Luận văn nghiên cứu đề xuất giải pháp an ninh đầu cuối cho NGN

Chia sẻ: Sunflower Sunflower_1 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:103

Thêm vào BST

Báo xấu

201
lượt xem 88
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Những năm qua với sự phát triển nhanh chóng của Công nghệ thông tin và truyền thông, nhu cầu và yêu cầu về chất lượng dịch vụ của người dùng ngày càng cao trên các loại hình dịch vụ như: thoại, truyền số liệu, gửi nhận Fax, các dịch vụ giá trị gia tăng mang tính chất tích hợp, đa dạng và tiện lợi. ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn nghiên cứu đề xuất giải pháp an ninh đầu cuối cho NGN

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Phạm Quý Phương NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP AN NINH ĐẦU CUỐI CHO NGN LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2010
2 LỜI MỞ ĐẦU Những năm qua với sự phát triển nhanh chóng của Công nghệ thông tin và truyền thông, nhu cầu và yêu cầu về chất lượng dịch vụ của người dùng ngày càng cao trên các loại hình dịch vụ như: thoại, truyền số liệu, gửi nhận Fax, các dịch vụ giá trị gia tăng mang tính chất tích hợp, đa dạng và tiện lợi. Các dịch vụ cung cấp qua nhiều kênh phân phối, nhiều chủng loại thiết bị đầu cuối khác nhau: truyền hình, điện thoại cố định, điện thoại di động, máy tính, thiết bị cá nhân, các điểm truy cập dịch vụ…Các dịch vụ phải có thể sử dụng và truy cập được tại bất kỳ đâu, không phụ thuộc vào không gian, thời gian. Trong môi trường kinh doanh năng động và đầy cạnh trang như hiện nay các doanh nghiệp rất cần các giải pháp và dịch vụ truyền thông chuyên nghiệp, hiện đại để giúp họ thu hút và chăm sóc được khách hàng  Khẳ năng cung cấp các kênh truyền thông để tự động phân phối thông tin về sản phẩm, dịch vụ doanh nghiệp đến với khách hàng nhanh chóng và tiện lợi, cho phép các doanh nghiệp nhận được các phản hồi từ khách hàng không hạn chế về thời gian và không gian.  Cung cấp các giải pháp và giao diện mở cho phép doanh nghiệp có thể dễ dàng triển khai, tích hợp với hệ thống của các nhà cung cấp hạ tầng truyền thông, tài chính ngân hàng và với các doanh nghiệp khác.  Tiết kiệm chi phí đầu tư để phát triển hệ thống, đội ngũ kỹ thuật, cơ sở hạn tầng, ít rủi ro, lợi nhuận cao và nhanh chóng thu hồi lại vốn. Yêu cầu của nhà cung cấp dịch vụ Viễn thông  Thu hút được nhiều khách hàng qua đó khai thác tối đa cơ sở hạ tầng truyền thông, tài chính và mang lại nhiều doanh thu.  Đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về chất lượng và lọại hình dịch vụ vủa khách hàng. Khi cơ sở hạ tầng mạng Viễn thông đã ổn định và bão hoà thì dịch vụ sẽ trở thành nguồn doanh thu chính của các doanh nghiệp Viễn thông. Sự phong phú về dịch vụ sẽ là một trong các yếu tố thu hút khách hàng. Các nhà khai thác mạng Viễn thông rất cần việc quản lý mạng một cách tập trung qua đó có thể giám sát mạng và chất lượng một cách tốt nhất để cung cấp cho các khách hàng của mình với dịch vụ tốt nhất. Cấu trúc mạng Viễn thông hiện tại quá phức tạp Mạng Viễn thông thế hệ cũ đã tồn tại và phát triển gần 100 năm, trong 100 năm đó ít có sự thay đổi mang tính cách mạng và khoảng cách giữa các mốc chuyển đổi công nghệ cũng rất xa nhau (từ chuyển mạch cơ sang mạch điệ tử analog rồi đến chuyển mạch số, chuyển mạch gói,..). Các nhà cung cấp công nghệ Viễn thông khác nhau đã tạo ra các mạng lõi cung cấp các dịch vụ Viễn thông tồn tại dưới dạng những ”ốc đảo” như mạng chuyển mạch PSTN, mạng X25, mạng di động.. Khái niệm “ốc đảo” ở đây không những chỉ bởi sự ngăn cách về mặt công nghệ, sự cô lập về dịch vụ giữa các mạng (ví dụ: các dịch vụ trên mạng cố định và di động). Các rào cản cho việc hợp nhất các mạng này là chưa có một công nghệ được chuẩn hoá nào bao trùm được tất cả các công nghệ khác.
