoạt trong việc thiết kế mạng với các kết nối máy chủ, thiết bị chuyển mạch và bộ định tuyến. Nhiều nguồn cung cấp các sản phẩm dựa trên cơ sở các chuẩn có thể hoạt động cùng nhau đã được thử thách trong một thời gian dài. Trong khi Ethernet 10 Gigabit đang thâm nhập thị trường và các nhà cung cấp thiết bị chuyển giao các thiết bị mạng Ethernet 10 Gigabit, bước tiếp theo cho các mạng doanh nghiệp và các mạng của nhà cung cấp dịch vụ là sự kết hợp băng thông multi-gigabit với các dịch vụ thông minh, dẫn đến các mạng phân cấp, thông minh, multi-gigabit với các liên kết xương sống và máy chủ trong phạm vi đến 10 Gbit/s. Hội tụ các mạng tiếng nói và dữ liệu chạy trên Ethernet trở thành một lựa chọn thực tế. Và trong khi TCP/IP hợp nhất các dịch vụ và các tính năng nâng cao, như tiếng nói và hình ảnh được đóng gói, Ethernet cơ bản có thể cũng mang theo các dịch vụ này mà không cần phải sửa đổi. 43/163

46 Chuẩn Ethernet 10 Gigabit không chỉ tăng tốc độ của Ethernet lên 10 Gbit/s, mà còn mở rộng khả năng liên kết với nhau và phạm vi hoạt động của nó lên đến 40 km. Giống như Ethernet Gigabit, chuẩn Ethernet 10 Gigabit (IEEE 802.3ae*) hỗ trợ cả hai môi trường truyền cáp sợi quang là singlemode [4] và multimode [4]. Tuy vậy, để cho 10 Gigabit, khoảng cách cho cáp quang single-mode được mở rộng từ 5 km trong Ethernet Gigabit lên đến 40 km trong Ethernet 10 Gigabit. Lợi thế của việc đạt được khoảng cách mới cho phép các công ty quản lý LAN của bản thân họ có thể mở rộng trung tâm dữ liệu lên đến 40 km tính từ các campus (khu trường) của họ. Điều đó cho phép họ hỗ trợ nhiều campus hơn trong phạm vi 40 km. Các ứng dụng cho Ethernet 10 Gigabit Các nhà cung cấp và người dùng đều cho rằng chi phí cho Ethernet là không đắt, hiểu rộng ra có nghĩa việc triển khai rộng khắp tương thích với những thứ đã có trong các mạng LAN hiện tại. Ngày nay một gói tin khi rời khỏi một máy chủ trên một cổng Ethernet Gigabit, được truyền đi trong phạm vi quốc gia qua một mạng DWDM (Dense- Wave Division Multiplexing)[5] và tìm thấy đường đi của nó đến một PC được gắn vào một cổng cáp đồng Gigabit, tất cả không cần phải đóng gói lại hay chuyển đổi giao thức. Ethernet theo nghĩa đen có nghĩa ở khắp mọi nơi và Ethernet 10 Gigabit duy trì sự chuyển giao liên tục về mặt chức năng cho bất cứ ứng dụng nào mà Ethernet áp dụng vào. Ethernet 10 Gigabit được sử dụng cho các mạng máy chủ (server area network) hay các mạng vùng lưu giữ (storage area network), theo truyền thống là vùng các mạng chuyên dụng giữ độc quyền với những nền tảng người dùng tương đối nhỏ khi so sánh với Ethernet. Các mạng vùng máy chủ này cho một băng thông tuyệt vời đối với các mạng phạm vi nhỏ (thường nhỏ hơn 20 m). Tuy vậy, chúng là những mạng giữ độc quyền rất khó triển khai và bảo trì. Mạng dung lượng nhỏ cũng dẫn đến chi phí cao hơn cho các bộ tiếp hợp máy chủ và các bộ chuyển mạch. Như với bất cứ giải pháp giữ độc quyền nào, chúng không thể hoạt động cùng với các công nghệ khác mà không cần đến các bộ định tuyến và các thiết bị chuyển mạch thích hợp. Trong các mạng vùng lưu trữ, việc thiếu các chuẩn và một số vấn đề về khả năng hoạt động cùng nhau gây khó khăn khi triển khai Fibre Channel ban đầu. Tuy nhiên, những công nghệ này cũng gặp phải một số vấn đề tương tự như đã xảy ra trong các mạng vùng máy chủ giữ độc quyền do thiếu đầu tư. Tóm lại, Ethernet 10 Gigabit được sử dụng để thay thế các công nghệ độc quyền và như một thế hệ kế tiếp liên kết các mạng vùng máy chủ và lưu trữ với nhau do một vài lý do: - Ethernet 10 Gigabit cho một băng thông thiết yếu. - Hợp nhất máy chủ dẫn đến tiét kiệm giá thành. 44/163

47 - Sự tăng trưởng có kế hoạch của các tính năng mạng 10 Gigabit. Ngoài ra, việc triển khai toàn bộ công nghệ TOE (TCP/IP Offload Engine) [6] được chờ đợi trong các adapter Ethernet 10 Gigabit có thể làm cho nó đặc biệt hiệu quả trên các hệ thống máy chủ với việc tận dụng CPU mong muốn như đã thấy trên các hệ thống hiện thời đang triển khai Ethernet Gigabit. Do tốc độ thoả thuận trong phạm vi rộng của Ethernet, công nghệ TOE sẽ trở thành vô cùng hiệu quả về giá thành khi so sánh với các mạng dung lượng thấp hơn. 10 Gigabit Ethernet cho các mạng bộ (LAN) Công nghệ Ethernet luôn là một công nghệ được triển khai nhiều nhất cho các môi trường LAN tốc độ cao. Với việc mở rộng Ethernet 10 Gigabit trong họ các công nghệ Ethernet, các LAN có thể hỗ trợ tốt hơn khi tăng số lượng các ứng dụng đói băng thông và đạt được khoảng cách xa hơn. Tương tự như Ethernet Gigabit, chuẩn 10 Gigabit hỗ trợ môi trường truyền quang ở cả hai chế độ single-mode và multimode [4]. Với các liên kết lên đến 40 km, Ethernet 10 Gigabit cho phép các công ty quản lý các môi trường LAN của bản thân họ có khả năng lựa chọn vị trí cho trung tâm dữ liệu và các khu máy chủ (server farm) trong phạm vi 40 km tính từ các campus của họ. Điều đó cho phép họ hỗ trợ nhiều khu trường hơn trong phạm vi này (Hình 2). Bên trong các trung tâm dữ liệu, các ứng dụng switch-to-switch cũng như switch-to-server có thể được triển khai nhờ một môi trường truyền quang sinh lãi multi-mode để tạo ra các xương sống Ethernet 10 Gigabit hỗ trợ đắc lực sự tăng liên tục các ứng dụng đói băng thông. Sử dụng Ethernet 10 Gigabit (10 GbE) trong các môi trường LAN mở rộng.với xương sống 10 Gigabit, các công ty có thể dễ dàng hỗ trợ kết nối Ethernet Gigabit trong các máy trạm và máy để bàn để làm giảm tắc nghẽn trên mạng, cho phép thực thi các ứng dụng cần nhiều băng thông. Ethernet 10 Gigabit cũng cải thiện độ trễ cho mạng, do tốc độ của liên kết cung cấp quá băng thông cần thiết để bù vào sự bùng nổ dữ liệu trong các 45/163

48 ứng dụng doanh nghiệp. Băng thông đường trục 10 Gigabit cũng tạo điều kiện cho thế hệ tiếp sau của các ứng dụng mạng phát triển. Nó hỗ trợ việc chăm sóc sức khoẻ từ xa, truyền hình, hội nghị truyền hình số... sẽ thay thế khả năng điều khiển từ xa trong tương lai. Và cả những thứ như HDTV (high definition television), video-ondemand hay trò chơi trên Internet.Ethernet 10 Gigabit cho phép các doanh nghiệp giảm tắc nghẽn trên mạng, tăng cường sử dụng các ứng dụng cần nhiều băng thông và cho ra những quyết định mang tính chiến lược hơn về vị trí các thiết bị kết nối mạng chủ yếu do sự mở rộng mạng LAN của họ trong phạm vi 40 km Khởi nguồn từ hơn 25 năm qua, Ethernet đã đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cho các mạng chuyển mạch gói. Do chi phí thấp, độ tin cậy đã thử thách trong nhiều năm, việc cài đặt và bảo trì tương đối đơn giản, nên Ethernet ngày càng được sử dụng nhiều trong các hệ thống mạng. Để đáp ứng yêu cầu về tốc độ, Ethernet đã thích ứng để xử lý nhiều tốc độ nhanh hơn cũng như những yêu cầu về dung lượng đi kèm theo chúng. Ethernet 10 Gigabit cho các mạng vùng đô thị (MAN) và các ứng dụng lưu giữ Ethernet Gigabit đã được triển khai như một công nghệ xương sống cho các mạng đô thị dark fiber [7]. Với các giao diện Ethernet 10 Gigabit thích hợp như máy thu phát vô tuyến quang và cáp sợi quang singlemode, các nhà cung cấp dịch vụ mạng và Internet có khả năng xây dựng các liên kết rộng tới 40 km hay hơn (Hình 3) bao quanh các vùng đô thị với các mạng trải rộng trên toàn thành phố. Ethernet 10 Gigabit hiện cho phép cơ sở hạ tầng tốc độ cao, sinh lời cho cả NAS (network attached storage) và SAN (storage area networks). Các máy chủ lưu giữ Ethernet Gigabit, các thư viện băng (tape) và các máy chủ tính toán luôn ở tư thế sẵn sàng; các thiết bị điểm cuối Ethernet 10 Gigabit chẳng bao lâu nữa sẽ xuất hiện trên thị trường. Có nhiều các ứng dụng cho Ethernet Gigabit ngày nay như back-up và database mining. Một số trong các ứng dụng đó sẽ nắm lấy lợi thế của Ethernet 10 Gigabit là Business continuance/disaster recovery, Remote back-up, Storage on demand và Streaming media. Ethernet 10 Gigabit trong các mạng diện rộng WAN Ethernet 10 Gigabit cho phép các ISP (Internet service provider) và NSP (network service provider) tạo ra các liên kết tốc độ rất cao với giá thành rất thấp từ các thiết bị chuyển mạch và bộ định tuyến trong phạm vi công ty cho đến thiết bị quang gán trực tiếp vào SONET/SDH [8]. Ethernet 10 Gigabit với PHY WAN cũng chấp nhận cấu trúc các WAN kết nối về mặt địa lý với các LAN phân tán giữa các khu trường (campus) hay các POP (points of presence) thông qua các mạng SONET/SDH/TDM [8] hiện tại. Các liên kết Ethernet 10 Gigabit giữa một thiết bị chuyển mạch của nhà cung cấp dịch vụ và 46/163

49 một thiết bị DWDM (Dense-Wave Division Multiplexing)[5] hay LTE (line termination equipment)[9] trong thực tế rất gần (< 300 mét). Sử dụng cáp sợi quang trong Ethernet 10 Gigabit Các thiêt bị PMD (Physical-Media-Dependent) Chuẩn IEEE 802.3ae* cung cấp một lớp vật lý (physical layer) hỗ trợ các khoảng cách liên kết đặc trưng cho môi trường truyền là cáp sợi quang. Để đối phó với các mục tiêu khoảng cách, bốn thiết bị PMD được chọn. - Một PMD serial 1310 nm hỗ trợ cáp quang single-mode với một khoảng cách tối đa 10 km - Một PMD serial 1550 nm hỗ trợ cáp quang single-mode với một khoảng cách tối đa 40 km. - Một PMD serial 850 nm hỗ trợ cáp quang multimode với một khoảng cách tối đa 300 m. - Một PMD WWDM[13] 1310 nm hỗ trợ một khoảng cách tối đa 10 km cho cáp sợi quang single-mode cũng như một khoảng cách tối đa 300 m cho cáp sợi quang multimode.cáp sợi quang: Có hai loại cáp sợi quang, cáp sợi quang multimode và singlemode, được sử dụng hiện thời trong kết nối mạng dữ liệu và các ứng dụng truyền thông. Công nghệ Ethernet 10 Gigabit, như định nghĩa trong chuẩn IEEE 802.3ae*, hỗ trợ cả hai kiểu cáp sợi quang này. Tuy vậy, các khoảng cách được hỗ trợ tuỳ vào các kiểu cáp sợi quang và bước sóng (nm) được thực thi trong ứng dụng. Trong các ứng dụng cáp sợi quang single-mode, chuẩn IEEE 802.3ae hỗ trợ 10 km với kiểu truyền 1310 nm và 40 km với kiểu truyền 1550 nm. Với cáp sợi quang multimode, các khoảng cách này không dễ xác định do tính đa dạng các kiểu cáp sợi quang và cách thức mỗi kiểu được xác định. Cáp sợi quang multimode thông thường được xác định bởi lõi (core)[15] và đường kính của lớp sơn phủ (cladding)[14]. Chẳng hạn, cáp sợi quang với lõi 62.5 micron và đường kính lớp sơn phủ 125 micron thuộc loại cáp sợi quang 62.5/125. Yếu tố khác có ảnh hưởng đến khoảng cách trong cáp sợi quang multimode là thông tin mang dung lượng (được đo bằng MHz-km) xác định khoảng cách và tốc độ đo bằng bit tại nơi mà một hệ thống có thể hoạt động (ví dụ 1 Gbit/s hay 10 Gbit/s). Khoảng cách một tín hiệu được truyền giảm đi trong khi tốc độ truyền tăng lên. Khi thực hiện cáp sợi quang multimode cho các ứng dụng Ethernet 10 Gigabit, sự am hiểu các khả năng về khoảng cách là một thành phần quan trọng cho các giải pháp Ethernet 10 Gigabit. Tương lai của Ethernet 10 Gigabit 47/163

50 IEEE 802.3* mới đây đã thành lập hai nhóm nghiên cứu để điều tra nghiên cứu Ethernet 10 Gigabit cho cáp đồng. Nhóm nghiên cứu 10GBASE-CX4 đang phát triển một chuẩn cho truyền và nhận các tín hiệu XAUI (X-Attachment Unit Interface, X chỉ 10 Gbit/ s) qua một cáp twinax 4 đôi. Mục đích của nhóm nghiên cứu này là cung cấp một chuẩn cho một giải pháp chi phí thấp trong nội bộ rack (giá để) và rack-to-rack. Hi vọng trong vòng một năm chuẩn này có thể hoàn thành. Nhóm nghiên cứu 10GBASE-T cũng đang phát triển một chuẩn cho truyền và nhận Ethernet 10 Gigabit thông qua một Category 5 hay tốt hơn là cáp đồng UTP (unshielded twisted pair) có khoảng cách 100 m. Thời gian cho việc thực hiện này có thể kéo dài hơn việc thực hiện 10GBASE-CX4 và dự kiến hoàn thành trong cuối năm 2005 hay đầu năm Ethernet đã vượt qua thử thách của thời gian để trở thành công nghệ kết nối mạng được chấp nhận rộng khắp trên toàn cầu. Với việc ra đời các thiết bị phụ thuộc mạng và sự tăng trưởng với số lượng lớn các ứng dụng cần nhiều băng thông, các nhà cung cấp dịch vụ theo đuổi các giải pháp kết nối mạng hiệu suất cao hơn có thể làm đơn giản hoá và làm giảm chi phí toàn bộ của công việc kết nối mạng, như vậy việc cho phép phân biệt dịch vụ sinh lời, trong khi vẫn duy trì độ tin cậy ở mức cao. Chuẩn Ethernet 10 Gigabit IEEE 802.3ae* đã chứng minh để trở thành một giải pháp vững chắc cho những thách thức về công nghệ kết nối mạng. Ethernet 10 Gigabit là một cuộc cách mạng tất yếu của chuẩn tồn tại trong một thời gian dài IEEE 802.3* về mặt tốc độ và khoảng cách. Ngoài ra, để tăng dần tốc độ đường truyền cho các mạng doanh nghiệp, nó mở rộng những giá trị đã kinh qua thử thách của Ethernet và mang lại lợi nhuận cho các mạng vùng đô thị (MAN) và mạng diện rộng (WAN). Một cơ sở hạ tầng tối ưu Ethernet đang được tổ chức trong các vùng đô thị và nhiều vùng đô thị hiện tại là sự tập trung phát triển mạng cường độ cao có xu hướng chia xẻ các dịch vụ Ethernet quang. Ethernet 10 Gigabit đang trong lộ trình của hầu hết thiết bị chuyển mạch, bộ định tuyến và các nhà cung cấp hệ thống quang vùng đô thị nhằm: - Sinh lãi, kết nối mức Gigabit giữa thiết bị truy nhập của khách hàng và các POP của nhà cung cấp dịch vụ với định dạng Ethernet vốn có. - Truy nhập đơn giản, với mức giá thấp, tốc độ cao vào cơ sở hạ tầng mạng cáp quang vùng đô thị. - Liên kết các khu trường đại học trên cơ sở mạng vùng đô thị thông qua cơ sở hạ tầng dark fiber [7], nhắm vào các khoảng cách từ 10 đến 40 km. - Các mạng cáp quang đầu cuối với các hệ thống quản lý công cộng.802.3ae Chuẩn IEEE cho Ethernet 10 Gigabit, 802.3ab Chuẩn IEEE cho Ethernet Gigabit UTP (1000BASE-T), 802.3z Chuẩn IEEE cho Ethernet Gigabit (1000BASE-X). 48/163

51 MAC (Media Access Control) Lớp con điều khiển truy nhập đường truyền cung cấp một kết nối logic giưa các client MAC của bản thân nó và trạm ngang hàng. Trách nhiệm chính là khởi tạo, điều khiển và quản lý kết nối với trạm ngang hàng. Lớp MAC (MAC layer) của giao thức 10 Gigabit sử dụng cùng địa chỉ Ethernet và các định dạng khung như các tốc độ khác và sẽ hoạt động trong chế độ full-duplex. Nó hỗ trợ một tốc độ dữ liệu là 10 Gbit/s có sử dụng các cơ chế pacing để thích nghi tốc độ khi được kết nối với một PHY kiểu WAN. CSMA/CD (carrier-sensing multiple-access with collision detection) : Đa truy nhập bằng sóng mang với phát hiện xung đột. Đây là một cơ chế phát hiện xung đột của Ethernet khi phát các gói tin. "Singlemode & multimode : Trong công nghệ cáp quang, cáp sợi quang singlemode được thiết kế để truyền một tia sáng đơn hay chế độ ánh sáng như một sóng mang và được sử dụng cho truyền tín hiệu khoảng cách xa (nguồn sáng ở đây là một luồng sáng được tạo bởi đèn la-de). Cho khoảng cách gần, cáp sợi quang multi-mode được sử dụng. Cáp sợi quang multi-mode được dùng để truyền nhiều tia sáng hay nhiều chế độ ánh sáng xảy ra đồng thời, mà mỗi tia (hay chế độ) với một góc phản xạ khác nhau không đáng kể bên trong lõi của sợi quang (nguồn sáng là nhiều tia sáng được tạo bởi đèn LED). Cáp sợi quang multi-mode có đường kính lõi lớn hơn cáp sợi quang single-mode. DWDM (Dense-Wave Division Multiplexing) : Là một kỹ thuật sắp xếp dữ liệu vào cùng với nhau từ nhiều nguồn khác nhau trên một cáp sợi quang với mỗi tín hiệu được truyền tại cùng thời điểm trên bước sóng ánh sáng riêng biệt. Khi sử dụng DWDM, có đến 80 (về lý thuyết có thể nhiều hơn) bước sóng khác nhau hay kênh dữ liệu có thể được dồn vào một dòng ánh sáng (lightstream) được truyền trên một cáp sợi quang. Mỗi kênh mang một tín hiệu TDM (time division multiplexed). DWDM cũng còn được gọi là WDM (wave division multiplexing). DWDM hứa hẹn giải quyết vấn đề "fiber exhaust" (cạn kiệt nguồn sáng) và là công nghệ trong tất cả các mạng cáp quang trong tương lai. TOE (TCP/IP Offload Engine) : Là một công nghệ đang giành được ưa chuộng trong các hệ thống Ethernet tốc độ cao nhằm mục đích tối ưu hoá thông lượng. Các thành phần của TOE được tích hợp vào một trong những mảng mạch như NIC (network interface card) hay HBA (host bus adapter). Dark fiber Một cơ sở hạ tầng cáp sợi quang (bao gồm cáp và các thiết bị lặp tín hiệu repeater) hiện đang tồn tại nhưng chưa được sử dụng. Cáp sợi quang vận chuyển thông tin dưới dạng các xung ánh sáng, ở đây "dark" có nghĩa không có xung ánh sáng được gửi đi. Chẳng hạn một số tiện ích cho việc cung cấp điện đã thiết đặt cáp sợi quang tại nơi đã có đường cáp điện đi qua với mục đích cho thuê cơ sở hạ tầng cho các công ty điện thoại và truyền hình cáp hay sử dụng nó để nối các văn phòng của họ với nhau. Để mô tả những cài đặt này chưa được sử dụng, người ta dùng từ dark. Dịch vụ "Dark 49/163

52 fiber" là dịch vụ được cung cấp bởi các LEC (local exchange carrier) để duy trì dung lượng truyền bằng cáp sợi quang giữa những vị trí thuê bao. SONET/SDH/TDM: Synchronous Optical Network/Synchronous Digital Hierarchy/ Time Division Multiplexing. SONET là một chuẩn của American National Standards Institute để truyền dữ liệu đồng bộ trên môi trường truyền là cáp sợi quang. Tương đương với SONET về mặt quốc tế là SDH (synchronous digital hierarchy). Cùng nhau, chúng đảm bảo các chuẩn sao cho các mạng số có thể nối với nhau trên bình diện quốc tế và các hệ thống truyền quy ước đang tồn tại có thể nắm lấy lợi thế của môi trường cáp sợi quang. SONET cung cấp các chuẩn cho một số lượng lớn các tốc độ truyền cho đến Gbit/s (tốc độ truyền thực tế vào khoảng 20 Gbit/s). SONET định nghĩa một tốc độ cơ sở là Mbit/s và một tập tốc độ cơ sở được biết dưới tên Ocx (Optical Carrier levels)." Trong đó OC-192 là một tốc độ của SONET nối liền với một tốc độ tải (payload rate) bằng Gbit/s, chủ yếu được sử dụng trong các môi trường WAN. LTE (Line Termination Equipment) MMF (Multimode Fiber), SMF (Single-mode Fiber) WDM ( Wavelength Division Multiplexing) WIS (WAN Interface Sublayer) WWDM (Wide-Wavelength Division Multiplexing) : Một kỹ thuật được sử dụng để truyền hiệu quả nhiều bước sóng (ví dụ các màu của ánh sáng) từ nhiều nguồn la-de đi qua một sợi quang. Mỗi một nguồn la-de sẽ được xác định kích cỡ để gửi một bước sóng quang duy nhất. Cladding (lớp sơn phủ) : Chất liệu bao quanh core (lõi) của một sợi quang. cladding có một chỉ số khúc xạ thấp hơn (tốc độ nhanh hơn) chỉ số khúc xạ được sử dụng để giữ ánh sáng trong core. cladding và core tạo thành một kết cấu để dẫn sóng quang. Core (lõi) : Lõi trung tâm của một cáp sợi quang mà qua đó ánh sáng được truyền đi. Nó có chỉ số khúc xạ cao hơn (tốc độ chậm hơn) chỉ số khúc xạ của lớp sơn phủ (cladding) bao quanh nó. 50/163

53 40 and 100 Gbps Ethernet initiatives Một tổ nhóm của IEEE là High Speed Study Group (HSSG), đã nghiên cứu và đưa ra tốc độ tiếp theo cho chuẩn Ethernet, và đã bỏ phiếu chọn 100G Ethernet cho tốc độ chuẩn mới, với hai lựa chọn là 40Gbps và 100Gbps. Tổ chức IEEE sẽ làm việc và đưa ra chuẩn hoá của 100G Ethernet dựa trên khoảng cách 6 dặm (tương đương hơn 15 KM) trên đường truyền cáp quang Singer-mode và 100 mét với đường truyền cáp quang dạng Multi-mode. Với sự phê chuẩn của 100G Ethernet, bước tiếp theo là của việc hoàn tất quá trình áp dụng công nghệ mới 100G Ethernet mới này vào điều kiện thực tế của các hãng sản xuất phần cứng và yếu tố thương mại của chuẩn công nghệ này, điều này được John D'Ambrosia, trưởng IEEE HSSG và là một nhà khoa học của Force 10 Networks đưa ra. "Sẽ có rất nhiều việc từ bây giờ đến lúc đưa ra sản phẩm thương mại, nhưng đó là một công việc không khó khăn với chúng tôi, và là trong lộ trình phát triển công nghệ" D'Ambrosia nói, thêm vào đó việc tiến hành chính thức có thể phải đến tháng 6 năm Một sản phẩm được hoàn tất theo chuẩn 100G Ethernet đầu tiên có thể sẽ phải đến năm 2009 hay "Việc tiếp theo là dự án đưa vào chuẩn 802". ông nói thêm đề cập đến vấn đề IEEE phải làm hỗ trợ với Working Groups để đưa ra chuẩn cho nền tảng mạng mới, nó sẽ ảnh hưởng đến tất cả các chuẩn truyền qua dây dẫn của Ethernet và Token Ring cho tới wireless LANs và WiMax. Việc cần thiết đưa ra chuẩn 100G Ethernet là do nhu cầu phát triển của IP video và quá trình phát triển các ứng dụng của Web 2.0 và đảm bảo đường truyền cho Internet. Các công ty như YouTube hiện nay đã tích hợp những công nghệ như 10Gbps nhưng quá trình phát triển là rất nhanh, và việc đảm bảo đường truyền là vấn đề sống còn của các công ty cung cấp các giải pháp giải trí thì việc phát triển công nghệ mạng mới là cần thiết. Việc khó khăn với 100G sẽ loại những công nghệ Ethernet trước đây như các chuẩn Megabit-per-second sẽ không còn xuất hiện trong các chuẩn tiếp theo nữa. Ví dụ trước đây các Ethernet có các chuẩn về tốc độ như các công nghệ bao gồm: Fast Ethernet, dựa trên công nghệ 100Mbps FDDI và tiếp đến là 10G Ethernet, sử dụng nền tảng 9,9 Gbps OC-192 SONET. Mỗi dạng chuẩn, kết quả của chuẩn Ethernet có thể mượn các thành phần và các công nghệ được sử dụng không phải dựa trên các chuẩn của Ethernet. Trong khi một so sánh chuẩn 100Mbps sẽ không tồn tại trong công nghệ mới này, D'Ambrosia đoán trước được những khó khăn đặt ra với chuẩn 100G. Một chuẩn 100G sẽ được sử dụng để truyền dữ liệu - nhiều module 10Gbps với tín hiệu được truyền qua cáp quang, D'Ambrosia nói. "Đã đến lúc công nghệ 10G cần phải thay thế" và chỉ cần một kết nối để thay thế cho nhiều đường liên kết 10Gbps, D'Ambrosia nói. "Tất cả mọi 51/163

