Bài giảng mạng và truyền số liệu

ớc cửa sổ là 4. Tức là mỗi lúc cửa sổ chỉ gửi được 4 gói tin. Đầu tiên cửa sổ gửi sẽ gửi 4 gói tin từ 1 đến 4 và 4 gói tin này sẽ được gửi cho bên nhận. Cửa sổ tiếp tục trượt để gói tin thứ 5 được gửi đi ngay sau khi nhận được tín hiệu ACK của gói tin thứ nhất từ trạm đích qua trình như vậy cứ tiếp tục cho đến khi gói tin cuối cùng được chuyển đi. 232 12 91011 8 567 4 123 Window 12 91011 8 567 4 123 12 91011 8 567 4 123 Window Window (a) (b) (c) 1 1 Ðã nh?n du?c ACK 2 Chua du?c g? i Hu ?ng tru? t 2 Hình 7.13. Hoạt động của cửa sổ trượt Trong quá trình gửi và nhận dữ liệu, có thể có một số gói tin mặc dù đã được gửi đi nhưng không có phúc đáp (không nhận được báo nhận) có nghĩa là bên nhận không nhận được thì những gói đó sẽ được truyền lại. Tại bên nhận cũng duy trì một cửa sổ trượt tương tự dùng để nhận và báo nhận các gói tin đã nhận được. TCP cung cấp một kiểu dịch vụ gọi là dịch vụ chuyển luồng đáng tin cậy. TCP xem luồng dữ liệu như là một thứ tự các Bytes dữ liệu được tách thành các Segments. Thường thì mỗi Segment truyền trong liên mạng sẽ được lồng vào một Datagram. Với kỹ thuật cửa sổ trượt, sẽ giải quyết được hai vấn đề quan trọng đó là truyền có hiệu quả và điều khiển luồng dữ liệu. TCP sử dụng kỹ thuật cửa sổ trượt dựa trên kỹ thuật cửa sổ trượt đã trình bày ở trên. Nó cho phép gửi được nhiều Segment trước khi báo nhận đến từ nơi nhận và do đó làm tăng thông lượng truyền trên mạng. Bên cạnh đó kỹ thuật cửa sổ trượt còn cho phép bên nhận tránh được tình trạng dữ liệu bị mất bằng cách làm giảm lưu lượng dữ liệu gửi đến nếu bộ đệm của nó không chứa thêm nhiều dữ liệu. 233 Kỹ thuật cửa sổ trượt của TCP được tiến hành ở mức Byte chứ không phải ở mức Segment hay gói như trình bày ở trên. Các Bytes của luồng dữ liệu được đánh số một cách tuần tự và một cửa sổ được định nghĩa bởi ba con trỏ như hình 7.14. 12 91011 8 567 4 123 Window 1 2 3 3 Các con tr? Hu ?ng tru? t 2 1 Hình 7.14. Cấu hình cửa sổ trượt Tại mỗi thời điểm, con trỏ đầu tiên trỏ vào mép bên trái cửa sổ, con trỏ thứ hai trỏ vào mép bên phải cửa sổ và con trỏ thứ ba xác định vị trí các Bytes được gửi đi. Con trỏ bên phải và bên trái cửa sổ xác định kích thước của cửa sổ. Các phần mềm giao thức gửi các gói bên trong cửa sổ không có trễ, do đó ranh giới bên trong cửa sổ luôn luôn di chuyển từ bên phải qua bên trái. Như trong hình 7.13 chỉ ra Byte thứ hai đã được gửi và nhận được báo nhận, Bytes thứ 3, 4 đã được gửi nhưng chưa có báo nhận, Bytes thứ 5, 6 chưa được gửi nhưng sẽ được gửi mà không có trễ. Các Bytes lớn hơn 7 chưa được gửi cho đến khi cửa sổ di chuyển. Có một sự khác biệt giữa cửa sổ trượt TCP và cửa sổ trượt được trình bày ở trên là cửa sổ trượt TCP có thể thay đổi kích thước theo thời gian. Trong đó mỗi báo nhận đều có thông tin về trạng thái bộ đệm tại bên nhận, cho biết bên nhận có thể nhận thêm được bao nhiêu Bytes dữ liệu nữa. Nếu nhận được thông báo kích thước bộ đệm còn ít thì bên gửi sẽ giảm kích cỡ của cửa sổ và nó không gửi số Bytes dữ liệu quá kích thước của bộ đệm. Còn nếu thông báo rằng kích thước của bộ đệm tăng thì bên gửi sẽ tăng tương ứng kích thước của cửa sổ. Vì liên kết TCP là loại kiên kết đầy đủ, dữ liệu có thể được truyền theo cả hai hướng, tức là tại mỗi thời điểm dữ liệu có thể được truyền từ hai đầu cuối của liên kết một cách độc lập với nhau nên tại mỗi đầu cuối của liên kết sẽ có thể duy trì hai cửa sổ, một để gửi dữ liệu và một để nhận dữ liệu. 234 c. Thiết lập và huỷ bỏ liên kết Như ta đã biết TCP là một giao thức kiểu có liên kết, tức là cần phải có giai đoạn thiết lập một liên kết giữa một cặp thực thể TCP trước khi truyền dữ liệu và huỷ bỏ liên kết khi không còn nhu cầu trao đổi dữ liệu nữa. Thiết lập liên kết TCP Một liên kết có thể được thiết lập theo một trong hai cách chủ động (active) và bị động (passive). Nếu liên kết được thiết lập theo cách bị động thì đầu tiên TCP tại trạm muốn thiết lập liên kết sẽ nghe và chờ yêu cầu liên kết từ một trạm khác. Tuỳ trường hợp của lời gọi hàm mà người sử dụng phải chỉ ra cổng yêu cầu kết nối hoặc có thể kết nối với một cổng bất kỳ. Với phương thức chủ động thì người sử dụng yêu cầu TCP thử thiết lập một liên kết với một Socket nào đó với một mức ưu tiên và độ an toàn nhất định. Nếu trạm ở xa kia đáp lại bằng một hàm “Passive open” tương hợp hoặc đã gửi một “active open” tương hợp thì liên kết sẽ được thiết lập. Nếu liên kết được thiết lập thành công thì hàm “Open success primitive” được dùng để thông báo cho người sử dụng biết (cũng được sử dụng trong trường hợp Passive Open) còn nếu thất bại thì hàm “Open failure primitive” được dùng để thông báo. Huỷ bỏ một liên kết: Khi không còn nhu cầu trao đổi dữ liệu nữa thì liên kết TCP có thể được huỷ bỏ. Liên kết có thể được huỷ bỏ theo hai cách: · Huỷ bỏ một cách bất thường. · Huỷ bỏ một cách bình thường. Liên kết được huỷ bỏ một cách bình thường khi toàn bộ dữ liệu đã được truyền hết. Tức là hai bên không còn nhu cầu trao đổi dữ liệu nữa. Liên kết có thể bị huỷ bỏ một cách bất thường vì một lý do nào đó (do người sử dụng hoặc do TCP đóng liên kết do không thể duy trì được liên kết). Toàn bộ dữ liệu đang truyền có thể bị mất. d. Truyền và nhận dữ liệu Sau khi liên kết được thiết lập giữa một cặp thực thể TCP thì có thể tiến hành việc truyền dữ liệu. Với liên kết TCP dữ liệu có thể được truyền theo cả hai hướng. Khi nhận được một khối dữ liệu cần chuyển đi từ người sử dụng, TCP sẽ lưu giữ nó tại bộ đệm gửi. Nếu cờ PUST được dựng thì toàn bộ dữ liệu trong bộ đệm sẽ được gửi đi hết dưới dạng các TCP Segment. Còn nếu cờ PUST không được dựng thì toàn bộ dữ liệu vẫn được lưu giữ trong bộ đệm để chờ gửi đi khi có cơ hội thích hợp. 235 Tại bên nhận, dữ liệu gửi đến sẽ được lưu giữ trong bộ đệm nhận. Nếu dữ liệu đệm được đánh dấu bởi cờ PUST thì toàn bộ dữ liệu trong bộ đệm nhận sẽ được gửi lên cho người sử dụng. Còn nếu dữ liệu không được đánh dấu với cờ PUST thì chúng vẫn được lưu trong bộ đệm. Nếu dữ liệu khẩn cần phải chuyển gấp thì cờ URGENT được dùng và đánh dấu dữ liệu bằng bit URG để báo rằng dữ liệu khẩn cần được chuyển gấp. 7.2.4 Giao thức UDP UDP (User Datagram Protocol) là