3 Cấu trúc mạng đóng tạo ra sự độc quyền của các nhà cung cấp hệ thống Thời gian trước đây do công nghệ chưa phát triển, các thiết bị Viễn thông là độc quyền của các công ty Viễn thông lớn. Các công nghệ (phần cứng/phần mềm) chuyên dụng được sử dụng trong các thiết bị này thường là bí mật công nghệ của các hãng và không được công bố rộng rãi. Do vậy, khi mua thiết bị chuyển mạch cơ sở của một hãng nào đó thì các thiết bị cấu thành khác như: Các trạm lắp đặt thuê bao ở xa, các bộ tập trung, các module chuyển mạch vệ tinh.. cũng phải chọn của chính hãng đó. Rất nhiều công ty dùng chính những hạn chề này để ép khách hàng. Cũng vì cấu trúc của các hệ thống chuyển mạch rất đóng nên các hãng sản xuất các phần cứng Viễn thông nhỏ lẻ cũng không có cơ hội tồn tại vì không có khả năng tương thích với các thiết bị của các hãng lớn khác. Việc cung cấp dịch vụ mới chậm và có nhiều bất cập Do kiến trúc ốc đảo trong mạng Viễn thông hiện tại nên các dịch vụ cũng chỉ giới hạn trong các ốc đảo này vì các công nghệ của các mạng đó quá khác nhau. Các dịch vụ bởi vậy cũng nghèo nàn và khó có cơ hội phát triển. Mặt khác, các dịch vụ mạng hiện tại thường do nhà khai thác Viễn thông cung cấp, được tích hợp luôn vào các thiết bị Viễn thông của nhà khai thác (ví dụ: các dịch vụ mạng thông minh hay di động). Quản lý mạng khó khăn Các nhà khai thác mạng Viễn thông trong quá trình số hoá mạng Viễn thông trong những năm qua đã cố gắng trang bị cơ sở hạ tầng Viễn thông số hiện đại và cố gắng tránh tình huống bị ép giá bằng cách trang bị các tổng đài của nhiều hãng khác nhau. Điều này nảy sinh sự phức tạp trong kiến trúc mạng, sự tương thích của các chủng loại thiết bị và sự phức tạp trong quản lý. Mạng NGN ra đời Các yếu tố trên đây đưa mạng Viễn thông phát triển đến một giai đoạn bước ngoặt mới có tính cách mạng đó là mạng Viễn thông thế hệ mới (NGN-Next Generation Network). Mạng NGN là vấn đề đang thu hút sự quan tâm của nhiều tổ chức Viễn thông lớn nhằm cho ra đời một mô hình cấu trúc mạng mới dựa trên nền tảng công nghệ hiện đại, đầu tư hiệu quả và đáp ứng nhu cầu phong phú về dịch vụ. Các tổ chức có thể kể đến như: ITU-T (Các nhóm SG16, SG11…)[1], IETF (Internet Engineering Task Force) [2], MSF (Multiservice Switching Forum)[3], ETSI[4]..
4 An ninh cho mạng NGN Với sự phát triển của các dịch vụ trên NGN hiện tại và tương lai, việc xây dựng mạng cung cấp dịch vụ cần đi kèm với việc thực hiện đảm bảo an toàn cho mạng. Đó chính là điểm khác biệt tạo nên tính cạnh tranh giữa các nhà cung cấp dịch vụ. Hiện tại có thể nói các chuẩn công nghệ về an ninh trong NGN đang thu hút nhiều sự quan tâm của nhiều tổ chức nghiên cứu, song đa số vẫn đang còn nằm ở dưới dạng bản thảo nghiên cứu. Việc áp dụng trực tiếp các chuẩn công nghệ để xây dựng nên giải pháp an ninh là khá khó khăn. Vì vậy việc nghiên cứu tìm hiểu lựa chọn các chuẩn công nghệ để có thể áp dụng làm framework trong việc xây dựng giải pháp an ninh cho kiến trúc mạng NGN hiện tại cũng như trong tương lai là một vấn đè quan trọng cần được thực hiện. Với mục đích đảm bảo an ninh cho mạng nói chung và mạng viễn thông nói riêng, có rất nhiều các giải pháp đã được đưa ra nhưng nhìn nhận một cách khách quan là các phương án đó thường không đầy đủ và chưa được xây dựng trên một nền tảng lý luận vững chắc về bảo đảm an ninh đặc bịêt là cho NGN. Trong bối cảnh đó, một khung làm việc liên quan đến đảm bảo an ninh cần phải được nghiên cứu đó là X.805 được ITU đề xuất. Bản thân X.805 không chỉ ra cách thức đảm bảo an ninh cho một đối tượng cụ thể (mạng, thiết bị) mà phân rã các nguy cơ, biện pháp và cơ chể an ninh tổng quát cho mọi loại hình mạng từ nhiều góc độ, lớp và mặt cắt khác nhau rất thuận tiện để phân tích cặn kẽ các vấn đề an ninh cho bất kỳ hệ thống nào không ngoại trừ NGN. Mục đích của luận văn Luận văn này được Học viên đề xuất trên cơ sở nghiên cứu về mạng NGN cũng như phát triển thử nghiệm các thực thể NGN trong một năm nghiên cứu về an ninh mạng NGN tại Trung tâm Công nghệ Thông tin (thuộc Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông) – CDiT (Center for Development of Information Technology). Qua luận văn này Học viên mong muốn giới thiệu các vấn đề công nghệ sau  Mạng thế hệ mới (Next Generation Network - NGN) Xu hướng của các dịch vụ Viễn thông o Mô hình tham chiếu NGN o Công nghệ truyền tải mạng NGN o Các phương thức truy nhập NGN o Mô hình mạng NGN điển hình o  Mạng đô thị (Metro Arear Network - MAN) Những yếu tố thúc đẩy sự phát triển mạng MAN o Xu hướng phát triển công nghệ Ethernet trên MAN o Kiến trúc mạng MAN của Cisco o Khuyến nghị TR-101 o Mô hình mạng MAN điển hình o Cung cấp dịch vụ VPN L2 và HSI qua MANE o