54 người tại HSSG sẽ là nguồn động viên để đưa công nghệ sớm nhất này có thể áp dụng cho các sản phẩm thương mại, dựa trên chuẩn 100Gbps". Cách đây không lâu nhiều nhà sản xuất đã trình bày một dạng của chuẩn 100G Ethernet. Quá trình kiểm nghiệm đó là bước đệm của việc chuẩn hoá của Ethernet 100Gbps, nó được khai sinh từ công nghệ 10Gbps và truyền sử dụng cáp quang và tín hiệu là dạng sóng ánh sáng. So sánh các chuẩn hiện tại với bản thử nghiệm của 100G có những điểm "giống, và khác", điều này được đưa ra bởi Serge Melle, giám đốc marketing cho Infinera. "Liên kết cho phép bạn nhóm nhiều kênh tốc độ 10G lại với nhau nhưng nó giới hạn quá trình mở rộng", bởi vì tất cả tối là là 8 đường kết nối Melle nói. "Cái chúng tôi thử nghiệm thực tế là 100G tại tầng media access control". Quá trình thử nghiệm được sử dụng một chương trình Xylink (một bộ vi xử lý softwareprogrammable), nó làm việc thực tế với tầng vật lý tại tốc độ 100G Ethernet MAC layer. Quá trình truyền tải tại tầng này chỉ thực hiện được với khoảng cách truyền ngắn, và phụ thuộc vào các kênh truyền tốc độ 10Gbps, ngoài ra việc nhiều kênh truyền tốc độ 10G có nghĩa cùng lúc sẽ phải xử lý nhiều sóng ánh sáng điều này dẫn đến có thể mất mát gói tin trong khi truyền dữ liệu. Lịch sử chuẩn Ethernet của các chuẩn tốc độ, và con đường để đến với tốc độ 100G Ethernet. Năm 1999: đưa ra chuẩn IEEE 802.3ab cho Gigabit Ethernet sử dụng cáp đồng Tháng 6 năm 2006: Đưa ra chuẩn IEEE 802.3an cho 10 Gigabit Ethernet sử dụng cáp đồng Tháng 7 năm 2006: IEEE HSSG phát triển phiên bản mới của chuẩn Ethernet bao gồm, 40G và 100G Năm 2007: IEEE sẽ đưa ra một phiên bản 100G Ethernet Task Force 2009/2010: IEEE chính thức đưa ra chuẩn 100G Ethernet Base-TX: 4 cặp dây xoắn CAT Base-FX: Cáp sợi quang 52/163

55 100Mbps Crossover - 10baseT/100baseTX crossover ( shown as T568A ) 53/163

56 Gigabit Crossover - 10base-T/100base-TX/1000base-TX/T4 crossover (shown as T568B) 54/163

57 Bài 5: Địa chỉ IPv6 Tổng quát chung về địa chỉ IP Vào tháng 9 nǎm 1981, IPv4 (Internet Protocol version 4) - bộ giao thức nền tảng Internet - đã ra đời. Trong 20 nǎm tiếp theo chúng ta đã thật sự thoả mãn khi sử dụng IPv4. Phiên bản giao thức Internet hiện hành này có độ dài địa chỉ 32 bit và có thể lưu trữ khoảng trên bốn tỉ địa chỉ. Tại Bắc Mỹ, nơi diễn ra nhiều quá trình phát triển, đa số các xí nghiệp được cấp phát vùng địa chỉ IP quá lớn nên họ không cảm thấy có sự thiếu hụt về địa chỉ. Bên cạnh đó, các giải pháp CIDR (Classless Inter-Domain Routing), NAT (Network Address Translation) và những kỹ thuật tương tự cũng đã và đang trợ giúp giải quyết sự thiếu hụt này. Nhưng với phần còn lại của thế giới, nhu cầu địa chỉ ngày càng lớn. Sự phát triển nhanh chóng trên mạng Internet, kèm theo sự gia tǎng nhanh chóng của các thiết bị nhận biết IP có thể định tuyến toàn cầu như điện thoại chia ô (cellphone), trạm trò chơi video (video-game console) hay thiết bị trợ giúp cá nhân kỹ thuật số (PDA), và các nhu cầu kèm theo cho việc truy nhập Web không dây (vô tuyến) làm cho nguồn địa chỉ IP sẵn có ngày càng cạn kiệt. Chính vì điều này sơ đồ định địa chỉ sẽ phải thay đổi và mở rộng để có thể tạo ra nhiều địa chỉ hơn. Trong hoàn cảnh đó, thế hệ kế tiếp IPv6 (Internet Protocol version 6) - còn được biết dưới tên IPng - đang dần được hoàn thiện. Phiên bản giao thức Internet mới này được định nghĩa bởi IETF (Internet Engineering Task Force), tǎng độ dài địa chỉ Internet từ 32 đến 128 bit. Ngoài việc tǎng vùng địa chỉ, IPv6 còn làm tǎng thêm chất lượng dịch vụ (Quality of Service), an toàn bảo mật, cấu hình tự động và nhiều tính nǎng ưu việt khác. Lợi thế lớn nhất khi sử dụng IPv6 là việc tǎng vùng địa chỉ. Các địa chỉ IPv4 có độ dài 32 bit, được viết thành 4 nhóm 8 bit (1 byte); các địa chỉ IPv6 có độ dài 128 bit, được viết thành 8 nhóm 16 bit (2 byte). Một ưu điểm khác khi sử dụng IPv6 là bạn không còn cần phải ghi nhớ những địa chỉ IP nội bộ quan trọng, và đơn giản là bạn không có khả nǎng nhớ được. Ví dụ một địa chỉ IPv6 sẽ được biểu diễn như sau: E2A4 : C0FF : EE0B : EEF3 : 0924 : 00A3 : 0001 : A3B5. May thay, những chữ số 0 đầu tiên có thể được bỏ qua và địa chỉ này có thể được rút ngắn thành E2A4 : C0FF : EE0B : EEF3 : 924 : A3 : 1 : A3B5. Đây là một cải tiến quan trọng nhưng không phải là nhiều. Như vậy những địa chỉ IPv4 có thể được biểu thị trong khuôn dạng IPv6 một cách dễ dàng. Chẳng hạn, trong IPv6 ": : " mô tả địa chỉ IPv4 " ". Bạn sẽ không nhất thiết phải biến đổi địa chỉ IP từ cơ số 10 (decimal) sang cơ số 16 (hexadecimal). Hãy tin tưởng vào các hệ thống DNS của bạn để làm cho nó kết nối dễ dàng hơn với các máy chủ (host) nội bộ 55/163

58 Cấu trúc và đặc điểm các dạng địac hỉ IPv6 Địa chỉ Unicast Trong IPV4, không rõ ràng là một địa chỉ được gắn cho node hay gắn cho giao diện. IPV6 xác định rõ ràng rằng địa chỉ được cấu hình trên mỗi giao diện mạng. Địa chỉ unicast IPV6 có thể được phân loại theo phạm vi. Một phạm vi có nghĩa là một vùng ứng dụng. Phạm vi toàn cầu (global scope) có thể được sử dụng để giao tiếp trên toàn cầu, và phạm vi nội bộ (local scope) được sử dụng cho mục đích trong vòng một site. Link-local scope, được sử dụng trên một link nội bộ, Nói cách khác, nó có thể được sử dụng trong vòng giới hạn biên của router. Giả sử một node (host) được gắn vào một mạng IPV6 bằng một cáp Ethernet. Ethernet adapter sẽ có một địa chỉ link-local được cấu hình. Nếu node đó có kết nối IPV6 toàn cầu, thì giao diện Ethernet đó cần phải được cung cấp một địa chỉ unicast toàn cầu. Và giả sử nếu như phạm vi site-local được sử dụng trong tổ chức thì địa chỉ site-local cần phải được cấu hình. 10 bít đầu tiên của địa chỉ link-local luôn luôn là (tức là FE80::/10 theo dạng thức hexadecimal). 54 bít tiếp theo là 0, theo sau là định danh giao diện (interface ID) được tạo thành từ địa chỉ MAC trong trường hợp có Ethernet adapter. Địa chỉ linklocal được cấu hình ngay lập tức khi giao diện được gắn vào mạn. Nói cách khác, địa chỉ link-local được tạo đầu tiên, trước khi địa chỉ toàn cầu được cấu hình. Router ngăn những gói tin chứa địa chỉ link-local. Do vậy, địa chỉ link-local chỉ được sử dụng trên một link. Sử dụng phổ biến nhất của địa chỉ link-local là trong quá trình tự động cấu hình của địa chỉ unicast toàn cầu. Như đã nói ở trên, địa chỉ toàn cầu được cấu tạo từ định danh giao diện (interface ID) và tiền tố mạng (network prefix). Network prefix được nhận từ router tương ứng trên đường link, do vậy, node cần phải giao tiếp với router trước tiên. Địa chỉ link-local được sử dụng chính cho mục đích này. Địa chỉ site-local được xác định cấu hình trong một mạng cấu tạo bởi một số mạng con. 10 bít đầu tiên của địa chỉ site-local luôn luôn là (tức là FEC0::/10 theo dạng thức hexadecimal). 38 bít sau là 0, sau đó là 16 bit định danh mạng (subnet ID). Tuy nhiên, địa chỉ site-local nảy sinh một số vấn đề, bao gồm việc không rõ ràng trong định. 56/163

59 Địa chỉ Anycast Anycast là một dạng địa chỉ hoàn toàn mới trong IPV6. Dạng địa chỉ này không được gắn cho node hay giao diện, mà cho những chức năng cụ thể. Thay vì thực hiện truyền dữ liệu đến mọi node trong một nhóm như địa chỉ multicast, anycast gửi gói tin đến node gần nhất (tính theo thủ tục định tuyến) trong nhóm. Anycast không có không gian địa chỉ riêng gắn cho nó. Nó được lấy trong vùng của địa chỉ unicast. Bởi vậy, địa chỉ anycast cũng có ba phạm vi, như địa chỉ unicast. Nhưng việc sử dụng của địa chỉ anycast cũng không rõ ràng. Hiện nay đang có những thảo luận về việc có sử dụng dạng địa chỉ anycast cho những mục đích như tìm DNS hoặc Universal Plug and Play. Địa chỉ Multicast Địa chỉ multicast được cấu hình trong một nhóm multicast. Nói cách khác, nhiều node có thể được gắn cho một nhóm multicast nhất định, và nhóm này được gắn một địa chỉ multicast. Do vậy, node thực hiện truyền dữ liệu sẽ chỉ cần xác định địa chỉ multicast này, để gửi gói tin đến mọi node (chính xác hơn là đến các giao diện) trong nhóm multicast này. Địa chỉ multicast cũng có phạm vi: toàn cầu (global), tổ chức (organization-local), một site (site-local), link (link-local) và trong node (node-local). Phạm vi tổ chức và node là hai dạng địa chỉ mới, không có trong dạng địa chỉ unicast. Phạm vi organization-local được sử dụng trong phạm vi một tổ chức với một số site, tuy nhiên định nghĩa không rõ ràng. Phạm vi node local chỉ có tính ứng dụng trong phạm vi một node. Dạng phạm vi địa chỉ này được định nghĩa vì không như địa chỉ IPV4, một node IPV6 có thể được gắn rất nhiều địa chỉ. Dạng thức của địa chỉ multicast như sau: 8 bít đầu tiên trong địa chỉ multicast luôn luôn là (tức là FF theo dạng thức hexadecimal). Flag sử dụng từ bít thứ 9 đến bít 12 và chỉ ra xem liệu đây có phải là dạng địa chỉ multicast được định nghĩa trước (well-known). Nếu có là well-known, mọi bít sẽ là 0. Scope chiếm từ bít thứ 13 đến bít thứ 16. Nếu Scope ID = 2, ví dụ, thì đó là phạm vi link-local. Group ID được sử dụng để xác định một nhóm multicast. Có những group ID được định nghĩa từ trước (predefined group ID), ví dụ Group ID=1 tức là mọi node. Bởi vậy, nếu 57/163

60 địa chỉ multicast là ff02;;1 có nghĩa Scope ID=2 và Group ID=1, chỉ định mọi node trong phạm vi một link (link-scope). Điều này giống như broadcast trong địa chỉ IPV4. Địa chỉ multicast của IPV6 có nhiều ưu điểm so với địa chỉ multicast của IPV4. Một trong số đó là số lượng địa chỉ để sử dụng. Trong IPV4, Class D được dành cho multicast, đó chỉ là khoảng không gian địa chỉ nhỏ từ tới Nhưng trong địa chỉ IPV6, vùng địa chỉ dành cho multicast chiếm tới 1/256 không gian địa chỉ khổng lồ. Do vậy địa chỉ multicast có thể được sử dụng thoải mái hơn. Thêm nữa cơ sở hạ tầng có hỗ trợ multicast có thể xây dựng dễ dàng hơn, bởi vì không như IPV4, địa chỉ multicast là bắt buộc trong thực hiện IPV6. Các dạng địa chỉ IPv6 khác 6BONE là hệ quả tất yếu của dự án IETF Ipng. Dự án này tạo ra các giao thức IPv6 có ý định thay thế IPv4, giao thức Internet hiện đang lưu hành. Hiện tại 6bone là một dự án cộng tác không chính thức trên toàn cầu, và được hoạt động với sự giám sát của nhóm làm việc?ngtrans? (chuyển tiếp sang IPv6) của IETF. 6bone lúc khởi đầu như một mạng ảo (sử dụng tunneling IPv6 qua IPv4 - đóng gói) được hoạt động dựa vào mạng IPv4 (Internet hiện tại) để hỗ trợ vận chuyển IPv6. Điểm trọng tâm của 6bone khi bắt đầu là thử nghiệm các chuẩn và việc thi hành, trong khi sự chú ý hiện tại được tập trung chủ yếu vào thử nghiệm chuyển vận và các thủ tục xử lý. Microsoft Windows XP, Linux và BSD hoàn toàn có những IPv6-stack (ngǎn IPv6) thử nghiệm có sẵn. FreeBSD 4.x cũng đã sẵn sàng với IPv6. Linux kernel 2.4.x cũng có một mô đun IPv6. Và Microsoft có một bộ công cụ cho IPv6 có thể tải xuống trên website của họ. Hãy đảm bảo việc cài đặt một số ứng dụng IPv6? như ping6, traceroute6, một Web browser và FTP client? và như vậy bạn đã có quá đủ. Sau đây là một thử nghiệm đơn giản : Lấy 2 máy có cấu hình mạnh IPv6, và gán cho cả hai một địa chỉ IPv6 (trên cùng một mạng con - subnet) và "gắn" chúng vào cùng một switch. Hai máy này có thể ping lẫn nhau. Điều đó ít ra cũng cho bạn biết rằng các hệ thống này đang hoạt động hiệu quả trước khi giải quyết những tác vụ khó khǎn hơn, như việc định tuyến và truyền thông ra thế giới bên ngoài. Bây giờ đến phần khó khǎn nhất: nhận một địa chỉ IPv6 duy nhất, định tuyến toàn cầu và gửi dữ liệu đến các site khác trên mạng 6bone. Câu trả lời đơn giản nhất là tìm một nhà cung cấp dịch vụ (ISP) cho IPv6, nhận các địa chỉ của bạn và thực hiện một kết nối trực tiếp đến mạng 6bone từ nhà cung cấp đó. Lựa chọn của bạn còn lại là tạo một tunnel (đường hầm) vận chuyển lưu lượng IPv6 đi qua một liên kết IPv4 (tương tự như tunnel IPX đi qua Internet giữa hai vǎn phòng) qua sử dụng cơ chế đóng gói có tên "6to4". "6to4" là một giải pháp của Carpenter & Moore cho việc kết nối các site IPv6 qua hạ tầng cơ sở IPv4 (Internet hiện thời). Cơ chế này sử dụng một tiền tố địa chỉ duy nhất cho bất kỳ các vùng IPv6 đang bị cô lập (hoặc các máy chủ host) được "gắn" vào một mạng 58/163

61 IPv4 mà mạng này không có sự hỗ trợ IPv6, để giao tiếp với các vùng IPv6 (hoặc các máy chủ) khác. Điều kiện chủ yếu để sử dụng "6to4" là bạn cần có một địa chỉ IPv4 duy nhất và có thể định tuyến toàn cầu cho vùng IPv6 của bạn. "6to4" tương tự như một nhà cung cấp dịch vụ Internet "giả" (pseudo-isp) cung cấp khả nǎng kết nối IPv6. Bạn có thể sử dụng "6to4" để liên lạc trực tiếp với các vùng 6to4 khác. Site của bạn bao gồm một tập hợp các bộ định tuyến và máy chủ (host) có chạy IPv6 (MSR IPv6 của Microsoft chẳng hạn). Địa chỉ có thể định tuyến toàn cầu IPv4 phải được gán vào một trong các máy chạy MSR IPv6. Máy này sẽ là cổng nối (gateway) "6to4" của bạn. Cách dễ dùng giải pháp "6to4" nhất là sử dụng client (khách hàng) của freenet6. Freenet6 được phát triển bởi Viagenie, một công ty Canada, trong thời gian Đây là một dịch vụ phục vụ tunnel công cộng đầu tiên (public tunnel server service) và là một trong những dịch vụ được sử dụng nhiều nhất trên thế giới để uỷ quyền (delegate) tự động một địa chỉ đơn IPv6 đến bất kì một máy chủ (host) nào đã kết nối trong mạng IPv4 thông qua tunnel (đã được cấu hình) một cách dễ dàng. TSP (Tunnel Setup Protocol - Giao thức Thiết lập Tunnel) của Freenet6 là sáng kiến của Viagenie, để đẩy nhanh việc triển khai IPv6 trên Internet tới tất cả mọi người trên mạng. Internet hiện tại được triển khai toàn cầu bằng IPv4, cho nên mục đích chính của dịch vụ này là triển khai IPv6 với quy mô lớn hơn khi sử dụng các tunnel (đã được cấu hình). Tunnel đã được cấu hình (configured tunnel) là một phương pháp chuyển tiếp được chuẩn hoá bởi IETF để sử dụng IPv6 cùng tồn tại với IPv4 qua việc phân mảnh (đóng gói) các gói dữ liệu IPv6 thông qua IPv4. Bất cứ máy chủ (host) nào đã được kết nối với Internet IPv4 (Internet hiện tại) và có một ngǎn xếp IPv6 (IPv6 stack) có thể thiết lập kết nối với Internet IPv6. Thay vì một giao diện Web để yêu cầu các tunnel đã được cấu hình và các địa chỉ IPv6, TSP của Freenet6 là một mô hình mới dựa vào cách tiếp cận khách - chủ (client - server). Một giao thức được sử dụng để yêu cầu một địa chỉ đơn IPv6 nhằm lấp đầy tiền tố IPv6 từ một khách hàng (client) tới một máy phục vụ tunnel theo mô hình môi giới IPv6. Giao thức này có thể được tích hợp trực tiếp vào hệ điều hành để đưa ra một dịch vụ kiểu như DHCP nhưng để yêu cầu các địa chỉ hay các tiền tố qua một mạng IPv4 (tức Internet hiện tại). 59/163

62 Sơ đồ Configured-Tunnel Hiện tại Viagenie đưa ra các mạng con với tiền tố 48-bit (/48-subnet) để cấp phát. Một /48-subnet cho phép bạn tạo ra subnet khác với 264 nút cho mỗi subnet. Đây là một số lượng lớn các nút mạng. Phần mềm client tự động thiết lập một tunnel "6to4" với chúng và "hướng" máy tính của bạn vào trong một bộ định tuyến IPv6-stack kép. Bạn có thể sử dụng nó trong phòng thí nghiệm với một FreeBSD 4.0 Server và trên mạng 6bone. Cấu trúc gói tin IPv6 Nếu bạn muốn định tuyến phức tạp hơn, bạn có thể tính toán một cách thủ công mạng IPv6 của bạn lấy được từ các địa chỉ IPv4 có khả nǎng định tuyến toàn cầu và tìm ra ai đó có thể móc nối bạn vào trong mạng 6bone. Mỗi một địa chỉ IPv4 được chứa trong một mạng IPv6 /48 (với tiền tố 48-bit) đằng sau nó (xem sơ đồ 6to4 Frefix Format ở trên). Bạn lấy địa chỉ IP làm ví dụ (tuy nhiên bạn phải sử dụng địa chỉ IP có khả nǎng định tuyến trên Internet thực tế của bạn). Bước đầu tiên để nhận được địa chỉ IPv6 của bạn từ địa chỉ IPv4 của bạn qua việc chuyển đổi từ hệ thập phân (decimal) sang hệ 16 (hexadecimal). Một cách để làm việc đó là thực hiện lệnh perl "printf('%x %x %x %x', 192, 168, 47, 5);" và cho ra "c0 a8 2f 5". Địa chỉ IPv6 sẽ bắt đầu với "2002 :" được dự trữ cho việc chuyển đổi "6to4". Phần tiếp theo sẽ là địa chỉ IPv4 của bạn ở hệ 16, tiếp theo sau là bất cứ thứ gì bạn muốn để cài đặt tiền tố 48-bit của bạn. Địa chỉ IPv6 của chúng ta được biểu diễn như sau "2002 : c0a8 : 2f05 : 0001 : : 2", với "0001 : : 2" được chọn tuỳ ý. Bây giờ bạn cần tìm ra người nào đó có ý muốn thiết lập một tuyến đường giữa địa chỉ IPv6 nhận được của bạn và mạng 6bone. Điều đó có thể được thực hiện bởi bất cứ ai đang trên mạng 6bone, và đây là một ý tưởng tốt để lựa chọn một site gần bạn mà nó có thể điều khiển tải lưu lượng của bạn. Luôn có sẵn một số bộ định tuyến "6to4" (6to4 router) ẩn danh chung (công cộng) để sử dụng, nhưng một số thường chậm hoặc không đáng tin cậy. Chúng ta có quá nhiều phiền hà khi sử dụng các bộ định tuyến chung này và chúng ta phải phản hồi lại cho freenet6 client. Khi sử 60/163

63 dụng một bộ định tuyến chung hay tìm ra một nhà cung cấp, mà nó có thể thiết lập một tunnel tĩnh cho bạn, sẽ cấp cho bạn một mạng IPv6 thực sự mà bạn sở hữu và điều khiển 61/163

64 Cơ chế cấp phát và cách thiết lập địa chỉ IPv6 Địa chỉ IPv6 được chia thành 8 nhóm, mỗi nhóm chiếm 2 bytes, mỗi byte biểu diễn bằng 2 số hệ hexa. Mỗi nhóm ngăn cách nhau bởi dấu hai chấm, Ví dụ: FEDL:BA98:7654:FEDC:BA98:7654:3210:ABCD Quy tắc viết tắt địa chỉ IPv6: (i) Bỏ những số 0 đứng trước mỗi thành phần hệ hexa. (ii) Viết 0 thay cho (iii) Thay nhóm liên tiếp các số 0 bằng hai dấu hai chấm. Ví dụ: FEDC:BA98:0000:0000:0000:0800:3210:ABCD ð FEDC:BA98::800:3210:ABCD. Địa chỉ IPv4 trong IPv6: địa chỉ IPv4 là một tập con của không gian địa chỉ IPv6. Địa chỉ IPv4 được mô tả trong IPv6 gồm 2 kiểu sau: IP tương thích với IPv6 Địa chỉ IPv6 sử dụng: 32 bits thấp để mô tả lại một địa chỉ IPv4. 96 bits cao được gán giá trị 0. IPv4 giả làm IPv6 62/163

65 Những Node mang địa chỉ IPv4 sử dụng kiểu địa chỉ này để tương thích với IPv6 nhằm kết nối được với các Node mang địa chỉ IPv6. 63/163

66 Bài 6 : Công nghệ VoIP (Voice over Internet Protocol) Giới thiệu về công nghệ VoIP VoIP là từ viết tắt của Voice over Internet Protocol.Đây là một thuật ngữ dùng để chỉ cách thức âm thanh được truyền đi qua các gói tin IP thông qua internet.voip có thể sử dụng phần cứng hỗ trợ để thực hiện các cuộc gọi như số nội bộ,đường dài,di động hay quốc tế và có thể được sử dụng trong một môi trường PC hay loại điện thoại qua IP đặc biệt(ip phone). VoIP cho phép thực hiện cuộc gọi dùng máy tính qua mạng dữ liệu internet.voip chuyển đổi tín hiệu thoại từ điện thoại tương tự(analog)vào tín hiệu số(digital)trước khi truyền qua internet,sau đó chuyển đổi ngược lại ở đầu nhận.khi tạo một cuộc gọi VoIP dùng điện thoại với một bộ điều hợp,chúng ta sẽ nghe âm thanh mời gọi,quay số sẽ diễn ra sau tiến trình này.voip cũng cho phép tạo một cuộc gọi trực tiếp từ máy tính dùng một loại điện thoại tương ứng hoặc dùng microphone. VoIP cho phép tạo cuộc gọi đường dài qua mạng IP có sẵn thay vì phải được truyền qua mạng PSTN(Public Switched Telephone Network).Ngày nay nhiều công ty đã thực hiện giải pháp VoIP của họ để giảm chi phí cho những cuộc gọi đường dài giữa nhiều chi nhánh xa nhau. 64/163

67 công nghệ VoIP 65/163

68 Hoạt động của VoIP Cách đây nhiều năm chúng ta đã khám phá ra cách gửi tín hiệu đến một máy đích ở xa bằng tín hiệu số bằng cách: trước khi gửi,chúng ta sẽ số hóa tín hiệu bằng ADC(Analog to Digital Converter-Thiết bị chuyển đổi tín hiệu tuần tự sang tín hiệu số)sau đó truyền đi và tại đầu nhận sẽ chuyển đổi ngược lại với DAC(Digital to Analog Converter-Thiết bị chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tuần tự) để sử dụng VoIP cũng làm việc giống như vậy,số hóa âm thanh thành các gói dữ liệu,gửi dữ liệu đi và chuyển đổi chúng lại thành dạng âm thanh tại đầu nhận Khi nói vào ống nghe hay microphone,giọng nói sẽ tạo ra tín hiệu điện từ,đó là tín hiệu analog.tín hiệu analog sẽ được chuyển đổi sang tín hiệu số nhờ vào một số thuật toán đặc biệt để chuyển đổi.những tín hiệu khác nhau sẽ có cách chuyển đổi khác nhau như VoIP phone hay softphone,nếu dùng điện thoại analog thông thường thì cần một TA(Telephone Adapter),sau đó giọng nói được số hóa sẽ được đóng thành gói tin và được gửi qua mạng IP. Định dạng số có thể được điều khiển tốt hơn:chúng ta có thể nén,định tuyến,chuyển đổi nó sang định dạng mới và hơn nữa tín hiệu số thì ít nhiễu hơn tín hiệu analog.mặc dù khái niệm về VoIP là đơn giản nhưng thực hiện và ứng dụng VoIP là phức tạp.để gửi voice,thông tin phải được tách biệt thành những gói(packet)giống như dữ liệu.gói là những phần thông tin được chia nhỏ để dễ dàng cho việc gửi gói cũng như có thể dùng kỹ thuật nén gói để tiết kiệm băng thông thông qua những tiến trình codec (compressor /de_compressor). 66/163

