Đây là mạng có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh tróng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MPLS VÀ ỨNG DỤNG
Trang 2LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng,luận văn này được nghiên cứu một cách công phu,
,khoa học và chưa từng được sử dụng vào các công trình nghiên cứu khoa
h ọc nào trước đây
S ố liệu tài liệu được sử dụng trong luận văn này được tham khảo từ những
nguồn chính thống trên các sách báo, các tạp chí có uy tín Tôi hoàn toàn chịu
trách nhiệm trước những kết quả nghiên cứu trình bày trong luận văn này
Tác giả luận văn
Trang 3
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN A
MỤC LỤC i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ix
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN 3
1.1 Mạng viễn thông thế hệ mới (Next Generation Network) 3
1.1.1 Định nghĩa 3
1.2 Động cơ xuất hiện mạng thế hệ mới 5
1.3 Kiến trúc mạng NGN 6
1.4 Nền tảng công nghệ cho mạng thế hệ sau 10
1.4.1 IP 11
1.4.2 ATM 12
1.4.3 IP over ATM 12
1.4.4 MPLS 14
1.5 Kết luận 15
CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC 16
2.1 Lịch sử phát triển MPLS 16
2.1.1 Lịch sử phát triển MPLS 16
2.1.2 Quá trình phát triển và giải pháp ban đầu của các hãng 17
2.1.2.1 IP over ATM 17
2.1.2.2 Toshiba’s CSR 17
2.1.2.3 Cisco’s Tag Switching 18
2.1.2.4 IBM’s ARIS và Nortel’s VNS 18
2.1.2.5 Sự chuẩn hóa MPLS 18
2.2 Kiến trúc MPLS 19
2.2.1 Tổng quan về kiến trúc MPLS 19
2.1.2 Các khái niệm cơ bản MPLS 20
2.1.2.1 MPLS 20
2.1.2.1 Nhãn (Label) 20
2.1.2.3 FEC 21
Trang 42.1.2.4 Ngăn xếp nhãn (Label stack) 21
2.1.2.5 LSR 21
2.1.2.6 Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn (Label Switching Forwarding Table) 21 2.1.2.7 Đường chuyển mạch nhãn(LSP) 21
2.1.2.8 Cơ sở dữ liệu nhãnLIB 21
2.1.2.9 Gói tin dán nhãn 21
2.1.2.10 Ấn định và phân phối nhãn 22
2.1.3 Các thành phần cơ bản MPLS 22
2.1.3.1 LSR 22
2.1.3.2 LER 22
2.1.3.3 ATM-LSR 22
2.1.3.4 ATM-LSR biên 22
2.2 Hoạt động của MPLS 23
2.2.1 Chế độ hoạt động khung MPLS 23
2.2.1.1 Các hoạt động trong mảng số liệu 23
2.2.1.3 Chuyển mạch nhãntrong chế độ khung 25
2.2.1.4 Quá trình liên kết và lan truyền nhãn 26
2.2.2 Chế độ hoạt động tế bào MPLS 26
2.2.2.1 Kết nối trong mảng điều khiển qua giao diện LC-ATM 27
2.2.2.2 Chuyển tiếp các gói có nhãn qua miền ATM-LSR 28
2.2.2.3 Phân bổ và phân phối nhãn trong miền ATM-LSR 29
2.2.2.4 Hợp nhất VC 30
2.2.3 Hoạt động của MPLS khung trong mạng ATM-PVC 30
2.3 Các giao thức sử dụng trong mạng MPLS 31
2.3.1 Giao thức phân phối nhãn LDP 31
2.3.1.1 Các tính chất cơ bản của giao thức phân phối nhãn LDP 32
2.3.1.2 Phát hiện LSR lân cận 32
2.3.1.3 Giao thức truyền tải tin cậy 33
2.3.1.4 Các bản tin LDP 34
2.3.2 Giao thức CR-LDP 35
2.3.2.1 Khái niệm định tuyến cưỡng bức 36
2.3.2.2 Các phần tử định tuyến cưỡng bức 39
2.3.2.2.1 Điều kiện cưỡng bức “chọn đường ngắn nhất” 39
Trang 52.3.2.2.2 Sử dụng MPLS làm phương tiện chuyển tiếp thông tin 44
2.3.3 Giao thức RSVP 44
2.3.3.1 MPLS hỗ trợ RSVP 46
2.3.3.2 RSVP và khả năng mở rộng 48
2.4 Kết luận 49
CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CỦA MPLS TRONG HỆ THỐNG NGN 50
3.1 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS 50
3.2 Ứng dụng MPLS trong mạng riêng ảo – VPN 51
3.2.1 Khái niệm mạng riêng ảo - VPN 51
3.2.1.1 Các thành phần của mạng riêng ảo 52
3.2.1.2 Các kiểu mạng riêng ảo 54
3.2.2 Kiến trúc MPLS VPN 55
3.2.2.1 Bảng chuyển tiếp và định tuyến ảo – VRF 56
3.2.2.2 Truyền thông tin định tuyến qua P-network 57
3.2.2.2.1 Phương pháp và giao thức 57
3.2.2.2.2 Tiền tố phân biệt tuyến (RD) 58
3.2.2.3 Route targets 59
3.2.2.3.1 Khái niệm Route targets 60
3.2.2.3.2 Hoạt động của Route targets 60
3.2.3 Định tuyến trong MPLS VPN 61
3.2.4 Chuyển tiếp gói tin MPLS VPN 65
3.2.4.1 Chuyển tiếp gói tin qua mạng backbone MPLS VPN 65
3.2.4.2 Truyền nhãn VPN 67
3.2.5 Các kiểu mạng MPLS VPN 70
3.2.5.1 Cấu trúc VPN đơn giản và định tuyến tối ưu trong VPN 70
3.2.5.1.1 Truyền thông tin định tuyến 70
3.2.5.1.2 Truyền dữ liệu trong mạng VPN đơn giản 71
3.2.5.1.3 Cấu hình định tuyến 71
3.2.5.2 Định tuyến gữa PE-CE sử dụng giao thức BGP 73
3.2.5.3 Mạng VPN chồng chéo 74
3.2.5.3.1 Mô hình định tuyến trong VPN chông chéo 75
3.2.5.4 Mạng VPN dịch vụ trung tâm 76
3.2.5.4.1 Mô hình luồng dữ liệu 77
Trang 63.2.5.4.2 VPN dịch vụ trung tâm và VPN đơn giản 78
3.2.5.5 Mạng VPN Hub-and-spoke 79
3.2.5.5.1 Định tuyến trong VPN hub-and-spoke 79
3.2.5.5.2 Mô hình luồng dữ liệu 80
3.2.5.6 Mạng VPN quản lý các CE-routers 80
3.3 Quản lý lưu lượng - TE 81
3.3.1 Khái niệm trunk kế lưu lượng (traffic trunk) 81
3.3.1.1 Đồ hình nghiệm suy (Induced Graph) 82
3.3.1.2 Bài toán cơ bản của kỹ thuật lưu lượng trên MPLS 83
3.3.2 Trung kế lưu lượng và các thuộc tính 83
3.3.2.1 Các hoạt động cơ bản trên trung kế lưu lượng 83
3.3.2.2 Tham số lưu lượng (Traffic Parameter) 84
3.3.2.3 Thuộc tính lựa chọn và quản lý tuyến đường 84
3.3.2.3.1 Đường tường minh đặc tả quản trị 84
3.3.2.3.2 Phân cấp các luật ưu tiên cho đa đường 84
3.3.2.3.3 Thuộc tính Affinity lớp tài nguyên (Resource Class Affinity) 84
3.3.2.3.4 Thuộc tính thích ứng(Adaptivity) 85
3.3.2.3.5 Phân phối tải qua nhiều trung kế song song 85
3.3.2.3.6 Thuộc tính ưu tiên lấn chiếm (Priority/Preemption) 85
3.3.2.3.7 Thuộc tính đàn hồi (Resilience) 85
3.3.2.3.8 Thuộc tính khống chế (Policing) 85
3.3.3 Các thuộc tính tài nguyên 86
3.3.3.1 Bộ nhân cấp phát cực đại (maximum allocation multiplier) 86
3.3.3.2 Lớp tài nguyên.(Resource-Class) 86
3.3.3.3 TE Metric 87
3.3.4 Tính toán đường ràng buộc 87
3.3.4.1 Quảng bá thuộc tính của link 87
3.3.4.2 Tính toán cho LSP rang buộc.(CR-LSP) 88
3.3.4.3 Giải thuật chọn đường 88
3.3.4.4 Ví dụ về chọn đường cho trung kế lưu lượng 89
3.3.4.5 Tối ưu hóa (Re-optimization) 91
3.3.5 Bảo vệ và khôi phục 91
3.3.5.1 Mô hình Makam 92
Trang 73.3.5.2 Mô hình Haskin (Reverse Backup) 92
3.3.5.3 Mô hình Hundessa 93
3.3.5.4 Mô hình Shortest-Dynamic 93
3.3.5.5 Mô hình Simple-Dynamic 94
3.4 Kết luận 94
CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG MPLS-TE VÀ ĐÁNH GIÁ 96
4.1 Phương pháp và công cụ mô phỏng 96