một giao thức kiểu không kết nối, được sử dụng trong một số yêu cầu ứng dụng thay thế cho TCP. Tương tự như giao thức IP, UDP không thực hiện các giai đoạn thiết lập và huỷ bỏ liên kết, không có các cơ chế báo nhận (Acknowledgement) như trong TCP. UDP cung cấp các dịch vụ giao vận không đáng tin cậy. Dữ liệu có thể bị mất, bị lỗi hay bị truyền luẩn quẩn trên mạng mà không hề có thông báo lỗi đến nơi gửi hoặc nơi nhận. Do thực hiện ít chức năng hơn TCP nên UDP chạy nhanh hơn, nó thường được sử dụng trong các dịch vụ không đòi hỏi độ tin vậy cao. Đơn vị dữ liệu dùng trong giao thức UDP là UDP Datagram. Khuôn dạng của một UDP Datagrram gồm hai phần: Phần tiêu đề (Header) chứa các thông tin điều khiển và phần Data chứa dữ liệu. Khuôn dạng của UDP Datagram cụ thể như hình 7.15. UDP Source Port UDP Destination Port UDP Message Length UDP Checksum Data ... ... Hình 7.15. Khuôn dạng UDP Datagram Trong đó : ·UDP Source Port (16 bits) : Cho biết địa chỉ cổng của trạm nguồn. Nếu nó không được chỉ ra thì trường này được thiết lập là 0. ·UDP Destination Port (16 bits) : Cho biết địa chỉ cổng của trạm đích. ·UDP Message Length (16 bits): Cho biết kích thước của một UDP Datagram (kể cả phần Header). Kích thước tối thiểu của một UDP Datagram là 8 Bytes (chỉ có phần Header, không có phần dữ liệu). ·UDP Checksum (16 bits): Là mã kiểm soát lỗi theo phương pháp CRC . Lớp UDP được đặt trên lớp IP, tức là UDP Datagram khi chuyển xuống tầng dưới sẽ được đặt vào IP Datagram để truyền trên liên mạng. IP Datagram này được ghép vào một khung tin rồi được gửi tới liên mạng đến trạm đích. Tại trạm đích các 236 PDU được gửi từ dưới lên trên, qua mỗi tầng phần Header của PDU được gỡ bỏ và cuối cùng chỉ còn lại phần dữ liệu như ban đầu được chuyển cho người sử dụng. 7.3 Mạng Internet 7.3.1 Tổ chức của Internet Internet là một liên mạng, tức là mạng của các mạng con. Vậy đầu tiên là vấn đề kết nối hai mạng con. Để kết nối hai mạng con với nhau, có hai vấn đề cần giải quyết Về mặt vật lý, hai mạng con chỉ có thể kết nối với nhau khi có một máy tính có thể kết nối với cả hai mạng này. Việc kết nối đơn thuần về vật lý chưa thể làm cho hai mạng con có thể trao đổi thông tin với nhau. Vậy vấn đề thứ hai là máy kết nối được về mặt vật lý với hai mạng con phải hiểu được cả hai giao thức truyền tin được sử dụng trên hai mạng con này và các gói thông tin của hai mạng con sẽ được gửi qua nhau thông qua đó. Các Bridges, Gateways hoặc Router được dùng để kết nối các mạng với nhau: ·Bridge là một thiết bị mạng mà có khả năng kết nối hai hoặc nhiều mạng nhưng các mạng này phải dùng chung giao thức chúng thường được sử dụng để nối hai mạng LAN cùng loại với nhau. ·Router là một nút mạng trong đó có chứa các giải thuật chọn đường khi nhận được một Datagram thì nó sẽ gửi chuyển tiếp Datagram đi đển nút mạng tiếp theo tuỳ vào địa chỉ của Datagram và giải thuật chọn đường. ·Gateway là một thiết bị thực hiện chức năng dẫn đường. Nó thường là một thiết bị độc lập mà có thể thực hiện giao thức truyền từ mạng này sang mạng khác. Thông thường việc kết nối giữa hai mạng dùng một máy tính, máy tính này được gọi là Internet gateway hay Router. Hình 7.16. Hai mạng Net 1 và Net 2 kết nối thông qua Router. Khi kết nối đã trở nên phức tạp hơn, các Gateways cần phải biết về sơ đồ kiến trúc của các mạng kết nối. Ví dụ trong hình 7.17 cho thấy nhiều mạng được kết nối bằng Router. Net 1 Net 2 Router Router 237 Net 1 Net 2 Net 3 Router 1 Router 3 Router 2 Hình 7.17. Ba mạng kết nối với nhau thông qua các Router Như hình 7.17, Router R1 phải chuyển tất cả các gói thông tin đến một máy nằm ở mạng Net 2 hoặc Net 3. Với kích thước lớn như mạng Internet, việc các Routers làm sao có thể quyết định về việc chuyển các gói thông tin cho các máy trong các mạng sẽ trở nên phức tạp hơn. Để các Routers có thể thực hiện được công việc chuyển một số lớn các gói thông tin thuộc các mạng khác nhau người ta đề ra quy tắc là: Các Routers chuyển các gói thông tin dựa trên địa chỉ mạng của nơi đến, chứ không phải dựa trên địa chỉ của máy nhận. Như vậy, dựa trên địa chỉ mạng nên tổng số thông tin mà Router phải lưu giữ về sơ đồ kiến trúc mạng sẽ tuân theo số mạng trên Internet chứ không phải là số máy trên Internet. Trên Internet, tất cả các mạng đều có quyền bình đẳng cho dù chúng có tổ chức hay số lượng máy là rất chênh lệch nhau. Giao thức TCP/IP của Internet hoạt động tuân theo quan điểm sau: Tất các mạng con trong Internet như là Ethernet, một mạng diện rộng như NSFNET back bone hay một liên kết điểm-điểm giữa hai máy duy nhất đều được coi như là một mạng. Điều này xuất phát từ quan điểm đầu tiên khi thiết kế giao thức TCP/IP là để có thể liên kết giữa các mạng có kiến trúc hoàn toàn khác nhau, khái niệm "mạng" đối 238 với TCP/IP bị ẩn đi phần kiến trúc vật lý của mạng. Đây chính là điểm giúp cho TCP/IP tỏ ra rất mạnh. Như vậy, người dùng trong Internet hình dung Internet là một mạng thống nhất và bất kỳ hai máy nào trên Internet đều được nối với nhau thông qua một mạng duy nhất. Hình 7.18 mô tả kiến trúc tổng thể của Internet dưới mắt người dùng và kiến trúc tổng quát của Internet. (a) Internet host Router Internet Physical net Host (b) Hình 7.18. (a) - Mạng Internet dưới con mắt người sử dụng. Các máy được nối với nhau thông qua một mạng duy nhất. (b) - Kiến trúc tổng quát của mạng Internet. Các Routers cung cấp các kết nối giữa các mạng. 7.3.2 Một số phương thức kết nối Internet phổ biến : Các mạng máy tính và máy tính tạo thành Internet nằm rải rác khắp nơi trên thế giới do đo kết nối Internet là kết nối các mạng diện rộng (WAN). Có rất nhiều công nghệ kết nối mạng diện rộng đang được sử dụng trên Internet nhưng được chia là hai loại chính là loại dùng dịch vụ điện thoại (Telephony) và loại không dùng dịch vụ điện thoại (Non- Telephony). Các công nghệ kết nối mạng WAN đã được trình bày chi tiết ở chương 6. 