Đồ án Quá trình phát triển NGN ở Việt Nam

ép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng, dễ dàng; những nhà khai thác có thể chọn lựa các nhà cung cấp thiết bị tốt nhất cho từng lớp trong mô hình mạng NGN. Lớp truyền dẫn và truy nhập Phần truyền dẫn - Lớp vật lý : Truyền dẫn quang với kỹ thuật ghép kênh bước sóng quang DWDM sẽ được sử dụng. - Lớp 2 và lớp 3 : Truyền dẫn trên mạng lõi (core network) dựa vào kỹ thuật gói cho tất cả các dịch vụ với chất lượng dịch vụ QoS tùy yêu cầu cho từng loại dịch vụ. ATM hay IP/MPLS có thể được sử dụng làm nền cho truyền dẫn trên mạng lõi để đảm bảo QoS. Mạng lõi có thể thuộc mạng MAN hay mạng đường trục Các router sử dụng ở biên mạng lõi khi lưu lượng lớn, ngược lại, khi lưu lượng thấp, switch - router có thể đảm nhận luôn chức năng của những router này. - Thành phần : Các nút chuyển mạch/ Router (IP/ATM hay IP/MPLS), các chuyển mạch kênh của mạng PSTN, các khối chuyển mạch PLM nhưng ở mạng đường trục, kỹ thuật truyền tải chính là IP hay IP/ATM. Có các hệ thống chuyển mạch, hệ thống định tuyến cuộc gọi. - Chức năng : Lớp truyền tải trong cấu trúc mạng NGN bao gồm cả chức năng truyền dẫn và chức năng chuyển mạch. Lớp truyền dẫn có khả năng hỗ trợ các mức QoS khác nhau cho cùng một dịch vụ và cho các dịch vụ khác nhau. Nó có khả năng lưu trữ lại các sự kiện xảy ra trên mạng (kích thước gói, tốc độ gói, độ trì hoãn, tỷ lệ mất gói và Jitter cho phép,… đối với mạng chuyển mạch gói; băng thông, độ trì hoãn đối với mạng chuyển mạch kênh TDM). Lớp ứng dụng sẽ đưa ra các yêu cầu về năng lực truyền tải và nó sẽ thực hiện các yêu cầu đó. Phần truy nhập : - Lớp vật lý : Hữu tuyến : Cáp đồng, xDSL hiện đang sử dụng. Tuy nhiên trong tương lai truyền dẫn quang DWDM, PON (Passive Optical Network) sẽ dần dần chiếm ưu thế và thị trường xDSL, modem cáp dần dần thu hẹp lại. Vô tuyến : thông tin di động - công nghệ GSM hoặc CDMA, truy nhập vô tuyến cố định, vệ tinh. - Lớp 2 và lớp 3 : Công nghệ IP sẽ làm nền cho mạng truy nhập. - Thành phần : Phần truy nhập gồm các thiết bị truy nhập đóng vai trò giao diện để kết nối các thiết bị đầu cuối vào mạng qua hệ thống mạng ngoại vi cáp đồng, cáp quang hoặc vô tuyến. Các thiết bị truy nhập tích hợp IAD. Thuê bao có thể sử dụng mọi kỹ thuật truy nhập (tương tự, số, TDM, ATM, IP,…) để truy nhập vào mạng dịch vụ NGN. - Chức năng : Như tên gọi, lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đường trục ( thuộc lớp truyền dẫn) qua cổng giao tiếp MGW thích hợp. Mạng NGN kết nối với hầu hết các thiết bị đầu cuối chuẩn và không chuẩn như các thiết bị truy xuất đa dịch vụ, điện thoại IP, máy tính PC, tổng đài nội bộ PBX, điện thoại POTS, điện thoại số ISDN, di động vô tuyến, di động vệ tinh, vô tuyến cố định, VoDSL, VoIP, … Lớp truyền thông - Thành phần : Thiết bị ở lớp truyền thông là các cổng truyền thông (MG- Media Gateway) bao gồm : Các cổng truy nhập : AG (Access Gateway) kết nối giữa mạng lõi với mạng truy nhập, RG (Residental gateway) kết nối mạng lõi với mạng thuê bao tại nhà. Các cổng giao tiếp : TG (Trunking Gateway) kết nối giựa mạng lõi với mạng PSTN/ISDN, WG (Wireless Gateway) kết nối mạng lõi với mạng di động,... - Chức năng : Lớp truyền thông có khả năng tương thích các kỹ thuật truy nhập khác với kỹ thuật chuyển mạch gói IP hay ATM ở mạng đường trục. Hay nói cách khác, lớp này chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trường ( chẳng hạn như PSTN, FramRelay, LAN, vô