69 Các giao thức-chuẩn sử dụng trong VoIP Giao thức H Giới thiệu về giao thức H323: Những giao thức VoIP có thể được phân loại tùy theo vai trò của chúng trong suốt quá trình chuyển giao thông điệp. H323 và SIP là những giao thức báo hiệu, các giao thức này dùng để thiết lập,ngắt và thay đổi cuộc gọi. RTP và RTCP cung cấp chức năng mạng vận chuyển end-to-end cho những ứng dụng truyền dữ liệu mà yêu cầu thời gian thực (real-time) như là âm thanh và video. Những chức năng đó bao gồm nhận diện loại dữ liệu, số trình tự, tham số thời gian và giám sát tiến trình gởi. TRIP,SAP,STUN, TURN bao gỗm một nhóm các giao thức hỗ trợ có liên quan đến VoIP. Sau cùng, bởi vì VoIP gían tiếp dựa vào tầng vận chuyển bên dưới để di chuyển dữ liệu nên đòi hỏi nhiều giao thức như là TCP/IP,DNS,DHCP,SNMP,RSVP, và TFTP. Đặc điểm kĩ thuật của giao thức H323: Bộ giao thức H323 cho phép những thiết bị kết nối khác nhau có thể liên kết với nhau.h323 được phổ biến bởi tổ chức ITU.Giao thức này ban đầu được phát triển cho những ứng dụng đa phương tiện,các thực thể của H323 cung cấp những tiến trình liên quan đến vấn đề đồng bộ như thoại,video và kết nối dữ liệu.hỗ trợ cho thoại là chủ yếu,hỗ trợ cho video,kết nối dữ liệu chỉ là phần mở rộng của H323. Đặc điểm kỹ thuật của H323 định nghĩa bốn thực thể H323 khác nhau như là các đơn vị chức năng của mạng H323 hoàn chỉnh, những thành phần này của hệ thống H323 bao gồm thiết bị đầu cuối, gateway, gatekeeper và các đơn vị điều khiển đa điểm(mcus). 67/163

70 Đặc điểm kỹ thuật của H323 Thiết bị đầu cuối(điện thoại,softphones,ivrs,thư thoại,máy quay phim,v.v ) là những thiết bị điển hình tác động qua lại với người dùng cuối.phần mềm MS Netmeeting là một ví dụ của thiết bị đầu cuối.các thiết bị đầu cuối chỉ cung cấp thoại hoặc đa phương tiện như là video và sự cộng tác ứng dụng thời gian thực. Gateways giải quyết điều khiển tín hiệu và truyền dẫn phương tiện, và là thành phần mở rộng. Điển hình của gateway là cung cấp giao diện cho những mạng khác nhau như là ISDN,PSTN hoặc những hệ thống H323 khác. Bạn có thể nghĩ chức năng của H323 như là cung cấp một bộ dịch. Ví dụ như là một gateway H323 sẽ điều khiển sự đàm thoại của H323 với SIP hoặc H323 với ISUP(ISDN User Part) chỉ rõ tính chất thủ tục tín hiệu xen kẽ cho việc điều khiển cuộc gọi. Nghĩ một cách khác thì một gateway cung cấp một giao diện giữa mạng chuyển gói(ví dụ như VoIP) và mạng chuyển mạch(ví dụ như PSTN). Nếu gatekeeper tồn tại, gateway VoIP đăng ký với gatekeeper đó và gatekeeper sẽ tìm ra gateway tốt nhất cho phiên giao dịch chi tiết. Gatekeeper cũng là phân mở rộng của H323, điều khiển việc giải quyết địa chỉ và cho vào mạng H323. Chức năng quan trọng nhất của nó là biên dịch địa chỉ giữa địa chỉ ký danh tượng trưng và địa chỉ IP. Ví dụ,với sự có mặt của gatekeeper nó có khả năng gọi tới địa chỉ có tên là Tom thay vì phải gọi tới địa chỉ IP Gatekeeper 68/163

71 cũng quản lý các thiết bị đầu cuối truy cập vào các thiết bị,tài nguyên mạng, và mở rộng hơn là có thể cung cấp các dịch vụ phụ. Chúng cũng giám sát việc sử dụng dịch vụ và cung cấp băng thông có giới hạn. Một gatekeeper thì không đòi hỏi một hệ thống H323. Tuy nhiên nếu có sự hiện diện của gatekeeper, các thiết bị đầu cuối muốn sử dụng được thì cần phải có sự phục vụ của gatekeeper. RAS định nghĩa khái niệm này là sự biên dịch địa chỉ, điều khiển sự đi vào, điều khiển băng thông, sự quản trị miền. Các chức năng của gatekeeper và gateway thường được hiện diện trên những thiết bị vật lý đơn giản. MCUs hỗ trợ hội nghị nhiều bên giữa ba hay nhiều thiết bị đầu cuối. Chuẩn H323 cho phép nhiều kịch bản đàm thoại đặc biệt, hoặc tập trung hay phân quyền.base-end servers (BES) là một chức năng bổ sung quan trọng trong hạ tầng H323. BES có thể cung cấp những dịch vụ cho việc chứng thực người sử dụng, sự ủy quyền dịch vụ, tài chính, nạp điện và hóa đơn, và các dịch vụ khác. Trong một mạng đơn giản thì gatekeeper và gateway cung cấp những dịch vụ như thế Những giao thức có liên hệ với H323. H323 có đặc điểm kỹ thuật giống như một chiếc dù chứa đựng một số lượng lớn bộ máy chính trị có tác động qua lại với nhau bằng nhiều cách thức khác nhau dựa vào bộ dạng, sự vắng mặt, mối quan hệ mô hình của những thực thể tham gia và loại session (ví dụ như là audio và video). Có nhiều giao thức con bên trong đặc điểm của giao thức H323. Để mà có thể hiểu được toàn bộ những luồng thông điệp bên trong một giao tác VoIP của giao thức H323, bản thân chúng ta sẽ tự quan tâm đến những giao thức chung nhất có liên quan đến công nghệ VoIP. Hình 8.3 sẽ cho thấy những giao thức thích hợp và mối quan hệ của chúng. 69/163

72 giao thức thích hợp và mối quan hệ của Cấu trúc gói tin H232 H323 định nghĩa một tập hợp tổng quát việc thiết lập cuộc gọi và những thủ tục đàm phán- quan trọng nhất trong các ứng dụng VoIP ngày nay là các giao thức H.225, H.235, H.245 và các bộ phận của dãy tín hiệu Q.900. Các phương pháp vận chuyển dữ liệu cơ bản được định nghĩa bởi giao thức thời gian thực RTP và RTCP. H323 cũng chỉ rõ một nhóm audio codes cho sự liên kết VoIP, dãy G.700: H.225/Q.931 định nghĩa tín hiệu cho việc thiết lập và ngắt cuộc gọi, bao gồm địa chỉ IP nguồn và địa chỉ IP đích, cổng, mã vùng, và thông tin cổng của giao thức H245.H.225.0/ RAS chỉ rõ thông điệp mà mô tả tín hiệu, và thông tin dòng media.h.245 chỉ rõ thông điệp và thông tin kênh logic cho dòng phương tiện. Real Time Protocol (RTP) mô tả vận chuyển end-to-end của dữ liệu thời gian thựcreal Time Control Protocol (RTCP) mô tả việc giám sát end-to-end của việc chuyển dữ liệu, chất lượng dịch vụ của thông tin cung cấp như là jitter và sự thất lạc trung bình của packet. Codecs G.700 series được sử dụng cho VoIP bao gồm: G.711 Một trong số codecs lâu đời nhất, G.711 không sử dụng sự nén, vì thế giọng nói có chất lượng tuyệt vời.codec này tiêu thụ nhiều dải thông nhất.đây là codec tương tự được dùng bởi PSTN và ISDN. G Codec này được thiết kế cho tổ chức hội nghị video/ kỹ thuật điện thoại thông qua các đường điện thoại tiêu chuẩn và được tối ưu hóa cho việc mã hóa và giải mã nhanh chóng, chất lượng thoại thuộc loại trung bình. G.729 codec này được sử dụng chủ yếu trong những ứng dụng VoIP bởi vì nhu cầu băng thông của nó thấp. Giao thức SIP (Session Initiation Protocol) Giới thiệu về giao thức SIP: Session Initiation Protocol là một giao thức được sử dụng trong việc truyền thông đa phương tiện thông qua mạng IP.Cung cấp một khuôn khổ để thiết lập voice,video truyền theo kiểu point-to-point,hội nghị,và thông điệp văn bản.đây là một chuẩn của IETF để thiết lập các kết nối VoIP.Nó là một giao thức điều khiển lớp ứng dụng để tạo mới,chỉnh sửa và kết thúc các session.cấu trúc của SIP giống như HTTP(client-server protocol).các request được tạo ra bởi các máy client và gởi tới server.server xử lý các request và gởi một response lại cho client.một request và response là một yêu cầu để tạo ra 1 giao tác.sip có các thông điệp INVITE và ACK.SIP tạo ra sự giả định nhỏ nhất về cơ bản của giao thức truyền tải.giao thức này chính nó cung cấp độ tin cậy và nó không phụ thuộc vào độ tin cậy của TCP.SIP phụ thuộc vào Session Description Protocol(SDP)trong việc mang ra ngoài các thỏa thuận để xác minh 70/163

73 codec.sip hỗ trợ việc mô tả các session mà cho phép các bên tham gia có thể đồng ý thiết lập các kiểu phương tiện tương thích.sip cung cấp các dịch vụ như: User Location:Xác định hệ thống cuối cùng để sử dụng cho việc truyền thông.call Setup:ringing và thiết lập các thông số cho call tại hai bên called và calling.user Availability:Xác định sự hài lòng của bên gọi để cam kết trong truyền thông.user Capabilities:Xác định phương tiện và các thông số của phương tiện được sử dụng.call handling:chuyển giao và kết thúc call. Chức năng và nét đặc trưng của giao thức SIP. Hai thành chính trong hệ thống SIP bao gồm:sip User Agents và SIP Network Servers. SIP User Agent (UA): Mục đích của SIP là làm cho các session có thể thiết lập giữa các UA.Một UA là một hệ thống cuối cùng hoạt động trên nhân danh của người dùng.một UA phải có khả năng thiết lập một session của phương tiện này với các UA khác. Một UA phải duy trì trạng thái trên các cuộc gọi mà nó khởi tạo hoặc tham gia vào.một trạng thái nhỏ nhất của các cuộc gọi được thiết lập bao gồm:các thẻ local và remote,call- ID,các trường local và remote cseq,cùng với việc thiết lập hướng và các thông tin cần thiết của các phương tiện.remote Cseq thì lưu trữ các thông tin cần thiết để phân biệt giữa một re-invite và một retransmission.một re-invite được sử dụng để thay đổi các tham số session của một cuộc gọi đã thực hiện hoặc chưa xử lý.nó sử dụng như một Call-ID nhưng CSeq thì được gia tăng bởi vì nó là một request mới.một INVITE được truyền lại chứa Call-ID và CSeq giống như INVITE trước.ua duy trì trạng thái của một cuộc gọi trong thời gian tối thiểu là 32 giây. Một UA chứa một ứng dụng client và một ứng dụng server.hai thành phần trên là một user agent client(uac)và một user agent server(uas).uac bắt đầu các request trong khi UAS thì tạo ra các response.trong một session, UA thường điều khiển cả UAC và UAS. Một SIP user agent cũng phải hỗ trợ SDP để mô tả media.một UA phải hiểu rõ danh sách các trường nhu cầu mở rộng trong một request.nếu không biết các trường này có thể bị lờ đi bởi một UA. SIP server: SIP servers là các ứng dụng mà nó chấp nhận các SIP request và response đến chúng.không nên lẫn lộn SIP server với một User Agent server hoặc clientserver.một SIP server là một kiểu khác biệt của thực thể.bởi vì SIP server cung cấp các dịch vụ và chức năng với UA, chúng sẽ hỗ trợ cả TCP,TLS và UDP để truyền tải.hình 2.2 thể hiện các liên kết hoạt động của user agents,servers và một location service. 71/163

74 SIP user agents,servers và một location service. SIP server proxy: Một SIP proxy server nhận một SiP request từ một user agent hoặc một proxy khác và hành động trên nhân danh của user agent trong forwarding hoặc responding tời request.một proxy không phải là B2BUA vì nó chỉ cho phép chỉnh sửa các request và chấp nhận các response để thiết lập các qui tắc bên ngoài trong RFC 3261.Các qui tắc này thì duy trì theo khoảng cách end-to-end của tín hiệu SIP trong khi đó vẫn còn cho phép các proxy server thực hiện các dịch vụ và chức năng với user agent. Một proxy server phải có truy xuất đến các database hoặc vị trí các dịch vụ để giúp đỡ nó trong quá trình xử lý các request.sip protocol thì không xác định giao diện giữa proxy và vị trí dịch vụ.proxy có thể sử dụng nhiều kiểu database trong quá trình xử lý các request.database có thể chứa SIP registration,các thông tin hiện hữu,và nhiểu kiểu khác của thông tin về nơi mà user được chỉ định. Một proxy server khác biệt với một user agent hoặc gateway ở ba điểm sau: Một proxy server không đưa ra các request,nó chỉ đáp ứng các request từ một user agent(a CANCEL request là một ngoại lệ trong qui tắc này). 72/163

75 Một proxy server không có khả năng về media. Một proxy server thì không phân tích các thông điệp,mà chỉ dựa vào các header field.các bước cần thiết trong mô hình proxy để mang một cuộc gọi hai hướng. Mô hình Proxy của Operation (Source:Henning Schulzrinne, Columbia University) Proxy server chấp nhận INVITE request từ client. Proxy server liên hệ với location server để yêu cầu địa chỉ của UA đã gọi.location server xác định vị trí của UA đã gọi và cung cấp địa chỉ của server đích.invite request được tiếp tới một địa chỉ của vị trí mà nó được trở lại.proxy phải thêm vào một Record- Route header tới thông điệp INVITE để chắc chắn rằng tất cả các thông điệp đến sau đều được định tuyến thông qua proxy.điều này thì cần thiết để thống kê các mục đích hoặc các ứng dụng khác Called UA cảnh giác các user.user trả lời cuộc gọi. UAS trở về một 200 OK biểu thị tới yêu cầu proxy server. 73/163

76 200 OK response được tiếp tới từ proxy server tới calling UA. Calling UA xác nhận của 200 OK bằng cách đưa ra một ACK request được gởi tới proxy(khi mà proxy chèn vào đầu Record-Route trong thông điệp INVITE)hoặc gởi trực tiếp tới called UA. Proxy forward ACK tới called UA. Tìm hiểu một ví dụ về forking proxy operation Redirect Servers Một redirect server(hình 2.6)như là một kiểu của SIP server mà đáp ứng tới,nó không forward các request. 74/163

77 Ví dụ với redirect server. Schroedinger thừa nhận response: 75/163

78 Chú ý rằng ACK request sử dụng lại các nhánh ID giống nhau như là INVITE và response 302.Bởi vì một ACK đến một response non-2xx cuối cùng đều nghĩ tới các phần của các giao tác giống nhau như là INVITE.Chỉ một ACK gởi trong một response được đến một 200 OK được tính đến việc tách rời các giao tác với một nhánh ID độc nhất.một ACK đến một response 200 OK cuối cùng là một hop-by-hop response,không phải là end-to-end response. Vì vậy một INVITE mới được tạo ra với một Call-ID mới và gởi trực tiếp tới các vị trí vẫn được sử dụng từ các trường Contact header trong một response 302,từ redirect server: 76/163

79 Các bước trong mô hình redirect để mang đi một call two-way: Redirect server chấp nhận INVITE request từ calling party UA.Redirect server liên hệ với location services để lấy địa chỉ của called party UA.Location services trở về địa chỉ của called party UA. Sau khi user được chỉ định,redirect server trở lại địa chỉ trực tiếp tới calling party trong một thông điệp 3xx,với danh sách được cập nhật:vị trí đầu tới đích mới.không giống như proxy server,redirect server không forward tới INVITE. UAC gởi một ACK tới redirect server báo nhận response 3xx. UAC gởi một request INVITE trực tiếp tới Contact:địa chỉ trở lại bởi redirect. Called party UA cảnh báo các user,user trả lời cuộc gọi.called party UA cung cấp một chỉ báo thành công(200 OK) tới UAC. UAC gởi một ACK tới UAS báo đã nhận response 200 OK.Mô hình Redirect Server của Operation. 77/163

80 (Source:Henning Schulzrinne, Columbia University) Registration Servers Một registration server được biết như là một registrar,chấp nhận các request của SIP REGISTER,;tất cả các request nhận một response:501 Not Implemented.Thông tin liên quan từ request làm cho các SIP server có sẳn bên trong giống Administrator Domain, chẳng hạn như proxies và redirect server.trong một resistration request,trường TO header chứa tên của tài nguyên bắt đầu registed,và trường Contact header chứa địa chỉ khác hoặc aliases.registration server tạo ra một liên kết tạm giữa Address Of Record(AOR) URI trong TO và thiết bị URI trong Contact Courier. Registration server thường yêu cầu các user agent đăng ký để xác thực,vì vậy các cuộc gọi đi vào không bị chiếm đoạt bởi các user không được xác thực.phụ thuộc vào sự hiện diện của các trường,register request có thể được sử dụng bởi một user agent để lấy lại một danh sách của các registration hiện thời,làm sạch tất cả registrations,hoặc thêm vào một registration URI. Để bảo vệ registration,tls phải được sử dụng như HTTPDigest không cung cấp nhu cầu bảo vệ toàn vẹn. SIP messages có thể được phân chia rộng rải trong SIP requests và responses,hơn nữa nó được xác định trong các session. SIP Request. SIP requests là các thông điệp được gởi từ các máy client đến các server để cần khẩn một SIP operation.rfc 3261 xác định các SIP request hoặc method làm cho UA và proxy có thể tới vị trí của các user và khởi đầu,sửa đổi,tear-down các session. INVITE:chỉ ra rằng các recipient user hoặc các service bị cuốn vào trong một session.bạn có thể sử dụng method mày để sửa đổi cấu thành của các session được thiết lập trước.thân của message INVITE phải bao gồm phần mô tả các media session được thiết lập hoặc chỉnh sửa,mã hóa trên SDP.Một response thành công(200 OK response)chỉ ra sự sẳn sàng của các called party khi tham gia vào kết quả của một session media.nó bắt đầu một session. ACK:xác nhận UAC đã nhận được response cuối cùng đến một request INVITE.ACK được sử dụng chỉ với các request INVITE.ACK gởi end-to-end cho một 200 OK response.proxy trước hoặc UAC thì gởi các ACK cho các response cuối cùng khác.ack request có thể bao gồm một thông điệp với phần mô tả các session cuối cùng nếu request INVITE không chứa phần mô tả các session này 78/163

81 OPTION: UA sử dụng request OPTION để truy vấn một UAS về khả năng của nó.nếu UAS có khả năng truyền các session tới các user,nó đáp ứng khả năng thiết lập của UAS.BYE:sử dụng BYE để yêu kết thúc các session được thiết lập trước. CANCEL:làm cho các UAC và network server có thể hủy một yêu cầu tiến trình bên trong,như INVITE.Điều này không ảnh hưởng đến việc hoàn thành các request mà UAS đã gởi đi các response cuối cùng. REGISTE:client sử dụng REGISTE request để đăng ký với các thông tin tương ứng AOR của người dùng và SIP servers. PRACK:đảm bảo độ tin cậy tạm thời của các response lớp 1xx. UPDATE:cập nhật tạm thời các session. REFER:Chuyển giao call đến bên thứ ba sử dụng các thông tin liên quan được cung cấp trong các request. SUBSCRIBE:báo cáo một sự kiện vừa diễn ra,ví dụ như cập nhật sự hiện của các user.notify:sử dụng để thông báo sự kiện đã diễn ra. MESSAGE:một phương thức để chỉ việc mang đi một message. SIP Respone: Một server gởi SIP response tới một client để chỉ ra trạng thái của một SIP request mà client trước đó đã gởi tới server.uas hoặc proxy thì tạo ra các SIP responses trong response đến một SIP request mà UAC khởi đầu.sip response là các con số từ 100 đến 699.SIP responses là một nhóm giống như 1xx,2xx đến 6xx.SIP response được phân loại như provisional và final. Một provisional response chỉ ra tiến trình bởi server nhưng nó không chỉ ra các kết quả cuối cùng giống như kết quả quá trình xử lý các SIP request.lớp 1xx của SIP response chỉ ra trạng thái tạm thời.response cuối cùng chỉ ra phần kết thúc và trạng thái cuối cùng của SIP request.tất cả các lớp 2xx,3xx,4xx,5xx và 6xx đều là cuối cùng,riêng biệt:lớp 1xx(Information)chỉ ra trạng thái của các call trước khi hoàn thành. Lớp 2xx(Success)chỉ ra quá trình xử lý thành công của SIP request Lớp 3xx(Redirection)chỉ ra SIP request cần phải gởi một lần nữa đến UAS khác để thực hiện tiến trình xử lý. Lớp 4xx(Client-error)request bị hỏng bởi client.client có thể thực hiện lại request.lớp 5xx(server failure)request bị hỏng do server.request có thể thử lại tại các server khác.lớp 6xx(Global failure)request bị hỏng và không nên thử lại request tại server này hoặc server khác. 79/163

82 SIP Message structure. Một SIP message gồm có các phần sau: Một start-line. Một hoặc nhiều header field. Một dòng rỗng để chỉ ra kết thúc header field. Một tùy chọn phần thân của thông điệp. Bạn phải kết thúc start-line,mổi dòng message-header,và một dòng rỗng bằng trình tự Carriage return Line Feed(CRLF). Start-line cho một SIP request là một Request-line.Start-line cho một SIP response là Status-line.Request-line chỉ rõ SIP method,request-uri và phiên bản của SIP.Statusline thì mô tả phiên bản của SIP,mã của SIP response và một tùy chọn reason phrase.reason phrase là một nguyên văn mô tả của mã 3 ký từ SIP response. Bảng thể hiện các thành phần của 1 SIP request message: 80/163

83 Thông tin trong bảng được lấy từ RFC 3261 Bảng thể hiện cấu trúc của một SIP respone message: 81/163

84 Thông tin trong bảng được lấy từ RFC 3261 SIP header. Một thông điệp SIP được soạn ra từ các header field mà nó truyền tín hiệu và thông tin routing đến các thực thể SIP network.sip có hình thức giống như HTTP header(rfc 2616).Các header field được xác định kiểu như Header field.mô tả chức năng của các SIP header: From:chỉ ra sự giống nhau lúc bắt đầu của các SIP request.từ header thường là AOR của bên gởi.nó chứa một SIP hoặc các SIP URI và một tùy chọn hiển thị tên.to:cho biết mong muốn có người nhận của một SIP request.đi đến header là một AOR của người nhận.nó cũng chứa SIP hoặc SIP URI và tùy chọn hiển thĩ tên.call-id:trường này nhận ra một dãy serie của một message.call_id phải giống hệt nhau để tất cả các SIP request và SIP response gởi đi bằng các UA khác nhau với cùng một dialog. Cseq:Được soạn ra của một giá trị số nguyên và tên method.trường này nhận ra orders và tiếp tục các SIP request trong một dialog.cseq cũng có sự khác biệt trong việc gởi lại một message và một message mới. Via:Chỉ ra cách lấy đường dẫn bởi một request và xác định nơi mà response cần gởi đi. Contact:Nhận biết một SIP hoặc SIP URI nơi mà UA muốn nhận một SIP request mới. 82/163

85 Allow:cho phép danh sách header của SIP method nhận hỗ trợ của UA mà tạo ra message. Supported:Tất cả phần mở rộng của SIP hỗ trợ bởi UA.Phần mở rộng của SIP là các RFC khác và RFC 3261.Miêu tả các thẻ option giống như 100rel trong RFC 3262.Require:Về nghĩa nó giống như supported header,nhưng sự hỗ trợ của phần mở rộng SIP ở các UA từ xa phải đến các giao tác để được xử lý. Content-type:Chỉ ra kiểu của thân message mà đính kèm với SIP request hoặc response phải được hiện ra nếu SIP message có một thân.content-length:xác định kích thước của thân message.sip request và SIP response cũng chứa các header field.related Protocol.SIP là một phần của bộ giao thức.gồm có:sdp,rtp và RTCP.SDP-Session Description Protocol.SDP được định nghĩa bởi RFC 2327,được phát triển bởi IETF MMUSIC.Mục đích ban đầu là mô tả việc thiết lập các multicast session thông qua MBONE.Ứng dụng đầu tiên của SDP là giao thức Session Announcement Protocol(SAP)sử dụng các port và nhận các thông báo của các MBONE session.sdp chứa các thông tin về media session:ip Address(IPv4 address hoặc host name).port Number(sử dụng UDP hoặc TCP để truyền tải).media type(audio,video,tương tác whiteboard, ).Media Encoding scheme(pcm A-Law,MPEG II video, ).SDP còn chứa các thông tin:chủ đề của các session.bắt đầu và kết thúc mọi thời điểm.liên hệ thông tin về các session.giống như SIP,SDP dử dụng mã hóa văn bản.một SDP message được soạn là một series của các dòng,các trường called,và nó yêu cầu order để dễ dàng phân tích.sdp thì không được gán đễ có thể mở rộng dễ dàng,và phân tích các qui tắc một cách chính xác.một người phân tích SDP không phải để ý tới các trường chua biết đến,các trường missing,hoặc một dòng out-of-sequence.ví dụ một SIP message chứa nhiều các fields tùy chọn được hiển thị ở đây: Biểu mẫu của một SIP message:x=parameter1 parameter2...arameter N. 83/163

86 Danh sách các SDP field trong Required của chúng Dòng bắt đầu với một chữ thường ký tự x.không có khoảng trống giữa các ký tự và dấu =,chính xác là có một khoảng trắng giữa mổi ký tự.mổi trường có một xác định của các tham số.mổi dòng kết thúc với một CRLF.RTP Audio Video ProfilesAudio voideo profiles được định nghĩa bởi RFC 3551 được liệt kê trong bảng: 84/163