7.3.3 Các dịch vụ thông dụng của Internet Internet càng ngày càng phát triển và cung cấp cho con người nhiều loại dịch vụ dưới đây trình bày một số dịch vụ thông dụng của Internet ngày nay : 239 a. Thư điện tử Thư điện tử (Electronic Mail) còn được gọi tắt là E-mail. Mục đích của nó là để gửi hoặc nhận những thư điện tử từ nơi này qua nơi khác một cách nhanh chóng từ vài giây cho tới vài phút hoặc vài tiếng đồng hồ. Ngày nay, nhờ sự phát triển mạnh mẽ của Internet người ta có thể gửi thư điện tử tới các quốc gia trên khắp thế giới. Với sự tiện lợi như vậy cho nên E-Mail đã hầu như trở thành một nhu cầu cần phải có của mỗi người sử dụng máy tính. Trên thực tế, có rất nhiều hệ thống máy tính khác nhau và mỗi hệ thống lại có cấu trúc chuyển nhận thư điện tử khác nhau. Việc này được giải quyết bằng cách sử dụng một giao thức chung cho thư điện tử. Giao thức chung đó gọi là giao thức chuyển vận thư từ (Simple Mail Transfer Protocol viết tắt là SMTP). Nhờ vào SMTP này mà sự chuyển vận thư điện tử trên Internet đã trở thành dễ dàng nhanh chóng cho tất cả mọi người. b. Mạng thông tin toàn cầu (World Wide Web- WWW) Đây dịch vụ mới và mạnh nhất trên Internet. WWW được xây dựng dựa trên một kỹ thuật có tên gọi là hypertext (siêu văn bản). Hypertext là kỹ thuật trình bày thông tin trên một trang trong đó có một số từ có thể "nở" ra thành một trang thông tin mới có nội dung đầy đủ hơn. Trên cùng một trang thông tin có thể có nhiều kiểu dữ liệu khác nhau như Text, ảnh hay âm thanh. Để xây dựng các trang dữ liệu với các kiểu dữ liệu khác nhau như vậy, WWW sử dụng một ngôn ngữ có tên là HTML (HyperText Markup Language). HTML cho phép định dạng các trang thông tin, cho phép thông tin được kết nối với nhau. Trên các trang thông tin có một số từ có thể "nở" ra, mỗi từ này thực chất đều có một liên kết với các thông tin khác. Để thực hiện việc liên kết các tài nguyên này, WWW sử dụng phương pháp có tên là URL (Universal Resource Locator). Với URL, WWW cũng có thể truy nhập tới các tài nguyên thông tin từ các dịch vụ khác nhau như FTP, Gopher, Wais... trên các server khác nhau. Với sự bùng nổ dịch vụ WWW, dịch vụ này càng ngày càng được mở rộng và đưa thêm nhiều kỹ thuật tiên tiến nhằm tăng khả năng biểu đạt thông tin cho người sử dụng. Một số công nghệ mới được hình thành như Active X, Java cho phép tạo các trang Web động thực sự mở ra một hướng phát triển rất lớn cho dịch vụ này. c. Dịch vụ truyền tệp - FTP Một trong những dịch vụ phổ biến nhất được sử dụng trên mạng Internet là dịch vụ truyền tệp (file) qua các máy tính. Dịch vụ này được dùng để chuyển tải các file giữa các máy chủ trên mạng, giữa máy chủ và máy khách (client). Các file có thể ở 240 dạng văn bản, ảnh tĩnh, ảnh video, các thư viện, đặc biệt là các phần mềm ứng dụng được cung cấp miễn phí hoặc thử nghiệm. Việc truyền file được thông qua một giao thức của Internet gọi là giao thức FTP (File Transfer Protocol viết tắt là FTP). Giao thức này thực hiện việc truyền file giữa các máy tính không phụ thuộc vào vị trí địa lý hay môi trường hệ điều hành. Điều cần thiết là 2 máy đều nối mạng Internet và đều có phần mềm có thể hiểu được giao thức FTP. d. Dịch vụ truy nhập từ xa -TELNET Một trong những công cụ cơ bản của Internet là Telnet. Telnet là một giao thức cho phép người sử dụng có thể truy nhập vào một máy tính ở xa và khai thác các tài nguyên của máy đó hoàn toàn giống như đang ngồi trên máy của mình. Điều kiện căn bản để sử dụng dịch vụ Telnet là máy tính của người sử dụng phải được nối vào mạng Internet. Ngoài ra người sử dụng phải có chương trình Telnet. Khi dùng telnet để vào một máy nào đó nó sẽ hỏi tên truy nhập và mật khẩu. Giống như FTP, trên mạng Internet có nhiều host cho phép người sử dụng truy nhập bằng telnet nặc danh, chỉ cần khai báo địa chỉ E-Mail của mình. e. Dịch vụ tra cứu theo chỉ mục - Gopher Gopher là một dịch vụ tra cứu thông tin theo chủ đề và sử dụng các thực đơn. Xuất phát từ nhu cầu phân phát các tài liệu theo một chủ đề nhất định cho người sử dụng trên Internet, người ta đã thiết lập các máy có lưu trữ tài liệu. Muốn sử dụng những tài liệu này, người sử dùng cần có một phần mềm để kết nối vào máy chủ GOPHER, và máy này sẽ đưa ra các thực đơn cho người sử dụng chọn lựa. Ngoài ra trong một số máy còn lưu trữ các chỉ dẫn kết nối hoặc địa chỉ của các gopher khác. Thông qua các client của gopher, người sử dụng có thể nhận những file văn bản, hình ảnh, đồ hoạ, âm thanh. f. Dịch vụ nhóm tin - USENET USENET là chữ được gọi tắt từ chữ users’Network và được coi là Mạng nhóm tin lớn nhất trên Internet. Mạng nhóm tin này là do hàng ngàn máy Phục Vụ Tin (News Host) được liên kết lại với nhau để truyền đạt tin tức. Mặc dù Mạng lưới nhóm tin dùng Internet để chuyển tải và phân phối một phần lớn tin tức nhưng thật ra nó cách biệt và khác với Internet. Mạng lưới nhóm tin là do hàng ngàn máy phục vụ tin (News Host) kết nối lại với nhau trên toàn cầu. Vì nó ký sinh trên Internet nên ngoài việc khai thác thông qua mạng Internet nó còn có cơ chế khai thác độc lập không qua mạng Internet mà đăng ký riêng. 241 Mạng nhóm tin là môi trường tranh luận thế giới. Nó cho phép người sử dụng có thể trao đổi thông tin về một chủ đề mà họ cùng quan tâm. Thư trên usernet được gửi đến và lưu trữ trên một máy chủ chứa tin. Người sử dụng có thể đặt câu hỏi, đưa ra ý kiến tranh luận về một chủ đề nào đó, gửi thông báo hoặc các tài liệu vào usernet. g. Dịch vụ tìm kiếm thông tin diện rộng WAIS (Wide Area Information Service). WAIS là một công cụ tìm kiếm thông tin trên mạng Inetrnet thông qua một chuỗi các đề mục lựa chọn, dịch vụ WAIS cho phép người dùng tìm kiếm các tệp dữ liệu có chứa một xâu ký tự xác định trước. Mạng WAIS toàn cầu dựa trên các thư mục của máy chủ (Directory of server). Đây thực sự là những kho tàng dữ liệu để người dùng tìm kiếm. Quá trình thực hiện cuộc tìm kiếm WAIS có thể so sánh với việc tham khảo tại thư viện. Bước đầu tiên của bạn là chọn những cuốn sách mà bạn muốn tìm thông tin cho chủ đề đã định. Bạn có thể tập hợp những cuốn sách này trên kệ sách cạnh đó trước khi bạn mở một chủ đề. Điều này giống như chọn chủ đề từ Directory of Server, sau đó bạn bắt đầu tìm kiếm vị trí lưu trữ thông tin đối với những chủ đề đã chọn. Đồng thời WAIS cho phép bạn cập nhật danh sách những tài nguyên WAIS chuẩn bị cho bạn tiến hành tìm kiếm. WAIS server còn thực hiện đếm số lần xuất hiện của từ trong tệp để tính điểm và gửi về cho client