tuyến,…) sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên mạng lõi và ngược lại. Nhờ đó, các nút chuyển mạch (ATM + IP) và các hệ thống truyền dẫn sẽ thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự điều khiển của các thiết bị thuộc lớp điều khiển. Lớp điều khiển - Thành phần Lớp điều khiển bao gồm các hệ thống điều khiển mà thành phần chính là Softswitch còn gọi là Media Gateway Controller hay Call Agent được kết nối với các thành phần khác để kết nối cuộc gọi hay quản lý địa chỉ IP như : SGW ( Signaling Gateway), MS (Media Sever), FS (Feature Server), AS (Application Server). Theo MSF (MutiService Switching Forum), lớp điều khiển can được tổ chức theo kiểu module và có thể bao gồm một số bộ điều khiển độc lập. Ví dụ có các bộ điều khiển riêng cho các dịch vụ : thoại / báo hiệu số 7, ATM / SVC, IP/MPLS, … - Chức năng Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào. Cụ thể , lớp điều khiển thực hiện : Định tuyến lưu lượng giữa các khối chuyển mạch. Thiết lập yêu cầu, điều chỉnh và thay đổi các kết nối hoặc các luồng, điều khiển sắp xếp nhãn (label mapping) giữa các giao diện cổng. Phân bổ lưu lượng và các chỉ tiêu chất lượng đối với mỗi kết nối (hay mỗi luồng) và thực hiện giám sát điều khiển để đảm bảo QoS. Báo hiệu đầu cuối từ các trung kế, các cổng trong kết nối với lớp media. Thống kê và ghi lại các thông số về chi tiết cuộc gọi, đồng thời thực hiện các cảnh báo. Thu nhận thông tin báo hiệu từ các cổng và chuyển thông tin này đến các thành phần thích hợp trong lớp điều khiển. Quản lý và bảo dưỡng hoạt động của các tuyến kết nối thuộc phạm vi điều khiển. Thiết lập và quản lý hoạt động của các luồng yêu cầu đối với chức năng dịch vụ trong mạng. Báo hiệu với các thành phần ngang cấp. Các chức năng quản lý, chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp trong lớp điều khiển. Nhờ các giao diện mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn, điều này cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng và dễ dàng. Lớp ứng dụng - Thành phần : Lớp ứng dụng gồm các nút thực thi dịch vụ SEN (Service Excution Node), thực chất là các server dịch vụ cung cấp các ứng dụng cho khách hàng thông qua lớp truyền tải. - Chức năng : Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều mức độ. Một số loại dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc thực hiện điều khiển logic của chúng và truy nhập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ được điều khiển từ lớp điều khiển như dịch vụ thoại truyền thống. Lớp ứng dụng liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. Nhờ đó mà các nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên các dịch vụ mạng. Một số ví dụ về các loại ứng dụng dịch vụ được đưa ra sau đây: Các dịch vụ thoại Các dịch vụ thông tin và nội dung VPN cho thoại và số liệu Video theo yêu cầu Nhóm các dịch vụ đa phương tiện Thương mại điện tử Các trò chơi trên mạng thời gian thực. …… Lớp quản lý Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp từ lớp kết nối cho đến lớp ứng dụng. Tại lớp quản lý, người ta có thể triển khai kế hoạch xây dựng mạng giám sát viễn thông TMN, như một mạng riêng theo dõi và điều phối các thành phần mạng viễn thông đang hoạt động. Tuy nhiên cần phân biệt các chức năng quản lý với các chức năng điều khiển. Vì căn bản NGN sẽ dựa trên các giao diện mở và cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ trong một mạng đơn, cho nên mạng quản lý phải làm việc trong một môi trường đa