5  An ninh trong NGN Xây dựng một quy trình đảm bảo an ninh dựa trên việc tổng hợp các ưu điểm của o khuyến nghị X.805. Phân tích các kịch bản tấn công từ phía khách hàng đối với các thiết bị mạng của nhà o cung cấp dịch vụ Viễn thông cho hai loại hình dịch vụ là VPN L2 và HSI. Bước đầu áp dụng để đưa ra phương án đảm bảo an ninh cho một hệ thống NGN điển o hình với các dịch vụ VPN L2 và HSI. Kết quả nghiên cứu cũng đồng thời là khuyến nghị cho các nhà khai thác Viễn thông ở Việt Nam trong quá trình triển khai NGN. Cấu trúc của luận văn  Chương 1: MẠNG THẾ HỆ MỚI Chương này trình bày các vấn đề liên quan đến công nghệ và giải pháp mạng NGN o như đã nêu trong phần mục đích của luận văn.  Chương 2: MẠNG ĐÔ THỊ Chương này trình bày các vấn đề liên quan đến công nghệ và giải pháp mạng MAN, o cách thức cung cấp dịch vụ VPN L2 và HSI qua mạng MAN như đã nêu trong phần mục đích của luận văn.  Chương 3: PHÂN TÍCH KIẾN TRÚC VÀ CÁC THÀNH PHẦN AN NINH X.805 DO ITU-T ĐỀ XUẤT Chương này phân tích cách tiếp cận của X.805 về an ninh mạng theo các mặt phẳng o và lớp an ninh, đồng thời chỉ ra các nguy cơ có thể xảy ra đối với thực thể mạng và các biện pháp phòng chống tương ứng.  Chương 4: PHÂN TÍCH ÁP DỤNG KHUYẾN NGHỊ X.805 CHO THIẾT KẾ AN NINH MẠNG NGN Chương này trình bày về quy trình áp dụng X.805 vào thiết kế giải pháp an ninh mạng o NGN do học viên và nhóm nghiên cứu tại CDiT đề xuất.  Chương 5. KẾT QUẢ ÁP DỤNG X.805 CHO MẠNG NGN Chương này trình bày các kết quả áp dụng X.805 đối với các thiết bị trong mạng NGN o đối với các dịch vụ VPN L2 (E-LINE, E-LAN) và dịch vụ HSI.  Chương 6. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ KHUYẾN NGHỊ Chương này đánh giá các kết quả đạt được của luận văn, các khuyến nghị về an ninh o đầu cuối cho NGN đối với các nhà cung cấp dịch vụ Viễn thông  Phụ Lục. GIẢI PHÁP CHỐNG DoS CỦA ARBOR o Phần này giới thiệu giải pháp an ninh mạng băng rộng của Arbor. Chương 1. MẠNG THẾ HỆ MỚI
6 1.1 Tóm tắt chương Chương này trình bày những vấ n đề liên quan đến mạng thế mới (NGN) gồm: mô hình tham chiếu NGN theo ITU-T, một số công nghệ chủ đạo cho truyền tải và truy nhập NGN. Quan trọng nhất là việc đề xuất một mô hình NGN điển hình có thể áp dụng với các nhà khai thác và cung cấp dịch vụ Viễn thông, đặc biệt là ở Việt Nam. 1.2 Xu hướng của các dịch vụ Viễn thông • Lưu lượng thoại truyền thống suy giảm, chuyển dịch sang các dịch vụ di động và VoIP. • Sự phát triển nhanh chóng của các phương thức truy nhập băng rộng càng gia tốc thêm sự suy giảm của các dịch vụ truyền thống. Hình 1.1 Xu hướng của các dịch vụ Viễn thông • Các dịch vụ băng rộng chiếm tài nguyên mạng hơn rất nhiều so với các dịch vụ truyền thống. • Tuy nhiên, trong tương lai gần 80% lợi nhuận của các nhà khai thác viễn thông vẫn đến từ các dịch vụ truyền thống: TDM voice, Leased-line… 1.2.1 Các thách thức với các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông  Duy trì “sự trung thành” của các khách hàng hiện có.  Tăng tỉ lệ ARPU bằng cách giới thiệu các gói dịch vụ, các loại hình dịch vụ mới, đa dạng tới các đối tượng khách hàng khác nhau.  Giảm chi phí đầu từ (CAPEX) và chi phí vận hành (OPEX) nhiều hơn so với các đối thủ cạnh tranh.  Xây dựng một cơ sở hạ tầng mạng thống nhất, vững chắc và đáp ứng sẵn sàng các yêu cầu của các dịch vụ phát triển trong tương lai .  Xu hướng tiến lên NGN là xu hướng tất yếu của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông 1.2.2 Những hạn chế của mạng hiện tại và nhu cầu phát triển NGN  Cứng nhắc trong việc phân bổ băng thông.