87 Audio voideo profiles Tài liệu hiện trạng nó đặc tả RTP: UDP được sử dụng để ưu tiên truyền tải. Số port của RTP luôn chẳn,tương ứng số port RTCP kế tiếp là lớn nhất,luôn luôn là số lẻ.không có header mở rộng nào được sử dụng. Thông tin trong ba cột đầu tiên nó cũng chứa trong SDP a=rtpmap:field, thể hiện vì sao các thuộc tính được tùy chọn. PSTN Protocols: Ba kiểu giao thức truyền tín hiệu PSTN:Circuit Associate Signaling(CAS),Integrated Services Digital Network(ISDN),và ISDN User Part(ISU).Circuit Associate Signaling Đây là kiểu lâu nhất mà PSTN còn sử dụng.thông tin sử dụng giống như chuyển mạch audio,như đường dẫn voice,với các ký số và ký từ trình bày bởi các tín hiệu số audio.các tín hiệu số được gọi đến MT(Multifrequency Tone).Chúng giống như một tín hiệu số 85/163

88 giữa một điện thoại và một trung tâm chuyển mạch,nó là tín hiệu số DTMF.Vì vậy CAS dễ bị gian lận,một tín hiệu không trung thực có thể được tạo ra bởi một caller để làm cho cuộc gọi được miễn phí.kiểu truyền tín hiệu này phổ biến giữa các văn phòng trung tâm và trao đổi giữa các chi nhánh riêng của tập đoàn(pbx). ISUP Signaling. ISDN User Part là giao thức sử dụng giữa chuyển mạch điện thoại trong PSTN.Nó sử dụng thông qua một mạng packet-switched chuyên dụng mà sử dụng hệ thống Signaling System #7(SS7)để truyền tải.phương thức này được phát triển để khắc phục sự trì hoãn và các vấn đề bảo mật trong CAS. SDN Signaling: ISDN được phát triển để tất cả các hệ thống điện thoại số kết nối với PSTN.Kiểu phổ biến nhất dựa trên BRI(Basic Rate Interface)và PRI(Primary Rate Interface).Một BRI có thể chứa hai kênh truyền B 64-Kbps đến các voice khác hoặc dữ liệu và một kênh D 16-Kbps.BRI có thể được sử dụng thông qua các đường dây điện thoại qui ước nhưng nó yêu cầu một ISDN telephone hoặc một bộ tích hợp cuối cùng. PRI sử dụng một liên kết 1.544Mbps gọi tới một T-1 hoặc một DS-1 được chia sẻ bên trong 23 kênh B và một kênh D,với mỗi kênh là 64Kbps. So sánh giữa SIP và H323 SIP và H.323 đều được phát triển với mục đích và nhu cầu khác biệt.h.323 được phát triển bởi ITU.Nó được thiết kế để thực hiện trong background của PSTN,sử dụng sự mã hóa binary và sử dụng lại vai trò của ISDN. SIP được phát triển bời IETF với một phối cảnh Internet,được thiết kế để thay đổi tỉ lệ thông qua Internet và làm việc bên trong domain thì rất tiện dụng vì nó tập hợp đầy đủ các chức năng và tiện ích Internet. Trong khi H.323 được phát triển sớm trong VoIP,các ứng dụng IP videoconferencing,sip với hạ tầng Internet tạo đà phát triển và nổi lên như là một chuẩn trong việc truyền tín hiệu của truyền thông IP trong tương lai,như IP telephone. Bảng so sánh giữa SIP và H.323: 86/163

89 87/163

90 88/163

91 Chất lượng dịch vụ cho VoIP QoS Chất lượng dịch vụ QoS là tập hợp các chỉ tiêu đặc trưng cho yêu cầu của từng loại lưu lượng cụ thể trên mạng bao gồm: độ trễ, jitter, tỷ lệ mất gói... Các chỉ tiêu này liên quan đến lượng băng thông dành cho mạng. Có nhiều biện pháp nhằm đảm bảo QoS được thực hiện. Để tối thiểu thời gian trễ của các gói thoại so với các gói của các dịch vụ khác, các gói thoại được truyền bởi giao thức UDP (User Datagram Protocol). Giao thức này không cung cấp cơ chế truyền lại do vậy gói thoại sẽ được xử lý nhanh hơn. Để loại bỏ tiếng vọng người ta sử dụng bộ triệt tiếng vọng ở các gateway. Và còn có các biện pháp sau: Nén tín hiệu thoại. Các cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ tại các nút mạng: Các thuật toán xếp hàng (queuing), cơ chế định hình lưu lượng (traffic shapping), các cơ chế tối ưu hoá đường truyền, các thuật toán dự đoán và tránh tắc nghẽn,... Phương thức báo hiệu QoS. Chính sách QoS có vạch ra mong muốn thực hiện nhiệm vụ quản lý chất lượng dịch vụ theo một kế hoạch cụ thể và thông qua hệ thống báo hiệu QoS để ra lệnh cho các cơ chế chấp hành tại các nút mạng thực hiện nhiệm vụ đó. Các biện pháp đảm bảo chất lượng dịch vụ Nén tín hiệu thoại: Trong mạng điện thoại thông thường tín hiệu thoại được mã hoã PCM theo luật A hoặc Muy với tốc độ 64Kbps. Với cách mã hoá này cho phép khôi phục một cách tương đối trung thực các âm thanh trong giải tần tiếng nói. Tuy nhiên trong một số ứng dụng đặc biệt yêu cầu truyền âm thanh với tốc độ thấp hơn ví dụ như truyền tín hiệu thoại trên mạng Internet. Từ đó đã xuất hiện một số kỹ thuật mã hoá và nén tín hiệu tiếng nói xuống tốc độ thấp cụ thể như G.723.1, G.729, G729A, và GSM. G.729 được ITU-T phê chuẩn vào năm Mặc dù đã được ITU phê chuẩn hoá, diễn đàn VoIP năm 1997 đã thoả thuận đề xuất G thay thế cho G.729. Tổ hợp công nghiệp trong đó dẫn đầu là Intel và Microsoft đã chấp nhận hi sinh một chút chất lượng âm thanh để đạt được hiệu quả băng thông lớn hơn. Thật vậy, G yêu cầu 5,3/6,3 kbps trong khi G.729 yêu cầu 8 kbps. Việc công nhận tiêu chuẩn nén và giải nén là một bước tiến quan trọng trong việc cải thiện độ tin cậy và chất lượng âm thanh. Về cơ bản các bộ mã hoá tiếng nói có ba loại: mã hoá dạng sóng (wave form), mã hoá nguồn (source) và mã hoá lai (hybrid) (nghĩa là kết hợp cả hai loại mã hoá dạng trên). 89/163

92 Nguyên lý bộ mã hoá dạng sóng là mã hoá dạng sóng của tiếng nói. Tại phía phát, bộ mã hóa sẽ nhận các tín hiệu tiếng nói tương tự liên tục và mã thành tín hiệu số trước khi truyền đi. Tại phía thu sẽ làm nhiệm vụ ngược lại để khôi phục tín hiệu tiếng nói. Khi không có lỗi truyền dẫn thì dạng sóng của tiếng nói khôi phục sẽ rất giống với dạng sóng của tiếng nói gốc. Cơ sở của bộ mã hoã dạng sóng là: Nếu người nghe nhận được một bản sao dạng sóng của tiếng nói gốc thì chất lượng âm thanh sẽ rất tuyệt vời. Tuy nhiên, trong thực tế, quá trình mã hoá lại sinh ra tạp âm lượng tử (mà thực chất là một dạng méo dạng sóng), song tạp âm lượng tử thường đủ nhỏ để không ảnh hưởng đến chất lượng tiếng nói thu được. ưu điểm của bộ mã hoá loại này là: độ phức tạp, giá thành thiết kế, độ trễ và công suất tiêu thụ thấp. Người ta có thể áp dụng chúng để mã hoá các tín hiệu khác như: tín hiệu báo hiệu, số liệu ở dải âm thanh và đăc biệt với những thiết bị ở điều kiện nhất định thì chúng còn có khả năng mã hoá được cả tín hiệu âm nhạc. Bộ mã hoá dạng sóng đơn giản nhất là điều xung mã (PCM), điều chế Delta (DM)... Tuy nhiên, nhược điểm của bộ mã hoá dạng sóng là không tạo được tiếng nói chất lượng cao tại tốc độ bit dưới 16kbit/s, mà điều này được khắc phục ở bộ mã hoá nguồn. Nguyên lý của mã hoá nguồn là mã hoá kiểu phát âm (vocoder), ví dụ như bộ mã hoá dự báo tuyến tính (LPC). Các bộ mã hoá này có thể thực hiện được tại tốc độ bít cỡ 2kbps. Hạn chế chủ yếu của bộ mã hoá kiểu phát âm LPC là giả thiết rằng: tín hiệu tiếng nói bao gồm cả âm hữu thanh và âm vô thanh. Do đó với âm hữu thanh thì nguồn kích thích bộ máy phát âm sẽ là một dãy các xung, còn với các âm vô thanh thì nó sẽ là một nguồn nhiễu ngẫu nhiên. Trong thực tế có rất nhiều cách để kích thích cơ quan phát âm. Và để đơn giản hoá, người ta giả thiết rằng chỉ có một điểm kích thích trong toàn bộ giai đoạn lên giọng của tiếng nói, dù cho đó là âm hữu thanh. Có rất nhiều phương pháp mô hình hoá sự kích thích: Phương pháp kích thích đa xung (MPE), phương pháp kích thích xung đều (RPE), phương pháp dự đoán tuyến tính kích thích mã (CELP). Phần này sẽ tập trung chủ yếu giới thiệu phương pháp dự đoán tuyến tính kích thích mã CELP. Hiện nay phương pháp này đã trở thành công nghệ chủ yếu cho mã hoá tiếng nói tốc độ thấp. Nguyên lý chung của bộ mã hoá CELP: Phương pháp CELP có nhược điểm là có một thủ tục đòi hỏi tính toán nhiều nên khó có thể thực hiện trong thời gian thực. Vậy có một phương pháp làm đơn giản hoá thủ tục soát bảng mã sao cho không ảnh hưởng tới chất lượng tiếng nói. Đó là phương pháp sử dụng các bảng mã đại số ACELP (Algebraic CELP) trong đó các bảng mã được tạo ra nhờ các mã sửa lỗi nhị phân đặc biệt. Và để nâng cao hiệu quả rà soát bảng mã, người ta sử dụng các bảng mã đại số có cấu liên kết CS-ACELP (Conjugate-Structure ACELP). Khuyến nghị G729 đưa ra nguyên lý của bộ mã hóa tiếng nói sử dụng phương pháp CS-ACELP mã hoá tiếng nói tốc độ 8kbps. Nguyên lý mã hoá CS-ACELP: Tín hiệu PCM 64kbps đầu vào được đưa qua bộ mã hoá thuật toán CS-ACELP, được lấy mẫu tại tần số 8kHz, sau đó qua bộ chuyển đổi thành tín hiệu PCM đều 16 bit đưa tới đầu vào bộ mã hoá. Tín hiệu đầu ra bộ giải mã 90/163

93 sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu PCM theo đúng tín hiệu đầu vào. Các đặc tính đầu vào/đầu ra khác, giống như của tín hiệu PCM 64kbps (theo khuyến nghị ITU G.711), sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu PCM đều 16 bit tại đầu vào bộ mã hoá. Bộ mã hoá CS-ACELP dựa trên cơ sở của bộ mã dự báo tuyến tính kích thích mã CELP. Bộ mã hoá CS-ACELP thực hiện trên các khung tiếng nói chu kỳ 10ms tương đương 80 mẫu tại tốc độ lấy mẫu là 8000 mẫu/s. Cứ mỗi một khung 10ms, tín hiệu tiếng nói lại được phân tích để lấy các tham số của bộ mã CELP (đó là các tham số của bộ lọc dự báo thích ứng, chỉ số các bảng mã cố định và bảng mã thích ứng cùng với các tăng ích của bảng mã). Các tham số này sẽ được mã hoá và truyền đi. Tại phía thu, các tham số này sẽ được sử dụng để khôi phục các tham số tín hiệu kích thích và các tham số của bộ lọc tổng hợp. Tín hiệu tiếng nói sẽ được khôi phục bằng cách lọc các tham số tín hiệu kích thích này thông qua bộ lọc tổng hợp ngắn hạn. Bộ lọc tổng hợp ngắn hạn dựa trên cơ sở bộ lọc dự báo tuyến tính LP bậc 10. Bộ lọc tổng hợp dài hạn, hay bộ lọc tổng hợp độ cao dùng cho việc làm tròn mã thích ứng. Sau khi khôi phục, nhờ bộ lọc sau tiếng nói sẽ được làm tăng độ trung thực. Chuẩn nén G.729A: G729A là thuật toán mã hoá tiếng nói tiêu chuẩn cho thoại và số liệu đồng thời số hoá (DSVD). G.729A là sự trao đổi luồng bit với G.729, có nghĩa là tín hiệu được mã hoá bằng thuật toán G.729A có thể được giải mã thông qua thuật toán G.729 và ngược lại. Giống như G.729, nó sử dụng thuật toán dự báo tuyến tính mã kích thích đại số được cấu trúc liên kết (CS-ACELP) với các khung 10ms. Tuy nhiên một vài thuật toán thay đổi sẽ được giới thiệu mà kết quả của các thuật toán này làm giảm 50% độ phức tạp. Nguyên lý chung của bộ mã hoá và giải mã của thuật toán G.729A giông với G.729. Các thủ tục lượng tử hoá và phân tích LP của các độ khuyếch đại bảng mã cố định và thích ứng giống như G.729. Các thay đổi thuật toán chính so với G.729 sẽ tổng kết như sau: Bộ lọc trọng số thụ cảm sử dụng các tham số bộ lọc LP đã lượng tử và được biểu diễn là W(z) = A(z)/A(z/?) với giá trị cố định? = 0,75. Phân tích độ lên giọng mạch vòng hở được đơn giản hoá bằng cách sử dụng phương pháp decimation (có nghĩa là trích 10 lấy 1) trong khi tính sự tương quan của tiếng nói trọng số. Các tính toán phản ứng xung của bộ lọc tổng hợp trọng số W(z)/A(z) của tín hiệu ban đầu và việc thiết lập trạng thái ban đầu của bộ lọc được đơn giản hoá bằng cách thay thế W(z) bằng 1/A(z/?). Việc tìm bảng mã thích ứng được đơn giản hoá. Thay vì tìm tập trung ở mạch vòng tổ ong, giải pháp tìm sơ đồ hình cây độ sâu trước được sử dụng. 91/163

94 Tại bộ giải mã, hoạ ba của bộ lọc sau sẽ được đơn giản bằng cách sử dụng chỉ các độ trễ nguyên. Cả hai bộ mã hoá G.729 và G.729A đã được thử nghiệm trên vi mạch T1 TMS320C50 DSP. Trong khi thử nghiêm USH, thuật toán mã hóa song công G.729A yêu cầu 12,4 MIPS, trong khi G.729 yêu cầu 22,3 MIPS. Sử dụng G.729A giảm được khoảng 50% độ phức tạp so với sử dụng G.729 với việc giảm một ít chất lượng trong trường hợp 3 bộ đôi ( mã hóa/giải mã) và trong trường hợp có tạp âm nền. Chuẩn nén G.729B: G.729B đưa ra một nguyên lý nén im lặng tốc độ bit thấp được thiết kế và tối ưu hoá để làm việc trung được với cả G.729 và g.729a phức tạp thấp. Để đạt được việc nén im lặng tốc độ bit thấp chất lượng tốt, một mô đun bộ dò hoạt động thoại khung cơ bản là yếu tố cần thiết để dò các khung thoại không tích cực, gọi là các khung tạp âm nền hoặc khung im lặng. Đối với các khung thoại không tích cực đã dò được này, một mô đun truyền gián đoạn đo sự thay đổi theo thời gian của đặc tính tín hiệu thoại không tích cực và quyết định xem có một khung mô tả thông tin im lặng mới không có thể được gửi đi để duy trì chất lượng tái tạo của tạp âm nền tại đầu cuối thu. Nếu có một khung như thế được yêu cầu, các tham số năng lượng và phổ mô tả các đặc tính cảm nhận được của tạp âm nền được mã hoá và truyền đi một cách hiệu quả dùng khung 15 b/khung. Tại đầu cuối thu, môđun tạo ra âm phù hợp sẽ tạo tạp âm nền đầu ra sử dụng tham số cập nhật đã phát hoặc các tham số đã có trước đó. Tạp âm nền tổng hợp đạt được bằng cách lọc dự báo tuyến tính tín hiệu kích thích giả trắng được tạo ra trong nội bộ của mức điều khiển. Phương pháp mã hoá tạp âm nền tiết kiệm tốc độ bit cho tiếng nói mã hoá tại tốc độ bit trung bình thấp 4kbps trong cuộc đàm thoại tiếng nói bình thường để duy trì chất lượng tái tạo. Đối với các ứng dụng DSVD (Digital Simultaneous Voice and Data: thoại và số liệu đồng thời số hoá) và độ nhạy tốc độ bit khác, G729B là điều kiện tối cần thiết để giảm tốc độ bit hơn nữa bằng cách sử dụng công nghệ nén im lặng. Khi không có tiếng nói, tốc độ bit có thể giảm, giải phóng dung lượng kênh cho các ứng dụng xảy ra đồng thời, ví dụ như các đường truyền tiếng khác trong điện thoại tế bào đa truy nhập phân kênh theo mã/ theo thời gian (TDMA/CDMA) hoặc truyền số liệu đồng thời. Một phần đáng kể trong các cuộc đàm thoại thông thường là im lặng, trung bình lên tới 60% của một cuộc đàm thoại hai chiều. Trong suốt quá trình im lặng, thiết bị đầu vào tiếng ví dụ như tai nghe, sẽ thu thông tin từ môi trường ồn. Mức và đặc tính ồn có thể thay đổi đáng kể, từ một phòng im lặng tới đường phố ồn ào hoặc từ một chiếc xe ô tô chuyển bánh nhanh. Tuy nhiên, hầu hết các nguồn tạp âm thường mang ít thông tin hơn thông tin tiếng. Vì vậy trong các chu kỳ không tích cực tỷ số nén sẽ cao hơn. Nhiều ứng dụng điển hình, ví dụ hệ thống toàn cầu đối với điện thoại di động GSM, sử dụng việc dò tìm chu kỳ im lặng và chèn tạp âm phù hợp để tạo được hiệu quả mã hoá cao hơn. Xuất phát từ quan niệm về dò tìm im lặng và chèn tạp âm phù hợp dẫn tới các công nghệ mã hoá tiếng mẫu kép. Các mẫu khác nhau bởi tín hiệu đầu vào, được biểu thị là: 92/163

95 thoại tích cực đối với tiếng nói và là thoại không tích cực đối với im lặng hoặc tạp âm nền, được xác định bởi sự phân loại tín hiệu. Sự phân loại này có thể được thực hiện bên trong hoặc bên ngoài bộ mã hoá tiếng nói. Bộ mã hoá tiếng toàn tốc có thể có tác dụng trong quá trình tiếng thoại tích cực, nhưng có một nguyên lý mã hoá khác được dùng đối với tín hiệu thoại không tích cực, sử dụng bit ít hơn và tạo ra tỷ số nén trung bình cao hơn. Sự phân loại này được gọi chung là bộ dò hoạt động thoại (VAD: Voice Activity Detector) và đầu ra của bộ này gọi là mức hoạt động thoại. Mức hoạt động thoại là 1 khi có mặt hoạt động thoại và là 0 khi không có hoạt động thoại. Thuật toán VAD và bộ mã hoá tiếng nói không tích cực, giống với các bộ mã hoá G.729 và G.729A, được thực hiện trên các khung của tiếng nói đã được số hoá. Để phù hợp, kích thước các khung giống nhau được dùng cho mọi sơ đồ và không có độ trễ thêm vào nào được tạo ra bởi thuật toán VAD hoặc bộ mã hoá thoại không tích cực. Đầu vào bộ mã hoá tiếng nói là tín hiệu tiếng nói đến đã được số hoá. Với mỗi khung tiếng nói đầu vào, VAD đưa ra mức hoạt động thoại, mức này được dùng như một chuyển mạch giữa các bộ mã hoá thoại tích cực và thoại không tích cực. Khi bộ mã hoá thoại tích cực có tác dụng, luồng bit thoại tích cực sẽ gửi tới bộ giải mã tích cực cho mỗi khung. Tuy nhiên, trong các chu kỳ không tích cực, bộ mã hoá thoại không tích cực có thể được chọn để gửi các thông tin mới nhất gọi là bộ mô tả việc chèn im lặng (SID: Silence Insertion Descriptor) tới bộ giải mã không tích cực hoặc không gửi gì cả. Kỹ thuật này có tên là truyền gián đoạn (DTX: Discontinuous Transmission). Với mỗi khung, đầu ra của mỗi bộ giải mã được dùng làm tín hiệu khôi phục. Chuẩn nén G.723.1: Khuyến nghị G đưa ra một bộ mã hoá tiêu chuẩn dùng để nén tín hiệu tiếng nói hoặc các tín hiệu audio khác của các dịch vụ đa phương tiện tại tốc độ rất thấp, giống với phần tiêu chuẩn của họ H.323. Về tốc độ bit: Bộ mã hoá này có hai tốc độ bit: 5,3 kbps và 6,3 kbps. Bộ mã hoá có tốc độ cao hơn sẽ có chất lượng tốt và, cộng thêm tính linh hoạt, cung cấp cho các nhà thiết kế hệ thống. Bộ mã hóa và giải mã bắt buộc phải có cả hai tốc độ bit này. Chúng có thể chuyển mạch được giữa hai tốc độ bit tại bất kỳ đường biên giới nào đó của khung. Khi tín hiệu là phi thoại thì có thể lựa chọn một tốc độ bit biến thiên để truyền không liên tục và điều khiển những khoảng trống. Tín hiệu đầu vào có thể có của bộ mã hoá này tối ưu hoá tín hiệu tiếng nói với chất lượng cao tại các tốc độ bit đã nói ở trên với một độ hạn chế về độ phức tạp. Bộ mã hoá này dùng để mã hoá tiếng nói và các tín hiệu audio khác với các khung dùng kỹ thuật mã hoá phân tích bằng tổng hợp dự báo tuyến tính. Tín hiệu kích thích, đối với bộ mã hoá tốc độ bit cao hơn, là lượng tử hoá đúng cực đại đa xung (MP-MLQ: Multipulse Maximum Likelihood Quantilization) và đối với bộ mã hoá có tốc độ bit thấp hơn, là dự đoán tuyến tính kích thích mã đại số (ACELP). Kích thích khung là 30ms, cộng thêm 7,5ms look-ahead, tạo ra trễ xử lý thuật toán tổng cộng là 37,5ms. Toàn bộ trễ thêm vào 93/163

96 bộ mã hoá là tổng của: Trễ xử lý, trễ truyền dẫn trên các đường truyền thông tin và trễ đệm của các giao thức ghép kênh. Nguyên lý bộ mã hoá G.723.1: Tín hiệu PCM 64kbps đầu vào (theo luật A hoặc μ) qua bộ mã hoá này được lấy mẫu tại tần số 8kHz, sau đó qua bộ chuyển đổi thành tín hiệu PCM đều 16 bit đưa tới đầu vào bộ mã hoá. Tín hiệu đầu ra bộ giải mã sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu PCM theo đúng tín hiệu đầu vào. Các đặc tính đầu vào/ đầu ra khác, giống như của tín hiệu PCM 64kbps (theo khuyến nghị ITU G.711), sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu PCM đều 16 bit tại đầu vào bộ mã hoá, hoặc tín hiệu PCM đều 16 bit sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu ra PCM theo đúng quy luật của tín hiệu đầu vào ở bộ giải mã. Bộ mã hoá dựa trên nguyên lý bộ mã hoá phân tích bằng tổng hợp dự báo tuyến tính và cố gắng cực tiểu hóa sai số có tính trọng số thụ cảm. Bộ mã hoá thực hiện theo từng khung 240 mẫu. Điều này tương đương với chu kỳ khung là 30ms và tần số lấy mẫu là 8kHz. Tại mỗi khối, đầu tiên tín hiệu được đưa qua bộ lọc thông cao để loại bỏ thành phần tín hiệu một chiều DC và sau đó được chia thành 4 khung con. Với mỗi khung con sử dụng tín hiệu đầu vào chưa xử lý để tính toán bộ lọc mã hoá dự báo tuyến tính bậc 10 (LPC). Bộ lọc LPC của khung con cuối cùng sẽ được lượng tử hoá bằng phương pháp lượng tử hoá vectơ phân chia dự báo (PSVQ: Predictive Split Vector Quantizer). Các hệ số LPC chưa được lượng tử sẽ được dùng để khôi phục bộ lọc trọng số thụ cảm ngắn hạn. Với mỗi hai phân khung (120) mẫu, sẽ sử dụng tín hiệu tiếng nói trọng số để tính toán chu kỳ lên giọng tiếng nói mạch vòng kín, LOL. Chu kỳ lên giọng tiếng nói được tính trong khoảng từ 18 đến 142 mẫu. Sau đó tín hiệu tiếng nói sẽ được xử lý theo từng phân khung cơ bản 60 mẫu. Sử dụng đánh giá chu kỳ lên giọng tiếng nói trước để khôi phục bộ lọc dạng ồn sóng hài. Phản ứng xung được tạo bởi việc đấu nối bộ lọc tổng hợp LPC, bộ lọc có tính trọng số thụ cảm formant và bộ lọc dạng tạp âm sóng hài. Người ta sử dụng phản ứng xung này cho các phép tính toán tiếp sau. Bộ dự đoán chu kỳ lên giọng mạch vòng kín được tính toán bằng cách sử dụng đánh giá chu kỳ lên giọng, LOL, và phản ứng xung. Người ta xử dụng bộ dự đoán lên giọng bậc 5. Chu kỳ lên giọng sẽ được tính là gần đúng giá trị vi sai nhỏ của đánh giá lên giọng mạch vòng hở. Thành phần thêm vào bộ dự đoán lên giọng sau đó sẽ được loại bỏ khỏi vectơ ban đầu. Cả hai giá trị chu kỳ lên giọng và giá trị vi sai của nó sẽ được truyền về phía bộ giải mã. Cuối cùng, các thành phần không được dự đoán của tín hiệu kích thích sẽ được lấy gần đúng. Đối với bộ mã hoá có tốc độ bít cao, người ta sử dụng giá trị kích thích lượng tử hoá gần đúng cực đại đa xung (MP-MLQ), và đối với bộ mã hoá có tốc độ bit thấp, người ta sử dụng giá trị kích thích mã đại số (ACELP). 94/163