nhà đầu tư, đa nhà khai thác, đa dịch vụ. Từ những phân tích trên, ta xây dựng sơ đồ các thực thể chức năng của mạng NGN: Hình 2-15 Các thực thể chức năng trong NGN AS-F: Application Server Function MS-F: Media Server Function MGC-F: Media Gateway Control Function CA-F: Call Agent Function IW-F: Interworking Function R-F: Routing Function A-F: Accounting Function SG-F: Signaling Gateway Function MG-F: Media Gateway Function Nhiệm vụ của từng thực thể như sau: - AS-F: đây là thực thể thi hành các ứng dụng nên nhiệm vụ chính là cung cấp các logic dịch vụ và thi hành một hay nhiều các ứng dụng/dịch vụ. - MS-F: cung cấp các dịch vụ tăng cường cho xử lý cuộc gọi. Nó hoạt động như một server để xử lý các yêu cầu từ AS-F hoặc MGC-F. - MGC-F: cung cấp logic cuộc gọi và tín hiệu báo hiệu xử lý cuộc gọi cho một hay nhiều Media Gateway. - CA-F: là một phần chức năng của MGS-F. Thực thể này được kích hoạt khi MGC-F thực hiện việc điều khiển cuộc gọi. - IW-F: cũng là một phần chức năng của MGC-F. Nó được kích hoạt khi MGC-F thực hiện các báo hiệu giữa các mạng báo hiệu khác nhau. - R-F: cung cấp thông tin định tuyến cho MGC-F. - A-F: cung cấp thông tin dùng cho việc tính cước. - SG-F: dùng để chuyển các thông tin báo hiệu của mạng PSTN qua mạng IP. - MG-F: dùng để chuyển thông tin từ dạng truyền dẫn này sang dạng truyền dẫn khác. Trên đây chỉ là những chức năng cơ bản nhất của mạng NGN. Và tùy thuộc vào nhu cầu thực tế mà mạng có thêm những chức năng khác nữa. 2.3 Cấu trúc vật lý NGN - Next Gerneration Network - cần được hiểu rõ là mạng thế hệ sau hay mạng thế hệ kế tiếp mà không phải là mạng hoàn toàn mới, nên khi xây dựng và phát triển mạng theo xu hướng NGN, người ta chú ý đến vấn đề kết nối mạng thế hệ sau với mạng hiện hành và tận dụng các thiết bị viễn thông hiện có trên mạng nhằm đạt được hiệu quả khai thác tối đa. 2.3.1 Cấu trúc vật lý của mạng NGN Hình 2-16 Cấu trúc vật lý mạng NGN 2.3.2 Các thành phần mạng và chức năng Hình 2-17 Các thành phần chính của mạng NGN Trong mạng viễn thông thế hệ mới có rất nhiều thành phần cần quan tâm, nhưng ở đây ta chỉ nghiên cứu những thành phần chính thể hiện rõ nét sự tiên tiến của NGN so với mạng viễn thông truyền thống. Cụ thể là : Media Gateway (MG) Media Gateway Controller (MGC - Call Agent - Softswitch) Signaling Gateway (SG) Media Server (MS) Application Server (Feature Server) Media Gateway (MG) Media Gateway cung cấp phương tiện để truyền tải thông tin thoại, dữ liệu, fax và video giữa mạng gói IP và mạng PSTN. Trong mạng PSTN, dữ liệu thoại được mang trên kênh DS0. Để truyền dữ liệu này vào mạng gói, mẫu thoại cần được nén lại và đóng gói. Đặc biệt ở đây người ta sử dụng một bộ xử lý tín hiệu số DSP (Digital Signal Processors) thực hiện các chức năng : chuyển đổi AD (analog to digital), nén mã thoại/ audio, triệt tiếng dội, bỏ khoảng lặng, mã hóa, tái tạo tính hiệu thoại, truyền các tín hiệu DTMF,… Các chức năng của một Media Gateway : - Truyền dữ liệu thoại sử dụng giao thức RTP (Real Time Protocol). - Cung cấp khe thời gian T1 hay tài nguyên xử lý tín hiệu số (DSP - Digital Signal Processing) dưới sự điều khiển của Media Gateway Controller (MGC). Đồng thời quản lý tài nguyên DSP cho dịch vụ này. - Hỗ trợ các giao thức đã có như loop-start, ground-start, E&M, CAS, QSIG và ISDN qua T1. - Quản lý tài nguyên và kết nối T1. - Cung cấp khả năng thay nóng các card T1 hay DSP. - Có phần mềm Media Gateway dự phòng. - Cho phép khả năng mở rộng