7  Khó khăn trong việc tổ hợp mạng.  Khó khăn trong việc cung cấp dịch vụ mới.  Đầu tư cho mạng PSTN lớn.  Giới hạn trong phát triển mạng.  Không đáp ứng được sự tăng trưởng nhanh của các dịch vụ dữ liệu. 1.3 Tổng quan về NGN 1.3.1 Định nghĩa NGN của ITU-T Y.2001 Mạng NGN là một mạng dựa trên chuyển mạch gói có khả năng cung cấp các dịch vụ Viễn thông và sử dụng các công nghệ chuyển tải băng rộng, hỗ trợ QoS; (và trong đó) việc cung cấp các dịch vụ độc lập với các công nghệ liên quan đến chuyển tải. Hỗ trợ người sử dụng lựa chọn dịch vụ mà không phụ thuộc với mạng và với nhà cung cấp dịch vụ. NGN hỗ trợ khả năng di động và tạo điều kiện cung cấp dịch vụ ở mọi lúc, mọi nơi. Hình 1.2 Sự hội tụ giữa thoại và số liệu, cố định và di động trong NGN
8 Trước đây Hiệ n tại Tương lai 1X EV-DV PCS PCS CDMA2000 IS-95B 1X EV-DO IS-95A 1X WCDMA Mạng di đ ộng IEEE802.11a Mạng hội tụ băng rộ ng IEEE802.11 IEEE802.11b Toàn IP IEEE802.11g Mạng không dây PSTN Modem ADSL VDSL FTTH ISDN Mạng cố định Hình 1.3 Xu hướng hội tụ các công nghệ mạng (theo 3GPP) Thông minh Môi trườ ng hội tụ Dịch vụ định vị Điều khiển từ xa Dịch vụ biểu c ảm Hội nghị truyề n hình Ngườ i-Máy DAB/DVB Thoại thấy hình TV di đ ộng Người-Người VOD Video streaming Hướng thoại Di động Dịch vụ theo vị trí SMS SMS Tải nhạc chuông Hướng thoại D ữ liệu tốc độ thấp Multimedia Multimedia nhanh, băng rộng Hình 1.4 Xu hướng hội tụ các dịch vụ viễn thông (theo 3GPP)
9 1.3.2 Các đặc điểm của NGN Nền tảng là hệ thống mạng mở  Các khối chức năng của tổng đài truyền thống được chia thành các phần tử mạng độc lập, các phần tử phân theo chức năng và phát triển một cách độc lập.  Giao diện và giao thức giữa các bộ phận phải dựa trên các tiêu chuẩn tương ứng. Là mạng dịch vụ thúc đẩy  Chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi.  Chia tách cuộc gọi với truyền tải. Là mạng chuyển mạch gói, giao thức thống nhất  Các mạng thông tin tích hợp trong một mạng thống nhất dựa trên nền gói.  IP trở thành giao thức vạn năng, làm cơ sở cho các mạng đa dịch vụ.  NGN là nền tảng cho cơ sở hạ tầng thông tin quốc gia (NII). Là mạng có dung lượng và tính thích ứng cao, đủ năng lực để đáp ứng nhu cầu  Có khả năng cung cấp nhiều loại hình dịch vụ đa phương tiện băng thông cao.  Có khả năng thích ứng với các mạng đã tồn tại để tận dụng cơ sở hạ tầng mạng, dịch vụ và khách hàng sẵn có. 1.3.3 Một số nguyên tắc tổ chức mạng NGN  Mạng có cấu trúc đơn giản.  Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú và đa dạng.  Nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm chi phí khai thác, bảo dưỡng.  Dễ dàng tăng dung lượng, phát triển dịch vụ mới.  Có độ linh hoạt và tính sẵn sàng cao, năng lực tồn tại mạnh.  Tổ chức mạng dựa trên số lượng thuê bao theo vùng địa lý và nhu cầu phát triển dịch vụ, không theo địa bàn hành chính mà theo vùng mạng hoặc vùng lưu lượng.
10 1.4 Mô hình tham chiếu NGN 1.4.1 Mô hình tham chiếu NGN của ITU Mô hình tham chiếu về mạng NGN của ITU như hình 1.5 Beare APPLICATIONs r Control Manageme nt ANI SERRVICE STRATUM Application/service support functions Service userService control functions MANAGEMENT OTHER NETWORK profile END USER TRANSPORT STRATUM Transport control function NACF RACF Transport user profile Transport function NNI UNI Hình 1.5 Mô hình tham chiếu về mạng NGN của ITU-T Phần dưới đây sẽ trình bày cấu trúc chức năng của mạng NGN của ITU-T. Các chức năng người sử dụng nối tới NGN theo giao diện UNI (User Network Interface), trong khi các mạng được kết nối thông qua giao diện NNI. Giao diện API là kết nối giữa NGN với các nhà cung cấp dịch vụ Viễn thông thứ ba. 1.4.1.1 Các chức năng tại tầng chuyển tải  Tầng chuyển tải thực hiện các chức năng kết nối các thành phần trong mạng gồm các thiết bị (thường nằm trong các Server trong mạng) và các thiết bị của người sử dụng. IP hiện đang được coi là phương tiện chuyển tảihứa hẹn nhất cho NGN. Tầng chuyển tải phải có khả năng cung cấp QoS toàn trình.  Tầng chuyển tải được chia thành mạng lõi và mạng truy nhập. Các thành phần chức năng của tầng chuyển tải được miêu tả ngắn gọn dưới đây.