4.1.1 Phương pháp phân tích 96
4.1.2 Chuẩn bị công cụ mô phỏng 96
4.2 Nội dung và kết quả mô phỏng 97
4.2.1 Mô phỏng mạng IP không hỗ trợ MPLS 97
4.2.1.1 Mô hình 97
4.2.1.2 Thực hiện và kết quả 97
4.2.1.2 Nhận xét 98
4.2.2 Mô phỏng định tuyến ràng buộc trong mạng MPLS 99
4.2.2.1 Mô hình 99
4.2.2.2 Thực hiện và kết quả 99
4.2.2.3 Nhận xét 101
4.2.3 Mô phỏng hoạt động lấn chiếm (Preemption) với các độ ưu tiên 101
4.2.3.1 Mô hình 101
4.2.3.2 Thực hiện và kết quả 102
4.2.3.3 Nhận xét 102
4.2.4 Mô phỏng khôi phục đường theo cơ chế Makam 103
4.2.4.1 Mô hình 103
4.2.4.2 Thực hiện và kết quả 103
4.2.4.3 Nhận xét 104
4.2.5 Mô phỏng khôi phục đường theo cơ chế Haskin (Reverse Backup) 105
4.2.5.1Mô hình 105
4.2.5.2 Thực hiện và kết quả 105
4.2.5.3 Nhận xét 106
4.2.6 Mô phỏng khôi phục đường theo cơ chế Shortest-Dynamic 106
4.2.6.1 Mô hình 106
4.2.6.2 Thực hiện và kết quả 106
Trang 84.2.6.3Nhận xét 107
4.2.7 Mô phỏng khôi phục đường theo cơ chế Simple-Dynamic 108
4.2.7.1 Mô hình 108
4.2.7.2Thực hiện và kết quả 108
4.2.7.3 Nhận xét 109
4.3 Tổng kết chương 109
KẾT LUẬN 110
TÓM TẮT ĐỀ TÀI 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO 113
Trang 9DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt Di ễn giải cụ thể
ATM Asynchronous Transfer Mode
ATM-PVC ATM - Permanent Virtual Circuit
AS Autonomous System
BGP Border Gateway Protocol
CE (router) Customer Edge (router)
CEF Cisco Express Forwarding
CPE Customer Premise Equipment
CR-LDP Constraint-based Routed Label Distribution Protocol
CSPF Constrained Shortest Path First
DLCI Data Link Connection Identifier
eBGP External BGP
EGP Edge Gateway Protocol
FEC Forwarding Equivalence Class
FIB Forwarding Infomation Base
GRE Generic Routing Encapsulation
iBGP Internal BGP
IETF International Engineering Task Force
IGP Interior Gateway Protocol
IP Internet Protocol
IPOA IP over ATM
IPv4 IP version 4
IS-IS Intermediate System – Intermediate System
IPSEC Internet Service Provider
IP security Local Area Network
ISP Label Controlled ATM Interface
LAN Label Distribution Protocol
LC-ATM Label Forwarding Information Base
LDP Label Information Base
LFIB Label Switched Path
LSR Label Switching Router
MP-BGP MPLS BGP
MPLS MultiProtocol Label Switching
MPOA MPLS over ATM
NGN Next Generation Network
OPSF Open Shortest Path First
P-device Provider – device
P-network Provider – network
PE (router) Provider Edge (router)
PNA Private Network Access
POP Point – of – Present
PPP Point to Point Protocol
Trang 10PVC Permanent Virtual Circuit
QoS Quality of Service
RD Route distinguisher
RFC Request for Comment
RIP Realtime Internet Protocol
RSVP Resource Reservation Protocol
RT Route target
SLA Service Level Agreement
SP Service Provider
SPF Shortest Path First
SVC Switched Virtual Circuit
TDP Tag Distribution Protocol
TE Traffic Engineering
TLV Type-Length- Value
VC Virtual Circuit
VCI Virtual Circuit Identifier
VPI Virtual Path Identifier
VPN Virtual Private Network
VPNv4 VPN IP version 4
VR Virtual Router
VRF Virtual Ruoting and Forwarding table
Trang 11DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1 1 Topo mạng thế hệ sau NGN 5
Hình 1 2 Cấu trúc tổng quan mạng NGN 7
Hình 1 3 Cấu trúc chi tiết thành phần mạng NGN 7
Hình 1 4 Cấu trúc của một softswitch 9
Hình 2 1 Kiến trúc của Router MPLS 20
Hình 2 2 Khuôn dạng nhãn cho các gói khung có cấu trúc nhãn gốc 21
Hình 2 3 Các thành phần trong mạng MPLS 23
Hình 2 4 Cấu trúc LSR trong chế độ hoạt động khung 23
Hình 2 5 Vị trí của nhãn MPLS trong khung lớp 2 24
Hình 2 6 Mạng MPLS trong chế độ hoạt động khung 25
Hình 2 7 Trao đổi thông tin giữa các LSR cận kề 27
Hình 2 8 Cơ chế thiết lập kênh điều khiển MPLS 28
Hình 2 9 Phân bố nhãn trong mạng ATM-MPLS 29
Hình 2 10 Kết nối MPLS qua mạng ATM-PVC 31
Hình 2 11 Ví dụ về CSPF 42
Hình 2 12 Các bản tin PATH truyền từ bộ gửi tới bộ nhận và các bản tin RESV truyền theo hướng ngược lại 46
Hình 2 13 Nhãn phân phối trong bản tinh RESV 47
Hình 3 1 Các thành phần của một VPN 53
Hình 3 2 Đường hầm - tunnel 54
Hình 3 3 Cấu trúc của PE-router 56
Hình 3 4 Truyền thông tin định tuyến qua P-router 58
Hình 3 5 Truyền thông tin định tuyến qua mạng MPLS VPN 59
Hình 3 6 Dịch vụ voice-over-IP 60
Hình 3 7 Định tuyến của CE-router 62
Hình 3 8 Định tuyến đối với mạng của khách hàng 62
Hình 3 9 Định tuyến đối với PE-router 63
Hình 3 10 Các bảng địng tuyến PE-router 63
Hình 3 11 Trao đổi thông tin định tuyến End-to-End 64
Hình 3 12 Chuyển tiếp gói tin qua mạng backbone MPLS VPN 65
Hình 3 13 Chuyển tiếp gói tin qua mạng backbone MPLS VPN ( tiếp) 66
Hình 3 14 Chuyển tiếp gói tin qua mạng backbone MPLS VPN (tiếp) 66
Hình 3 15 Đẩy nhãn tại hop áp chót 67
Hình 3 16 Phân phối nhãn VPN 67
Hình 3 17 Chuyển tiếp gói tin VPN cùng với Summarization trong mạng lõi 69
Hình 3 18 Truyền thông tin định tuyến 70
Hình 3 19 Truyền dữ liệu trong mạng VPN đơn giản 71
Hình 3 20 Định tuyến tĩnh trong mạng VPN đơn 72
Trang 12Hình 3 21 Định tuyến động trong mạngVPN đơn 72
Hình 3 22 Sử dụng tuyến mặc định PE-CE 73
Hình 3 23 Mô hình định tuyến trong VPN chồng chéo 75
Hình 3 24 Mô hình luồngdữ liệu trong VPN chồng chéo (tiếp) 76
Hình 3 25 VPN dịch vụ trung tâm 76
Hình 3 26 Mô hình định tuyến man 77
Hình 3 27 Mô hình truyền dữ liệu trong VPN dịch vụ trung tâm 78
Hình 3 28 VPN dịch vụ trung tâm 78
Hình 3 29 Định tuyến trong VPN hub-and-spoke 79
Hình 3 30 Luồng dữ liệu trong VPN hub-and-spoke 80
Hình 4 1 Dữ liệu đầu vào và kết xuất của NS 96
Hình 4 2 Topology vật lý mạng thực hiện mô phỏng 97
Hình 4 3 Kết quả băng thong nhận được ở bài 1 98
Hình 4 4 Mô phỏng trực quan bài 1 trong cửa sổ NAM 99
Hình 4 5 Kết quả băng thông nhận được ở bài 2 100
Hình 4 6 Mô phỏng trực quan bài 2 trong cửa sổ NAM 100
Hình 4 7 Xuất nội dung bảng LIB ở các LSR ra màn hình console 101
Hình 4 8 Mô phỏng trực quan bài 3 trong cửa số NAM 102
Hình 4 9 Kết quả băng thông nhận được ở bài 4 103
Hình 4 10 Đường đi của lưu lượng trước thời điểm sự cố 104
Hình 4 11 Đường đi của lưu lượng sau thời điểm sự cố (Makam) 104
Hình 4 12 Kết quả băng thông nhận được ở bài 5 105