Media Gateway về: cổng(ports), cards, các nút mà không làm thay đổi các thành phần khác. Đặc tính hệ thống : Một Media Gateway có các đặc tính sau : - Là một thiết bị vào/ra đặc hiệu (I/O) - Dung lượng bộ nhớ phải luôn đảm bảo lưu trữ các thông tin trạng thái, thông tin cấu hình, các bản tin MGCP, thư viện DSP,… - Dung lượng đĩa chủ yếu sử dụng cho quá trình đăng nhập (logging) - Dự phòng đầy đủ giao diện Ethernet (với mạng IP), mở rộng một vài giao diện T1/E1 với mạng TDM. - Mật độ khoảng 120 port (DSO's). - Sử dụng bus H.110 để đảm bảo tính linh động cho hệ thống nội bộ Media Gateway Controller MGC là đơn vị chức năng chính của Softswitch. Nó đưa ra các quy luật xử lý cuộc gọi, còn MG và SG sẽ thực hiện các quy luật đó. Nó điều khiển SG thiết lập và kết thúc cuộc gọi. Ngoài ra nó còn giao tiếp với hệ thống OSS và BSS. MGC chính là chiếc cầu nối giữa các mạng có đặc tính khác nhau, như PSTN, SS7, mạng IP. Nó chịu trách nhiệm quản lý lưu lượng thoại và dữ liệu qua các mạng khác nhau. Nó còn được gọi là Call Agent do chức năng điều khiển các bản tin . Một MGC kết hợp với MG, SG tạo thành cấu hình tối thiểu cho Softswitch. Hình 2- 18 Cấu trúc của SoftSwitch Các chức năng của Media Gateway Controller : - Quản lý cuộc gọi - Các giao thức thiết lập cuộc gọi thoại : H.323, SIP - Giao thức điều khiển truyền thông : MGCP, Megaco, H.248 - Quản lý lớp dịch vụ và chất lượng dịch vụ - Giao thức quản lý SS7 : SIGTRAN (SS7 over IP) - Xử lý báo hiệu SS7 - Quản lý các bản tin liên quan QoS như RTCP - Thực hiện định tuyến cuộc gọi - Ghi lại các thông tin chi tiết của cuộc gọi để tính cước (CDR- Call Detail Record) - Điều khiển quản lý băng thông - Đối với Media Gateway : Xác định và cấu hình thời gian thực cho các DSP Phân bổ kênh DS0 Truyền dẫn thoại ( mã hóa, nén, đóng gói) - Đối với Signaling Gateway, MGC cung cấp : Các loại SS7 Các bộ xử lý thời gian Cấu hình kết nối Mã của nút mạng hay thông tin cấu hình -Đăng ký Gatekeeper Đặc tính hệ thống: - Là một CPU đặc hiệu, yêu cầu là hê thống đa xử lý, có khả năng mở rộng theo chiều ngang - Cần bộ nhớ lớn để lưu trữ cơ sở dữ liệu. Điều này cũng rất cần thiết cho các quá trình đa xử lý - Chủ yếu làm việc với lưu lượng IP, do đó yêu cầu các kết nối tốc độ cao - Hỗ trợ nhiều loại giao thức - Độ sẵn sàng cao. Signalling Gateway (SG) Signaling Gateway tạo ra một chiếc cầu giữa mạng báo hiệu SS7 với mạng IP dưới sự điều khiển của Media Gateway Controller (MGC). SG làm cho Softswitch giống như một nút SS7 trong mạng báo hiệu SS7. Nhiệm vụ của SG là xử lý thông tin báo hiệu. Các chức năng của Signaling Gateway: - Cung cấp một kết nối vật lý đến mạng báo hiệu. - Truyền thông tin báo hiệu giữa Media Gateway Controller và Signaling Gateway thông qua mạng IP. - Cung cấp đường dẫn truyền dẫn cho thoại, dữ liệu và các dạng dữ liệu khác. (Thực hiện truyền dữ liệu là nhiệm vụ của Media Gateway). - Cung cấp các hoạt động SS7 có sự sẵn sàng cao cho các dịch vụ viễn thông. Đặc tính hệ thống : - Là một thiết bị vào ra I/O - Dung lượng bộ nhớ phải luôn đảm bảo lưu trữ các thông tin trạng thái, thông tin cấu hình, các lộ trình,… - Dung lượng đĩa chủ yếu sử dụng cho quá trình đăng nhập (logging), do đó không yêu cầu dung lượng lớn. - Dự phòng đầy đủ giao diện Ethernet (với mạng IP) - Giao giện với mạng SS7 bằng cách sử dụng một luồng EE/T1, tối thiểu 2 kênh D, tối đa 16 kênh D - Để tăng hiệu suất và tính linh động người ta sử dụng bus H.110 hay H.100 - Yêu cầu độ sẵn