giúp người sử dụng dễ dàng lựa chọn tệp mình cần. h. Dịch vụ hội thoại trên Internet - IRC Internet Relay Chat (IRC - Nói chuyện qua Internet) là phương tiện "thời gian thực", nghĩa là những từ bạn gõ vào sẽ xuất hiện gần như tức thời trên màn hình của người nhận và trả lời của họ của xuất hiện trên màn hình của bạn như vậy. Thay vì phải chờ vài phút hay vài ngày đối với thông điệp, bạn có thể trao đổi tức thời với tốc độ gõ chữ của bạn. IRC có thể mang tính cá nhân như e-mail, người lạ không khám phá được nội dung trao đổi của bạn, hoặc bạn có thể tạo "kênh mở" cho những ai bạn muốn cùng tham gia. Ngoài việc trao đổi lời, người dùng IRC còn có thể gửi file cho nhau như hình ảnh, chương trình, tài liệu hay những thứ khác. 242 Chương 8. Mạng thế hệ mới (NGN – Next Generation Network) 8.1 Các động lực thúc đẩy sự phát triển của mạng NGN 8.1.1 Động lực của sự hội tụ và kết hợp mạng Hiện nay trong mạng viễn thông nói chung, mạng Điện thoại công cộng PSTN và mạng Internet là hai mạng chính đang tồn tại. Chúng có những đặc điểm riêng và cung cấp các dịch vụ đặc thù. Mạng PSTN dựa trên các hệ thống chuyển mạch kênh cung cấp chất lượng thoại rất cao như Free Phone, các dịch vụ nhà khai thác… Các dịch vụ truyền số liệu như Fax, Email, hoạt động qua mạng này thông qua các kết nối kênh. PSTN là mạng có độ trễ thấp, băng thông cố định. Các dịch vụ PSTN được cung cấp từ các thiết bị chuyển mạng cộng với hỗ trợ của các bộ chuyển mạch và mạng thông minh. Các mạng vô tuyến chủ yếu cung cấp kết nối các dịch vụ di động hiện nay được kết nối tới mạng PSTN để cung cấp kết nối liên tục cho tất cả các khách hàng vô tuyến và hữu tuyến. Mạng Internet chủ yếu dựa trên chuyển mạch gói cung cấp các dịch vụ dữ liệu rất mềm dẻo. Tuy nhiên đó là một mạng có độ trễ thay đổi, băng thông biến đổi và cung cấp các dịch vụ mà không đảm bảo được QoS của chúng. Trước sự phát triển bùng nổ của Internet, các nhà khoa học đã dự tính mức lưu lượng dữ liệu sẽ vượt qua mức lưu lượng thoại. Họ cũng dự đoán được số lượng các thiết bị nối vào Internet sẽ bằng số lượng người trong khoảng mười năm nữa. Những phán đoán này có thể đo được nếu chúng ta cho rằng trong một vài năm tới rất nhiều thiết bị điện tử có địa chỉ IP, do đó tạo ra tiềm năng to lớn cho trao đổi thông tin dữ liệu và kết hợp máy tính với máy và người, người với người. Vì lưu lượng dữ liệu trội hơn lưu lượng thoại, và vì có thể cung cấp các mức chất lượng dịch vụ QoS cao hơn trên các mạng gói, đặc biệt cho thoại và các dịch vụ thời gian thực, nên có thể hy vọng hội tụ nhiều mạng quanh một mạng lõi duy nhất dựa trên kỹ thuật gói. Sự hội tụ này sẽ hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện mới, tăng cường khả năng hỗ trợ của một nhà cung cấp mạng đối với nhiều nhu cầu khác nhau của khách hàng và giảm được chi phí hoạt động. Sự hội tụ này xoay quanh mạng đường trục dựa trên kỹ thuật gói và sẽ cho phép nhiều mạng kết hợp với nhau sao cho khách hàng sẽ hiểu được rằng họ đang làm việc trên một mạng thống nhất, duy nhất. Sự hội tụ này sẽ gần như lặp lại khi các mạng doanh nghiệp và công cộng cùng quy về một bộ tiêu chuẩn các giao thức, chính sách và cấu trúc. 2 Động lực của công nghệ Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đặc biệt trong lĩnh vực Điện tử - Viễn thông và Công nghệ thông tin, đã và đang tạo ra những thay đổi to lớn cho 243 ngành truyền thông thế giới. Dưới đây là một số thống kê về tốc độ phát triển điển hình trong lĩnh vực này. - Công nghệ bán dẫn vẫn phát triển mạnh mẽ, cứ sau 18 tháng số bóng bán dẫn trên một chip tăng gấp đôi, và nó sẽ tiếp tục phát triển như vậy cho đến khoảng 2010. - Đối với truyền dẫn quang, cứ sau 12 tháng dung lượng truyền trên đó lại tăng gấp đôi nhờ tăng số lượng các bước sóng ánh sáng trong một sợi quang, ghép phân chia bước sóng mật độ cao. - Còn với vô tuyến, cứ sau 9 tháng, dung lượng lại tăng gấp đôi nhờ công nghệ anten thông minh, công nghệ máy thu, công nghệ xử lý tín hiệu tiên tiến. Các đột phá công nghệ kể trên đã tạo ra các bộ xử lý và các bộ nhớ phù hợp với mạng tiên tiến. Đặc biệt tốc độ ngày càng tăng của các bộ vi xử lý, dung lượng RAM và tốc độ truy nhập RAM đã tăng lên tới tốc độ gần với tốc độ truyền của sợi quang. Nhờ vậy việc xử lý điều khiển và các bộ nhớ sẽ tồn tại để hỗ trợ sự bùng nổ về tốc độ gói tới trong các phần tử mạng. Sự kết hợp các công nghệ này sẽ tạo ra khả năng xây dựng các mạng có dung lượng lớn gấp 100 đến 200 lần dung lượng ngày nay với chi phí không tăng, nên mạng vẫn đảm bảo chất lượng dịch vụ. 3 Động lực thị trường Trong sự phát triển của ngành Viễn thông hiện tại, có rất nhiều áp lực thay đổi thị trường viễn thông, trong đó có hai áp lực chính đó là: Thứ nhất: Thị trường viễn thông đang bãi bỏ các quy định tư nhân hoá và mở ra cho cạnh tranh. Các nhà khai thác mới đang tham gia vào tất cả các thị trường vô tuyến, hữu tuyến và truyền số liệu. Thứ hai: Các mạng của nhà khai thác mới này với số lượng ngày càng tăng được hướng tới các mạng hội tụ, các mạng hội tụ này đang lấn át các mạng của các nhà khai thác độc quyền. Cũng như vậy, các nhà cung cấp dịch vụ độc quyền, đang xây dựng các mạng mang tính cạnh tranh, tiên tiến dựa trên khả năng các mạng đường trục của họ. Chính những sự cạnh tranh này trên thị trường về các mạng hội tụ sẽ rất lớn và phức tạp. Mặt khác thị trường băng rộng cũng là một động lực thúc đẩy sự phát triển mạng NGN. 4 Động lực dịch vụ Với yêu cầu lưu lượng thoại, dữ liệu, video, multimedia tiếp tục tăng với tốc độ chóng mặt của xã hội, nên các công ty viễn thông phải đương đầu với thách thức trong việc mở rộng và phát triển mạng của họ cả về thời gian và hiệu quả đầu tư trong môi trường cạnh tranh. 