97 Nguyên lý bộ giải mã G.723.1: Bộ giải mã được thực hiện trên nguyên lý cơ bản từng khung. Đầu tiên các chỉ số của bộ lọc LPC sẽ được giải mã, sau đó bộ giải mã sẽ khôi phục bộ lọc tổng hợp LPC. Đối với mỗi phân khung, cả hai giá trị kích thích bản mã cố định và giá trị kích thích bảng mã thích ứng sẽ được giải mã và đưa tới đầu vào bộ lọc tổng hợp LPC. Bộ lọc sau thích ứng bao gôm formant và bộ lọc sau lên giọng phía sau-phía trước (forward-backward). Tín hiệu kích thích sẽ được đưa tới đầu vào bộ lọc sau lên giọng, đầu ra bộ lọc sau lên giọng được đưa tới đầu vào bộ lọc tổng hợp, và đầu ra bộ lọc tổng hợp sẽ được đưa tới đầu vào bộ lọc sau formant (formant posfilter). Chuẩn nén GSM 06.10: Đầu vào bộ nén GSM bao gồm các khung 160 mẫu các tín hiệu PCM tuyến tính lấy mẫu tại tần số 8kHz. Chu kỳ mỗi khung là 20 ms, khoảng một chu kỳ thanh môn đối với những người có giọng nói cực thấp, và khoảng mười chu kỳ thanh môn đối với những người có giọng nói cực cao. Đây là khoảng thời gian rất ngắn và trong khoảng này sóng tiếng nói thay đổi không nhiều lắm. Độ trễ truyền dẫn thông tin được tính bằng tổng thời gian xử lý và kích thước khung của thuật toán. Bộ mã hoá thực hiện nén một khung tín hiệu đầu vào 160 mẫu (20ms) vào một khung 260 bit. Như vậy một giây nó sẽ thực hiện nén được bit (tương đương với 1625 byte). Do vậy để nén một megabyte tín hiệu chỉ cần một thời gian chưa đầy 10 phút. Trung tâm của quá trình xử lý tín hiệu là bộ lọc. Đầu ra bộ lọc phụ thuộc rất nhiều vào giá trị đầu vào đơn của nó. Khi có một dãy các giá trị đưa qua bộ lọc thì dãy tín hiệu này sẽ được dùng để kích thích bộ lọc. Dạng của bộ nén GSM dùng để nén tín hiệu tiếng nói bao gồm hai bộ lọc và một giá trị kích thích ban đầu. Bộ lọc ngắn hạn dự báo tuyến tính, được đặt tại tầng đầu tiên của quá trình nén và tại tầng cuối cùng trong suốt quá trình giãn, được giả sử tuân theo quy luật âm thanh của mũi và cơ quan phát thanh. Nó được kích thích bởi đầu ra của bộ lọc dự báo dài hạn (LTP: long-term predictor). Các cơ chế điều khiển chất lượng dịch vụ bên trong một phần tử mạng Các thuật toán xếp hàng Một cách để các phần tử mạng xử lý các dòng lưu lượng đến là sử dụng các thuật toán xếp hàng để sắp xếp các loại lưu lượng. Các thuật toán xếp hàng hay dùng là: - Xếp hàng vào trước ra trước (FIFO Queuing). - Xếp hàng theo mức ưu tiên (PQ - Priority Queuing). - Xếp hàng tuỳ biến (CQ - Custom Queuing). - Xếp hàng theo công bằng trọng số (WFQ - Weighted Fair Queuing). FIFO Queuing 95/163

98 Trong dạng đơn giản nhất, thuật toán vào trước ra trước liên quan đến việc lưu trữ gói thông tin khi mạng bị tắc nghẽn và rồi chuyển tiếp các gói đi theo thứ tự mà chúng đến khi mạng không còn bị tắc nữa. FIFO trong một vài trường hơp là thuật toán mặc định vì tính đơn giản và không cần phải có sự thiết đặt cấu hình nhưng nó có một vài thiếu sot. Thiếu sót quan trọng nhất là FIFO không đưa ra sự quyết định nào về tính ưu tiên của các gói cũng như là không có sự bảo vệ mạng nào chống lại những ứng dụng (nguồn phát gói) có lỗi. Một nguồn phát gói lỗi phát quá ra một lưu lượng lớn đột ngột có thể là tăng độ trễ của các lưu lượng của các ứng dụng thời gian thực vốn nhạy cảm về thời gian. FIFO là thuật toán cần thiết cho việc điều khiển lưu lượng mạng trong giai đoạn ban đầu nhưng với những mạng thông minh hiện nay đòi hỏi phải có những thuật toán phức tạp hơn, đáp ứng được những yêu cầu khắt khe hơn. PQ - Priority Queuing Thuật toán PQ đảm bảo rằng những lưu lượng quan trọng sẽ có được sự xử lý nhanh hơn. Thuật toán được thiết kế để đưa ra tính ưu tiên nghiêm ngặt đối với những dòng lưu lượng quan trọng. PQ có thể thực hiện ưu tiên căn cứ vào giao thức, giao diện truyền tới, kích thước gói, địa chỉ nguồn hoặc điạ chỉ đích...trong thuật toán, các gói được đặt vào 1 trong các hàng đợi có mức ưu tiên khác nhau dựa trên các mức độ ưu tiên được gán (Ví dụ như bốn mức ưu tiên là High, Medium, Normal, và Low) và các gói trong hàng đợi có mức ưu tiêncao sẽ được xử lý để truyền đi trước. PQ được cấu hình dựa vào các số liệu thống kê về tình hình hoạt động của mạng và không tự động thích nghi khi điều kiện của mạng thay đổi. Custom Queuing CQ được tạo ra để cho phép các ứng dụng khác nhau cùng chia sẻ mạng với các yêu cầu tối thiểu về băng thông và độ trễ. Trong những môi trường này, băng thông phải được chia một cách tỉ lệ cho những ứng dụng và người sử dụng. CQ xử lý lưu lượng bằng cách gán cho mỗi loại gói thông tin trong mạng một số lượng cụ thể không gian hàng đợi và phục vụ các hàng đợi đó theo thuật toán round-robin (round-robin fashion). Cũng giống như PQ, CQ không tự thích ứng được khi điều kiện của mạng thay đổi. WFQ - Weighted Fair Queuing Trong trường hợp muốn có một mạng cung cấp được thời gian đáp ứng không đổi trong những điều kiện lưu lượng trên mạng thay đổi thì giải pháp là thuật toán WFQ. Thuật toán WFQ tương tự như CQ nhưng các giá trị sử dụng băng thông gán cho các loại gói không được gán một các cố định bởi người sử dụng mà được hệ thống tự động điều chỉnh thông qua hệ thống báo hiệu QoS. 96/163

99 WFQ được thiết kế để giảm thiểu việc thiết đặt cấu hình hàng đợi và tự động thích ứng với sự thay đổi điều kiện lưu lượng của mạng. Thuật toán này phù hợp với hầu hết các ứng dụng chạy trên những đường truyền không quá 2Mbps. Định hình lưu lượng Định hình lưu lượng cung cấp một cơ chế điều khiển lưu lượng tại một giao diện cụ thể. Nó giảm lưu lượng thông tin đi ra khỏi giao diện để tránh làm mạng bị tắc nghẽn bằng các buộc tốc độ thông tin đi ra ở một tốc độ bít cụ thể đối với trường hợp lưu lượng tăng đột ngột. Nguyên tắc định hình lưu lượng là phân loại gói thông tin để cho truyền qua hoặc loại bỏ. Các cơ chế tăng hiệu quả đường truyền Phân mảnh và truyền đan xen LFI Các gói thông tin của các dịch vụ khác nhau có kích thước khác nhau. Ví dụ như gói thông tin của dong lưu lượng tương tác (telnet) hay của thoại có kích thước nhỏ trong khi đó gói thông tin của dịch vụ truyền file FTP (File Transfer Protocol) lại có kích thước lớn. Các gói kích thước lớn có độ trễ cao sẽ làm tăng độ trễ của các dòng thông tin cần độ trễ thấp. Cơ chế LFI cung cấp một cơ chế để giảm độ trễ của và jitter của các đường truyền tốc độ thấp bằng cách chia nhỏ các gói tin lớn của các lưu lượng có độ trễ cao và xen vào những gói tin nhỏ của các lưu lượng cần độ trễ thấp. Nén tiêu đề các gói thoại Các gói thoại sử dụng giao thức RTP để đóng gói tín hiệu audio để truyền đi trong mạng gói. Nén tiêu đề gói thoại giúp tăng hiệu quả của các lưu lượng thoại trong mạng IP. Báo hiệu phục vụ điều khiển chất lượng dịch vụ Báo hiệu điều khiển QoS là một phần của truyền thông trong mạng. Nó cung cấp một cách để một trạm cuối hay một phần tử mạng có thể đưa ra những yêu cầu đối với và phần tử khác. Báo hiệu QoS là rất cần thiết cho việc sử dụng các cơ chế xử lý lưu lượng như đã nêu ở trên. Hai phương pháp hay dùng cho báo hiệu QoS là: Chức năng mức ưu tiên IP (IP Precendence) của giao thức IP. Sử dụng giao thức báo hiệu QoS RSVP (Resource Reservation Protocol) Hiện nay, ITU đang phát triển thủ tục báo hiệu RSVP cho phép tăng cường khả năng của Internet trong việc điểu khiển các ứng dụng thời gian thực. Giao thức dự trữ tài nguyên 97/163

100 này sẽ được cài trong các bộ chuyển mạch IP, các bộ định tuyến và kết hợp với khả năng của ATM trong cung cấp QoS để thiết lập và đảm bảo yêu cầu QoS cho các ứng dụng thời gian thực 98/163

101 Những thuận lợi và khó khăn trong việc lựa chọn VoIP Khi bạn dùng đường truyền PSTN,bạn phải trả cho thời gian sử dụng cho nhà cung cấp dịch vụ PSTN: sử dụng càng nhiều bạn phải trả càng nhiều.thêm vào đó bạn không thể nói với người khác tại cùng thời điểm. Với kỹ thuật VoIP, bạn có thể nói chuyện toàn thời gian với người bạn muốn(điều cần thiết là những người khác cũng phải kết nối internet tại cùng thời điểm),cho đến khi nào bạn muốn(không phụ thuộc vào chi phí) và thêm vào đó,bạn có thể nói chuyện với nhiều người tại cùng một thời điểm. Trước đây khi dựa vào giao tiếp thoại trên PSTN,trong suốt kết nối giữa hai điểm,đường kết nối chỉ dành riêng cho bên thực hiện cuộc gọi.không có thông tin khác có thể truyền qua đường truyền này mặc dù vẫn thừa lượng băng thông sẵn dùng. Nhưng ngày nay, điều đó đã không còn là vấn đề nữa, với sự phát triển nhanh chóng và được sử dụng rộng rãi của IP,chúng ta đã tiến rất xa trong khả năng giảm chi phí trong việc hỗ trợ truyền thoại và dữ liệu.giải pháp tích hợp thoại vào mạng dữ liệu,và cùng hoạt động bên cạnh với hệ thống PBX hiện tại hay những thiết bị điện thoại khác đã đơn giản cho việc mở rộng khả năng thoại cho những vị trí ở xa.traffic thoại thực chất sẽ dược mang tự do(free)bên trên cơ sở hạ tầng và thiết bị phần cứng có sẵn. 99/163

102 Bài 7: Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS - Multiprotocol Label Switching) Tổng quan về MPLS - MPLS là một công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp ba và chuyển mạch lớp hai cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi (core) và định tuyến tốt ở mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn (label). MPLS là một phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng các nhãn được gắn với mỗi gói IP, tế bào ATM, hoặc frame lớp hai. Phương pháp chuyển mạch nhãn giúp các Router và MPLS-enable ATM switch ra quyết định theo nội dung nhãn tốt hơn việc định tuyến phức tạp theo địa chỉ IP đích. MPLS kết nối tính thực thi và khả năng chuyển mạch lớp hai với định tuyến lớp ba. Cho phép các ISP cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau mà không cần phải bỏ đi cơ sở hạ tầng sẵn có. Cấu trúc MPLS có tính mềm dẻo trong bất kỳ sự phối hợp với công nghệ lớp hai nào.mpls hỗ trợ mọi giao thức lớp hai, triển khai hiệu quả các dịch cụ IP trên một mạng chuyển mạch IP. MPLS hỗ trợ việc tạo ra các tuyến khác nhau giữa nguồn và đích trên một đường trục Internet. Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến trúc mạng, Các ISP có thể giảm chi phí, tăng lợi nhuận, cung cấp nhiều hiệu quả khác nhau và đạt được hiệu quả cạnh tranh cao.đặc điểm mạng MPLS: - Không có MPLS API, cũng không có thành phần giao thức phía host. - MPLS chỉ nằm trên các router. - MPLS là giao thức độc lập nên có thể hoạt động cùng với giao thức khác IP như IPX, ATM, Frame Relay, - MPLS giúp đơn giản hoá quá trình định tuyến và làm tăng tính linh động của các tầng trung gian. 100/163

103 Hoạt động của MPLS - Thay thế cơ chế định tuyến lớp ba bằng cơ chế chuyển mạch lớp hai.mpls hoạt động trong lõi của mạng IP. Các Router trong lõi phải enable MPLS trên từng giao tiếp. Nhãn được gắn thêm vào gói IP khi gói đi vào mạng MPLS. Nhãn được tách ra khi gói ra khỏi mạng MPLS. Nhãn (Label) được chèn vào giữa header lớp ba và header lớp hai. Sử dụng nhãn trong quá trình gửi gói sau khi đã thiết lập đường đi. MPLS tập trung vào quá trình hoán đổi nhãn (Label Swapping). Một trong những thế mạnh của khiến trúc MPLS là tự định nghĩa chồng nhãn (Label Stack). - Công thức để gán nhãn gói tin là: Network Layer Packet + MPLS Label Stack - Không gian nhãn (Label Space): có hai loại. Một là, các giao tiếp dùng chung giá trị nhãn (per-platform label space). Hai là, mỗi giao tiếp mang giá trị nhãn riêng, (Perinterface Label Space). - Bộ định tuyến chuyển nhãn (LSR Label Switch Router): ra quyết định chặng kế tiếp dựa trên nội dung của nhãn, các LSP làm việc ít và hoạt động gần giống như Switch.- Con đường chuyển nhãn (LSP Label Switch Path): xác định đường đi của gói tin MPLS. Gồm hai loại: Hop by hop signal LSP - xác định đường đi khả thi nhất theo kiểu best effort và Explicit route signal LSP - xác định đường đi từ nút gốc.một số ứng dụng của MPLS: - Internet có ba nhóm ứng dụng chính: voice, data, video với các yêu cầu khác nhau. Voice yêu cầu độ trễ thấp, cho phép thất thoát dữ liệu để tăng hiếu quả. Video cho phép thất thoát dữ liệu ở mức chấp nhận được, mang tính thời gian thực (realtime). Data yêu cầu độ bảo mật và chính xác cao. MPLS giúp khai thác tài nguyên mạng đạt hiệu quả cao.một số ứng dụng đang được triển khai là: - MPLS VPN: Nhà cung cấp dịch cụ có thể tạo VPN lớp 3 dọc theo mạng đường trục cho nhiều khách hàng, chỉ dùng một cơ sở hạ tầng công cộng sẵn có, không cần các ứng dụng encrytion hoặc end-user. - MPLS Traggic Engineer: Cung cấp khả năng thiết lập một hoặc nhiều đường đi để điều khiển lưu lượng mạng và các đặc trưng thực thi cho một loại lưu lượng.- MPLS QoS (Quality of service): Dùng QoS các nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp nhiều loại dịch vụ với sự đảm bảo tối đa về QoS cho khách hàng. MPLS Unicast/Multicast IP routing. 101/163

104 Điểm vượt trội của MPLS so với mô hình IP over ATM: - Khi hợp nhất với chuyển mạch ATM, chuyển mạch nhãn tận dụng những thuận lợi của các tế bào ATM - chiều dài thích hợp và chuyển với tốc độ cao. Trong mạng đa dịch vụ chuyển mạch nhãn cho phép chuyển mạch BPX/MGX nhằm cung cấp dịch vụ ATM, Frame, Replay và IP Internet trên một mặt phẳng đơn trong một đường đi tốc độ cao. Các mặt phẳng (Platform) công cộng hỗ trợ các dịch vụ này để tiết kiệm chi phí và đơn giản hóa hoạt động cho nhà cung cấp đa dịch vụ. ISP sử dụng chuyển mạch ATM trong mạng lõi, chuyển mạch nhãn giúp các các dòng Cisco, BPX8600, MGX8800, Router chuyển mạch đa dịch vụ 8540 và các chuyển mạch Cisco ATM giúp quản lí mạng hiệu quả hơn xếp chồng (overlay) lớp IP trên mạng ATM. Chuyển mạch nhãn tránh những rắc rối gây ra do có nhiều router ngang hàng và hỗ trợ cấu trúc phân cấp (hierarchical structure) trong một mạng của ISP. Sự tích hợp: MPLS xác nhập tính năng của IP và ATM chứ không xếp chồng lớp IP trên ATM. MPLS giúp cho cơ sở hạ tầng ATM thấy được định tuyến IP và loại bỏ các yêu cầu ánh xạ giữa các đặc tính IP và ATM. MPLS không cần địa chỉ ATM và kỹ thuật định tuyến (như PNNI).Độ tin cậy cao hơn: Với cơ sở hạ tầng ATM, MPLS có thể kết hợp hiệu quả với nhiều giao thức định tuyến IP over ATM thiết lập một mạng lưới (mesh) dịch vụ công cộng giữ các router xung quanh một đám mây ATM. Tuy nhiên có nhiều vấn đề xảy ra do các PCV link giữa các router xếp chồng trên mạng ATM. Cấu trúc mạng ATM không thể thấy bộ định tuyến. Một link ATM bị hỏng làm hỏng nhiều router-to-router link, gây khó khăn cho lượng cập nhật thông tin định tuyến và nhiều tiến trình xử lí kéo theo. Trực tiếp thực thi các loại dịch vụ: MPLS sử dụng hàng đợi và bộ đếm của ATM để cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau. Nó hỗ trợ quyền ưu tiên IP và loại dịch vụ (class of service cos) trên chuyển mạch ATM mà không cần chuyển đổi phức tạp sang các lớp ATM Forum Service. Hỗ trợ hiệu quả cho Mulicast và RSVP: Khác với MPLS, xếp lớp IP trên ATM nảy sinh nhiều bất lợi, đặc biệt trong việc hỗ trợ các dịch vụ IP như IP muticast và RSVP( Resource Reservation Protocol - RSVP). MPLS hỗ trợ các dịch vụ này, kế thừa thời gian và công việc theo các chuẩn và khuyến khích tạo nên ánh xạ xấp xỉ của các đặc trưng IP&ATM Sự đo lường và quản lí VPN: 102/163

105 MPLS có thể tính được các dịch vụ IP VPN và rất dễ quản lí các dịch vụ VPN quan trọng để cung cấp các mạng IP riêng trong cơ sở hạ tầng của nó. Khi một ISP cung cấp dịch vụ VPN hỗ trợ nhiều VPN riêng trên một cơ sở hạ tầng đơn.với một đường trục MPLS, thông tin VPN chỉ được xử lí tại một điểm ra vào. Các gói mang nhãn MPLS đi qua một đường trục và đến điểm ra đúng của nó. Kết hợp MPLS với MP-BGP (Mutiprotocol Broder Gateway Protocol) tạo ra các dịch vụ VNP dựa trên nền MPLS (MPLS-based VNP) dễ quản lí hơn với sự điều hành chuyển tiếp để quản lí phía VNP và các thành viên VNP, dịch vụ MPSL-based VNP còn có thể mở rộng để hỗ trợ hàng trăm nghìn VPN.Giảm tải trên mạng lõi: Các dịch vụ VPN hướng dẫn cách MPLS hỗ trợ mọi thông tin định tuyến để phân cấp. Hơn nữa,có thể tách rời các định tuyến Internet khỏi lõi mạng cung cấp dịch vụ. Giống như dữ liệu VPN, MPSL chỉ cho phép truy suất bảng định tuyến Internet tại điểm ra vào của mạng. Với MPSL, kĩ thuật lưu lượng truyền ở biên của AS được gắn nhãn để liên kết với điểm tương ứng. Sự tách rời của định tuyến nội khỏi định tuyến Internet đầy đủ cũng giúp hạn chế lỗi, ổn định và tăng tính bảo mật Khả năng điều khiển lưu lượng: MPLS cung cấp các khả năng điều khiển lưu lượng để sửng dụng hiệu quả tài nguyên mạng. Kỹ thuật lưu lượng giúp chuyển tải từ các phần quá tải sang các phần còn rỗi của mạng dựa vào điểm đích, loại lưu lượng, tải, thời gian, Các hình thức hoạt động của MPLS: Mạng MPLS dùng các nhãn để chuyển tiếp các gói. Khi một gói đi vào mạng, Node MPLS ở lối vào đánh dấu một gói đến lớp chuyển tiếp tương đương (FEC Forwarding Equivalence Class) cụ thể. Trong mạng MPLS nhãn điều khiển mọi hoạt động chuyển tiếp. Điều này có nhiều thuận lợi hơn sự chuyển tiếp thông thường: - Sự chuyển tiếp MPLS có thể thực hiện bằng các bộ chuyển mạch (switch), có thể tra cứu (lookup) thay thế nhãn mà không ảnh hưởng đến header lớp mạng. Các bộ chuyển ATM thực hiệc các chức năng chuyển các tế bào dựa trên giá trị nhãn. ATM-switch cần được điều khiển bởi một thành phần điều khiển MPLS dựa vào IP (IP-base MPLS control element) như bộ điều khiển chuyển mạch nhãn (LSC - Label Switch Controller). Đây là dạng cơ bản của sự kết hợp IP với ATM. - Khi một gói vào mạng nó được chuyển đến lớp chuyển tiếp tương đương (FEC - Forwarding Equivalence Class). Router có thể sử dụng thông tin gói, như cổng vào (ingress) hay giao tiếp (interface). Các gói đi vào mạng được gán các nhãn khác nhau. Quyết định chuyển tiếp được thực hiện dễ dàng bởi router ngõ vào. Điều này không có 103/163

106 trong sự chuyển tiếp thông thường, vì sự xác định lộ trình của router khác với thông tin lộ trình trên gói. - Mạng được quản lý lưu lượng buộc gói đi theo một con đường cụ thể, một con đường chưa được sử dụng. Con đường đó được chọn trước hoặc ngay khi gói đi vào mạng tốt hơn sự lựa chọn bởi các thuật toán định tuyến thông thường. Trong MPLS, một nhãn có thể được dùng để đại diện cho tuyến, không cần kèm trong gói. Đây là dạng cơ bản của MPLS Traffic Engineering. - "Lớp dịch vụ (Class of service)" của gói được xác định bởi nút MPLS vào (ingress MPLS node). Một nút MPLS vào có thể huỷ tuyến hay sửa đổi lịch trình để điều khiển các gói khác nhau. Các trạm sau có thể định lại ràng buộc dịch vụ bằng cách thiết lập PBH (per-hop behavior). MPLS cho phép (không yêu cầu) độ ưu tiên một phần hoặc hoàn toàn của lớp dịch vụ từ nhãn. Trường lợp này nhãn đại diện cho sự kết hợp của một FEC với độ ưu tiên hoặc lớp dịch vụ. Đây là dạng cơ bản của MPLS QoS. Nhãn (Label) trong MPLS Kiểu khung (Frame mode): - Kiểu khung là thuật ngữ khi chuyển tiếp một gói với nhãn gắn trước tiêu đề lớp ba. Một nhãn được mã hoá với 20bit, nghĩa là có thể có 220 giá trị khác nhau. Một gói có nhiều nhãn, gọi là chồng nhãn (label stack). Ở mỗi chặng trong mạng chỉ có một nhãn bên ngoài được xem xét. Hình 2 mô tả định dạng tiêu đề của MPLS - Trong đó: - EXP=Experimental (3 bit): dành cho thực nghiệm. Cisco IOS sử dụng các bit này để giữ các thông báo cho QoS; khi các gói MPLS xếp hàng có thể dùng các bit EXP tương tự như các bit IP ưu tiên (IP Precedence). - S=Bottom of stack (1 bit): là bít cuối chồng. Nhãn cuối chồng bit này được thiết lập lên 1, các nhãn khác có bít này là 0. - TTL=Time To Live (8 bit): thời gian sống là bản sao của IP TTL. Giá trị của nó được giảm tại mỗi chặng để tránh lặp (giống như trong IP). Thường dùng khi người điều hành mạng muốn che dấu cấu hình mạng bên dưới khi tìm đường từ mạng bên ngoài.kiểu tế bào (Cell mode): - Thuật ngữ này dùng khi có một mạng gồm các ATM LSR dùng MPLS trong mặt phẳng điều khiển để trao đổi thông tin VPI/VCI thay vì dùng báo hiệu ATM. Trong kiểu tế bào, nhãn là trường VPI/VCI của tế bào. Sau khi trao đổi nhãn trong mặt phẳng điều 104/163

107 khiển, ở mặt phẳng chuyển tiếp, router ngõ vào (ingress router) phân tách gói thành các tế bào ATM, dùng giá trị VCI/CPI tương ứng đã trao đổi trong mặt phẳng điều khiển và truyền tế bào đi. Các ATM LSR ở phía trong hoạt động như chuyển mạch ATM chúng chuyển tiếp một tế bào dựa trên VPI/VCI vào và thông tin cổng ra tương ứng. Cuối cùng, router ngõ ra (egress router) sắp xếp lại các tế bào thành một gói. - Trong đó: GFC (Generic Flow Control): Điều khiển luồng chung VPI (Virtual Path Identifier): nhận dạng đường ảovci (Virtual Channel Identifier): nhận dạng kênh ảopt (Payload Type): Chỉ thị kiểu trường tinclp (Cell Loss Priority): Chức năng chỉ thị ưu tiên huỷ bỏ tế bào HEC (Header error check): Kiểm tra lỗi tiêu đề. 105/163