Hình 4 13 Đường đi của lưu lượng sau thời điểm sự cố (Haskin) 106
Hình 4 14 Kết quả băng thông nhận được ở bài 6 107
Hình 4 15 Đường đi của lưu lượng sau thời điểm sự cố (Shortest-Dynamic) 107
Hình 4 16 Kết quả băng thông nhận được ở bài 7 108
Hình 4 17 Đường đi của lưu lượng sau thời điểm sự cố (Simple-Dynamic) 109
Trang 13L ỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay các dịch vụ viễn thông rất phong phú và đa dạng bao gồm các dịch vụ truyền thống và các dịch vụ mới đượcphát triển Lưu lượng dữ liệu của người sử dụng ngày càng tăng với đòi hỏi các nhà cung cấp phải cung cấp dịch vụ với tốc độ cao, chất lượng tốt và bảo mật thông tin Tiền đề của nó chính là sự phát triển của công nghệ điện tử và công nghệ mạng
Bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng, mạng thông tin thế hệ mới (NGN) ra đời Đây là mạng có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh tróng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa cố định và di động…
Trên mạng NGN, xu hướng hội tụ công nghệ trên nền IP đang là xu hướng chủ đạo Công nghệ IP từ lâu vẫn là một công nghệ phát huy được những ưu điểm của chu yển mạch gói, tuy nhiên với nhu cầu ngμy cμng lớn của khách hμng, công nghệ
IP đã cho thấy một số các nhược điểm như cỡ của header lớn, tại mỗi bộ định tuyến trong mạng lõi phải kiểm tra toμn bộ header của gói IP, khi triển khai các dịch vụ cho khách hμng như dịch vụ mạng riêng ảo dựa trên IP qua mạng Internet công cộng yêu cầu quản lý cấu hình và xử lý phức tạp tại mỗi đầu vào và đầu ra của mạng nhμ cung cấp Một công nghệ mới ra đời có thể giải quyết đượccác nhu cầu
đa dạng của khách hμng giúp cho nhμ cung cấp triển khai các dịch vụ dễ dμng hơn, công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức – MPLS Đây là công nghệ kết hợp giữa khả năng định tuyến của lớp 3 và khả năng chuyển mạch tốc độ cao của lớp 2 MPLS chuyển tiếp dữ liệu sử dụng các nhãn (label) đượcgắn vào mỗi gói tin Các nút mạng MPLS trung gian không cần quan tâm đến nội dung của dữ liệu trong mỗi gói tin Đặc biệt, địa chỉ IP đích trong mỗi gói tin không cần phải xem xét, MPLS cung cấp cơ cấu đóng gói hiệu quả cho các luồng dữ liệu riêng tư đượctruyền ngang qua mạng của nhà cung cấp MPLS kết nối tính thực thi và khả năng chuyển mạch lớp hai và định tuyến lớp ba, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ mạng có thể cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau mà không cần phải bỏ bỏ hạ tầng sẵn có Cấu trúc MPLS có tính mềm dẻo dễ dàng liên kết với bất cứ công nghệ lớp hai nào Với đề tài “Công nghệ MPLS trong hệ thống NGN” tìm hiểu công nghệ MPLS, hoạt động, kiến trúc và đặc biệt ứng dụng MPLS được ứng dụng trong hệ thống NGN cụ thể là trong mạng riêng ảo
Trang 14Do nội dung đề tài tương đối rộng và điều kiện nghiên cứu, tôi chỉ tập trung nghiên cứuu dựa trên lý thuyết, đề tài chỉ tập trung vào kiến trúc và phương thức hoạt động của công nghệ MPLS, mô phỏng kỹ thuật lưu lượng sử dụng MPLS
Tôi rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của quý thầy cô, đồng nghiệp để hoàn thiện thêm kiến thức trong lĩnh vực này Qua đây, tôi bày tỏ sự tri ân sâu sắc đến PGS- TS.Phạm Minh Hà, giáo viên hướng dẫn đã giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài
Trang 15C HƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG NGN
1.1 Mạng viễn thông thế hệ mới (Next Generation Network)
1.1.1 Định nghĩa
Mạng viễn thông thế hệ mới có nhiều tên gọi khác nhau, chẳng hạn như:
- Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau)
- Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ)
- Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng)
- Mạng nhiều lớp (mạng được phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng độc lập nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng TDM) Bắt nguồn từ sự phát triển của công nghệ thông tin, công nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng, mạng thông tin thế hệ mới (NGN) ra đời là mạng
có cơ sở hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa cố định và di động Như vậy, có thể xem mạng thông tin thế hệ mới là sự tích hợp mạng thoại PSTN, mạng PLMN chủ yếu dựa trên kỹ thuật TDM-TDMA, với mạng chuyển mạch gói, dựa trên kỹ thuật IP/ATM Nó có thể truyền tải tất cả các dịch vụ vốn có của PSTN, PLMN đồng thời cũng có thể nhập một lượng dữ liệu rất lớn vào mạng IP Điều đó có nghĩa là NGN không chỉ đơn thuần là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu mà còn là sự hội tụ giữa truyền dẫn quang và công nghệ gói, giữa mạng cố định và di động Vấn đề chủ đạo ở đây là làm sao có thể tận dụng hết lợi thế đem đến từ quá trình hội tụ này Một vấn đề quan trọng khác là sự bùng nổ nhu cầu sử dụng dịch vụ và các ứng dụng đòi hỏi tốc băng thông và tốc độ truy cập bao gồm cả đa phương tiện, phần lớn những dịch vụ này không được tính toán khi xây dựng các hệ thống mạng hiện nay
1.1.2 Đặc điểm của mạng NGN
Nền tảng là hệ thống mạng mở
- Các khối chức năng của tổng đài truyền thống chia thành các phần tử mạng độc lập, các phần tử được phân theo chức năng tương ứng, và phát triển một cách độc lập
- Giao diện và giao thức giữa các bộ phận phải dựa trên các tiêu chuẩn tương ứng
Việc phân tách làm cho mạng viễn thông vốn có dần dần đi theo hướng mới, nhà kinh doanh có thể căn cứ vào nhu cầu dịch vụ để tự tổ hợp các phần tử khi tổ chức
Trang 16mạng lưới Việc tiêu chuẩn hóa giao thức giữa các phần tử có thể thực hiện nối thông giữa các mạng có cấu hình khác nhau
Mạng NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phải thực hiện độc lập với mạng lưới
Chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi, chia tách cuộc gọi với truyền tải Mục
tiêu chính của chia tách là làm cho dịch vụ thực sự độc lập với mạng, thực hiện một
cách linh hoạt và có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ Thuê bao có thể tự bố trí và xác định đặc trưng dịch vụ của mình, không quan tâm đến mạng truyền tải dịch vụ
và loại hình đầu cuối Điều đó làm cho việc cung cấp dịch vụ và ứng dụng có tính linh hoạt cao
Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống nhất