11 Chức năng truy nhập (Access Functions - AF)  Đây là khối chức năng quản lý truy nhập của thuê bao tới mạng. Hoạt động của nó phụ thuộc vào công nghệ truy nhập, ví dụ: xDSL, Ethernet, quang, vô tuyến.. Chức năng chuyển tải truy nhập (Access Transport Functions - ATF)  Khối chức năng này thực hiện chuyển tải thông tin qua mạng truy nhập. Nó có các kỹ thuật điều khiển QoS cho lưu lượng của người sử dụng gồm: quản lý bộ đệm, xếp hàng và lập lịch, lọc gói, phân loại lưu lượng, đánh dấu và thiết lập chính sách. Chức năng biên (Edge Functions - EF)  Khối chức năng này xử lý lưu lượng khi lưu lượng từ phần truy nhập được nhập vào mạng lõi. Chức năng chuyển tải lõi (Core Transport Functions - CTF)  Khối chức năng này đảm bảo chuyển tải thông tin qua mạng lõi. Nó cung cấp các phương pháp phân biệt chất lượng chuyển tảitrên mạng, dựa vào mối tương tác với các chức năng điều khiển chuyển tải (Transport Control Function). Nó cũng cung cấp các kỹ thuật QoS, xử lý trực tiếp lưu lượng người sử dụng gồm: quản lý bộ đệm, xếp hàng và đặt lịch, lọc gói, phân loại lưu lượng, đánh dấu và thiết lập chính sách, điều khiển cổng và firewall. Chức năng điều khiển gắn kết mạng (Network Attachment Control Functions - NACF)  Khối chức năng này cung cấp hoạt động đăng ký tại lớp truy nhập và khởi tạo các chức năng người dử dụng cuối để truy nhập các dịch vụ NGN, cụ thể là: đinh danh/xác thực tại lớp mạng, quản lý không gian địa chỉ IP của mạng truy nhập, xác thực phiên truy nhập. Chức năng điều khiển tài nguyên và nhận vào (Resource and Admission Control Functions - RACF)  Khối chức năng này cung cấp chức năng điều khiển nhận vào và điều khiển cổng. Điều khiển nhận vào gồm kiểm tra xác thực dựa vào profile về người dùng thông qua chức năng NACF và cấp phép có tính đếm năng lực tài nguyên. RACF tương tác với chức năng lớp chuyển tải để điều khiển một số chức năng sau: lọc gói, phân loại lưu lượng, đánh dấu và định chính sách, dành trước và cấp phát băng thông, chống giả mạo địa chỉ, NAPT, tính cước sử dụng… Chức năng quản lý User Profile lớp chuyển tải (Transport User Profile Functions - TUPF)  Khối chức năng này xử lý thông tin và các hoạt động của người sử dụng liên quan đến tầng chuyển tải, và lưu trữ trong “user profile”. Chức năng cổng (Gateway Functions)  Khối chức năng này tạo khả năng tương tác với các mạng khác như PSTN/ISDN, Internet hoặc mạng NGN của các nhà cung cấp Viễn thông khác. Giao diện NNI có cả ở lớp điều khiển
12 và chuyển tải. Tương tác giữa lớp điều khiển và chuyển tải có thể thực hiện trực tiếp hoặc thông qua các chức năng điều khiển chuyển tải. Chức năng quản lý Media (Media Handling Functions)  Cung cấp các dịch vụ như tạo các tín hiệu âm tone, chuyển mã, làm cầu nối cho các dịch vụ hội nghị truyền hình (Conferencing). 1.4.1.2 Các chức năng tại tầng dịch vụ  Các chức năng này cung cấp dịch vụ có phiên, dịch vụ không phiên, và toàn bộ các dịch vụ PSTN/ISDN hiện thời. Chức năng điều khiển dịch vụ (Service and Control Functions)  Gồm các chức năng điều khiển phiên, chức năng đăng ký, xác thực và cấp phép tại mức dịch vụ. Chúng có thể bao gồm các chức năng điều khiển tài nguyên Media. Chức năng quản lý User Profile dịch vụ (Service User Profile Functions)  Khối chức năng này xử lý thông tin và các hoạt động của người sử dụng liên quan đến tầng dịch vụ, và lưu trữ trong “user profile”. 