sàng cao : nhiều SG, nhiều liên kết báo hiệu,… Media Server Media Server là thành phần lựa chọn của Softswitch, được sử dụng để xử lý các thông tin đặc biệt. Một Media Server phải hỗ trợ phần cứng DSP với hiệu suất cao nhất. Các chức năng của một Media Server: - Chức năng voicemail cơ bản. - Hộp thư fax tích hợp hay các thông báo có thể sử dụng e-mail hay các bản tin ghi âm trước (pre-recorded message). - Khả năng nhận tiếng nói (nếu có). - Khả năng hội nghị truyền hình (video conference). - Khả năng chuyển thoại sang văn bản (speech-to-text) Đặc tính hệ thống : - Là một CPU, có khả năng quản lý lưu lượng bản tin MGCP - Lưu trữ các phương pháp thực hiện liên kết với DSP nội bộ hay lân cận - Cần dung lượng bộ nhớ lớn để lưu trữ các cơ sở dữ liệu, bộ nhớ đệm, thư viện,… - Dung lượng đĩa tương đối nhỏ. - Quản lý hầu hết lưu lượng IP nếu tất cả tài nguyên IP được sử dụng để xử lý thoại. - Sử dụng bus H.110 để tương thích với card DSP và MG. - Độ sẵn sàng cao. Application Server/Feature Server Server đặc tính là một server ở mức ứng dụng chứa một loạt các dịch vụ của doanh nghiệp. Chính vì vậy nó còn được gọi là Server ứng dụng thương mại. Vì hầu hết các Server này tự quản lý các dịch vụ và truyền thông qua mạng IP nên chúng không ràng buộc nhiều với Softswith về việc phân chia hay nhóm các thành phần ứng dụng. Các dịch vụ cộng thêm có thể trực thuộc Call Agent, hoặc cũng có thể thực hiện một cách độc lập. Những ứng dụng này giao tiếp với Call Agent thông qua các giao thức như SIP, .323,… Chúng thường độc lập với phần cứng nhưng lại yêu cầu truy nhập cơ sở dữ liệu đặc trưng. Chức năng của Feature Server : - Xác định tính hợp lệ và hỗ trợ các thông số dịch vụ thông thường cho hệ thống đa chuyển mạch. Một vài ví dụ về các dịch vụ đặc tính : - Hệ thống tính cước - Call Agents sử dụng các bộ CDR (Call Detail Record). Chương trình CDR có rất nhiều đặc tính, chẳng hạn khả năng ứng dụng tốc độ dựa trên loại đường truyền, thời điểm trong ngày,.. Dịch vụ này cho phép khách hàng truy nhập vào bản tin tính cước của họ thông qua cuộc gọi thoại hay yêu cầu trang Web. - H.323 Gatekeeper- dịch vụ này hỗ trợ định tuyến thông qua các miền khác nhau ( các mạng khác nhau). Mỗi miền có thể đang ký số điện thoại và số truy nhập trung kế với Gatekeeper thông qua giao thức H.323. Gatekeeper sẽ cung cấp dịvh vụ định tuyến cuộc gọi ( và chuyển dịch sang dạng số) cho mỗi đầu cuối H.323. Gatekeeper còn có thể cung cấp điều khiển tính cước và quản lý băng thông cho Softswitch. - VPN- Dịch vụ này sẽ thiết lập mạng riêng ảo cho khách hàng với các đặc tính sau : Băng thông xác định ( thông qua mạng thuê riêng tốc độ cao) Đảm bảo QoS Nhiều tính năng riêng theo chuẩn Kế hoạch quay số riêng Bảo mật các mã thoại được truyền dẫn. ….. Đặc tính hệ thống: - Nó đặc biệt yêu cầu một CPU tiện ích cao. Điều này cũng còn phụ thuộc vào các ứng dụng đặc biệt khác nhau. - Cần bộ nhớ lớn với độ trễ thấp. - CPU có khả năng mở rộng để đáp ứng cho viêc nâng cấp dịch vụ và lưu lượng. - Đặt một vài cơ sở dữ liệu trong Server. - Dung lượng đĩa lớn, tùy thuộc vào đặc tính của ứng dụng. Chẳng hạn như dung lượng 100GB- 2TB cho ngân hàng voice mail. - Giao diện Ethernet (với mạng IP) được thực hiện với đầy đủ khả năng dự phòng. 