NGN là mạng chuyển mạch gói, giao thức thống nhất Mang thông tin hiện nay, dù
là mạng viễn thông, mạng máy tính hay mạng truyền hình cáp, đều không thể lấy một trong các mạng đó làm nền tảng để xây dựng cơ sở hạ tầng thông tin Nhưng mấy năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ IP, người ta mới nhận thấy
rõ ràng là mạng viễn thông, mạng máy tính và mạng truyền hình cáp có khả năng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế lớn mà người ta thường gọi là
“dung hợp ba mạng” Giao thức IP làm cho các dịch vụ lấy IP làm cơ sở đều có thể thực hiện nối thông các mạng khác nhau; con người lần đầu tiên có được giao thức thống nhất mà ba mạng lớn đều có thể chấp nhận được; đặt cơ sở vững chắc về mặt
kỹ thuật cho hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia (NII)
Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng cũng ngày càng tăng,
có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu
Giao thức IP thực tế đã trở thành giao thức ứng dụng vạn năng và bắt đầu được sử dụng làm cơ sở cho các mạng đa dịch vụ, mặc dù hiện tại vẫn còn ở thế bất lợi so với các chuyển mạch kênh về mặt khả năng hỗ trợ lưu lượng thoại và cung cấp chất lượng dịch vụ đảm bảo cho số liệu Tốc độ đổi mới nhanh chóng trong thế giới Internet, mà nó được tạo điều kiện bởi sự phát triển của các tiêu chuẩn mở sẽ sớm khắc phục những thiếu sót này
Trang 17Hình 1 1 Topo m ạng thế hệ sau NGN
1.2 Động cơ xuất hiện mạng thế hệ mới
Yếu tố hàng đầu là tốc độ phát triển theo hàm số mũ của nhu cầu truyền dẫn dữ liệu
và các dịch vụ dữ liệu là kết quả của tăng trưởng Internet mạnh mẽ Các hệ thống mạng công cộng hiện nay chủ yếu được xây dựng nhằm truyền dẫn lưu lượng thoại, truyền dữ liệu thông tin và video đã được vận chuyển trên các mạng chồng lấn, tách rời được triển khai để đáp ứng những yêu cầu của chúng Do vậy, một sự chuyển đổi sang hệ thống mạng chuyển mạch gói tập trung là không thể tránh khỏi khi mà
dữ liệu thay thế vị trí của thoại và trở thành nguồn tạo ra lợi nhuận chính Cùng với
sự bùng nổ Internet trên toàn cầu, rất nhiều khả năng mạng thế hệ mới sẽ dựa trên giao thức IP Tuy nhiên, thoại vẫn là một dịch vụ quan trọng và do đó, những thay đổi này dẫn tới yêu cầu truyền thoại chất lượng cao qua IP
Những lý do chính dẫn tới sự xuất hiện của mạng thế hệ mới :
• Cải thiện chi phí đầu tư
Công nghệ căn bản liên quan đến chuyển mạch kênh truyền thống được cải tiến chậm trễ và chậm triển khai kết hợp với nền công nghiệp máy tính Các chuyển mạch kênh này hiện đang chiếm phần lớn trong cơ sở hạ tầng PSTN PLMN Các giao diện mở tại từng lớp mạng cho phép nhà khai thác lựa chọn nhà cung cấp có hiệu quả nhất cho từng lớp mạng của họ Truyền tải dựa trên gói cho phép phân bổ băng tần linh hoạt, loại bỏ nhu cầu nhóm trung kế kích thước cố định cho thoại, nhờ
đó giúp các nhà khai thác quản lý mạng dễ dàng hơn, nâng cấp một cách hiệu quả phần mềm trong các nút điều khiển mạng, giảm chi phí khai thác hệ thống
Trang 18• Xu thế đổi mới viễn thông
Khác với khía cạnh kỹ thuật, quá trình giải thể đang ảnh hưởng mạnh mẽ đến cách thức hoạt động của các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế giới Xuyên suốt quá trình được gọi là “mạch vòng nội hạt không trọn gói”, các luật lệ của chính phủ trên toàn thế giới đã ép buộc các nhà khai thác lớn phải mở cửa để các công ty mới tham gia thị trường cạnh tranh Trên quan điểm chuyển mạch, các nhà cung cấp thay thế phải có khả năng giành được khách hàng địa phương nhờ đầu tư trực tiếp vào “ những dặm cuối cùng” của đường cáp đồng Điều này dẫn đến việc gia tăng cạnh tranh Các NGN thực sự phù hợp để hỗ trợ kiến trúc mạng và các mô hình được luật pháp cho phép khai thác
• Các nguồn doanh thu mới
Dự báo hiện nay cho thấy mức suy giảm trầm trọng của doanh thu thoại và xuất hiện mức tăng doanh thu đột biến do các dịch vụ giá trị gia tăng mang lại Kết quả
là phần lớn các nhà khai thác truyền thống sẽ phải tái định mức mô hình kinh doanh của họ dưới ánh sáng của các dự báo này Cùng lúc đó, các nhà khai thác mới sẽ tìm kiếm mô hình kinh doanh mới cho
phép họ nắm lấy thị phần, mang lại lợi nhuận cao hơn trên thị trường viễn thông Các cơ hội kinh doanh mới bao gồm các ứng dụng đa dạng tích hợp với các dịch vụ của mạng viễn thông hiện tại, số liệu Internet, các ứng dụng video
1.3 Ki ến trúc mạng NGN
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
Cấu trúc vật lý của mạng NGN:
Trang 19Hình 1 2 C ấu trúc tổng quan mạng NGN
Hình 1 3 C ấu trúc chi tiết thành phần mạng NGN
Trang 20Trong mạng viễn thông thế hệ mới NGN 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 :
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 so 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
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
Trang 21còn 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 1 4 C ấu trúc của một 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
Trang 22• Truyền dẫn thoại ( mã hóa, nén, đóng gói)
• Đối với Signaling Gateway, MGC cung cấp :
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
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
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
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)
1.4 Nền tảng công nghệ cho mạng thế hệ sau
Do sự bùng nổ về số lượng và chất lượng dịch vụ đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng thị trường công nghệ điện tử – tin học - viễn thông Phát triển mạnh mẽ của
Trang 23các dịch vụ và các công nghệ mới tác động trực tiếp đến sự phát triển cấu trúc mạng
1.4.1 IP
Sự phát triển của cộng nghệ gũi IP, sự tăng trưởng theo cấp số nhân của thuê bao Internet một thực tế không ai có thể phủ nhận Hiện nay, lượng dịch vụ lớn nhất trên các mạng đường trục trên thực tế đều là từ IP IP là giao thức chuyển tiếp dữ liệu dựa vo 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 nguồn, địa chỉ đích và dữ liệu của dịch vụ , Cơ cấu định tuyến gĩi có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng tối ưu 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, OSPF, EIGRP, ) 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