244 Mặt khác, việc tăng lưu lượng do các nhu cầu dịch vụ và yêu cầu kết nối với các nhà cung cấp dịch vụ khác đã làm tăng nhanh yêu cầu dung lượng tại các tổng đài chuyển tiếp dựa trên chuyển mạch kênh và gây ra những đòi hỏi mới trong các tổng đài này. Chúng cũng thúc đẩy việc sử dụng công nghệ gói trong tổng đài chuyển tiếp để thoả mãn các yêu cầu đó. Với sự phát triển dịch vụ tăng nhanh theo sự đa dạng của khách hàng, thì việc tăng nhanh nhu cầu truy cập băng rộng cho khu dân cư và thương mại là việc dễ hiểu. Những đòi hỏi truy cập băng rộng hữu tuyến, vô tuyến trong mạng hợp nhất đòi hỏi phải có sự thúc đẩy những chuyển biến trong mạng đường trục. Nó thúc đẩy sự hợp nhất mạng hướng tới mạng dịch vụ NGN. 8.2 Giới thiệu chung về NGN 1 Khái niệm mạng thế hệ sau NGN Khỏi niệm NGN (Next Generation Network) - Mạng thế hệ sau hay Mạng thế hệ kế tiếp – là một khái niệm dùng để chỉ một xu hướng mới trong ngành viễn thông xuất hiện vào cuối những năm 90 của thế kỷ 20. Xu hướng này xuất phát từ nhiều yếu tố như môi trường cạnh tranh ngày càng gay gắt giữa các nhà điều hành mạng do gỡ bỏ các rào cản trong kinh doanh viễn thông, bùng nổ lưu lượng dữ liệu do nhu cầu ngày càng tăng về Internet, dịch vụ đa phương tiện, dịch vụ di động… Những yếu tố đó đó dẫn tới sự hội tụ của các mạng riêng biệt hiện tại thành một mạng đa dịch vụ duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, được gọi là mạng NGN. Các mạng hiện có đều là các mạng đơn dịch vụ, mỗi mạng sử dụng các công nghệ truy nhập, truyền tải và điều khiển khác nhau. Ví dụ như mạng PSTN/ISDN cung cấp chủ yếu các dịch vụ thoại, mạng PLMN cung cấp các dịch vụ di động, mạng dữ liệu IP cung cấp các dịch vụ số liệu, mạng CATV cung cấp các dịch vụ truyền hình cáp băng rộng. Nhưng với mạng NGN, tất cả các dịch vụ đều được cung cấp dựa trên một hạ tầng mạng xương sống (backbone) duy nhất thông qua các hệ thống truy nhập (Hình 8.1). Như vậy, khái niệm mạng thế hệ sau (NGN) bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng. Tuy nhiên, để đưa ra khái niệm NGN là điều không đơn giản, nó có rất nhiều định nghĩa cũng chưa thống nhất và được phát biểu khác nhau bởi các đối tượng liên quan, các tổ chức trong ngành Viễn thông. Dưới đây trình bày định nghĩa của Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu (ETSI) thể hiện được tương đối đầy đủ đặc trưng của mạng NGN: “ NGN là một khái niệm để định nghĩa và chỉ sự triển khai các mạng được phân chia thành các lớp và mặt phẳng khác nhau, sử dụng các giao diện mở nhằm mang lại cho nhà cung cấp dịch 245 vụ và điều hành mạng một nền tảng để có thể từng bước kiến tạo, triển khai và quản lý các dịch vụ mới”. Hình 8.1. Xu hướng phát triển của kiến trúc mạng 8.2.2 Mục tiêu của mạng thế hế sau NGN Theo khuyến nghị ITU-T Y.2011 (Tháng 10/2004) thì các mục tiêu được đề ra cho mạng NGN là: · Thúc đẩy sự cạnh tranh lành mạnh · Khuyến khích đầu tư cá nhân · Xác định một khuôn khổ cho kiến trúc và các khả năng để có thể hội tụ các yêu cầu điều chỉnh khác nhau · Cung cấp sự truy cập mở tới các mạng Trong đó: - Đảm bảo sự cung cấp phổ biến và truy cập tới các dịch vụ - Thúc đẩy sự bình đẳng cơ hội cho mọi người - Thúc đẩy sự đa dạng nội dung bao gồm sự đa dạng văn hóa và ngôn ngữ - Công nhận sự cần thiết của việc hợp tác toàn cầu với sự quan tâm đặc biệt tới các nước kém phát triển 8.2.3 Đặc điểm cơ bản của mạng NGN 246 Thuật ngữ NGN được sử dụng chung để đưa ra một cái tên chung tới những sự thay đổi các cơ sở hạ tầng cung cấp dịch vụ mà đã khởi động trong ngành công nghiệp viễn thông. NGN có thể được xác định thêm bởi các đặc điểm cơ bản sau đây: · Truyền dẫn trên cơ sở gói · Có sự phân tách các chức năng điều khiển giữa các khả năng mang thông báo, gọi/phiên, và ứng dụng/dịch vụ · Phân tách sự cung cấp dịch vụ từ truyền dẫn, và cung cấp các giao diện mở · Hỗ trợ một dải rộng các dịch vụ, các ứng dụng và các cấu trúc dựa trên các khối dựng sẵn (bao gồm thời gian thực/không thời gian thực và các dịch vụ đa phương tiện) · Các khả năng băng rộng với chất lượng dịch vụ đầu cuối - đầu cuối (end-to-end) · Tác động với các mạng hiện tại thông qua các giao diện mở · Sự di dộng mở rộng · Không hạn chế sự truy cập của người dùng tới các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau · Sự đa dạng các kế hoạch nhận dạng · Thống nhất các đặc điểm dịch vụ cho cùng dịch vụ như sự nhận biết bởi người sử dụng · Hội tụ các dịch vụ giữa cố định/di động · Sự độc lập dịch vụ - các chức năng liên quan từ các công nghệ truyền dẫn bên dưới · Hỗ trợ nhiều công nghệ sắp lạc hậu · Dễ dàng với các yêu cầu điều chỉnh, ví dụ liên quan đến các liên lạc khẩn cấp, an ninh, cá nhân, ngăn chặn đúng luật, vv… 8.3 Mô hình chức năng Hình 8.2 thể hiện mô hình chức năng chung của mạng NGN. Hình này cho thấy các mối quan hệ giữa các tài nguyên dịch vụ và các chức năng lớp dịch vụ NGN và giữa các tài nguyên truyền dẫn và các chức năng lớp truyền tải NGN. Chú ý rằng hình này còn thể hiện các lớp điều khiển và quản lý riêng biệt nhưng không thể hiện khả năng điều khiển chung hay các chức năng điều khiển với lớp dịch vụ và truyền tải. Các tài nguyên cung cấp các thành phần vật lý và phi vật lý (ví dụ logic, các thành phần như các liên kết truyền dẫn, xử lý và lưu trữ, vv..) các thành phần được sử dụng để cung cấp các dịch vụ và các mạng. Như trong cơ sở thông tin toàn cầu (GII), các tài nguyên sẽ được giải quyết với sự riêng rẽ các chức năng và các dịch vụ. 247 Các tài nguyên có thể bao gồm các tài nguyên truyền dẫn được xác định cho trường hợp quản lý bằng thống kê (ví dụ, các chuyển mạch, các router, các kết nối truyền dẫn, vv…), và các tài nguyên lưu trữ, xử lý như các nền tảng xử lý, trên đó các ứng dụng và các dịch vụ có thể chạy (nền tảng dịch vụ), hoặc các cơ sở dữ liệu cho lưu trữ nội dung ứng dụng. Hình 8.2. Mô hình chức năng chung 8.3.1 Các chức năng Phần này tập trung vào các chức năng ở lớp chức năng. Các chức năng quản lý thể hiện ở trong hình 8.2 tác động với các tài nguyên, và các chức năng quản lý được sử dụng để tạo các dịch vụ. Cách tiếp cận này phù hợp với phạm vi của nội dung quản lý TMN trong khuyến nghị M.3010, nơi mà các dịch vụ quản lý được định nghĩa bởi những sự mô tả các vai trò, các tài nguyên liên quan và các chức năng TMN. Các lý do tương tự áp dụng cho các chức năng điều khiển và các chức năng truyền tải liên quan tới những sự tương tác tới các dịch vụ và các tài nguyên. 