1.4.1.3 Chức năng ứng dụng (Application Functions)  NGN hỗ trợ các giao diện API mở, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ thứ ba sử dụng năng lực mạng NGN để kiến tạo và phát triển các dịch vụ mới cho người sử dụng. 1.4.1.4 Các chức năng quản lý  Hỗ trợ quản lý mạng là nguyên tắc cơ bản cho các hoạt động của mạng NGN. Các chức năng quản lý cho phép các nhà điều hành NGN quản lý mạng và cung cấp các dịch vụ NGN với chất lượng, mức độ tin cậy và tính an toàn theo mong muốn  Các chức năng này được phân tán vào mỗi phần tử chức năng (FE). Chúng tương tác với các phần tử chức năng quản lý phần tử mạng (NE), quản lý mạng và quản lý dịch vụ  Các chức năng quản lý còn gồm việc tính cước và thanh toán. Các chức năng này hỗ trợ cả tính cước off-line (tính cước trả sau) và tương tác với các ứng dụng cho dịch vụ trả trước (online charging) 1.4.1.5 Các chức năng người sử dụng Giao diện với người sử dụng đầu cuối bao gồm cả giao diện vật lý và giao diện điều khiển. Không có hạn chế về giao diện từ lớp truy nhập với khách hàng hoặc mạng của khách hàng. Tất cả các loại thiết bị đầu cuối được hỗ trợ trong NGN từ điện thoại truyền thống tới các mạng phức tạp. Thiết bị người sử dụng có thể là di động hoặc cố định
13 Hình 1.6 Mô hình tiến tới NGN từ các mạng hiện có theo ITU-T 1.4.2. Kiến trúc NGN theo ETSI C¸ c øng dông Multimedia kh¸ c Streaming services Ph©n hÖ m¹ ng g¾ vµo n IMS C¸ c m¹ ng kh¸ c (vÝdô PSTN) Ph©n hÖ m« phá ng PSTN/ISDN Ph©n hÖ ®iÒu khiÓn tµi nguyª n M¹ ng truyÒn t¶i M ¹ ng truyÒn t¶i lâ i IP Truy nhËp 3GPP IP-CAN Hình 1.7 Kiến trúc NGN theo ETSI
14 Các đặc điểm chính  Phân hệ IMS nằm giữa và liên kết các lớp chuyển tải(mạng truy nhập thông qua phân hệ điều khiển tài nguyên và mạng lõi) và lớp dịch vụ.  Kế thừa từ các mạng hiện có như PSTN, ISDN, Internet, ..  Xây dựng thêm các phân hệ và giao thức mới để bổ sung các loại hình dịch vụ, cung cấp dịch vụ đa phương tiện và hội tụ mạng.  Mạng chuyển tảiđược gói hóa hoàn toàn với công nghệ IP.  Các mạng riêng r ẽ trước đây được kết hợp thành một mạng chung duy nhất, cho phép nhà cung cấp có thể cung cấp tất cả các loại hình dịch vụ. 1.5. Kiến trúc mạng NGN mục tiêu Application Server SIP HSS IMS + Softswitch MGCP/H.248 MGCP/H.248 IP/MPLS backbone P P H248/ PE PE SIP PE SIP MAN Ethernet in provinces CES CES PSTN/PLMN PSTN/PLMN MSAN CES: Carrier Ethernet DSLAM Switch Ethernet Switch Wimax Hình 1.8 Kiến trúc mạng NGN mục tiêu 1.5.1 Lớp ứng dụng và dịch vụ • Thiết lập một lớp ứng dụng thống nhất, đồng bộ, cung cấp dịch vụ cho toàn bộ mạng. • Kết hợp với lớp điều khiển qua các giao diện chuẩn, cho phép nhà cung cấp ứng dụng độc lập tích hợp và triển khai các dịch vụ giá trị gia tăng (GTGT).
15 1.5.2 Lớp điều khiển • Một lớp điều khiển thống nhất điều khiển toàn bộ các dịch vụ. • Có các giao diện chuẩn tới hệ thống quản lý. 1.5.3 Lớp truyền tải • Bao gồm 2 thành phần: Mạng trục và các mạng thu gom lưu lượng tại các Tỉnh/Thành phố (Provice). • Chuyển tải lưu lượng IP, có khả năng cung cấp VPN L2 / VPN L3 kết nối các phần tử mạng NGN • Đảm bảo chất lượng dịch vụ đầu cuối (end-to-end QoS). 1.5.4. Lớp truy nhập  Đa dạng hóa loại hình truy nhập, sẵn sàng phát triển các dịch vụ mới Hình 1.9 Topology mạng NGN mục tiêu 1.5.5 Các dịch vụ được cung cấp Các dịch vụ trên mạng NGN có thể phân thành một số nhóm dịch vụ chính  Các dịch vụ VPN hay dịch vụ kết nối (VPN L2, VPN L3)  Các dịch vụ ứng dụng Triple-Play (VoIP, IPTV, HSI) cùng các dịch vụ gia tăng trên nền các dịch vụ ứng dụng này  Các dịch vụ Hosting (Data, Web, ..)
16 1.5.6 Tổ chức mạng 1.5.6.1 Vùng phủ Mỗi dịch vụ trong số các dịch vụ trên về nguyên tắc là triển khai toàn mạng VNPT nghĩa là đến các khách hàng trên cả nước O ther networks In-house Inter - NI N cabling connect C ore Aggregation Edge Access Access Service Server CE ) P (P network network device network Node Node U II N Users Ph?n m?ng truy nh?p và Ph?n m?ng lõi liên k?t Khách hàng phân gom lưu lưu lư?ng phân các T?nh v?i nhau tán trên c? nư?c tán trên các T?nh Hình 1.10 Vùng phủ của dịch vụ mạng NGN 1.5.6.2 Mạng truyền tải và truy nhập băng rộng Mạng chuyển tảivà truy nhập băng rộng của mạng NGN , các khách hàng giao tiếp với mạng qua giao diện UNI, NNI là giao diện của mạng NGN với các mạng khác. Phần mạng của nhà cung cấp dịch vụ sẽ gồm một số phân đoạn: Mạng lõi (core), mạng gom lưu lượng (Aggregation hay mạng Metro), mạng truy nhập (access).