Trang 241.4.2 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 hiện 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
1.4.3 IP over ATM
Hiện nay, để xây dựng mạng truyền dẫn IP có thể sử dụng một số 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
Trang 25tính 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 (lớp 3) lên ATM (lớp 2); giao thức của hai tầng hoàn toàn độc lập với nhau; giữa chúng phải nhờ một loạt giao thức (như NHRP, ARP,…) để 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 quá tải
Thứ hai là, phương thức xếp chồng sẽ phân cắt cả mạng lưới IP over ATM ra làm nhiều mạng logic nhỏ (LIS), các LIS trên thực tế đều là ở trong một mạng vật lý Giữa các LIS dùng bộ định tuyến trung gian để liên kết, điều này sẽ có ảnh hưởng đến việc truyền nhóm gói tin giữa các LIS khác nhau Mặt khác, khi lưu lượng rất lớn, những bộ định tuyến này sẽ gây hiện tượng nghẽn cổ chai đối với băng rộng Hai điểm nêu trên đều làm cho IP over ATM chỉ có thể dùng thích hợp cho mạng tương đối nhỏ, như mạng xí nghiệp,…, nhưng không thể đáp ứng được nhu cầu của mạng đường trục Internet trong tương lai.Trên thực tế, hai kỹ thuật này đang tồn tại vấn đề yếu kém về khả năng mở rộng thêm
Thứ ba là, trong phương thức chồng xếp, IP over ATM vẫn không có cách nào đảm bảo QoS thực sự
Thứ tư, vốn khi thiết kế hai loại kỹ thuật IP và ATM đều làm riêng lẻ, không xét gì đến kỹ thuật kia, điều này làm cho sự nối thông giữa hai bên phải dựa vào một loạt giao thức phức tạp, cùng với các bộ phục vụ xử lý các giao thức này Cách làm như thế có thể gây ảnh hường không tốt đối với độ tin cậy của mạng đường trục
Các kỹ thuật MPOA (Multiprotocol over ATM – đa giao thức trên ATM) LANE (LAN Emulation – Mô phỏng LAN)… cũng chính là kết quả nghiên cứu để giải quyết các vấn đề đó, nhưng các giải thuật này đều chỉ giải quyết được một phần các tồn tại, như vấn đề QoS chẳng hạn Phương thức mà các kỹ thuật này dùng vẫn là
Trang 26phương thức chồng xếp, khả năng mở rộng vẫn không đủ Hiện nay đã xuất hiện một loại kỹ thuật IP over ATM không dùng phương thức xếp chồng, mà dùng phương thức chuyển mạch nhãn, áp dụng phương thức tích hợp Kỹ thuật này chính
là cơ sở của MPLS
1.4.4 MPLS
Đối với các nhà thiết kế mạng thì sự phát triển nhanh chóng và mở rộng không ngừng của mạng Internet, cùng với nhu cầụ tăng vọt của lưu lượng dịch vụ cũng như sự phức tạp của các loại hình dịch vụ đã dần làm cho mạng viễn thông hiện tại không đáp ứng được Một mặt, các nhà khai thác than phiền khó kiếm được lợi nhuận, nhưng mặt khác thì thuê bao lại kêu ca là giá cả quá cao, tốc độ quá chậm Thị trường bức bách đòi hỏi có một mạng tốc độ cao hơn, giá cả thấp hơn Đây là nguyên nhân căn bản để ra đời một loạt các kỹ thuật mới, trong đó có MPLS
Bất kể kỹ thuật ATM từng được coi là nền tảng của mạng số đa dịch vụ băng rộng (B-ISDN), hay là IP đạt thanh công lớn trên thị trường hiện nay, đều tồn tại nhược điểm khó khắc phục được Sự xuất hiện của MPLS – kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức đã giúp chúng ta có được sự chọn lựa tốt đẹp cho cấu trúc mạng thông tin tương lai Phương pháp này đã dung hợp một cách hữu hiệu năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch với tính linh hoạt của bộ định tuyến Hiện nay càng có nhiều người tin tưởng một cách chắc chắn rằng MPLS sẽ là phương án lý tưởng cho mạng đường trục trong tương lai MPLS tách chức năng của IP router làm hai phần riêng biệt : chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như ATM Trong MPLS, nhãn là một số có độ dài cố định
và không phụ thuộc vào lớp mạng Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn mới của nó Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin theo kiểu thông thường, và do vậy, cải thiện được khả năng của thiết bị Các router sử dụng kỹ thuật này được gọi là LSR (Label Switch Router) Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Gateway Protocol) Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi Đây là một điểm vượt trội của MPLS so với các định tuyến cổ điển Ngoài ra, MPLS còn
Trang 27có cơ chế chuyển tuyến (fast rerouting) Do MPLS là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền thường cao hơn các công nghệ khác Trong khi đó, các dịch vụ tích hợp mà MPLS phải hỗ trợ lại yêu cầu dung lượng cao Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên dưới Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến cho việc quản lý mạng được dễ dàng hơn Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các gói tin thuộc một FEC có thể được xác định bởi một giá trị của nhãn Do vậy, trong miền MPLS, các thiết bị đo lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các gói tin Lưu lượng đi qua các tuyến chuyển mạch nhãn (LSP) được giám sát một cách dễ dàng dùng RTFM ( Real-Time Flow Measurement) Bằng cách giám sát lưu
lượng tại các LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể được xác định nhanh chóng Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương pháp này không đưa ra được toàn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ như trễ từ điểm đầu đến điểm cuối của miền MPLS) Tóm lại, MPLS là một công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng Với tính chất cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng IP truyền thống Bên cạnh đó, thông lượng của mạng sẽ được cải thiện một cách rõ rệt Tuy nhiên,
độ tin cậy là một vấn đề thực tiễn có thể khiến việc triển khai MPLS trên mạng Internet bị chậm lại
1.5 Kết luận
Chương này, học viên đã đưa ra cái nhìn tổng quan về mạng NGN bao gồm kiến trúc hệ
thống, thành phần cấu trúc của hệ thống Đưa ra nhận địn của bản thân vì sao lại lựa trọn công nghệ MPLS là công nghệ ứng dụng cho hệ thông NGN trong hiện tại cũng như tương lai
Trang 28CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC
2.1 Lịch sử phát triển MPLS
2.1.1 Lịch sử phát triển MPLS