1. Chức năng điều khiển 248 Sự hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện và các loại dịch vụ khác trong khi cho phép tính di động mở rộng sẽ yêu cầu thiết kế các chức năng điều khiển khi các dịch vụ phụ thuộc chặt chẽ vào sự cấp phát tài nguyên mạng qua các chức năng điều khiển (hay quản lý). Việc nghiên cứu đầy đủ các yêu cầu dịch vụ bởi một người dùng (end-user) là một nội dung then chốt khi thiết kế các kiến trúc NGN. Nó xem như sự liên quan với nghiên cứu kiến trúc chức năng NGN để tập trung vào những gì thường được gán nhãn quy trình “yêu cầu”, ví dụ quy trình liên quan tới những gì được gọi truyền thống là “điều khiển”. Các chức năng điều khiển bao gồm trong quy trình “yêu cầu” có thể được phân loại thành hai tập chức năng chung, các chức năng liên quan đến điều khiển dịch vụ (ví dụ, các chức năng như xác thực người dùng, nhận dạng người dùng, điều khiển việc vào dịch vụ, các chức năng phục vụ ứng dụng) và các chức năng liên quan đến điều khiển các mạng truyền tải (ví dụ, các chức năng như điều khiển việc vào mạng, điều khiển tài nguyên/chính sách mạng, cung cấp kết nối động). 2. Chức năng quản lý Các chức năng quản lý được phân loại tuân theo các khu vực chức năng quản lý (MFA) hay loại quản lý FCAPS dưới đây: · Quản lý lỗi · Quản lý cấu hình · Quản lý tài khoản · Quản lý hiệu năng · Quản lý an ninh Trong khi quản lý của lớp truyền dẫn được xác định rõ ràng, thì việc quản lý của lớp dịch vụ còn phải nghiên cứu thêm. Tuy nhiên, nó được mong đợi rằng sự quản lý của hai lớp NGN sẽ tương tự cách hoạt động của các mục tiêu quản lý (ví dụ, cấu hình của các tài nguyên dịch vụ ngược lại với cấu hình của các tài nguyên truyền dẫn). Trạng thái của các mục tiêu quản lý (ví dụ các thuộc tính và các khai báo của chúng) sẽ nhất định khác nhau (chẳng hạn, một danh sách các mục tiêu dịch vụ NGN khác với một danh sách các mục tiêu kết nối truyền dẫn trong sự hỗ trợ của các dịch vụ NGN). 3. Chức năng chuyển giao Các chức năng chuyển giao sẽ được giữ riêng biệt từ các chức năng quản lý và điều khiển tương ứng. Khuyến nghị G.805 và G.809 mô tả mạng như một mạng truyền dẫn cho khả năng chuyển giao thông tin. Vì vậy, những khuyến nghị M.3060 có liên quan với định nghĩa của các chức năng liên quan đến chuyển giao thông tin 249 người dùng, cũng như chuyển giao thông tin mạng (như thông tin quản lý hay thông tin điều khiển). Những khuyến nghị này cung cấp các chức năng mạng truyền dẫn như các chức năng tương thích và các chức năng kết cuối đường. 8.3.2 Tài nguyên mạng Sẽ là hữu ích để thể hiện các tài nguyên của mô hình NGN tổng thể giống như sự riêng biệt hiện nay từ các chức năng và các dịch vụ. Các tài nguyên bao gồm các thành phần vật lý và không vật lý (như logic) thường để xây dựng các mạng, các kết nối và các dịch vụ. 8.4 Kiến trúc NGN Mục tiêu của NGN là cung cấp những khả năng để tạo ra, triển khai và quản lý tất cả các loại dịch vụ có thể. Để đạt được mục tiêu này, thì cần thiết để tách cơ sở hạ tầng tạo mới/triển khai dịch vụ từ sự độc lập cơ sở hạ tầng truyền dẫn. Việc tách được đưa ra trong kiến trúc NGN chẳng hạn như sự phân tách của lớp truyền dẫn và dịch vụ và được thể hiện như hai lớp độc lập. Xét về mặt chức năng, mô hình cấu trúc mạng NGN bao gồm 5 lớp: 1. Lớp truy nhập (Access): Bao gồm các hệ thống truy nhập cung cấp các cổng kết nối với thiết bị đầu cuối thuê bao thông qua hệ thống hữu tuyến (cáp đồng, cáp quang...) và các hệ thống vô tuyến như thông tin di động, vi ba, vệ tinh, vô tuyến cố định... 2. Lớp truyền tải/lõi (Transport/Core): Bao gồm các chuyển mạch lõi (core) và chuyển mạch biên (edge) dựa trên công nghệ ATM/IP, các tuyến truyền dẫn SDH/WDM kết nối các chuyển mạch lõi với nhau và với chuyển mạch biên. 3. Lớp điều khiển (Control): Bao gồm các hệ thống điều khiển thực hiện kết nối cuộc gọi, đáp ứng dịch vụ cho thuê bao thông qua việc điều khiển các thiết bị chuyển mạch ATM/IP của lớp truyền tải và lớp truy nhập. 4. Lớp ứng dụng/dịch vụ (Application/Service): Có chức năng cung cấp các ứng dụng và các dịch vụ thoại, phi thoại, các dịch vụ băng rộng, dịch vụ thông minh, các dịch vụ giá trị gia tăng... cho khách hàng thông qua các lớp dưới. Lớp này liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. 5. Lớp quản lý (Management): Thực hiện chức năng quản lý hoạt động của các lớp cộng lại. Do đó, lớp này có vai trò vị trí đặc biệt, liên quan và xuyên suốt các lớp cộng lại. Như vậy trong cấu trúc mạng NGN các chức năng truyền dẫn và chuyển mạch được gộp chung trong lớp truyền tải/lõi, mô hình của một số hãng gộp chung lớp truyền tải và lớp truy nhập. Điều này có nghĩa là các thiết bị chuyển mạch và truyền 250 dẫn chỉ được xem là các phương tiện thực hiện chuyển tải lưu lượng. Trong mô hình cấu trúc NGN, các lớp điều khiển và quản lý được đặc biệt chú ý. Lớp điều khiển hiện nay rất phức tạp do khả năng tương thích giữa các thiết bị của các hãng khác nhau, các giao thức, giao diện và báo hiệu điều khiển kết nối rất đa dạng và cũng tiếp tục phát triển. Lớp quản lý có chức năng xuyên suốt các lớp khác lại. Hình 8.3 thể hiện mô hình cấu trúc mạng thế hệ sau. Hì nh 8. 3. Cấ u trú c mạ ng thế hệ sa u Phần dưới đây là quan điểm kiến trúc NGN của ITU. Theo đó mô hình mạng chỉ bao gồm ba lớp là lớp dịch vụ, lớp truyền tải và lớp quản lý. Hình 8.4 là mục tiêu của kiến trúc quản lý trong nội dung của NGN. Lớp điều khiển (Control) Lớp ứng dụng/dịch vụ (application/service) Lớp truy nhập (Access) Lớp chuyển tải (Transport / Core) L ớp qu ản lý 251 Hình 8.4. Tổng quan kiến trúc NGN Lớp dịch vụ: Lớp dịch vụ cung cấp những chức năng điều khiển và quản lý các dịch vụ mạng để thiết lập các ứng dụng và dịch vụ người dùng. Những dịch vụ có thể liên quan tới thoại, dữ liệu hay các ứng dụng video. Chúng được sắp xếp riêng rẽ hoặc trong một số sự kết hợp trong trường hợp ứng dụng đa phương tiện. Lớp này liên kết với lớp điều khiển thông qua các giao diện mở API. Lớp truyền tải: Lớp truyền dẫn được đề cập với việc truyền thông tin giữa các thực thể ngang hàng. Với những mục đích như sự truyền dẫn kết hợp động và tĩnh có thể được thiết lập để điều khiển việc truyền thông tin giữa các thực thể. Sự kết hợp có thể là khoảng thời gian rất ngắn, ngắn hạn (tính bằng phút) hoặc dài hạn (tính bằng giờ, ngày, hoặc dài hơn). Lớp quản lý Lớp quản lý thực hiện quản lý hoạt động của các lớp còn lại. Nó có vai trò và vị trí đặc biệt, liên quan và xuyên suốt các lớp khác. 8.5 Các thành phần cơ bản của NGN Trong mạng NGN có các thành phần cơ bản là: · Softswitch · Media Gateway - MG 252 · Signalling Gateway · Application Server · Media Server 8.5.1 Chuyển mạch mềm (Softswitch) Trong NGN, Softswitch là bộ não của mạng, nó có các chức năng sau: - Trung tâm báo hiệu và điều khiển cuộc gọi trong toàn mạng, quản lý và điều khiển các loại Gateway truy nhập mạng, hoạt động theo tất cả các loại giao thức báo hiệu từ H323, SIP đến 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 phép 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 mạng thông minh - IN). 