108 Kiến trúc MPLS Cấu trúc nút của MPLS: - Một nút của MPLS có hai mặt phẳng: mặt phẳng chuyển tiếp MPLS và mặt phẳng điều khiển MPLS. Nút MPLS có thể thực hiện định tuyến lớp ba hoặc chuyển mạch lớp hai. Kiến trúc cơ bản của một nút MPLS như sau: Mặt phẳng chuyển tiếp (Forwarding plane): - Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng một cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB - Label Forwarding Information Base) để chuyển tiếp các gói. Mỗi nút MPLS có hai bảng liên quan đến việc chuyển tiếp là: cơ sở thông tin nhãn (LIB - Label Information Base) và LFIB. LIB chứa tất cả các nhãn được nút MPLS cục bộ đánh dấu và ánh xạ của các nhãn này đến các nhãn được nhận từ láng giềng (MPLS neighbor) của nó. LFIB sử dụng một tập con các nhãn chứa trong LIB để thực hiện chuyển tiếp gói. Mặt phẳng điều khiển (Control Plane) - Mặt phẳng điều khiển MPLS chịu trách nhiệm tạo ra và lưu trữ LFIB. Tất cả các nút MPLS phải chạy một giao thức định tuyến IP để trao đổi thông tin định tuyến đến các nút MPLS khác trong mạng. Các nút MPLS enable ATM sẽ dùng một bộ điều khiển nhãn (LSC Label Switch Controller) như router 7200, 7500 hoặc dùng một mô đun xử lý tuyến (RMP Route Processor Module) để tham gia xử lý định tuyến IP. - Các giao thức định tuyến Link-state như OSPF và IS-IS là các giao thức được chọn vì chúng cung cấp cho mỗi nút MPLS thông tin của toàn mạng. Trong các bộ định tuyến thông thường, bản định tuyến IP dùng để xây dựng bộ lưu trữ chuyển mạch nhanh (Fast switching cache) hoặc FIB (dùng bởi CEF - Cisco Express Forwarding). Tuy nhiên với MPLS, bản định tuyến IP cung cấp thông tin của mạng đích và subnet prefix. Các giao thức định tuyến link-state gửi thông tin định tuyến (flood) giữa một tập các router nối trực tiếp (adjacent), thông tin liên kết nhãn chỉ được phân phối giữa các router nối trực tiếp với nhau bằng cách dùng giao thức phân phối (LDP Label Distribution Protocol) hoặc TDP (Cisco s proproetary Tag Distribution protocol). - Các nhãn được trao đổi giữa các nút MPLS kế cận để xây dựng nên LFIB. MPLS dùng một mẫu chuyển tiếp dựa trên sự hoán đổi nhãn để kết nối với các mô đun điều khiển khác nhau. Mỗi mô đun điều khiển chịu trách nhiệm đánh dấu và phân phối một tập các nhãn cũng như lưu trữ các thông tin điều khiển có liên quan khác. Các giao thức cổng nội (IGP Interior Gateway Potocols) được dùng để xác nhận khả năng đến được, sự liên kết, và ánh xạ giữa FEC và địa chỉ trạm kế (next-hop address). 106/163

109 Các mô đun điều khiển MPLS gồm: * Định tuyến Unicast (Unicast Routing) * Định tuyến Multicast (Multicast Routing) * Kỹ thuật lưu lượng (Traffic engineering) * Mạng riêng ảo (VPN Virtual private Network) * Chất lượng dịch vụ (QoS Quality of service) 107/163

110 Bài 8: Công nghệ WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) Tổng quan về WiFi Giới thiệu WiFi là một nhãn hiệu cho dòng sản phẩm tuân thủ theo các chuẩn cho WLAN của Viện kỹ thuật điện tử IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) Các chuẩn Wireless Với các chuẩn sau: : Thông tin của chuẩn : Đây là chuẩn đầu tiên của hệ thống mạng không dây. Chuẩn này chứa tất cả công nghệ truyền hiện hành bao gồm Direct Sequence Spectrum (DSSS), Frequence Hopping Spread Spectrum (FHSS) và tia hồng ngoại là một trong hai chuẩn miêu tả những thao tác của sóng truyền (FHSS) trong hệ thống mạng không dây. Nếu người quản trị mạng không dây sử dụng hệ thống sóng truyền này, phải chọn đúng phần cứng thích hợp cho các chuẩn b Hầu hết mạng WLAN ngày nay tương thích với chuẩn b của IEEE, các sản phẩm bắt đầu được xuất xưởng vào cuối năm 1999 và khoảng 40 triệu thiết bị b đang được sử dụng trên toàn cầu 108/163

111 802.11b có tốc độ tín hiệu tối đa 11Mbps, với thông lượng trung bình khoảng từ 4 đến 6 Mbps. Tốc độ này vẫn nhanh hơn một kết nối băng rộng DSL hoặc cáp và đủ cho âm thanh liên tục (streaming audio), b lại không đủ nhanh để truyền những hình ảnh có độ nét cao. Lợi thế chính của b là chí phí phần cứng thấp.do hoạt động ở tần số 2.4GHz Phổ này bị chia sẻ bởi các thiết bị không được cấp phép, chẳng hạn như các thiết bị Bluetooth, điện thoại không dây và sóng viba là nguồn gốc gây nhiễu (và làm giảm hiểu suất hoạt động) ở mạng dùng chuẩn b. Các mạng dùng chuẩn b cũng có thể gây nhiễu cho nhau, 14 kênh của chuẩn b được chia thành từng phần và chỉ có thể dùng 3 kênh cùng một phạm vi để tránh chồng chéo. Các kênh thường được sử dụng để tránh chồng chéo là 1, 6 và b+ PBCC (Packet Binary Convolutional Code) do Texas Instruments (TI) phát triển có thể cung cấp tốc độ 22 và 33 Mbps. TI sản xuất chipset dựa trên chuẩn b và hỗ trợ PBCC 22 Mbps. Những thiết bị tích hợp chipset này được gọi là thiết bị b+. Những thiết bị này hoàn toàn tương thích với b, khi hai thiết bị b+ giao tiếp với nhau có thể tự động dùng tốc độ 22 Mbps. Điểm nổi bật khác của TI khi giao tiếp giữa các thiết bị b+ là hoạt động ở chế độ 4x, có nghĩa là dùng các gói tin có kích thước lớn hơn byte - để giảm tải và tăng thông lượng lên đến ba lần a : Vào cuối năm 2001, các sản phẩm dựa trên một chuẩn thứ hai, a, bắt đầu được xuất xưởng,hoạt động ở tần số 5GHz Thông lượng lý thuyết tối đa của nó là 54 Mbit/s, với tốc độ tối đa thực tế từ 21 đến 22 Mbit/s. Mặc dù tốc độ tối đa này vẫn cao hơn đáng kể so với thông lượng của chuẩn b, phạm vi phát huy hiệu lực trong nhà từ 25 đến 75 feet của nó lại ngắn hơn phạm vi của các sản phẩm theo chuẩn b. Nhưng chuẩn a hoạt động tốt trong những khu vực đông đúc: Với một số lượng các kênh không gối lên nhau tăng lên trong dải 5 GHz,Trong môi trường văn phòng thông thường, tầm hoạt động của a có thể lên đến tối đa 46m ở tốc độ thấp nhất, và khoảng 23m ở tốc độ cao nhất. Không giống dãy tần số 2.4GHz, dãy tần số 5GHz gần như không bị nhiễu. Với ưu thế về kích thước của dãy tần số, các kênh của a không bị chồng chéo. Một số nước định nghĩa 4 kênh, 8 kênh hoặc nhiều hơn. Một lợi ích khác mà chuẩn a mang lại là băng thông cao hơn của nó giúp cho việc truyền nhiều luồng hình ảnh và truyền những tập tin lớn trở nên lý tưởng g : là chuẩn nối mạng không dây được IEEE phê duyệt tháng 6 năm có tốc độ của a và tầm hoạt động của b và tương thích ngược với b. Tốc độ tối đa lý thuyết của các sản phẩm theo chuẩn a, 54 Mbit/s, với một thông lượng thực tế từ 15 đến 20 Mbit/s. Giống b, g có 14 kênh và chỉ có thể dùng 3 kênh cùng một phạm vi để tránh chồng chéo.tốc độ cao hơn của chuẩn g 109/163

112 cũng giúp cho việc truyền hình ảnh và âm thanh, lưới Web trở nên lý tưởng g thiết kế để tương thích ngược với b và chúng chia sẻ cùng phổ 2,4GHz. Việc này làm cho các sản phẩm của 2 chuẩn b và g có thể hoạt động tương thích với nhau g đạt tốc độ này bằng cách dùng OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing), cùng cơ chế với a, và phải sử dụng thiết bị cùng chẩn g. Để có thể kết nối với các thiết bị b phải dùng cơ chế điều biến CCK (Complimentary Code Keying) g cũng tương thích với các thiết bị b+ hoạt động ở tốc độ 22 và 33Mbps sử dụng PBCC (Packet Binary Convolutional Code) của Texas Instrumnets g+ :Giống b+, g+ do Texas Instruments (TI) phát triển dựa trên g của IEEE với các tính năng khác được thêm vào. Các thiết bị g+ tương thích với các thiết bị b và g. Khi kết nối với thiết bị b+, các ưu điểm của TI sẽ được phát huy. Khi kết nối các thiết bị g+ với nhau, có thể đạt tốc độ tín hiệu lên đến 100Mbps n :Task Group N của IEEE được thành lập vào tháng 7 năm 2003 để chuẩn hóa cho Physical Layers (PHY) và Medium Access Control Layer (MAC) của , cho phép các chế độ hoạt động có thể đạt được thông lượng ít nhất là 100Mbps. Đây là dự án đầu tiên của hướng tới thông lượng thay vì tốc độ tín hiệu. Môt mục đích khác là đạt được thông lượng cao ở tầm hoạt động rộng, tương thích với các thiết bị a và g. Ban đầu dự kiến, công việc chuẩn hóa sẽ hoàn thành vào cuối năm 2005.Sau đó hoãn lại và dự kiến sẽ được công nhận chính thức vào cuối năm 2006 nhưng cho tới thời điểm này vẫn chưa có một chuẩn chính thức n sử dụng hệ thống đa ăng ten và cường độ phổ lớn, đều là những vấn đề hóc búa đối với hội kỹ sư điện tử (IEEE). Sau nhiều trở ngại với đề xuất về một tiêu chuẩn mạng không dây tốc độ cao, cuối cùng hiệp hội Wi-fi cũng đã đưa ra được phiên bản Draft 2.0 của n, đồng thời coi đây là tiêu chuẩn sàn để các nhà sản xuất có thể xây dựng các thiết bị hoạt động tốt với nhau. Hiện nay, IEEE vẫn đang nghiên cứu để đưa ra chuẩn n chính thức và hy vọng công việc sẽ kết thúc vào tháng ba năm Tuy nhiên chưa có gì đảm bảo các thiết bị dựa trên Draft 2.0 sẽ tương thích với các thiết bị của bộ chuẩn chính thức này.và cả phiên bản Draft 2.0 lẫn chuẩn chính thức đều được thiết kế để có tốc độ truyền dữ liệu trên 100Mb/giây, nhanh hơn cả một số kết nối Ethernet qua dây dẫn.. Ưu nhược điểm của công nghệ theo chuẩn IEEE Khả năng di động - cho phép kết nối bất kì đâu trong vùng phủ sóng.. - Dễ lắp đặt và triển khai,thời gian triển khai nhanh. - Tốc độ cao,tính linh động và nâng cấp dễ. 110/163

113 - Giá thiết bị rẻ và nhiều trên thị trường. - Nhược điểm của mạng không dây có thể kể đến nhất là khả năng nhiễu sóng do thời tiết,các thiết bị không dây khác, hay các vật chắn - Vùng phủ sóng của IEEE cao hơn HIPERLAN nhưng cũng chỉ hạn chế ở tầm vài chục đến vài trăm mét. Bảo mật còn nhiều lỗ hổng 111/163

114 Wimax Wi-Fi có bán kính phủ sóng của một điểm thu phát sóng (hotspot) chỉ là 150 m nên cần nhiều hotspot cho một khu vực nhất định và càng có nhiều người sử dụng Wi-Fi thì tốc độ càng giảm.mặt khác,chất lượng của Wi-Fi không được tốt bằng ADSL, không đảm bảo được chế độ ưu tiên như WiMAX. WiMAX là từ viết tắt của Worldwide Interoperability for Microwave Access có nghĩa là khả năng tương tác toàn cầu với truy nhập vi ba.với WiMAX cố định có tốc độ tương đương với ADSL, trong khi không cần dùng dây dẫn đến các thuê bao. Người sử dụng các thiết bị đầu cuối chỉ cần mua một thiết bị Indoor WiMAX (kích thước bằng một modem ADSL) là có thể dùng được Internet tốc độ cao. WiMAX di động có tố độ lớn hơn WiFi nhưng phạm vi phủ sóng lớn hơn rất nhiều so với Wifi Công nghệ WiMAX, là công nghệ không dây băng thông rộng đang phát triển rất nhanh với khả năng triển khai trên phạm vi rộng và được coi là có tiềm năng to lớn để trở thành giải pháp dặm cuối lý tưởng nhằm mang lại khả năng kết nối Internet tốc độ cao tới các gia đình và công sở Các đặc điểm về Wimax WiMAX đã được tiêu chuẩn hoá ở IEEE Hệ thống này là hệ thống đa truy cập không dây sử dụng công nghệ OFDMA có các đặc điểm sau : Khoảng cách giữa trạm thu và phát có thể tới 50km Tốc độ truyền có thể thay đổi, tối đa 70Mbit/s. Hoạt động trong cả hai môi trường truyền dẫn: đường truyền tầm nhìn thẳng LOS (Line of Sight) và đường truyền bị che khuất NLOS (Non line of sight). Dải tần làm việc 2-11GHz và từ 10-66GHz hiện đã và đang được tiêu chuẩn hoá. Trong WiMAX hướng truyền tin được chia thành hai đường lên và xuống. Đường lên có tần số thấp hơn đường xuống và đều sử dụng công nghệ OFDM WiMAX sử dụng điều chế nhiều mức thích ứng từ BPSK, QPSK đến 256-QAM kết hợp các phương pháp sửa lỗi dữ liệu như ngẫu nhiên hoá, với mã hoá sửa lỗi Reed Solomon, mã xoắn tỷ lệ mã từ 1/2 đến 7/8. Độ rộng băng tần của WiMAX từ 5MHz đến trên 20MHz được chia thành nhiều băng con. Với công nghệ OFDMA, cho phép nhiều thuê bao có thể truy cập đồng thời một hay nhiều kênh một cách linh hoạt để đảm bảo tối ưu hiệu quả sử dụng băng tần. Cho phép sử dụng cả hai công nghệ TDD (time division duplexing) và FDD (frequency division duplexing) cho việc phân chia truyền dẫn của hướng lên (uplink) và hướng xuống (downlink). 112/163

115 Hệ thống WiMAX được phân chia thành 4 lớp con : Các lớp này tương đương với hai lớp dưới của mô hình OSI và được tiêu chuẩn hoá để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên Các chuẩn Wimax của IEEE và HiperMAN của ETSI WiMAX dựa trên tiêu chuẩn của IEEE và HiperMAN của ETSI. IEEE : Chuẩn này được xây dựng từ tháng 9/2000 và được IEEE thông qua vào tháng 12/ xác định giao diện vô tuyến gồm lớp MAC và PHY của hệ thống truy nhập vô tuyến cố định điểm đa điểm với những mục đích: Cho phép triển khai nhanh chóng và rộng rãi các hệ thống truy nhập vô tuyến băng rộng với chi phí hiệu quả. Đảm bảo khả năng tương thích giữa các thiết bị truy nhập vô tuyến băng rộng của các hãng khác nhau. Tăng tốc quá trình thương mại hóa,phổ cập truy nhập vô tuyến băng rộng,đưa ra các giải pháp thay thế cho truy nhập băng rộng hữu tuyến. các chuẩn của IEEE Đặc điểm của : Dải tần từ 10 66GHz kênh vật lý thường là 25/28 MHz 113/163

116 Đường truyền LOS. Phương pháp điều chế là QPSK,16/64QAM Tầm hoạt động từ 2-7 km Ta nhận thấy nhược điểm của truyền LOS vì hầu hết trên thực tế là kiểu NLOS hoặc đường truyền thẳng nhưng có vật cản (OLOS),trước những hạn chế đó thì bản được đưa ra. IEEE Đề cập vào tháng 10/2007 tập trung vào giải quyết vấn đề can nhiễu.trong dải hoạt động cố định 10 66GHz nhưng đặc biệt quan tâm tới dải từ GHz. IEEE Con :[5] chuẩn này công bố sự phù hợp về thực thi giao diện không gian MAN-SC vô tuyến trong dải 10-66GHz. Tiêu chuẩn này công bố sự phù hợp về thực thi giao thức các chỉ tiêu kỹ thuật phù hợp của các trạm gốc và các trạm thuê bao dựa trên giao diện không gian MAN-SC (10-66GHz) được xác định trong tiêu chuẩn IEEE Con : [5] Tiêu chuẩn này giới thiệu cấu trúc thiết bị đo và mục đích đo,kiểm tra sự phù hợp các chỉ tiêu kỹ thuật của các trạm gốc và các trạm thuê bao dựa trên giao diện không gian được xác định trong chuẩn IEEE a. được thông qua tháng 1/2003.phiên bản này bổ sung cho thiếu sót của với việc bổ xung thêm dải tần số 2-11 GHz. Giúp cho việc truyền sóng trong môi trường có vật cản và bị che khuất đễ dàng hơn.,bổ sung các kỹ thuật cho lớp vật lý giúp tối ưu kênh truyền theo bằng tần của ứng dụng IEEE b: Chuẩn này hoạt động trên băng tầng từ 5 6 Ghz với mục đích cung ứng dịnh vụ với chất lượng cao (QoS). Cụ thể chuẩn ưu tiên truyền thông tin của những ứng dụng video, thoại, real-time thông qua những lớp dịch vụ khác nhau. Chuẩn này sau đó đã được kết hợp vào chuẩn a IEEE c. được chấp nhận vào tháng 12/2002 đây là bản sửa đổi của chuẩn Chuẩn này định nghĩa thêm các profile mới cho dải băng tầng từ 10-66GHz với mục đích cải tiển thao tác gữa các phần(interoperability). IEEE hay IEEE d được IEEE thông qua tháng 6/2004. Chuẩn này sử dụng băng tầng có bản quyền từ 2 11 Ghz. Đây là băng tầng thu hút được nhiều quan tâm nhất vì tín hiệu truyền có thể vượt được các chướng ngại trên đường truyền a còn thích ứng cho việc triển khai mạng Mesh mà trong đó một thiết bị cuối (terminal) có thể liên lạc với BS thông qua một thiết bị cuối khác. Với đặc tính này, vùng phủ sóng của a BS sẽ được mở rộng. 114/163

117 IEEE Tập trung vào các ứng dụng cố định và lưu trú trong dải tần số 2-11 GHz. Hai kỹ thuật điều chế đa sóng mang được hỗ trợ trong : OFDM với 256 sóng mang và OFDMA với 2048 sóng mang. Các hồ sơ chứng nhận đầu tiên của.diễn đàn WiMAX đều dựa trên OFDM, như được định nghĩa trong phiên bản này của tiêu chuẩn. Các thiết bị WiMAX hiện tại có trên thị trường là dựa trên chuẩn này. IEEE e được thông qua tháng 12/2005. Diễn đàn WiMAX sẽ bắt đầu quá trình chứng nhận thiết bị ban đầu trong các băng tần 3.3 đến 3.8 GHz và 5.7 đến 5.8 GHz.Với khả năng đáp ứng cả các ứng dụng cố định cũng như các dịch vụ di động, nên còn được gọi là WiMAX di động. Chuẩn này đã và đang được thử nghiệm ở nhiều nước. Hiện tại, WiMAX di động "Wave 2" dùng 2 ăng-ten phát và 2 ăng-ten thu đã cho tốc độ tối đa tầm 75Mbps. IEEE e: Hỗ trợ cho việc khai thác sự kết hợp giữa dịch vụ cố định và di động tại các tần số dưới 6 GHz. Tiêu chuẩn này mở ra sự hỗ trợ SOFDMA (một biến thể của OFDMA), nó tính đến số lượng các sóng mang có thể biến đổi, ngoài các phương thức OFDM và OFDMA đã được định nghĩa trước đây. Việc gán sóng mang trong các phương thức OFDMA được thiết kế để giảm thiểu tác động của can nhiễu tới thiết bị người dùng với các anten toàn hướng. Tăng cường hỗ trợ cho MIMO (Multiple Input Multiple Output) và các hệ thống anten thích nghi (AAS), cũng như chuyển vị (handoff) cứng và mềm. Nó cũng đã cải thiện được các khả năng tiết kiệm nguồn cho các thiết bị di động và các tính năng an toàn mạnh hơn. Cả hai sản phẩm dựa trên OFDM và trên OFDMA đều có thể tận dụng các dung lượng mới mở rộng. Trong phần sau, chúng ta coi các định dạng của e WiMAX chủ yếu như là việc chấp nhận SOFDMA, còn các định dạng như là việc sử dụng OFDM với 256 sóng mang. Phiên bản mới của tiêu chuẩn có tính tương thích ngược, cho nên các yêu cầu kỹ thuật mới của phương thức OFDM là tương thích với các phiên bản trước. Tuy nhiên, các hương thức OFDM và SOFDMA sẽ không tương thích nếu chúng dựa trên hai kỹ thuật điều chế khác nhau. Kết quả là, loại CPE của OFDM chế độ đơn mode (single mode) sẽ không làm việc được trong một mạng SOFDMA và ngược lại, một CPE của SOFDMA sẽ không làm việc trong một mạng OFDM.Đây cugnx là một hạn chế của 115/163

118 IEEE j: Bây giờ IEEE đang bắt tay vào chuẩn hóa j để phục vụ cho việc Relay (WiMAX Mesh network). Mô hình mạng Mesh trong WiMAX Lợi ích của việc dùng những relay BS đã được liệt kê trong hình vẽ. Có thể kể đến các lợi ích sau: Thay vì liên lạc trực tiếp với BS, người dùng có thể liên lạc thông qua nhiều Relay BS với đường truyền tốt hơn và tốc độ cao hơn, hiệu quả truyền cao hơn, v.v.. Relay BS có thể dùng để tăng vùng phủ sóng của mạng WiMAX (relay BS rẻ hơn lắp đặt BS WiMAX) Người dùng sẽ không cần tiêu tốn một năng lượng lớn để liên lạc với BS (tiết kiệm năng lượng tiêu thụ ở thiết bị di động) m: Đang được nghiên cứu và chuẩn hóa. Chuẩn này hướng tới tăng tốc độ truyền của WiMAX lên 1Gbps bằng cách dùng MIMO trên nền công nghệ đa truy nhập OFDMA với số lượng ăngten phát và thu nhiều hơn WiMAX di động «Wave 2» m trang bị 4 ăng-ten phát và 4 ăng-ten thu sẽ có thể đẩy tốc độ truyền lên lớn hơn 350Mbps,và vẫn tương thích với WiMAX cố định và di động đã và đang được triển khai 116/163

119 Theo dự kiến, WiMAX Release 2 với sự hoàn thiện của m sẽ hoàn thành vào cuối năm 2009 và có thể bắt đầu triển khai dịch vụ từ 2010 Bảng 4 :So sánh các chuẩn [4] a d e Phổ (GHz) Cấu hình Trực xạ Không trực xa Không trực xạ Không trực xạ Tốc độ bit Điều chế Tính di dộng Băng thông (MHz) Bán kính cell MbpsKênh 28 MHz QPSK, 16QAM, 64QAM 75 MbpsKênh 20 MHz OFDM 256 sóng mang con QPSK,16QAM,64QAM <=70 MHzKênh 20 MHz OFDM 256 sóng mang con, BPSK QPSK,16QAM,64QAM Cố định Cố định Cố định Di động 15 Mbps (max 75 Mbps)Kênh 5 MHz OFDM 512/1024/ 2048 BPSK,QPSK,16QAM,64QAM 20, 25, tới tới tới km 7-10 km max km 2-7 km Ngoài ra còn có nhiều chuẩn bổ sung khác đang được triển khai hoặc đang trong giai đoạn chuẩn hóa như g, f, h... Điểm khác nhau giữa các phiên bản như a, và e Chuẩn a của IEEE tập trung vào truy cập băng rộng cố định. Chuẩn mở rộng của IEEE cải tiến hơn nhờ hỗ trợ cho CPE trong nhà. Chuẩn802.16e là một mở rộng của chuẩn Mục đích của chuẩn e là để bổ sung khả năng di động dữ liệu cho chuẩn hiện thời, mà ban đầu thiết kế chủ yếu dành cho cố định. 117/163

120 WiMAX Chuẩn này dựa trên phiên bản của IEEE và ETSI - HiperMAN. Nó sử dụng Ghép kênh Phân chia theo tần số trực giao (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing), hỗ trợ truy nhập cố định và di trú trong các môi trường Trực thị (LOS - Line of Sight ) và Không trực thị (NLOS Non Line of Sight). Các hãng sản xuất đang triển khai Thiết bị khách hàng (CPE) trong nhà và ngoài trời và thẻ PCMCIA cho laptop. Các định dạng (profile) ban đầu của Diễn đàn WiMAX trong băng tần 3,5 GHz và 5,8 GHz. Các sản phẩm được chứng nhận đầu tiên đã xuất hiện vào cuối năm WiMAX e. Tối ưu hoá cho các kênh vô tuyến di động, phiên bản này dựa trên sự hiệu chỉnh e và hỗ trợ chuyển vị (handoff) và chuyển vùng (roaming). Nó sử dụng Truy nhập ghép kênh phân chia theo tần số trực giao có thể mở rộng thang độ (SOFDMA Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access), một kỹ thuật điều chế đa sóng mang có sử dụng tạo kênh phụ (sub-channelization). Các nhà cung cấp dịch vụ đang triển khai e cũng có thể sử dụng mạng này để cung cấp dịch vụ cố định. Việc cấp chứng chỉ dự kiến sẽ được bắt đầu vào giữa năm 2006, khi khai trương các phòng thí nghiệm chứng nhận WiMAX di động, với các sản phẩm được cấp chứng chỉ đầu tiên đã có mặt năm Mô hình ứng dụng WiMAX Mô hình cố định sử dụng các thiết bị theo tiêu chuẩn IEEE Tiêu chuẩn này gọi là không dây cố định vì thiết bị thông tin làm việc với các anten đặt cố định tại nhà các thuê bao. Anten đặt trên nóc nhà hoặc trên cột tháp tương tự như chảo thông tin vệ tinh Tiêu chuẩn IEEE cũng cho phép đặt anten trong nhà nhưng tất nhiên tín hiệu thu không tốt bằng anten ngoài trời. Băng tần công tác (theo quy định và phân bổ của quốc gia) trong băng 2,5GHz hoặc 3,5GHz. Độ rộng băng tầng là 3,5MHz. Trong mạng cố định, WiMAX thực hiện cách tiếp nói không dây đến các modem cáp, đến các đôi dây thuê bao của mạch xdsl hoặc mạch Tx/Ex (truyền phát/chuyển mạch) và mạch OC-x (truyền tải qua sóng quang). 118/163

121 Mô hình ứng dụng WiMAX cố định WiMAX cố định có thể phục vụ cho các loại người dùng như: các xí nghiệp, các khu dân cư nhỏ lẻ, mạng cáp truy nhập WLAN công cộng nối tới mạng đô thị, các trạm gốc BS của mạng thông tin di động và các mạch điều khiển trạm BS. Về cách phân bố theo địa lý, người dùng có thể phân tán tại các địa phương như nông thôn và các vùng sâu vùng xa khó đưa mạng cáp hữu tuyến đến đó. Mô hình ứng dụng WiMAX di động 119/163