Ý tưởng đầu tiên về MPLS được đưa ra bởi hãng Ipsilon (một hãng rất nhá về cóng nghệ thông tin) trong triển lãm về cóng nghệ thông tin, viễn thông tại Texas Một thời gian ngắn sau đó, Cisco và một loạt các hãng lớn khác như IBM, Toshiba cóng bố các sản phẩm của họ sử dụng cóng nghệ chuyển mạch được đặt dưới nhiều tên khác nhau nhưng đều cùng chung bản chất đó là cóng nghệ chuyển mạch dựa trên nhãn
Thiết bị CSR (Cell switch router) của Toshiba ra đời năm 1994 là tổng đài ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM Cóng nghệ Tag switching của Cisco cũng tương tự nhưng có bổ sung thêm một số điểm mới như FEC (Forwarding equivalence class), giao thức phân phối nhãn, v.v Cisco phát hành ấn bản đầu tiên về chuyển mạch thẻ (tag switching) vào tháng 3 năm 1998 và trong thời gian gần đây, nhóm nghiên cứu IETF đã tiến hành các cóng việc để đưa
ra tiêu chuẩn và khỏi niệm về “ Chuyển mạch nhãn đa giao thức - MPLS “ ( Multiprotocol Label Switching )
Sự ra đời của MPLS được dự báo là tất yếu khi nhu cầu và tốc độ phát triển rất nhanh của mạng Internet yêu cầu phải có một giao thức mới đảm bảo chất lượng dịch về theo yêu cầu đồng thời phải đơn giản và tốc độ xử lý phải rất cao Các khả năng cơ bản mà MPLS cung cấp cho việc phân phối các dịch vụ thương mại IP bao gồm:
• Hỗ trợ VPN
• Định tuyến điều khiển lưu lượng
• Hỗ trợ cục bộ cho định tuyến IP trong các tổng đài chuyển mạch ATM Khỏi niệm chuyển mạch nhãn xuất phát từ quá trình nghiên cứu hai thiết bị cơ bản trong mạng IP: tổng đài chuyển mạch và bộ định tuyến Chúng ta có thể thấy rằng chỉ xét trong các yếu tố tốc độ chuyển mạch, phương thức điều khiển luồng, tỉ lệ giữa giá cả và chất lượng thì tổng đài chuyển mạch chắc chắn tốt hơn nhiều so với
bộ định tuyến Tuy nhiên, các bộ định tuyến có các chức năng định tuyến mềm dẻo
mà tổng đài không thể so sánh được Do đó chúng ta không thể không nghĩ rằng chúng ta có thể có một thiết bị có khả năng điều khiển luồng, tốc độ cao của tổng đài cũng như các chức năng định tuyến mềm dẻo của bộ định tuyến Đó là động cơ then chốt để phát triển chuyển mạch nhãn
Trang 29Nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch nhãn là sử dụng một thiết bị tương tự như bộ định tuyến để điều khiển thiết bị chuyển mạch phần cứng ATM, do vậy cóng nghệ này có được tỉ lệ giữa giá thành và chất lượng có thể sánh được với tổng đài Nó cũng có thể hỗ trợ thậm chí rất nhiều chức năng định tuyến mới mạnh hơn như định tuyến điều khiển lưu lượng v.v Cóng nghệ này do đó kết hợp một cách hoàn hảo
ưu điểm của các tổng đài chuyển mạch với ưu điểm của các bộ định tuyến, và trở thành điểm nóng thu hút sự tập trung của ngành cóng nghiệp
2.1.2 Quá trình phát triển và giải pháp ban đầu của các hãng
2.1.2.1 IP over ATM
Mặc dù các ứng dụng MPLS hoàn toàn không giới hạn bởi IPOA, sự cải tiến IPOA đầu tiên tạo ra MPLS Cóng việc tiêu chuẩn hoá ATM bắt đầu rất sớm vào khoảng năm 1980, và ngay sau đó phạm vi ứng dụng của IP dẫn tới việc nghiên cứu xem việc triển khai IP trên ATM như thế nào Một số nhóm làm việc IETF đã giải quyết câu hỏi này, và đưa đến kết quả trong hai tài liệu RFC là RFC 1483 và RFC 1577 vào năm 1993 và 1994
RFC1483 mô tả cách đóng gói bản tin IP trong các tế bào ATM trong khi RFC1577 định nghĩa CIPOA và ATMARP (ATM Address Resolution Protocol)
CIPOA thiết kế ATM bằng cóng nghệ mạng con IP logic, máy chủ và các bộ định tuyến IP đặt trong các LIS (Mạng con IP Logic) khác nhau Khi cả hai phần liên lạc đều nằm trong cùng một LIS giống nhau, chúng có thể liên lạc trực tiếp Nếu không chúng không thể liên lạc trực tiếp với nhau và cần sử dụng thiết bị router trung gian
Vì những nhược điểm của CIPOA được đề cập ở trên, trong khi nó lại được sử dụng rất rộng rãi, các nhà nghiêncứu đang xúc tiến để tìm kiếm một cóng nghệ IPOA hiệu quả hơn
2.1.2.2 Toshiba’s CSR
Toshiba đưa ra mô hình chuyển mạch nhãn dựa trên cóng nghệ CSR (Cell Switching Router) Mô hình này đầu tiên đề xuất ý tưởng đặt cấu trúc chuyển mạch ATM dưới sự điều khiển của giao thức IP (như giao thức định tuyến IP và giao thức RSVP) mà không phải là giao thức ATM (Q.2931) Bởi vậy mô hình này có thể loại trừ toàn bộ thủ tục báo hiệu cuộc gọi ATM và việc xắp xếp địa chỉ phức tạp Mạng CSR có thể chấp nhận tổng đài chuyển mạch ATM và các tổng đài chuyển mạch CSR tại cùng một thời điểm CSR có thể thay thế các bộ định tuyến giữa các LIS trong CIPOA, do đó giải phóng nhu cầu cho NHRP
CSR xem như là cóng nghệ chuyển mạch nhãn đầu tiên được đệ trình tại cuộc họp IETF BOF vào cuối năm 1994 và đầu năm 1995 Tuy nhiên, không có những
Trang 30nghiêncứu chuyên sâu vào mô hình này Định nghĩa của cóng nghệ này không rõ ràng và hoàn chỉnh Và các sản phẩm thương mại chưa có
2.1.2.3 Cisco’s Tag Switching
Chỉ một vài tháng sau khi Ipsion thông báo về cóng nghệ chuyển mạch IP, Cisco đã phổ biến cóng nghệ chuyển mạch thẻ của mình Mô hình này khác rất nhiều so với hai cóng nghệ ở trên Ví dụ, nó không sử dụng điều khiển luồng nhưng sử dụng phương thức điều khiển theo sự kiện trong thiết lập bảng định tuyến, và nó không giới hạn với các ứng dụng trong hệ thống chuyển mạch ATM Không giống như Ipsilon, Cisco tiêu chẩn hoá quốc tế cóng nghệ này Các tài liệu RFC được ban hành cho nhiều khía cạnh của cóng nghệ, và các nỗ lực của Cisco đã mang lại kết quả trong việc thiết lập nên nhóm làm việc MPLS IETF Chính Cisco là nhà đi tiên phong và thiết lập nền móng cho các tiêu chuẩn MPLS Các sản phẩm MPLS chủ yếu của Cisco vẫn tập trung trong dòng các Router truyền thống Các hệ thống Router này hỗ trợ đồng thời 2 giao thức TDP (Tag Distribution Protocol) là LDP (Label Distribution Protocol)
2.1.2.4 IBM’s ARIS và Nortel’s VNS
Ngay sau khi Cisco thông báo về cóng nghệ của mình, IBM bắt kịp với ARIS (aggregate Route-based IP Switching) của mình và đóng góp vào các tiêu chuẩn RFC Mặc dầu ARIS khá giống với chuyển mạch thẻ, chúng cũng có rất nhiều các điểm khác biệt Các cóng ty lớn khác trong cóng nghiệp, như Nortel, cũng sử dụng chúng trong các sản phẩm VNS chuyển mạch nhãn của mình Có thể thấy rằng nghiêncứu về chuyển mạch nhãn đã nhận được sự chú ý rộng rãi trong cóng nghiệp Không chỉ có một số hãng hàng đầu về cóng nghệ thông tin quan tâm đến MPLS mà các nhà sản xuất thiết bị viễn thông truyền thống như Alcatel, Eicsson, Siemens, NEC đều rất quan tâm và phát triển các sản phẩm MPLS của mình Các dòng sản phẩm thiết bị mạng thế hệ mới (chuyển mạch, router) của họ đều hỗ trợ MPLS