8.5.2 Media Gateway - MG Media Gateway đóng vai trò như một giao diện vật lý giữa mạng chuyển mạch kênh PSTN và mạng chuyển mạch gói IP. Nó có nhiệm vụ báo hiệu và nhận tín hiệu đến và từ mạng PSTN. Nó sẽ nhận số điện thoại, chuyển đổi các số điện thoại và địa chỉ IP và cuối cùng là quản lý quá trình xử lý cuộc gọi. Xử lý cuộc gọi bao gồm việc nhận tín hiệu thoại, nén, gói hoá, triệt tiếng vọng, nén khoảng lặng... 8.5.3 Signalling gateway Signaling Gateway – Cổng báo hiệu SS7 - hoạt động như một cầu nối mạng PSTN và IP, thực hiện phiên dịch thông tin báo hiệu giữa hai mạng này. 8.5.4 Application server Application server là phần mềm chạy trên lớp trung gian giữa Web browser trên cơ sở các client, các cơ sở dữ liệu và các ứng dụng kinh doanh. Các Application server điều khiển tất cả các logic và kết nối ứng dụng mà bao gồm các ứng dụng client – server kiểu cũ. 8.5.5 Media Server Media Server thực hiện các chức ngoại vi nhằm tăng cường thêm khả năng của Softswitch. Nếu cần, nó còn có thể hỗ trợ khả năng xử lý tín hiệu số DSP - Digital Signal Processing. Nếu hệ thống cung cấp dịch vụ IVR - các dịch vụ trả trước - thì nó cũng được thực thi trên Media server. 8.6 Các công nghệ được áp dụng cho NGN 8.6.1 Các công nghệ áp dụng cho lớp mạng chuyển tải 253 Lớp mạng chuyển tải trong cấu trúc mạng mới bao gồm cả truyền dẫn và chuyển mạch. Theo tài liệu từ các hãng cung cấp thiết bị và thông tin về tình hình phát triển mạng viễn thông ở một số quốc gia thì công nghệ áp dụng cho lớp chuyển tải trong mạng NGN là: · Công nghệ truyền dẫn quang SDH, WDM · Chuyển mạch ATM/IP 8.6.2 Công nghệ áp dụng cho lớp mạng truy nhập · Hữu tuyến: Cáp đồng, xDSL, cáp quang · Vô tuyến: + Thông tin di động: Công nghệ GSM hoặc CDMA, truy nhập vô tuyến cố định, vệ tinh + Mạng thông tin vệ tinh thế hệ sau: có khả năng hỗ trợ và triển khai các dịch vụ ATM/IP. 8.7 Dịch vụ của NGN 8.7.1 Các dịch vụ NGN Trong môi trường NGN, đồng thời với việc duy trì các dịch vụ hiện có, các nhà cung cấp dịch vụ phải đáp ứng nhu cầu của khách hàng đối với các dịch vụ đa phương tiện, băng rộng và nhiều thông tin. Người sử dụng đầu cuối sẽ tương tác với mạng thông qua CPE, có thể lựa chọn từ một dải rộng QoS và băng thông. Mục tiêu chính của dịch vụ NGN là cho phép người sử dụng lấy thông tin mong muốn từ mọi phương tiện, với mọi khuôn dạng, trong mọi điều kiện, thời gian, địa điểm và với mọi dung lượng khác nhau. Hình 8.6 thể hiện các loại dịch vụ quan trọng của mạng NGN (xét về mức độ phổ biến và lợi ích của chúng), bao gồm một dải rộng dịch vụ từ các dịch vụ thoại cơ bản, dịch vụ dữ liệu, mạng riêng ảo, nhắn tin hợp nhất, đến các dịch vụ trong tương lai như dịch vụ thực tế ảo phân tán (Distributed Virtual Reality), quản lý tại gia... 8.7.2. Đặc điểm của các dịch vụ mạng NGN Trên cơ sở những xu hướng và mục tiêu đối với các dịch vụ mạng NGN, từ một dải rộng các dịch vụ đó đề cập ở phần trên, dịch vụ thế hệ sau có những đặc điểm quan trọng như sau: - Truyền thông đa phương tiện, thời gian thực và rộng khắp (ubiquitous). Để thực hiện điều này với độ tin cậy cao (tương tự như truyền thông cá nhân) thì đòi hỏi truyền tải và truy nhập tốc độ cao cho mọi phương tiện, thời gian, địa điểm và dung lượng. 254 - “Khả năng thông minh cá nhân” được phân bổ trên toàn mạng. Đó là các ứng dụng có thể truy nhập vào các hiện trạng (profile) cá nhân của người sử dụng, từ đó xem xét các mẫu hành vi của người sử dụng và thực hiện một số chức năng cụ thể thay mặt họ. Ví dụ như các tác nhân thông minh có thể báo cho người sử dụng khi có sự kiện liên quan, tìm, lọc và phân loại nội dung. - “Sự thông minh mạng” được phân tán trong toàn mạng. Đó là các ứng dụng biết, có thể truy nhập và điều khiển các dịch vụ, nội dung và tài nguyên mạng. Chúng có thể thực hiện một số chức năng thay mặt cho nhà cung cấp dịch vụ hay nhà cung cấp mạng. Ví dụ như các tác nhân quản lý cú thể giám sát tài nguyên mạng, thu thập dữ liệu về sự sử dụng, gỡ rối hay làm trung gian cho các dịch vụ/nội dung mới của nhà cung cấp dịch vụ khác. - Đơn giản hơn cho người sử dụng. Các dịch vụ NGN luôn cố gắng ẩn sự phức tạp trong việc thu lượm, xử lý, tùy biến và truyền tải thông tin đối với người sử dụng. Cho phép họ dễ dàng truy nhập và sử dụng các dịch vụ/nội dung mạng qua các giao diện thân thiện tương tác giữa người sử dụng và mạng. Điều này liên quan đến việc cung cấp các lựa chọn/giúp đỡ/ thông tin nhạy cảm với ngữ cảnh, quản lý tương tác giữa nhiều dịch vụ một cách trong suốt, cung cấp menu khác nhau cho người sử dụng mới cũng như người có kinh nghiệm, cung cấp một môi trường thống nhất cho mọi loại truyền thông. - Khả năng quản lý và tùy chỉnh dịch vụ được cá nhân hóa. Điều này liên quan đến khả năng người sử dụng tự quản lý các profile cá nhân của mình, tự cung cấp các dịch vụ mạng, giảm sát sự sử dụng và thông tin cước, tùy chỉnh các giao diện người dùng, cách trình bày và hành vi của các ứng dụng, tạo và cung cấp các ứng dụng mới. - Quản lý thông tin thông minh. Với đặc điểm này, người sử dụng có thể quản lý sự quá tải thông tin nhờ khả năng tìm, phân loại và lọc nội dung, quản lý tin nhắn hay dữ liệu của mọi phương tiện và quản lý thông tin cá nhân như lịch, danh sách liên lạc... Với những đặc điểm trên, có thể thấy rằng các dịch vụ NGN rất đa dạng và nhiều tính năng, đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng, đặc biệt trong xu thế nền kinh tế đang dần chuyển sang mô hình kinh doanh điện tử. Tuy nhiên, để đạt được những đặc điểm như vậy, các dịch vụ NGN cũng đặt ra cho các nhà