122 Mô hình ứng dụng WiMAX di động Mô hình WiMAX di động sử dụng các thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn IEEE e được thông qua trong năm 2005.Tiêu chuẩn e bổ sung cho tiêu chuẩn hướng tới các người dùng cá nhân di động, làm việc trong băng tần thấp hơn 6GHz. Mạng lưới này phối hợp cùng WLAN, mạng di động cellular 3G có thể tạo thành mạng di động có vùng phủ sóng rộng. Hy vọng các nhà cung cấp viễn thông hiệp đồng cộng tác để thực hiện được mạng viễn thông số truy nhập không dây có phạm vi phủ sóng rộng thỏa mãn được các nhu cầu đa dạng của thuê bao. Việc lựa chọn triển khai trên diện rộng với WIMAX di động hay cố định là câu hỏi của nhiều nước.sự so sánh dưới đây sẽ làm rõ sự khác biệt giữa 2 chẩn này Mô hình cấu trúc hệ thống Wimax WiMAX gồm 2 mặt phẳng tham chiếu là: Mặt phẳng quản lý: là mặt phẳng chứa các thực thể để quản trị mạng như quản lý và tính cước. Mặt phẳng truyền tin :Mặt phẳng này tương đương với hai lớp dưới của mô hình OSI đảm bảo cho việc truyền tin gữa 2 trạm trong 1 cuộc kết nối và được tiêu chuẩn hoá để có thể giao tiếp với nhiều ứng dụng lớp trên 120/163

123 Mô hình cấu trúc của WiMAX 121/163

124 Bài 9: Chất lượng dịch vụ và bảo mật trong mạng NGN (QoS and Security) Bảo mật Các yêu cầu bảo mật Một nhà cung cấp mạng hay dịch vụ sẽ quyết định giới hạn thực hiện bảo mật dựa vào kết qủa của phân tích nguy cơ và đánh giá rủi ro. Sau đó nhà cung cấp sẽ tạo ra một "chiến lược bảo mật". Hình sau mô tả sự tương tác của các khối liên quan đến bảo mật. Mô h ì n h bả o m ật Phân tích nguy cơ và đánh giá rủi ro trên nguyên tắc chỉ có thể thực hiện trong một trưường hợp cụ thể. Phạm vi bảo mật có thể tùy thuộc vào các hoạt động khác nhau. Do đó thách thức đặt ra cho các nhà cung cấp thiết bị là xác định một chính sách chung cho phần lớn các khách hàng và khách hàng có thể tạo ra cách bảo mật của mình trong một số tùy chọn sẵn có. Việc xác định chính xác các yêu cầu bảo mật của mạng tương đối khó khăn. Sau đây là một ví dụ cụ thể về các yêu cầu của bảo mật. Chẳng hạn như khách hàng phải chịu trách nhiệm về các hành động của họ 122/163

125 Các vấn đề cần bảo mật Các vấn đề này được thực hiện trong mọi dạng cấu hình NGN, bao gồm các dạng truyền khác nhau và xử lý các nguy cơ sau đây: Từ chối dịch vu: Nguy cơ này tán công vào các thành phần mạng truyền dẫn bằng cách liên tục đưa dồn dập dữ liệu làm cho các khách hàng NGN khác không thể sử dụng tài nguyên mạng. Nghe trộm: Nguy cơ này ảnh hưởng đến tính riêng tư của một cuộc nói chuyện bằng cách chặn đường dây giữa người gười và người nhận. Giả dạng: Thủ phạm sử dụng một mặt nạ để tạo ra một đặc tính giả. Ví dụ anh ta có thể thu được một đặc tính giả bằng cách theo dõi mật mã và ID củaa khách hàng, bằng cách thao tác khởi tạo tin nhắn hay thao tác địa chỉ vào/ra của mạng. Truy nhập trái phép: Truy nhập vào các thưc thể mạng phải được hạn chế và phù hợp với chính sách bảo mật. Nếu kẻ tấn công truy nhập trái phép vào các thực thể mạng thì các dạng tấn công khác như từ chối dịch vụ, nghe trộm hay giả dạng cũng có thể xảy ra. Truy nhập trái phép cũng là kết quả của các nguy cơ kể trên. Sửa đổi thông tin: Trong trường hợp này, dữ liệu bị phá hỏng hay làm cho không thể sử dụng được do thao tác của hacker. Một hậu quả của hành động này là những khách hàng hợp pháp không truy xuất vào tài nguyên mạng được. Trên nguyên tắc không thể ngăn cản khách hàng thao tác trên dữ liệu hay phá hủy một cơ sở dữ liệu trong phạm vi truy nhập cho phép của họ. Từ chối khách hàng: Một hay nhiều khách hàng trong mạng có thể bị từ chối tham gia vào một phần hay toàn bộ mạng với các khách hàng dịch vụ/server khác. Phương pháp tấn công có thể là tác động lên đường truyền, truy nhập dữ liệu hay sửa đổi dữ liệu. Trên quan điểm của nhà vận hành mạng hay nhà cung cấp dịch vụ, dạng tấn công này gây hậu quả là mất niềm tin, mất khách hàng và dẫn tới mất doanh thu. Các giải pháp tạm thời Các biện pháp đối phó có thể chia thành hai loại sau: phòng chống và dò tìm. Sau đây là các biện pháp tiêu biểu: Xác thực Chữ ký số Ðiều khiển truy nhập 123/163

126 Mạng riêng ảo Phát hiện xâm nhập Ghi nhất ký và kiểm toán Mã hóa Trong mọi trường hợp cần lưu ý rằng các hệ thống vận hành trong các thành phần NGN cần phải bảo vệ cấu hình như một biện pháp đối phó cơ bản: - Tất cả các thành phần không quan trọng (chẳng hạn như các cổng TCP/UDP) phải ở tình trạng thụ động. - Các đặc tính truy nhập từ xa cho truy nhập trong và truy nhập ngoài cũng phải thu động. Nếu các đặc tính này được đăng nhập, tất cả các hoạtt động cần được kiểm tra. Bảng điều khiển server để điều khiển tất cả các đặc tính vận hành của hệ thống cần được bảo vệ. Tất cả các hệ thống vận hành có một vài đặc tính đặc biệt để bảo vệ bảng điều khiển nay. Hệ thống hoàn chỉnh có thể đăng nhập và kiểm tra. Các log file cần phải được giám sát thường xuyên. Thêm vào đó, cần phải nhấn mạnh rằng mạng tư nó phải có cách bảo vệ cấu hình. Ví dụ: như nhà vận hành phải thực hiện các công việc sau: Thay đổi password đã lộ. Làm cho các port không dùng phải không hoạt động được. Duy trì một nhất ký password. Sử dụng sự nhận thực các thực thể. Bảo vệ điều khiển cấu hình 124/163

127 B iệ n p há p c h ố ng lại cá c ng uy c ơ 125/163

128 Chất lượng dịch vụ (QoS) Giới thiệu Chất lượng dịch vụ QoS chính là yếu tố thúc đẩy MPLS. So sánh với các yếu tố khác, như quản lý lưu lượng và hỗ trợ VPN thì QoS không phải là lý do quan trọng nhất để triển khai MPLS. Như chúng ta sẽ thấy dưới đây, hầu hết các công việc được thực hiện trong MPLS QoS tập trung vào việc hỗ trợ các đặc tính của IP QoS trong mạng. Nói cách khác, mục tiêu là thiết lập điểm tương đồng giữa các đặc tính QoS của IP và MPLS, chứ không phải là làm cho MPLS QoS có chất lượng cao hơn IP QoS. Một lý do để khảng định MPLS không giống như IP là MPLS không phải là giao thức xuyên suốt. MPLS không vận hành trong cảc máy chủ, và trong tương lai nhiều mạng IP không sử dụng nhưng MPLS vẫn tồn tại. QoS mặt khác là đặc tính liên lạc giữa các LSR cung cấp. Ví dụ nếu một kênh kết nối trong tuyến xuyên suốt có độ trễ cao, tổn thất lớn, băng thông thấp sẽ giới hạn QoS có thể cung cấp dọc theo tuyến đó. Một cách nhìn nhận khác về vấn đề này là MPLS không thay đổi về căn bản mộ hình dịch vụ IP. Các nhà cung cấp dịch vụ không ban dịch vụ MPLS, họ cung cấp các dịch vụ IP (hay Frame Relay và các dịch vụ khác), và do đó, nếu họ đưa ra QoS thì họ phải dựa trên IP QoS (Frame Relay QoS,.) chứ không phải là MPLS QoS. Ðiều này không có nghĩa là MPLS không có vai trò trong IP QoS. Thứ nhất, MPLS có thể giúp nhà cung cấp đưa ra các dịch vụ IP QoS hiệu quả hơn. Thứ hai, hiện đang xuất hiện một số khả năng QoS mới hỗ trợ qua mạng sử dụng MPLS, tuy không thực sự xuyên suốt nhưng có thể chứng tỏ là rất hữu ích, một số chúng có thể bảo đảm băng thông của LSP. Do có mội quan hệ giữa IP QoS và MPLS QoS, phần này sẽ được xây dựng xung quanh các thành phần chính của IP QoS. IP cung cấp hay mô hình QoS: dịch vụ tích hợp IntServ (sử dụng chế độ động với RSVP) và dụng cụ Diffserv. Sự thỏa thuận mức dịch vụ theo: Lớp dịch vụ hay lớp ứng dụng Loại khách hàng hay nhóm khách hàng (thực hiện ở lớp mạng VPN) Luồng hay kết nố?i Ðể thực hiện QoS, mạng phải có: 126/163

129 Các server hoạch định tuyến Các phần tử mạng thực hiện hoạch định tuyến Các giao diện nhận biết hoạch định tuyến. Sự phát triển QoS 127/163

130 Các kỹ thuật phục vụ QoS Các kỹ thuật QoS trong mạng IP Dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort) Ðây là dịch vụ phổ biến trên mạng Internet hay mạng IP nói chung. Các gói thông tin được truyền đi theo nguyên tắc "đến trước được phục vụ trước" mà không quan tâm đến đặc tính lưu lượng của dịch vụ là gì. Ðiều này dẫn đến rất khó hỗ trợ các dịch vụ đòi hỏi độ trễ thấp như các dịch vụ thời gian thực hay video. Cho đến thời điểm nay, đa phần các dịch vụ được cung cấp bởi mạng Internet vàn sử dụng nguyên tắc Best Effort này. Dịch vụ tích hợp (IntServ) Ðứng trước nhu cầu ngày càng tăng trong việc cung cấp dịch vụ thời gian thực (thoại, video) và băng thông cao (đa phương tiện), dịch vụ tích hợp IntServ đã ra đời. Ðây là sự phát triển của mạng IP nhằm đồng thời cung cấp dịch vụ truyền thống Best Effort và các dịch vụ thời gian thực. Sau đây là những động lực thúc đẩy sự ra đời của mô hình này: Dịch vụ cố gắng tối đa không còn đủ đáp ứng nữa: ngày càng có nhiều ứng dụng khác nhau, các yêu cầu khác nhau về đặc tính lưu lượng được triển khai, đồng thời người sử dụng cũng yêu cầu chất lương dịch vụ ngày càng cao hơn. 128/163

131 Các ứng dụng đa phương tiện ngày càng xuất hiện nhiều: mạng IP phải có khả năng hỗ trợ không chỉ đơn dịch vụ mà còn hỗ trợ đa dịch vụ của nhiều loại lưu lượng khác nhau từ thoại, số liệu đến video. Tối ưu hóa hiệu suất sử dụng mạng và tài nguyên mạng: đảm bảo hiệu quả sử dụng và đầu tư. Tài nguyên mạng sẽ được dự trữ cho lưu lượng có độ ưu tiên cao hơn, phần còn lại sẽ dành cho số liệu best effort. Cung cấp dịch vụ tốt nhất: mô hình IntServ cho phép nhà cung cấp mạng tung ra những dịch vụ tốt nhất, khác biệt với các đối thủ cạnh tranh khác. Mô hình dịch vụ IntServ Một số thành phần chính th am g ia t r o n g m ô h ì nh nh ư : Giao thức thiết lập setup: cho phép các máy chủ và các router dự trữ động tài nguyên mạng đe xử lý các yêu cầu của các luồng lưu lượng riêng. RSVP, Q.2391 là một trong nhưng giao thức đó. Ðặc tính lượng: xác định chất lượng dịch vụ QoS sẽ cung cấp cho các luồng xác định. Luồng ở đây được định nghĩa như một luồng các gói từ nguồn đến đích có cùng yêu cầu về QoS. Về nguyên tắc có thể đặc tính luồng như băng tần tối thiểu mà mạng bắt buộc phải cung cấp để đảm bảo QoS cho các luồng yêu cầu. Ðiều khiển lưu lượng: trong các thiết bị thiết bị mạng (máy chủ, router, chuyển mạch) có thành phần điều khiển và quản lý tài nguyên mạng cần thiết để hỗ trợ QoS theo yêu cầu. Các thành phần điều khiển lưu lượng này có thể được khai báo bởi giao thức báo hiệu RSVP hay nhân công. Thành phần điều khiển lưu lượng bao gồm: 129/163

132 Ðiều khiện chấp nhận: xác định các thiết bị mạng có khả năng hỗ trợ QoS theo yêu cầu hay không. Thiết bị phân loại (Classifier): nhận dạng và chọn lựa lớp dịch vụ trên nội dung của một số trường nhất định trong đầu gói. Thiết bị phân phối(scheduler): cung cấp các mức chất lượng dịch vụ QoS qua kênh ra của thiết bị mạng. Các mức chất lượng dịch vụ cung cấp bởi IntServ gồm: Dịch vụ đảm bảo GS: băng tần dành riêng, trên có giới hạn và không bị thất thoát gói tin trong hàng. Các ứng dụng cung cấp thuộc loại ấy có thể kể đến: hội nghị truyền hình chất lượng cao, thanh toán tàii chính thời gian thực,. Dịch vụ kiểm soát tối: không đảm bảo về băng tần hay trễ, nhưng khác với best effort ở điểm không giảm chất lượng một cách đáng kể khi tải mạng tăng lên. Dịch vụ này phù hợp cho các ứng dụng không nhạy cảm lắm với độ trễ hay mất gói như truyền hình multicast audio/video chất lượng trung bình. Dịch vụ best effort Dịch vụ Diffserv Việc đưa ra mô hình IntServ có vẻ như giải quyết được nhiều vấn đề liên quan đến QoS trong mạng IP. Tuy nhiên trong thực tế mô hình này đã không đảm bảo được QoS xuyên suốt (end to end). Ðã có nhiều cố gắng nhằm thay đổi điều này nhằm đạt một mức QoS cao hơn cho mạng IP, và một trong những cố gắng đó là sự ra đời của DiffServ. Diffserv sử dụng việc đánh dấu gọi và xếp hàng theo loại để hỗ trợ dịch vụ ưu tiên qua mạng IP. Hiện tại IETF đang có một nhóm làm việc DiffServ để đưa ra các tiêu chuẩn RFC về DiffServ. Nguyên tắc cơ bản của Diffserv như sau: Ðịnh nghĩa một số lượng nhỏ các lớp dịch vụ hay mức ưu tiên. Một lớp dịch vụ có thể liên quan đến đặc tính lưu lượng (băng tần min- max, kích cỡ burst, thời gian kéo dài burst) Phân loại và đánh dấu các gói riêng biệt tại biên của mạng vào các lớpp dịch vụ. Các thiết bị chuyển mạch, router trong mạng lại sẽ phục vụ các gói theo nội dung của các bit đã được đánh dấu trong phần đầu của gói. Với nguyên tắc này, Diffserv có nhiều lợi thế hơn so với IntServ: 130/163

133 Không yêu cầu báo hiệu cho từng luồng Dịch vụ ưu tiên có thể áp dụng cho một số luồng riêng biệt cùng một lớp dịch vụ. Ðiều này cho phép nhà cung cấp dịch vụ đa dạng phân phối một số mức dịch vụ khác nhau cho các khách hàng có nhu cầu. Không yêu cầu thay đổi tại các máy chủ hay các ứng dụng để hỗ trợ dịch vụ ưu tiên. Ðây là nhiệm vụ của thiết bị biên. Hỗ trợ rất tốt dịch vụ VPN. Tuy nhiên có thể nhận thấy DiffServ cần vượt qua một số vấn đề như: Không có khả năng cung cấp băng tần và độ trễ đảm bảo như GS của IntServ hay ATM. Thiết bị biên vẫn yêu cầu bộ Classifier chất lượng cao cho từng gói giống như trong mô hình IntServ. Vấn đề quản lý trạng thái Classifier của một số lượng lớn các thiết bị biên là một vấn đề không nhỏ cần quan tâm. Chính sách khuyến khích khách hàng trên cơ sở giá cước cho dịch vụ cung cấp cũng ảnh hưởng đến giá trị của DiffServ. Mô hình DiffServ tại biên và lõi 131/163

134 Bài 10: Công nghệ mạng Peer to Peer Khái quát về công nghệ P2P Mạng ngang hàng là một kiểu mạng được thiết kế cho các thiết bị trong đó có chức năng và khả năng của các thiết bị đó là như nhau. Mạng ngang hàng đơn giản cũng được biết đến bằng việc so sánh với mạng Client/Server, mạng mà trong đó chứa các thiết bị chịu trách nhiệm cung cấp hay phục vụ thông tin mạng và các thiết bị khác sẽ sử dụng các tài nguyên mạng hay nói cách khác chúng như các Client của các Server này. Mạng ngang hàng phổ biến ở trong những mạng LAN nhỏ, điển hình là mạng Window gia đình. Mạng ngang hàng trên Internet đã đạt được nhiều thành công nhất định đặc biệt trong dịch vụ chia sẻ file (như Napster). Tuy nhiên, nhiều dịch vụ chia sẻ file, kể cả Napster, trên thực tế được tích hợp trong cả mạng ngang hàng lẫn mạng Client/Server. Về mặt kỹ thuật, đây được gọi là các mạng lai (Hybrid) 132/163

135 Mạng P2P 133/163

136 Ưu điểm của công nghệ P2P với Client-Server Một mục đích quan trọng của mạng ngang hàng là trong mạng tất cả các máy tham gia đều đóng góp tài nguyên, bao gồm băng thông, lưu trữ, và khả năng tính toán. Do đó khi càng có nhiều máy tham gia mạng thì khả năng tổng thể của hệ thống mạng càng lớn. Ngược lại, trong cấu trúc máy chủ-máy khách, nếu số lượng máy chủ là cố định, thì khi số lượng máy khách tăng lên khả năng chuyển dữ liệu cho mỗi máy khách sẽ giảm xuống. Tính chất phân tán của mạng ngang hàng cũng giúp cho mạng hoạt động tốt khi một số máy gặp sự cố. Đối với cấu trúc tập trung, chỉ cần máy chủ gặp sự cố thì cả hệ thống sẽ ngưng trệ. Còn đối với mạng ngang hàng các máy tính có thể tham gia và rời khỏi mạng bất kì lúc nào mà mạng vẫn hoạt động bình thường, các máy tính còn lại vẫn có thể trao đổi thông tin và chia sẻ tài nguyên với nhau. Trong mạng ngang hàng dữ liệu trên các máy tính được đem ra chia sẽ nên một máy tính có thể thực hiện vai trò giống server để chia sẽ cho các máy tính khác. Các máy tính sau khi được chia sẻ dữ liệu cũng có thể tham gia chia sẻ cho các máy tính khác. Như vậy sẽ tăng số bản sao dữ liệu và giúp cho việc chia sẻ dữ liệu nhanh chóng. Nhược điểm của P2P: Nhược điểm của P2P là vì tài nguyên của mạng nằm trên các máy tính cá nhân và không phải lúc nào các máy này cũng liên kết với mạng nên có thể dẫn tới sư biến mất của một dịch vụ trong khoảng thời gian nhất định. Tuy nhiên nhược điểm này có thể khắc phục khi số lượng thành viên trên mạng P2P đủ lớn, lúc đó sẽ có nhiều điểm cung cấp dịch vụ cho toàn mạng hơn. Một chút lịch sử của P2P: Thiệt ra P2P đã được ứng dụng từ lâu ví dụ như Usenet. Tuy nhiên cho tới gần đây, khi có sự xuất hiện của các dịch vụ chia xẻ files, những chương trình tin nhắn tức thời thì P2P mới được nhận ra là một công nghệ quan trọng cho Internet. Các điển hình như chia xẻ file mp3 : Napster;chia xẻ file nói chung : Kazaa, mạng Gnutella,..; Tin nhắnh tức thời : ICQ, YIM, AOL, (Đi sâu vào thiết kế của các dịch vụ và ứng dụng này cũng rất hay để giúp chúng ta hiểu hơn về P2P trong thực tế nhưng mà vì nó nằm ngoài mục tiêu của bài viết là giới thiệu dự án JXTA nên Gadfly xin để dịp khác 134/163

137 Mạng ngang hàng có cấu trúc và không có cấu trúc Mạng ngang hàng không cấu trúc Một mạng ngang hàng không cấu trúc khi các liên kết giữa các nút mạng trong mạng phủ được thiết lập ngẫu nhiên (tức là không theo qui luật nào). Những mạng như thế này dễ dàng được xây dựng vì một máy mới khi muốn tham gia mạng có thể lấy các liên kết có sẵn của một máy khác đang ở trong mạng và sau đó dần dần tự bản thân nó sẽ thêm vào các liên kết mới của riêng mình. Khi một máy muốn tìm một dữ liệu trong mạng ngang hàng không cấu trúc, yêu cầu tìm kiếm sẽ được truyền trên cả mạng để tìm ra càng nhiều máy chia sẻ càng tốt. Một mạng ngang hàng không cấu trúc sử dụng một máy tính server. Napster[5] là mạng ngang hàng không cấu trúc đầu tiên thu hút được đông đảo người sử dụng trên mạng. Đây là sự kết hợp của một mạng ngang hàng peer to peer và một số máy chủ trung tâm để duy trì kết nối hệ thống và danh sách dữ liệu được chia sẻ trong mạng. Ngoài việc là một mạng peer to peer, Napster cũng giống như một mạng với các máy chủ. Chính các máy chủ này làm cho việc tìm kiếm dữ liệu và chia sẻ giữa các máy tính trong mạng tốt hơn, tạo nên mô hình mạng peer to peer đầu tiên được ưu chuộng với các dịch vụ chia sẻ file dữ liệu, file nhạc trên mạng Internet. Napster gồm 2 thành phần, thứ nhất là máy chủ trung tâm và thứ hai là các ứng dụng trên các máy tính kết nối với nhau. Một máy tính tham gia vào mạng sẽ kết nối với máy chủ trung tâm và đưa danh sách file chia sẻ trong máy tính lên máy chủ này. Những máy tính khi tìm kiếm dữ 135/163

138 liệu sẽ tìm kiếm thông tin về từ khóa trên máy chủ trung tâm để biết máy tính nào hiện đang giữ file chia sẻ đó. Để tìm kiếm một file, một truy vấn sẽ được gửi đi tới máy chủ trung tâm cùng với từ khóa tìm kiếm. Máy chủ trung tâm sẽ tìm trong danh sách các file chia sẻ được đưa lên bởi các máy tính và trả về địa chỉ IP của máy tính lưu giữ file chia sẻ này. Sau đó sẽ là kết nối trực tiếp giữa máy tính yêu cầu và máy tính giữ file chia sẻ, dữ liệu được truyền giữa hai máy tính giống như trong một mạng ngang hàng. Mô hình chia sẻ file của Napster Bên cạnh Napster, một mô hình mạng ngang hàng không cấu trúc khác cũng rất nổi tiếng là Gnutella. Gnutella[6] là một mạng peer to peer thuần và chủ yếu dựa trên mạng peer to peer không có cấu trúc. Một phiên bản thương mại của Gnutella là Limewire[7]. Các máy tính trong Gnutella được mô tả như là những servent, những thành viên trong mạng và được chia sẻ file trong mạng. Các máy tính khác có thể lấy được những file 136/163

139 chia sẻ này. Việc tìm kiếm file trên mạng mô tả trong hình 4, khi một máy tính A tìm kiếm file X, nó sẽ gửi một truy vấn broadcast tới tất cả các máy tính nó biết, được coi là hàng xóm của nó. Truy vấn sau đó sẽ được chuyển dần qua các bước và tới được máy tính có chứa file X. Gnutella có mã nguồn mở và có giao thức[8] mô tả rõ ràng trên mạng Internet, bất cứ ai quan tâm cũng có thế tìm hiểu và phát triển để tạo ra một mạng ngang hàng của riêng mình với các tính năng muốn có. Tìm kiếm dữ liệu chia sẻ trong Gnutella. Mạng ngang hàng có cấu trúc Hệ thống mạng ngang hàng không cấu trúc thể hiện nhược điểm: không có gì đảm bảo tìm kiếm sẽ thành công. Đối với tìm kiếm các dữ liệu phổ biến được chia sẻ trên nhiều máy, tỉ lệ thành công là khá cao, ngược lại, nếu dữ liệu chỉ được chia sẻ trên một vài máy thì xác suất tìm thấy là khá nhỏ. Tính chất này là hiển nhiên vì trong mạng ngang hàng không cấu trúc, không có bất kì mối tương quan nào giữa một máy và dữ liệu nó quản lý trong mạng, do đó yêu cầu tìm kiếm được chuyển một cách ngẫu nhiên đến một số máy trong mạng. Số lượng máy trong mạng càng lớn thì khả năng tìm thấy thông tin càng nhỏ. Một nhược điểm khác của hệ thống này là do không có định hướng, một yêu 137/163

140 cầu tìm kiếm thường được chuyển cho một số lượng lớn máy trong mạng làm tiêu tốn một lượng lớn băng thông của mạng, dẫn đến hiệu quả tìm kiếm chung của mạng thấp. Mạng ngang hàng có cấu trúc khắc phục nhược điểm của mạng không cấu trúc bằng cách sử dụng hệ thống DHT (Bảng Băm Phân Tán, tiếng anh: Distributed Hash Table). Hệ thống này định nghĩa liên kết giữa các nút mạng trong mạng phủ theo một thuật toán cụ thể, đồng thời xác định chặt chẽ mỗi nút mạng sẽ chịu trách nhiệm đối với một phần dữ liệu chia sẻ trong mạng. Với cấu trúc này, khi một máy cần tìm một dữ liệu, nó chỉ cần áp dụng một giao thức chung để xác định nút mạng nào chịu trách nhiệm cho dữ liệu đó và sau đó liên lạc trực tiếp đến nút mạng đó để lấy kết quả. System P2PDecentralizedCentralizedUnstructureddStructuredHybridCANCHORDGnutellaKaZaA Mạng ngang hàng có cấu trúc thuộc nhánh các hệ thống phân tán trong các mô hình mạng ngang hàng Trong mạng ngang hàng có cấu trúc, tài nguyên được phân bố một cách hợp lý để không có một máy tính nào lưu giữ quá nhiều dữ liệu dẫn đến quá tải thông tin định tuyến. Do mạng là có cấu trúc nên các thông điệp chuyển đi giữa các máy tính để duy trì mạng ngang hàng được giảm xuống tối thiểu. Băng thông của mạng được dành nhiều hơn cho việc chia sẻ tài nguyên. Mạng ngang hàng có cấu trúc Chord dạng vòng tròn. Việc tìm kiếm thông tin trong mạng ngang hàng có cấu trúc cũng nhanh hơn trong mạng không cấu trúc. Nếu như mạng không có cấu trúc các máy tính gửi thông điệp broadcast 138/163