2.1.2.5 Sự chuẩn hóa MPLS
Với sự hỗ trợ từ nhiều cóng ty, IETF triệu tập cuộc họp BOF trong năm 1996 Đây
là một trong những cuộc họp thành cóng nhất trong lịch sử IETF MPLS đi vào con đường chuẩn hoá một cách hợp lý, mặc dầu nó còn được cân nhắc xem liệu có những bộ định tuyến đủ nhanh hay cóng nghệ này liệu có còn cần thiết Trong thực
tế, không có một bộ định tuyến nào đảm bảo được tốc độ cao hơn và các cóng nghệ chuyển mạch nhãn cần phải được chuẩn hoá
• Vào đầu năm 1997, hiến chương MPLS được thông qua
• Vào tháng 4 năm 1997 nhóm làm việc MPLS tiến hành cuộc họp đầu tiên
Trang 31• Vào tháng 11 năm 1997, tài liệu MPLS được ban hành
• Vào tháng 7 năm 1998, tài liệu cấu trúc MPLS được ban hành
• Trong tháng 8 và tháng 9 năm 1998, 10 tài liệu Internet bổ xung được ban hành, bao gồm MPLS LDP (Label Distribution Protocol), Mark Encoding, các ứng dụng ATM, v.v MPLS hình thành về căn bản
• IELF hoàn thiện các tiêu chuẩn MPLS và đưa ra các tài liệu RFC trong năm
1999
Chúng ta có thể thấy rằng MPLS đã phát triển rất nhanh chúng và hiệu quả Điều này cũng chứng minh những yêu cầu cấp bỏch trong cóng nghiệp cho một cóng nghệ mới
Hầu hết các tiêu chuẩn MPLS hiện tại đã được ban hành dưới dạng RFC
Các tiêu chuẩn MPLS được xây dựng trên cơ sở một tập các RFC, khi toàn bộ các RFC được hoàn thiện chúng sẽ được tập hợp với nhau cho phép xây dựng một hệ thống tiêu chuẩn MPLS
- Mặt phẳng điều khiển cũng có nhiệm vụ duy trì nội dung của bảng chuyển mạch nhãn LFIB (Label Forwarding Information Base)
• Mặt phẳng dữ liệu : đơn giản là một cấu trúc chuyển tiếp thông tin
Trang 32cứ giao thức lớp mạng nào và việc chuyển tiếp dựa trên các nhãn có kích thước nhá,
cố định nên có tốc độ nhanh hơn và hiệu quả hơn
2.1.2.1 Nhãn (Label)
Nhãn là một thực thể độ dài ngắn và cố định không có cấu trúc bên trong Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng như địa chỉ lớp mạng Nhãn được gán vào một gói tin có thể sẽ đại diện cho FEC (được định nghĩa ở phần sau) mà gói tin đó được ấn định
Thường thì một gói tin được ấn định cho một FEC (hoàn toàn hoặc một phần) dựa trên địa chỉ đích lớp mạng của nó Tuy nhiên nhãn không bao giờ là mã hoá của địa chỉ đó
Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương tiện truyền mà gói tin được bọc vá Ví dụ các gói ATM (tế bào) sử dụng giá trị VPI/VCI như nhãn, Frame-Relay sử dụng DLCI làm nhãn Đối với các phương tiện gốc không có cấu trúc nhãn, một đoạn đệm được chèn thêm để sử dụng cho nhãn Khuôn dạng đoạn đệm 4 byte có cấu trúc như trong hình sau:
Trang 33Hình 2 2 Khuôn d ạng nhãn cho các gói khung có cấu trúc nhãn gốc
Đối với các khung PPP hay Ethernet giá trị nhận dạng giao thức P-Id (hoặc Ethertype) được chèn thêm vào mào đầu khung tương ứng để thông báo khung là MPLS unicast hay multicast
2.1.2.3 FEC
Forwarding Equivalence Classes- Nhóm chuyển tiếp tương đương, là khỏi niệm được dùng để chỉ một nhóm các gói được đối xử như nhau qua mạng MPLS ngay cả khi có sự khác biệt giữa các gói tin này thể hiện trong mào đầu lớp mạng
2.1.2.4 Ngăn xếp nhãn (Label stack)
Một tập hợp có thứ tự các nhãn gắn theo gói để truyền tải thông tin về nhiều FEC
mà gói nằm trong và truyền tải thông tin về các LSP tương ứng mà gói sẽ đi qua Ngăn xếp nhãn cho phép MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và
một nhãn cho IGP) và tổ chức đa LSP trong một trung kế LSP
2.1.2.5 LSR
Label switch Router, là thiết bị (Router hay Switch) sử dụng trong mạng MPLS để chuyển các gói tin bằng thủ tục phân phối nhãn Có một số loại LSR cơ bản sau: LSR biên, ATM-LSR, ATM-LSR biên
2.1.2.6 Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn (Label Switching Forwarding
2.1.2.8 Cơ sở dữ liệu nhãnLIB
Là bảng kết nối trong LSR có chứa giá trị nhãn/FEC được gán và cổng ra cũng như thông tin về đóng gói phương tiện truyền
2.1.2.9 Gói tin dán nhãn
Một gói tin dán nhãn là một gói tin mà nhãn được mã hoá trong đó Trong một vài trường hợp, nhãn nằm trong mào đầu của gói tin dành riêng cho mục đích dán nhãn
Trang 34Trong các trường hợp khác, nhãn có thể dược đặt chung trong mào đầu lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu miễn là ở đây có trường có thể dùng được cho mục đích dán nhãn Cóng nghệ mã hoá được sử dụng phải phù hợp với cả thực thể mã hoá nhãn
và thực thể giải mã nhãn
2.1.2.10 Ấn định và phân phối nhãn
Trong mạng MPLS, quyết định để kết hợp một nhãn “L” có thể với một “FEC F” có thể là do LSR xuôi thực hiện LSR xuôi sau khi kết hợp sẽ thông báo với LSR ngược về kết hợp đó Do vậy các nhãn được LSR xuôi ấn định và các kết hợp nhãn được phân phối theo hướng từ LSR xuôi tới LSR ngược
2.1.3 Các thành phần cơ bản MPLS
2.1.3.1 LSR
Thành phần quan trọng cơ bản của mạng MPLS là thiết bị định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label Switch Router) Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển tiếp gói thông tin trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn
ATM-2.1.3.4 ATM-LSR biên
Đây cũng là tổng đài ATM thực hiện chức năng như của LSR, nhưng nằm ở biên của mạng Thực hiện việc nhận gói có nhãn hoặc không nhãn, phân vào các tế bào ATM và gửi các tế bào đến nốt ATM-LSR tiếp theo Nhận các tế bào ATM từ ATM-LSR cận kề, tỏi tạo các gói từ các tế bào ATM và chuyển tiếp gói có nhãn hoặc không nhãn
Trang 35Cấu trúc của LSR được thể hiện trong hình 2-4 dưới đây
Hình 2 4 C ấu trúc LSR trong chế độ hoạt động khung
2.2.1.1 Các hoạt động trong mảng số liệu
Quá trình chuyển tiếp một gói IP qua mạng MPLS được thực hiện qua một số bước
cơ bản sau đây:
Trang 36• LSR biên lối vào nhận gói IP, phân loại gói vào nhóm chuyển tiếp tương đương FEC và gán nhãn cho gói với ngăn xếp nhãn tương ứng FEC đã xác định Trong trường hợp định tuyến một địa chỉ đích, FEC sẽ tương ứng với mạng con đích và việc phân loại gói sẽ đơn giản là việc so sánh bảng định tuyến lớp 3 truyền thống