2.4 Các công nghệ làm nền cho mạng thế hệ mới Ngày nay, yêu cầu ngày càng tăng về số lượng và chất lượng dịch vụ đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của thị trường công nghệ điện tử - tin học - viễn thông. Những xu hướng phát triển công nghệ đã và đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn nhau nhằm cho phép mạng lưới thỏa mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trong tương lai. Theo ITU, có hai xu hướng tổ chức mạng chính : - Hoạt động kết nối định hướng ( CO - Connection Oriented Operation) - Hoạt động không kết nối (CL - Connectionless Operation) Trong hoạt động kết nối định hướng, các cuộc gọi được thực hiện với trình tự : gọi số - xác lập kết nối - gửi và nhận thông tin - kết thúc. Trong kiểu kết nối này, công nghệ ATM phát triển cho phép đẩy mạnh các dịch vụ băng rộng và nâng cao chất lượng dịch vụ. Hoạt động không kết nối dựa trên giao thức IP như việc truy cập Internet không yêu cầu việc xác lập trước các kết nối , vì vậy chất lượng dịch vụ có thể không hoàn toàn đảm bảo như trường hợp trên. Tuy nhiên do tính đơn giản, tiện lợi với chi phí thấp, các dịch vụ thông tin theo phương thức CL phát triển rất mạnh mẽ theo xu hướng nâng cao chất lượng dịch vụ và tiến tới cạnh tranh với các dịch vụ thông tin theo phương thức CO. Tuy vậy, hai phương thức phát triển này dần tiệm cận và hội tụ dẫn đến sự ra đời công nghệ ATM/IP. Sự phát triển mạnh mẽ của các dịch vụ và các công nghệ mới tác động trực tiếp đến sự phát triển cấu trúc mạng. Hình 2-19 Các xu hướng phát triển trong công nghệ mạng IP Sự phát triển đột biến của IP, sự tăng trưởng theo cấp số nhân của thuê bao Internet đã là một thực tế không còn ai có thể phủ nhận. Hiện nay lượng dịch vụ lớn nhất trên các mạng đường trục trên thực tế đều là từ IP. Trong công tác tiêu chuẩn hóa các loại kỹ thuật, việc bảo đảm tốt hơn cho IP đã trở thành trọng điểm của công tác nghiên cứu. IP là giao thức chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp gói tin thực hiện theo cơ chế phi kết nối. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tới đích. Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng. Do vậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin về nguyên tắc chuyển tin (như trong BGP) và nó phải có khả năng hoạt động trong môi trường mạng gồm nhiều nút. Kết quản tính toán của cơ cấu định tuyến được lưu trong các bảng chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới hướng đích. Dựa trên các bản chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói IP hướng tới đích. Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một. Ở cách này, mỗi nút mạng tính toán mạng chuyển tin một cách độc lập. Phương thức này, do vậy, yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán với nhau. Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn đến việc chuyển gói tin sai hướng, điều này đồng nghĩa với việc mất gói tin. Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng. Ví dụ, với phương thức này, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ đi qua cùng một nút thì chúng sẽ được truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích. Điều này khiến cho mạng không thể thực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo dịch vụ. Tuy nhiên, bên cạnh đó, phương thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao độ tin cậy cũng như khả năng mở rộng của mạng. Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được sự thay đổi về topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối. Với các phương thức như CDIR (Classless Inter Domain Routing), kích thước của bản tin được duy trì ở mức chấp nhận được, và do việc tính toán định tuyến đều do các nút tự thực hiện, mạng có thể mở rộng mà không cần bất cứ thay đổi nào. Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao. Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theo từng chặng. Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ. ATM Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, thông tin được nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, ngắn; trong đó vị trí của gói không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho trước. Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau. ATM có hai đặc điểm quan trọng : Thứ nhất ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM , các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn. Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng. ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm. Nó là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được gửi đi. ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu. Mặt khác, ATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian. Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu và được giữ cố định trong suốt thời gian kết nối. Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng đài ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn. Việc này thực hiện hai điều: dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổng đài. Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài. Điều này khác với thông tin về toàn mạng chứa trong bảng chuyển tin của router dùng IP. Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc chuyển gói tin qua router. Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên cell có kích thước cố định (nhỏ hơn của IP), kích thước bảng chuyển tin nhỏ hơn nhiều so với của IP router, và việc này được thực hện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng. Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP router truyền thống. IP over ATM Hiện nay, trong xây dựng mạng IP, có đến mấy loại kỹ thuật, như IP over SDH/ SONET, IP over WDM và IP over Fiber. Còn kỹ thuật ATM, do có các tính năng như tốc độ cao, chất lượng dịch vụ (QoS), điều khiển lưu lượng, … mà các mạng lưới dùng bộ định tuyến truyền thống chưa có, nên đã được sử dụng rộng rãi trên mạng đường trục IP. Mặt khác, do yêu cầu tính thời gian thực còn tương đối cao đối với mạng lưới, IP over ATM vẫn là kỹ thuật được chọn trước tiên hiện nay. Cho nên việc nghiên cứu đối với IP over ATM vẫn còn rất quan trọng. Mà MPLS chính là sự cải tiến của IP over ATM kinh điển, cho nên ở đây chúng ta cần nhìn lại một chút về hiện trạng của kỹ thuật IP over ATM. IP over ATM truyền thống là một loại kỹ thuật kiểu xếp chồng, nó xếp IP (kỹ thuật lớp 3) lên ATM (kỹ thuật lớp 2); giao thức của hai tầng hoàn toàn độc lập với nhau; giữa chúng phải nhờ một loạt giao thức (như NHRP, ARP,…) nữa mới đảm bảo nối thông. Điều đó hiện nay trên thực tế đã được ứng dụng rộng rãi. Nhưng trong tình trạng mạng lưới được mở rộng nhanh chóng, cách xếp chồng đó cũng gây ra nhiều vần đề cần xem xét lại. Trước hết, vấn đề nổi bật nhất là trong phương thức chồng xếp, phải thiết lập các liên kết PVC tại N điểm nút, tức là cần thiết lập mạng liên kết. Như thế có thể sẽ gây nên vấn đề bình phương N, rất phiền phức, tức là khi thiết lập, bảo dưỡng, gỡ bỏ sự liên kết giữa các điểm nút, số việc phải làm ( như số VC, lượng tin điều khiển) đều có cấp số nhân bình phương của N điểm nút. Khi mà mạng lưới ngày càng rộng lớn, chi phối kiểu đó sẽ làm cho mạng lưới qu