141 để tìm kiếm thông tin thì trong mạng có cấu trúc một máy tính chỉ cần gửi thông điệp tìm kiếm qua một số máy tính. Giao thức tìm kiếm chung trong mạng sẽ đảm bảo thông tin được tìm kiếm chính xác. Một số mạng ngang hàng có cấu trúc nổi tiếng bao gồm Chord, CAN, Kademlia, Pastry và Tapestry. Trong đó Chord và CAN được mô tả chi tiết, đã được mô phỏng và cho kết quả qua các bài báo [1], [3]. 139/163

142 Bài 11: Các cấu trúc mạng P2P Distributed Hash Table (DHT) và Chord Giới thiệu DHT Các nghiên cứu về DHT được bắt nguồn cùng với sự phát triển của các hệ thống P2P như Napster, Gnutella, và Freenet, những hệ thống này sử dụng lợi thế của các tài nguyên phân tán trên mạng Internet để cung cấp một ứng dụng đơn hữu dụng. Cụ thể, chúng đã sử dụng lợi thế tăng băng thông và sức chứa của ổ cứng để cung cấp dịch vụ chia sẻ file. Những hệ thống này khác nhau ở cách thức chúng tìm dữ liệu mà các Peer quản lý. Napster sử dụng một Server trung tâm: mỗi node khi tham gia vào mạng sẽ gửi một danh sách các file được lưu trữ ở máy lên cho Server, Server sẽ xử lý các truy vấn, tìm các file trong danh sách, rồi gửi đường dẫn tới node chứa các file cần tìm. Thành phần trung tâm này tạo ra một điểm yếu trong hệ thống có thể bị tấn công hoặc có thể bị kiện cáo. Gnutella và những mạng tương tự chuyển sang sử dụng mô hình dội truy vấn (Flooding Query Model), mỗi truy vấn sẽ dần tới việc một thông điệp được broadcast tới tất cả các node có trong mạng. Trong khi tránh điểm yếu của thành phần trung tâm như trên, thì phương pháp này lại kém hiệu quả hơn so với Napster. Cuối cùng, Freenet thực sự là phân tán, nó sử dụng cơ chế routing dựa trên khóa, mỗi file được gán một khóa, các khóa gần giống nhau sẽ cùng được lưu ở một tập các node. Các truy vấn sẽ được định tuyến đi trong mạng mà không phải ghé thăm tất cả các node có trên mạng. Tuy nhiên, Freenet không đảm bảo dữ liệu sẽ được tìm thấy. DHT sử dụng cơ chế định tuyến dựa trên khóa có cấu trúc hơn để có thể đạt được tính không tập trung của Gnutella và Freenet, và tính hiệu quả và kết quả truy vấn đảm bảo của Napster. Có một hạn chế, cũng như Freenet, DHT chỉ hỗ trợ tìm kiếm chính xác chứ không hỗ trợ tìm kiếm theo từ khóa, hay tìm kiếm theo khoảng, tuy nhiên các chức năng này có thể triển khai trên nền DHT. Bốn DHT đầu tiên CAN, Chord, Pastry, và Tapestry- được giới thiệu cùng thời gian năm Từ đó lĩnh vực nghiên cứu này khá năng động. Công nghệ DHT đã được sử dụng như một thành phần của BitTorrent và trong Coral Content Distribution Network. Các thuộc tính của DHT DHT nhấn mạnh vào các thuộc tính sau [3]: Không tập trung (Decentralization): Các node tham gia cấu thành hệ thống không có thành phần trung tâm làm điều phối mạng. 140/163

143 Khả năng mở rộng: Hệ thống vẫn có thể hoạt động hiệu quả với hàng nghìn hoặc hàng triệu node. Khả năng chịu lỗi: Hệ thống vẫn có thể làm việc ổn định ngay cả khi có các sự kiện node tham gia, rời bỏ, lỗi diễn ra liên tục. Kỹ thuật khóa được sử dụng để đạt được mục đích là mỗi node chỉ cần liên kết với một số ít các node khác trong hệ thống, thường là O(logn) với n là số node tham gia. Vì vậy sự thay đổi trong các thành viên chỉ ảnh hưởng đến một phần nhỏ của hệ thống. Một số thiết kế DHT tìm đến tính bảo mật chống lại những người tham gia ác tâm và cho phép người tham gia giấu danh tính, mặc dù điều này không phổ biến trong các hệ thống P2P chia sẻ file. Cuối cùng, DHT phải giải quyết những vấn đề cơ bản của các hệ thống phân tán đó là cần bằng tải, tính toàn vẹn dữ liệu, hiệu năng (cụ thể là đảm bảo các hoạt động như định tuyến, lưu trữ, truy vấn phải được thực thi nhanh chóng). Một số ứng dụng sử dụng DHT BitTorrent: Phân tán file. BitTorrent lựa chọn sử dụng một DHT như một người theo dõi phân phối để cung cấp theo kế hoạch giữa client đang download một file đặc biệt. The Circle: Chia sẻ file và tán gẫu. Codeen: Web caching. Coral Content Distribution Network. CSpace: Các giao tiếp an toàn. Dijjer: Freenet-like mạng phân tán. emule: Chia sẻ file. FAROO: Công cụ nghiên cứu Web Peer to Peer. GNUnet : Freenet-like mạng phân tán. I2P: Mạng nạc danh. JXTA: Mã nguồn mở P2P. Limewire:P2P Chia sẻ file có gắn java applet gọi DHT. NEOnet: Chia sẻ file. Warez P2P: Chia sẻ file. YaCy: Công cụ nghiên cứu phân tán. Cấu trúc DHT Cấu trúc của DHT có thể được phân chia ra một số thành phần chính. Nền tảng là một không gian khóa trừu tượng, ví dụ như tập các chuỗi 160-bit. Cách thức phân chia không gian khóa cho từng node tham gia vào mạng. Mạng overlay kết nối các node, cho phép 141/163

144 chúng có thể tìm kiếm được node quản lý của một khóa cho trước bất kỳ trong không gian khóa. Khi các thành phần này được đặt ở đúng vị trí của nó, thì cách thức sử dụng DHT cho việc lưu trữ và truy vấn dữ liệu sẽ được diễn ra như sau. Giả sử không gian khóa là một tập các chuỗi 160-bit. Để lưu trữ một file với tên gọi filename và dữ liệu data trong DHT, ví dụ giá trị hash của filename theo thuật toán SHA1 được tính toán, tạo ra một khóa k có độ dài 160-bit,và một thông điệp put(k,data) được gửi tới một node bất kì tham gia trong DHT. Thông điệp được chuyển từ node này sang node khác thông qua mạng overlay cho đến khi nó tới node cuối cùng chịu trách nhiệm quản lý khóa k, được xác định nhờ cách thức phân chia không gian khóa, ở đó cặp (k,data) được lưu trữ. Mọi client có thể truy xuất nội dung của file bằng cách hash filename để sinh ra khóa k và hỏi một node bất kì trong DHT để tìm dữ liệu ứng với khóa k đó với một thông điệp get(k). Thông điệp lại được định tuyến qua mạng overlay tới node chịu trách nhiệm quản lý khóa k, node này sẽ trả lời với dữ liệu data được lưu trữ. Các thành phần cách thức phân chia không gian khóa và mạng overlay được miêu tả dưới đây với mục đích đưa ra được những ý tưởng chính có tính quan trọng chung đối với hầu hết các DHT; nhiều thiết kế khác nhau ở những chi tiết cụ thể. Cách thức phân chia không gian khóa Hầu hết DHT đều sử dụng các dạng hash nhất quán (consistent hash) để ánh xạ các khóa tới node. Kỹ thuật này áp dụng một hàm δ(k1, k2) định nghĩa một khái niệm trừu tượng về khoảng cách giữa k1 và k2. Mỗi node được gán một khóa đơn gọi là định danh (identifier - ID). Một node với ID i sở hữu tất cả các khóa mà i là ID gần nhất của các khóa này, ước lượng theo hàm δ. Ví dụ : Chord DHT coi khóa là các điểm trên một đường tròn, và δ(k1, k2) là khoảng cách đi theo chiều kim đồng hồ xung quanh đường tròn từ khóa k1 tới khóa k2. Do đó, không gian khóa đường tròn được chia thành các cung liên tiếp mà điểm cuối của cung này là các định danh ID của các node. Nếu i1 và i2 là hai ID liền kề nhau thì node có định danh ID i2 sở hữu tất cả các khóa nằm giữa i1 và i2. Consistent hashing có một thuộc tính quan trọng thuộc về bản chất đó là việc gỡ bỏ hay thêm vào các node chỉ làm thay đổi một tập các khóa sở hữu bởi các node có ID liền kề, và các node khác thì không bị ảnh hưởng.vì mọi thay đổi trong quyền sở hữu đều gây ra những di chuyển tốn kém băng thông của các đối tượng được lưu trữ trong DHT từ node này đến node khác, nên việc giảm thiểu việc sắp xếp lại sẽ tăng tính hiệu quả cho việc hỗ trợ các yêu cầu vào ra của node hay các sự cố lỗi của các node. 142/163

145 Mạng Overlay Mỗi node duy trì một tập các liên kết với các node khác (hàng xóm của nó hoặc có thể gọi là bảng định tuyến). Các liên kết này sẽ tạo ra một mạng overlay. Một node kết nạp các node khác vào làm hàng xóm của nó dựa trên một cấu trúc nào đó, gọi là network topology. Tất cả DHT topology đều có chung một thuộc tính quan trọng là: với một khóa k bất kỳ, node có chứa khóa k hoặc có liên kết tới node khác gần hơn với khóa k theo khoảng cách trong không gian khóa được định nghĩa ở trên, thì đều có thể định tuyến được thông điệp tới node quản lý khóa k sử dụng thuật toán tham lam: ở mỗi bước, chuyển thông điệp tới hàng xóm mà ID của nó gần nhất với khóa k. Khi không có hàng xóm nào như thế, thì chúng ta đã đến đúng node là node quản lý khóa k. Kiểu định tuyến này đôi khi được gọi là định tuyến dựa trên khóa (key based routing). Ngoài tính chính xác trong định tuyến, có hai yếu tố quan trọng trong một topology là số lượng hops tối đa trên đường đi thấp để các yêu cầu kết thúc nhanh; và số lượng hàng xóm tối đa thấp để việc duy trì không quá khó khăn. Tuy nhiên, để có quãng đường đi ngắn đòi hỏi số lượng hàng xóm cao và ngược lại. Có một vài lựa chọn cân bằng giữa hai yếu tố trên như sau: Degree O(1), route length O(logn) Degree O(logn), route length O(logn/loglogn) Degree O(logn), route length O(logn) Degree O(n 1/2 ), route length O(1) Degree: số hàng xóm tối đa; Route length: số hop tối đa trên đường định tuyến; n: số node tham gia trong hệ thống. Lựa chọn thứ ba là lựa chọn phổ biến. Nhiều DHT sử dụng tính linh hoạt trong cách chọn hàng xóm để chọn ra những hàng xóm gần nhau về mặt độ trễ giữa các node của mạng vật lý ở phía dưới. Chord Giao thức Chord được thiết kế giống như giao thức định tuyến DHT nhằm mục đích phát triển một cách phân tán dữ liệu tốt nhất, các node được phân phối IDs và Keys với nhiều đặc trưng như Scalability(đánh giá), Complete Decentralization(phân quyền), Efficient Load Blancing(cân bằng tải), và Simplicity( đơn giản). Chord coi các khóa Key là các điểm trên một đường tròn. Không gian khóa đường tròn được chia thành các cung liên tiếp mà điểm cuối của cung này là các định danh ID của 143/163

146 các node. Mỗi node lưu trữ thông tin định tuyến tới các node khác trong một bảng định tuyến được gọi là Finger Table. Bảng Finger table và cấp key cho từng node 0,1,3 và keys 1,2,6 Giao thức Chord hỗ trợ duy nhất một hoạt động : đưa ra 1 key, nó sẽ ánh xạ key đó vào một node. Tùy thuộc vào ứng dụng sử dụng Chord ( văn bản, hình ảnh, media..), node đó sẽ lưu trữ một giá trị kết hợp với key. Chord sử dụng kí thuật consistent hashing để cấp key cho các node. Consistent hashing dùng để cần bằng tải, mỗi node sẽ nhận được số lượng key gần ngang nhau, vào làm cả việc chuyển số lượng key khi có node tham gia hay rời khỏi hệ thống. Kĩ thuật consistent hashing đầu tiên sẽ nhận biết các node trong hệ thống, tạo ra sự cân chỉnh về số lượng các node. Mỗi node trong Chord cần được "routing" để biết thông tin về một vài node khác. Vì bảng định tuyến là phân tán, một node sẽ sử dụng hàm băm để giao tiếp với các node khác. Khi mạng được thiết lập, một hệ thống gồm N-node, trong đó mỗi node chứa thống tin về O(log N) node xung quanh nó, và tìm kiếm các node khác thông qua O(log N) thông điệp tới các node đó. Chord duy trì thông tin định tuyến khi các node tham gia/rời khỏi hệ thống. Với một hệ thống có tần suất các node tham gia/ rời khỏi mạng cao, một node khi tham gia hay một node cần định tuyến lại cũng chỉ cần gửi không quá O(log 2 N) thông điệp để ổn định thông tin định tuyến. Các đặc điểm hệ thống Load Balance ( phân tải) : Chord sử dụng bảng băm phân tán, phân tải trên các node, một node sẽ không chứa quá nhiều key. 144/163

147 Decentralization (phân quyền): Chord là phân tán hoàn toàn, không node nào quan trọng hơn node nào, việc này cải thiện được sự vững chắc của hệ thống. Scalability (mở rộng) : Hệ thống hoạt động với hàng nghìn hay hàng triệu node. Giá của việc tìm kiếm tăng lên theo Log của số node : Log(n) Availability (tiện dụng) : Chord tự điều chỉnh các bảng định tuyến khi có node tham gia và rời khỏi mạng Flexible naming ( định nghĩa tên linh hoạt) : Chord không ràng buộc về cấu trúc của key mà nó tìm kiếm, không gian key là phẳng bằng việc gán cho key một cái tên và tìm kiếm. ( ví dụ phẳng tức là đưa tất cả các loại key về thành một kiểu như id, khi tìm thì chỉ cần tìm id của key) Giao thức cơ sở Chord là một giao thức tìm kiếm phân tán đánh địa chỉ. Nó cung cấp chức năng của một DHT bằng cách hỗ trợ tìm kiếm : đưa ra một key, nó ánh xạ key đó vào một nút. Mục đích của Chord là dùng kỹ thuật băm phù hợp. Consistent hashing giữ độ cân bằng tải, khi một nút nhận một số lượng khóa xấp xỉ nhau. Hơn nữa, cân bằng tải làm việc ngay cả trong một dải băm luôn thay đổi, như khi các nút lỗi hoặc rời khỏi hệ thống hay khi nút mới join vào. Quá trình trao đổi thông tin giữa các node khi tìm kiếm key(54) 145/163

148 Chord không chỉ bảo đảm cho việc tìm nút có trách nhiệm cho một key đã đưa, nhưng có thể làm điều đó với nhiều ảnh hưởng trong một hệ thống vững chắc N nút, mỗi nút chỉ chứa thông tin về nút khác, và giải quyết tất cả tìm kiếm nhiều thông điệp tới các nút khác. Các thuộc tính cung cấp khả năng cho hiệu quả hệ thống mở rộng lớn. Khái niệm đằng sau Chord là : tất cả các nút p i và tất cả các k i đc ánh xạ vào trong ko gian ID tuần hoàn. Dùng các khóa và số Peer nếu hàm băm được chấp nhận, nhưng không chỉ ra rõ ràng hàm băm cho các trình bày đơn giản hơn. Với mỗi khóa k i đc gán cho successor của p i trong không gian ID ( mỗi nút chịu trách nhiệm cho tất cả các key để nhận biết giữa ID predecessor của nó và ID sở hữu của nó). Trong hình 3 :10 nút đc phân tán qua ko gian ID, key k 54 đc gán cho nút p 56 như là successor của nó. Một cách tiếp cận của định vị Peer có trách nhiệm cho một key được minh họa, khi mỗi Peer biết làm cách nào để tiếp xúc với successor hiện thời của nó trên vòng tròn ID, một truy vấn cho k 54 khởi tạo bởi Peer p 8 vượt qua vòng tròn cho đến khi nó bắt gặp một cặp nút straddle mong muốn nhận ra; cặp thứ hai p 56 là nút chịu trách nhiệm đến key đó. Tiến trình tìm kiếm giống với tìm kiếm theo đường thẳng trong danh sách và có một số hop để tìm nút đích, trong khi chỉ yêu cầu thông tin về các nút khác. Để đẩy nhanh việc tìm kiếm, Chord chứa thêm thông tin định tuyến: mỗi Peer p i chứa một bảng định truyến gọi là Finger table... Entry thứ m trong bảng của nút p i chứa một con trỏ tới nút p i đầu tiên nối tiếp p i bởi ít nhất 2 m-1 trên vòng tròn tạo. Trong sơ đồ : đầu tiên mỗi nút chỉ chứa thông tin về một số lượng nhỏ các nút khác, và biết nhiều hơn về các nút xa hơn bằng cách hỏi các nút gần nó trên vòng tròn định danh, thứ hai: một nút finger table ko cần thiết chứa đầy đủ thông tin để xác định trực tiếp nút có trách nhiệm đến một khóa k i. Tuy nhiên, khi mà mỗi Peer có các entry finger bằng lũy thừa 2 khoảng cách vòng tròn định danh, mỗi nút có thể đẩy một truy vấn tại nửa cuối dọc theo khoảng cách giữa nó với nút đích. Thuộc tính này được minh họa trong hình 4 của nút p 8. Số các nút bị tiếp xúc để tìm kiếm nút đích trong một hệ thống N nút là 146/163

149 Tìm kiếm khóa sử dụng bảng FingerTable Chord thực thi một giao thức ổn định với mỗi Peer chạy định kỳ trong nền và nó cập nhập bảng finger table và con trỏ successor trong thứ tự để đảm bảo tìm kiếm thực thi chính xác thiết lập thay đổi của các Peer liên quan. Chord có thể cung cấp dịch vụ tìm kiếm cho nhiều ứng dụng, như phân tán file hệ thống hay các dữ liệu cộng tác. Tuy nhiên Chord ko phải là một công cụ tìm kiếm, nó chỉ hỗ trợ các truy vấn single-term exact-match (đơn-giới hạn- chính xác-phù hợp) và không hỗ trợ bất kỳ form thứ bậc nào. 147/163

150 Pastry Tương tự như Chord, Pastry tạo ra một hệ thống hoàn toàn phân tán Việc định tuyến được dựa trên số lượng gần gũi của các khóa Thiết kế Pastry Pasty node và mục dữ liệu được kết hợp chặt chẽ với m bit nhận dạng Vùng dữ liệu từ 0 đến 2 m -1 (m đặc trưng 128 bit) Kết hợp 1 khóa được giới hạn 1 node ID hoặc 1 key, tương ứng Pasty hiển thị mã nhận dạng như một chuỗi số 2b, b chọn giá trị 4 Khóa A là được định vị tới node ID có số gần nhất Ví dụ minh họa khoảng mã nhận dạng Pasty với 4 bit nhận dạng và b=2 Mô hình mạng Pastry Với b=2, vì vậy tất cả các số, các digit nhỏ hơn 4 Node gần nhất được tới có khóa K01 là N01, trong khi K03 được định vị trên node N10 Khoảng cách của khóa K22 tới node N21 và N23 là bằng nhau cho nên chọn khóa thỏa mãn yêu cầu nhất 148/163

151 Các thông số: L : là một kiểu cấu hình tham số có giá trị bằng 16 hoặc 32 M: là số nodes thiết lập hàng xóm gần nhất =2b, 2.2b N: là số nodes tham gia vào mạng Pastry l: là độ dài của nodeid (digit) gán cho mỗi node b: độ lớn của mỗi digit trong nodeid Thông tin định tuyến Routing Table của Pasty được chia làm 3 thành phần chính + Rounting table (Bảng tìm đường) - Lưu trữ những liên kết tới các mã nhận dạng (giống như Finger Table của Chord) Có élog2^b(n) ù dòng Mỗi dòng có 2b-1 điểm vào Mỗi điểm vào có l digit Mỗi digit có giá trị lớn không quá 2b + Left set: Những node mà gần nhau nhất trong thời kỳ của mạng cục bộ được liệt kê trong việc thiết lập hàng xóm Có L /2 nodeid gần nhất Được sử dụng trong việc định tuyến các tin nhắn + Neighborhood set: Chứa đựng nodeid và địa chỉ IP của M nodes gần nhất Sử dụng trong việc bảo trì các thuộc tính liên quan đến vị trí các nodes 149/163

152 Pastry dựa trên cơ sở mạng xấp xỉ vô hướng hệ mét Ví dụ: Thông tin về bảng tìm đường với b=2 Bảng định tuyến mạng Pastry Thuật toán tìm đường Được sử dụng trong việc định tuyến các tin nhắn có khóa D đến node có ID A Ril: điểm vào trong bảng tìm đường R ở cột I, hàng l (0<i<2b, 0<=l<= 128/b ) Li: nodeid thứ i gần nhất trong mục Left set (- ë L /2û<=i<= ë L /2û) Dl: là giá trị của digit thứ l trong khóa D shl(a,b): chiều dài của tiền tố trong digit giữa A và B 150/163

153 Tự tổ chức và thích nghi mạng Khi có node mới tham gia mạng: - Được gán nodeid là X, đó là mã băm SHA-1 địa chỉ IP hoặc public key - Xây dựng bảng định tuyến, Leftset, Neighbor:Khởi động bảng trạng thái và thông báo với những node khác gần nó, ví dụ node A - Tự định vị trí nhờ sử dụng "expanding" IP multicast - Node X hỏi A về bảng định tuyến kết nối truyền X như là một thông báo - Pastry định tuyến đến node Z gần X nhất - A, Z trả lời yêu cầu kết nối đến và tất cả các node trên đường tới X gửi bảng trạng thái tới X X kiểm tra thông tin này, cập nhật bảng định tuyến của nó và thông báo về X. Khi có node rời khỏi mạng(fail, depart, no warning) 151/163

154 - Để sửa chữa node hỏng cần: Thay thế node đã hỏng trong Left set nhờ Neighbor của nó liên lạc với các node tìm ra ID phù hợp nhất update vào Left set(số node hỏng đồng thời<ë L /2û node gần nhau) Sửa chữa điểm vào Rdl trong bảng tìm đường bằng Ril+1(i d) ở một node thích hợp Sử dụng định tuyến tin nhắn liên lạc với mỗi thành viên định kỳ để phát hiện ra node đang tồn tại. Kiểm tra khoảng cách của các nodes, cập nhật bảng Neighborhood 152/163

155 Mạng CAN ( Content Addressable Network) Mô hình mạng CAN Mạng CAN[3] là một không gian n chiều. Không gian khóa được chia thành các vùng nhỏ cho các node trong mạng quản lý, mỗi node sẽ chịu trách nhiệm toàn bộ các khóa trong vùng quản lý nắm giữ. Mỗi khóa là một cặp (khóa, giá trị), cặp (khóa,giá trị) này được ánh xạ vào node tương ứng. Các node trong mạng CAN sẽ duy trì thông tin định tuyến với các node hàng xóm của nó, là các node có vùng quản lý tiếp giáp với nhau. Các node hàng xóm này sẽ liên lạc với nhau để định tuyến tìm tới các node lưu giữ khóa ở xa. Một mạng CAN với không gian khóa 2 chiều Tìm kiếm trong mạng CAN Một node sẽ chịu trách nhiệm quản lý một vùng trong mạng gọi là zone, các khóa nằm trong vùng này sẽ được ánh xạ vào node đó. Một node khác cần tìm kiếm khóa k sẽ tìm tới node chịu trách nhiệm quản lý vùng có khóa k. Các node sẽ tìm kiếm khóa dựa vào các hàng xóm của nó. Hai node được gọi là hàng xóm của nhau nếu có chung một chiều quản lý trong vùng của mỗi node hay hai node có một chiều tiếp giáp nhau. Để duy trì tập các hàng xóm này thì mỗi node trong mạng CAN tạo ra một bảng định tuyến, bảng định tuyến sẽ lưu các node hàng xóm để khi cần sẽ định tuyến tới. Thông tin định tuyến sẽ được truyền đi liên tiếp các node hàng xóm của nhau cho tới khi tới được node có vùng quản lý khóa cần tìm kiếm. 153/163

156 Mô tả việc tìm kiếm trong mạng CAN Một thông điệp CAN chứa tọa độ điểm đích. Sử dụng tập tọa độ vùng quản lý của các hàng xóm của nó, một node định tuyến thông điệp đến đích bằng cách sử dụng thuật toán tham lam chuyển thông điệp tới node nào có vùng quản lý gần nhất với tọa độ của điểm đích. Tham gia và ổn định mạng CAN Một node W tham gia vào mạng CAN cũng giống như Chord cần biết được một node W đã tham trong mạng. Node W này đóng vai trò node giới thiệu node W vào trong mạng. Node W sẽ chọn một điểm P bất kì trong không gian mạng CAN để tham gia vào. Node W tìm xem node nào đang chịu trách nhiệm vùng có điểm P, giả sử là node V. 154/163

157 Quản lý vùng của CAN Sau đó node W sẽ gửi thông điệp cho node V báo hiệu một node sẽ tham gia vào điểm P trong vùng quản lý của V. Vùng quản lý của node V sau đó sẽ được chia đôi ra thành 2 phần bằng nhau, một phần không có điểm P sẽ vẫn do node V quản lý, phần còn lại có điểm P và node W sẽ tham gia vào mạng tại điểm P và chịu trách nhiệm quản lý. Node W sẽ thừa kế lại toàn bộ bảng định tuyến lưu các node hàng xóm của V và gửi thông điệp tới các node này để xác định lại hàng xóm. Mạng CAN cũng có khả năng chịu được những lỗi của node hoặc của mạng mà khi đó một node không thể tới được. Vấn đề này được giải quyết bằng cách: hàng xóm của node bị lỗi sẽ quản lý vùng của node bị lỗi, nhưng cơ sở dữ liệu các cặp (key, value) sẽ bị mất. Dữ liệu sẽ được cập nhật lại sau bởi người chủ của dữ liệu. 155/163