17 1.5.6.2.1 Mạng truy nhập khách hàng Về nguyên tắc, mỗi dịch vụ có phần thiết bị truy nhập riêng, địa điểm, dung lượng, chủng loại thiết bị truy nhập này phục thuộc dịch vụ cụ thể. Tuy nhiên trong trường hợp của SP cung cấp đa dịch vụ và phần thiết bị truy nhập nhiều loại được sử dụng chung cho các dịch vụ (ví dụ MSAN, DSLAM). Access UNI CPE Node POTS/ ONT OLT FTTX xDSL, FE/GE MAN/ FE/GE Aggreation KHÁCH HÀNG FE/GE CES xDSL FE/GE MSAN / DSLAM POTS L2 Switch FE/GE Wireless M?ng truy nh?p Hình 1.11 Cấu trúc mạng truy nhập khách hàng 1.5.6.2.2 Mạng truyền tải Mạng băng rộng là cơ sở hạ tầng chuyển tảichung cho các dịch vụ kết nối cũng như ứng dụng, phần mạng này được định nghĩa là phần mạng giới hạn bởi các điểm mạng có khả năng cung cấp các dịch vụ VPL lớp 2 (từ CE switch đến CE switch). IP/MPLS Provice A Provice B Backbone CES CES Metro Metro Metro Core Access Access Metro Core Metro Access Metro Access M?ng truy?n t?i băng r?ng Hình 1.12 Mạng chuyển tải băng rộng
18 1.6 Công nghệ truyền tải mạng NGN 1.6.1 Công nghệ IP over WDM Ngày nay, với sự xuất hiện của công nghệ ghép kênh quang theo bước sóng (WDM) thì dung lượng, tốc độ, băng thông,… của hệ thống thông tin quang ngày càng nâng cao. Công nghệ WDM tận dụng băng tần của sợi quang bằng cách truyền nhiều kênh bước sóng quang độc lập và riêng r ẽ trên cùng một sợi quang. Mỗi bước sóng biểu thị cho một kênh quang trong sợi. Công nghệ WDM đáp ứng được yêu cầu băng thông rộng của các dịch vụ sử dụng giao thức Internet vì lẽ đó IP và WDM là các công nghệ quan trọng được sử dụng trong mạng lưới viễn thông ngày nay và trong tương lai. 1.6.1.1 Nguyên lý cơ bản của hệ thống thông tin quang WDM  Các tín hiệu quang có bước sóng khác nhau ở đầu phát được ghép kênh và truyền trên cùng 1 sợi quang. Ở đầu thu, tín hiệu gồm nhiều bước sóng đến từ sợi quang đó được tách kênh đ ể thực hiện xử lý theo yêu cầu của từng bước sóng.  WDM có nghĩa là độ rộng băng quang của các kênh được ghép kênh ở các vùng phổ cố định, không chồng lấn trong băng thông truyền dẫn của sợi quang. Mỗi vùng tương ứng với một kênh có bước sóng i. Các kênh khác nhau thì độc lập với nhau và truyền với các tốc độ xác định.  ITU đã đưa ra tiêu chuẩn cho việc thiết lập bước sóng sử dụng cho các mạng WDM, điều này là rất cần thiết để đảm bảo tính tương thích giữa các hệ thống của các hãng thiết bị khác nhau. ITU-T đưa khuyến nghị chuẩn G.692 “Các giao diện quang đối với các hệ thống sử dụng các bộ khuyếch đại quang đa kênh” định nghĩa rõ các thông số cho các hệ thống DWDM sử dụng cho các mạng liên văn phòng và các ứng dụng cự ly dài. Chuẩn G.692 còn quy định rõ giới hạn các hệ thống quang với dung lượng kênh tối đa là 4, 8, 16, 32 hoặc nhiều bước sóng nữa sử dụng cho các tín hiệu trong STM-4, STM-16, STM-64 sử dụng truyền dẫn quang đơn hướng hoặc song hướng. Trong khuyến nghị chuẩn G.692 có thể dung nhiều bước sóng khác nhau để truyền tín hiệu quang trong giải 1528,77 nm đến 1560,61 nm. ?1 ?1 S1 R1 R M1 SD1 E/O O/E ?2 ?2 S2 R2 R M2 SD2 E/O O/E D M E U M ?3 ?3 OFA OFA X U S3 R3 R M3 SD3 X E/O O/E ? 1 ?2 ?3 ?4 ?4 ?4 S4 R4 R M4 SD4 E/O O/E Hình 1.13 Nguyên lý cơ bản của hệ thống thông tin quang WDM 1.6.1.2 Các ưu điểm của IP over WDM
19  IP/WDM thừa kế tất cả sự mềm dẻo và khả năng tương thích của giao thức điều khiển IP.  IP/WDM thay đổi băng thông động theo yêu cầu trong mạng cáp quang (Cung cấp các dịch vụ đáp ứng thời gian thực).  Cùng với sự hỗ trợ giao thức IP, IP/WDM sẽ đáp ứng được sự cùng hoạt động, cung cấp dịch vụ của các nhà cung cấp thiết bị, dịch vụ.  IP/WDM có thể thực hiện khôi phục động bằng kỹ thuật điều khiển phân bố trong mạng.  