điều hành mạng, các nhà cung cấp dịch vụ nhiều khó khăn và thách thức trong việc kiến tạo và quản lý dịch vụ: - Các dịch vụ NGN với nhiều tính năng phức tạp, liên quan đến nhiều thiết bị, công nghệ truy nhập, truyền tải và ứng dụng thuộc các nhà cung cấp khác nhau. Do 255 đó, có một dải rộng yêu cầu về băng thông, QoS,… các tham số liên quan đến dịch vụ phức tạp và khó quản lý. - Trong khi đó, yêu cầu đặt ra là cung cấp các dịch vụ nhanh hơn, chu kỳ sống ngắn hơn và đảm bảo QoS từ đầu cuối đến đầu cuối. - Những đặc điểm của dịch vụ NGN cũng cho thấy rằng, tính cước dịch vụ đang chuyển từ hình thức dựa trên lưu lượng mạng sang hình thức dựa trên ứng dụng, phiên giao dịch hay nội dung, chuyển từ tính cước “theo lô và sau sử dụng” (batch & post-usage) sang “thời gian thực và trả trước”. - Với những đặc điểm như “sự thông minh cá nhân”, “sự thông minh mạng”,… quản lý dịch vụ thế hệ sau có xu hướng hội tụ dần dần giữa các nhà cung cấp dịch vụ, giữa nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng sử dụng cuối. Người sử dụng được trao quyền và có khả năng nhiều hơn trong quản lý, tùy chỉnh và cung cấp dịch vụ NGN. - Đa số các dịch vụ NGN là các dịch vụ giá trị gia tăng, các ứng dụng do các nhà cung cấp dịch vụ xây dựng, do đó quản lý dịch vụ gắn liền với kiến tạo dịch vụ. - Các ứng dụng quản lý mạng và dịch vụ trong NGN được xem như các dịch vụ, chúng có thể được cung cấp bởi các nhà cung cấp dịch vụ quản lý và thuộc loại dịch vụ nằm giữa dịch vụ thuê khoán và dịch vụ dịch vụ phía khách hàng. Vì vậy, khi xây dựng các hệ thống quản lý mạng và dịch vụ trong NGN, các nhà điều hành mạng, nhà cung cấp dịch vụ phải tính đến tất cả những đặc điểm của dịch vụ NGN cũng như những yêu cầu liên quan. 8.8 Giao diện kết nối của NGN Các giao diện kết nối của NGN là phần rất quan trọng, nó vừa phải đáp ứng được các dịch vụ mới trong tương lai, vừa phải đảm bảo cung cấp các dịch vụ đang tồn tại, đồng thời không làm ảnh hưởng đến người sử dụng. Để đáp ứng được các yêu cầu trên, NGN phải chứa giao diện các mạng đang tồn tại đó là: - Mạng truy nhập - Mạng đường trục - Mạng cung cấp dịch vụ Ngoài ra để đảm bảo triển khai các dịch vụ mới không phụ thuộc vào nhà cung cấp, mạng truy nhập,... các giao thức quan trọng sau sẽ được sử dụng trong các giao diện kết nối của mạng NGN: INAP, Megaco/H.248, SIP, H.323, ISUP, BICC. Một nội dung quan trọng trong NGN là khả năng tác động lẫn nhau giữa các NGN và giữa NGN và các mạng khác như PSTN. Hình 8.5 minh hoạ sự tác động của NGN với các NGN khác và các mạng hiện tại. NGN sẽ tương tác với các mạng khác để đảm bảo: 256 · Các khả năng truyền thông end-to-end cho những người dùng của các mạng như PSTN được duy trì · Các khả năng phân phối nội dung cho những người dùng Internet, các mạng TV… · Kế thừa các dịch vụ phong phú từ các mạng hiện tại Hình 8.5. Sự ảnh hưởng của NGN với các NGN khác và với các mạng hiện tại Phần dưới đây sẽ nghiên cứu các nguyên tắc cho chức năng ảnh hưởng lẫn nhau IWF giữa các NGN Như đã biết, NGN bao gồm hai lớp là lớp dịch vụ và lớp truyền tải, mỗi lớp gồm có mặt người dùng, mặt quản lý và mặt điều khiển. Sự tác động giữa các NGN hoặc giữa một NGN và các mạng khác có thể là sự tác động dịch vụ hoặc tác động mạng. Hình 8.6 thể hiện sự tác động qua lại giữa hai mạng NGN. Vị trí vật lý chính xác của khối ảnh hưởng lẫn nhau IWU bao gồm IWF (chức năng ảnh hưởng lẫn nhau) là một vấn đề thực hiện. Các IWF là duy nhất cho mỗi trường hợp ảnh hưởng lẫn nhau. Hình 8.6 cũng minh hoạ sự ảnh hưởng lẫn nhau của giữa các lớp của hai NGN. Để cung cấp bất kỳ trường hợp nào của một IWF, các vấn đề sau có thể được đề cập: 1. Sự ảnh hưởng của lớp người dùng có thể có vai trò các quá trình lưu lượng phương tiện, như chuyển đổi địa chỉ mạng NAT, sự hoạt động tường lửa, sắp xếp liên kết, QoS-xử lý liên quan, biến đổi codec… 2. Sự ảnh hưởng của lớp điều khiển có thể có vai trò chuyển đổi xử lý, như điều khiển kết nối, điều khiển logic dịch vụ, sự đàm phán chính sách người sử dụng, báo hiệu cuộc gọi, đánh địa chỉ và định tuyến, … 257 3. Sự ảnh hưởng của lớp quản lý có thể được sử dụng cho những hoạt động, khi cần thiết, như việc thanh toán, chính sách giới hạn băng thông, các phép đo cách sử dụng…. 4. Các IWF là duy nhất và khác nhau khi đặt ở các tầng khác nhau. Hình 8.6. Sự ảnh hưởng giữa các lớp của NGN Dưới đây là một số kết nối tới các mạng hiện tại như PSTN, GSM, VPN. Các mô hình hoạt động này giới thiệu các chức năng thực thể mạng đưa ra trong cấu trúc chức năng. 8.8.1 Kết nối tới PSTN Trong giải pháp này các Media gateway và các Signalling Gateway được nối với PSTN. Giao diện giữa các giao thức như trên hình vẽ. Call Server Call Server Signalling Gateway Media Gateway PSTN NN IP 1.C7/MTP 1.C7/IP 1.BICC CS7 1.H.323 2.SIP H.248 MGCP Megaco PCM RTP Hình 8.7. Sơ đồ kết nối tới PSTN 8.8.2 Kết nối tới PLMN 258 Phần này trình bày sơ đồ kết nối của NGN tới một mạng di động mặt đất phổ biến nhất hiện nay là mạng GSM. Dựa trên thoả thuận kết nối với mạng GSM, được sự mong đợi các nhà điều hành sẽ xử lý trong PSTN trước khi phân phát tiếp cuộc gọi, mô hình cuộc gọi này được phát triển đầu tiên để tra cứu xem nhà điều hành có thể xử lý trong mạng GSM của họ với mạng IP chứa một số cấu trúc linh động của GSM. Mô hình này được Eurescom phát triển mang tính định hướng tham khảo. Hiện nay, chưa có giải pháp cho loại này. 1 .C7 /IP 2 .M A P /IP S ign a ll in g G a te w a y M e dia G a te w a yP C M G S M 1 .C 7 /M TP 2.M A P H .2 4 8 M G C P M e ga c o R TP 1. H .3 23 2. S IP IP C a ll S e rv e r 1. B IC C C S 7C a ll S e r v e r Hình 8.8. Sơ đồ kết nối với mạng GSM 8.8.3 Kết nối tới mạng riêng ảo VPN Cách gọi mạng riêng ảo nhắc đến điều kiện bởi mạng riêng giao diện tới mạng lõi qua giao thức mạng riêng bên trong của nó (Q.SIG, DPNSS). Điều này cho phép duy trì các đặc tính của mạng riêng bao gồm việc sử dụng kế hoạch quay số riêng của các cuộc gọi giữa các mạng riêng độc lập. 259 VPN Q.SIG or DPNSS Tunnelled using H.248/IPDC Signalling transport. H.323/SIP RTP Media Gateway Q.SIG/DPNSS and PCM Signalling Gateway IP BICC CS7Call Server Call Server H.248 MGCP Megaco Hình 8.9. Sơ đồ kết nối tới VPN