Đứng trên quan điểm dịch vụ, mạng IP/WDM có các ưu điểm về quản lý chất lượng, các chính sách và các kỹ thuật dự kiến sẽ sử dụng và phát triển trong mạng IP. 1.6.1.3 Ba giải pháp chính của IP over WDM Mạng IP/WDM được thiết kế truyền lưu lượng IP trong mạng cáp quang để khai thác tối đa ưu điểm về khả năng đấu nối đa năng đối với mạng IP và dung lượng băng thông rộng của mạng WDM. Hình 2 mô tả 03 giải pháp IP over WDM. Hình 1.14 Ba giải pháp chính của IP over WDM Giải pháp truyền IP trên ATM (IP over ATM), sau đó trên SONET/SDH và mạng quang WDM Đối với giải pháp này, WDM được sử dụng như công nghệ truyền song song trên lớp vật lý. Ưu điểm của giải pháp này là sử dụng ATM có khả năng truyền nhiều loại tín hiệu khác nhau trong cùng đường truyền với yêu cầu chất lượng dịch vụ khác nhau. Một ưu điểm khác khi sử dụng ATM là tính mềm dẻo khi cung cấp dịch vụ mạng. Tuy nhiên giải pháp này rất phức tạp, quản lý và điều khiển IP over ATM phức tạp hơn so với quản lý và điều khiển IP qua mạng thuê riêng (IP - Leased line). Giải pháp 2 truyền IP/MPLS over SONET/SDH và WDM SONET/SDH có một số ưu điểm sau  SONET/SDH có cấu trúc tách ghép tín hiệu quang tiêu chuẩn, nhờ đó tín hiệu tốc độ thấp có thể ghép, tách thành tín hiệu có tốc độ cao.  SONET/SDH cung cấp khung truyền chuẩn.  Mạng SONET/SDH có khả năng bảo vệ, khôi phục, nhờ đó tín hiệu được truyền trong suốt tới lớp cao hơn. Mạng SONET/SDH thường sử dụng cấu hình mạng vòng (Ring). Một số cấu hình bảo vệ có thể sử dụng là  Cấu hình 1+1 có nghĩa là số liệu được truyền trên hai đường trong hai hướng ngược nhau, tín hiệu có chất lượng tốt hơn sẽ được chọn ở đích.
20  Cấu hình 1:1 có nghĩa là đường dự phòng tách biệt đối với đường hoạt động.  Cấu hình n:1 có nghĩa là n đường hoạt động sử dụng chung một đường dự phòng. Khai thác, quản lý, bảo dưỡng OAM&P là tính năng nổi bật của mạng SONET/SDH để truyền cảnh báo, điều khiển, các thông tin về chất lượng ở cả mức hệ thống và mức mạng. Tuy nhiên SONET/SDH mang số lượng thông tin mào đầu đáng kể, thông tin mào đầu này được mã hoá ở nhiều mức. Mào đầu đoạn POH được truyền từ đầu cuối tới đầu cuối. Mào đầu đường LOH được sử dụng cho tín hiệu giữa các thiết bị đầu cuối như các bộ tách ghép kênh OC-n (STM-n). Mào đầu phân đoạn SOH được sử dụng để thông tin giữa các phần tử mạng lân cận như các bộ lặp. Đối với tín hiệu OC-1 có tốc độ truyền 51.84Mb/s, tải của nó là đường truyền DS-3 chỉ có tốc độ 44.736Mb/s. 1.6.1.4 Kiến trúc IP/SDH/WDM Có thể thực hiện một cách đơn giản để truyền dẫn khung SDH có đóng gói các qua mạng WDM nhờ sử dụng các Transponder (bộ thích ứng bước sóng). Cũng có thể truyền dẫn các khung SDH mang thông tin của các gói dữ liệu IP trên mạ ng truyền tải SDH đồng thời với các loại lưu lượng dịch vụ khác. Nhưng cùng với sự phát triển của cơ sở hạ tầng mạng truyền tải quang (OTN) thì truyền dẫn trên mạng WDM là tất yếu và có nhiều ưu điểm hơn. Với hệ thống SDH hiện nay, ta có thể thực hiện chuyển mạch bảo vệ cho các liên kết lưu lượng IP khi cáp đứt nhờ các chuyển mạch bảo vệ tự động (APS), quá trình thực hiện tại tầng quang. 1.6.1.4.1 Kiến trúc IP/PPP/HDLC/SDH Hình 15.1 là phiên bản IP/SDH có sử dụng đóng gói PPP và các khung HDLC. Trong trường hợp này, các card đường dây trong các bộ định tuyến IP sẽ thực hiện đóng khung PPP/HDLC. Sau đó, tín hiệu quang được định dạng cho phù hợp với truyền dẫn trên sợi quang qua các phần tử SDH, các bộ định tuyến IP giáp ranh hay qua các bộ thích ứng bước sóng WDM để truyền dẫn ở cự ly xa. Các luồng VC-4 hay VC-4-Xc Cung cấp một băng thông tổng mà không có sự phân biệt nào cho từng loại dịch vụ IP trong trường hợp chúng xuất hiện đồng thời trong một luồng các gói tin. Các giao diện kênh Tại đây các đầu ra STM-16 quang có thể gồm 16 luồng VC-4 riêng biệt, trong đó mỗi luồng VC-4 tương ứng với một loại dịch vụ. Sau đó, các luồng VC-4 riêng biệt có thể được định tuyến qua mạng SDH để đến các bộ định tuyến đích khác nhau (điều này có thể thực hiện nhờ khả năng tách xen một luồng bất kỳ ở một vị trí bất kỳ của hệ thống SDH). IP PPP IP HDLC5 LAPS SDH SDH W DM W DM Sợi quang Sợi quang