• LSR lõi nhận gói có nhãn và sử dụng bảng chuyển tiếp nhãn để thay đổi nhãn nội vùng trong gói đến với nhãn ngoài vùng tương ứng cùng với vùng FEC (trong trường hợp này là mạng con IP)
• Khi LSR biên lối ra của vùng FEC này nhận được gói có nhãn, nó loại bỏ nhãn và thực hiện việc chuyển tiếp gói IP theo bảng định tuyến lớp 3 truyền thống
2.2.1.2 Mào đầu nhãnMPLS
Vì rất nhiều lý do nên nhãn MPLS phải được chèn trước số liệu đánh nhãn trong chế độ hoạt động khung Như vậy nhãn MPLS được chèn giữa mào đầu lớp 2 và nội dung thông tin lớp 3 của khung lớp 2 như thể hiện trong hình dưới đây
Gói IP không nhãn trong
• Trong môi trường LAN, các gói có nhãn truyền tải gói lớp 3 unicast hay multicast sử dụng giá trị 8847H và 8848H cho dạng ethernet Các giá trị này được sử dụng trực tiếp trên phương tiện ethernet (bao gồm cả fast ethernet và Gigabit ethernet)
Hình 2 5 Vị trí của nhãn MPLS trong khung lớp 2
Trang 37• Trên kênh điểm-điểm sử dụng tạo dạng PPP, sử dụng giao thức điều khiển mạng mới được gọi là MPLSCP (giao thức điều khiển MPLS) Các gói MPLS được đánh dấu bởi giá trị 8281H trong trường giao thức PPP
• Các gói MPLS truyền qua chuyển dịch khung DLCI giữa một cặp router được đánh dấu bởi nhận dạng giao thức lớp mạng SNAP của chuyển dịch khung (NLPID), tiếp theo mào đầu SNAP với giá trị 8847H cho dạng ethernet
• Các gói MPLS truyền giữa một cặp router qua kênh ảo ATM Forum được bọc với mào đầu SNAP sử dụng giá trị cho dạng ethernet như trong môi trường LAN
2.2.1.3 Chuyển mạch nhãntrong chế độ khung
Hình 2-6 xét quá trình chuyển đổi nhãn trong mạng MPLS sau khi nhận được một gói IP
Sau khi nhận khung PPP lớp 2 từ router LSR biên số 1, LSR lõi 1 lập tức nhận dạng gói nhận được là gói có nhãn dựa trên giá trị trường giao thức PPP và thực hiện việc kiểm tra nhãn trong cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn (LFIB)
Kết quả cho thấy nhãn vào là 30 được thay bằng nhãn ra 28 tương ứng với việc gói tin sẽ được chuyển tiếp đến LSR lõi 3
Tại đây, nhãn được kiểm tra, nhãn số 28 được thay bằng nhãn số 37 và cổng ra được xác định Gói tin được chuyển tiếp đến LSR biên số 4
Tại LSR biên số 4, nhãn 37 bị loại bỏ và việc kiểm tra địa chỉ lớp 3 được thực hiện, gói tin được chuyển tiếp đến nốt router tiếp theo ngoài mạng MPLS
Hình 2 6 M ạng MPLS trong chế độ hoạt động khung
Trang 38Như vậy quá trình chuyển đổi nhãn được thực hiện trong các LSR lõi dựa trên bảng định tuyến nhãn Bảng định tuyến này phải được cập nhật đầy đủ để đảm bảo mỗi LSR (hay router) trong mạng MPLS có đầy đủ thông tin về tất cả các hướng chuyển tiếp Quá trình này xảy ra trước khi thông tin được truyền trong mạng và thông thường được gọi là quá trình liên kết nhãn (label binding)
Các bước chuyển mạch trên được áp dụng đối với các gói tin có một nhãn hay gói tin có nhiều nhãn (trong trường hợp sử dụng VPN thông thường một nhãn được gán
cố định cho VPN server)
2.2.1.4 Quá trình liên kết và lan truyền nhãn
Khi xuất hiện một LSR mới trong mạng MPLS hay bắt đầu khởi tạo mạng MPLS, các thành viên LSR trong mạng MPLS phải có liên lạc với nhau trong quá trình khai
báo thông qua bản tin Hello Sau khi bản tin này được gửi, một phiên giao dịch giữa
2 LSR được thực hiện, thủ tục trao đổi là giao thức LDP
Ngay sau khi LIB (cơ sở dữ liệu nhãn) được tạo ra trong LSR, nhãn được gán cho mỗi FEC mà LSR nhận biết được Như vậy, nhãn được gán cho mỗi prefix trong bảng định tuyến IP và bảng chuyển đổi chứa trong LIB Bảng chuyển đổi định tuyến này được cập nhật liên tục khi xuất hiện những tuyến nội vùng mới, nhãn mới
sẽ được gán cho tuyến mới
Do LSR gán nhãn cho mỗi IP prefix trong bảng định tuyến của chúng ngay sau khi prefix xuất hiện trong bảng định tuyến và nhãn là phương tiện được LSR khác sử dụng khi gửi gói tin có nhãn đến chính LSR đó nên phương pháp gán và phân phối nhãn này được gọi là gán nhãn điều khiển độc lập với quá trình phân phối ngược không yêu cầu
Việc liên kết các nhãn được quảng bỏ ngay đến tất cả các router thông qua phiên LDP
2.2.2 Chế độ hoạt động tế bào MPLS
Đây là chế độ hoạt động của MPLS qua ATM, khi triển khai chế độ hoạt động này cần phải giải quyết một số trở ngại sau đây:
• Hiện tại không tồn tại một cơ chế nào cho việc trao đổi trực tiếp các gói
IP giữa 2 nốt MPLS cận kề qua giao diện ATM Tất cả các số liệu trao đổi qua giao diện ATM phải được thực hiện qua kênh ảo ATM
• Các tổng đài ATM không thể thực hiện việc kiểm tra nhãn hay địa chỉ lớp
3 Khả năng duy nhất của tổng đài ATM đó là chuyển đổi VC đầu vào sang VC đầu ra của giao diện ra
Trang 39Như vậy cần thiết phải xây dựng một số cơ chế để đảm bảo thực thi MPLS qua ATM như sau:
• Các gói IP trong mảng điều khiển không thể trao đổi trực tiếp qua giao diện ATM Một kênh ảo VC phải đựơc thiết lập giữa 2 nốt MPLS cận kề
để trao đổi gói thông tin điều khiển
• Nhãn trên cùng trong ngăn xếp nhãn phải được sử dụng cho các giá trị VPI/VCI
• Các thủ tục gán và phân phối nhãn phải được sửa đổi để đảm bảo các tổng đài ATM không phải kiểm tra địa chỉ lớp 3
2.2.2.1 Kết nối trong mảng điều khiển qua giao diện LC-ATM
Giao diện ATM điều khiển chuyển mạch nhãn (LC-ATM) là giao diện ATM trong tổng đài hoặc trong Router mà giá trị VPI/VCI được gán bằng thủ tục điều khiển MPLS (LDP)
Cấu trúc MPLS đòi hỏi liên kết thuần IP giữa các mảng điều khiển của các LSR cận
kề để trao đổi liên kết nhãn cũng như các gói điều khiển khác Cơ cấu trao đổi thông tin được thể hiện trong hình 2-7
Để cung cấp kết nối thuần IP giữa các ATM-LSR có 2 cách sau đây:
• Thông qua kết nối ngoài băng như kết nối Ethernet giữa các tổng đài
• Thông qua kênh ảo quản lý trong băng tương tự như cách mà giao thức của ATM Forum thực hiện
Hình 2 7 Trao đổi thông tin giữa các LSR cận kề
Kênh ảo điều khiển MPLS VC thông thường sử dụng giá trị VPI/VCI là 0/32 và bắt buộc phải sử dụng phương pháp bọc LLC/SNAP cho các gói IP theo chuẩn RFC
1483 Khi triển khai MPLS trong tổng đài ATM (ATM-LSR) phần điều khiển trung
Trang 40tâm của tổng đài ATM phải hỗ trợ thêm báo hiệu MPLS và giao thức thiết lập kênh
VC Hai loại giao thức này hoạt động song song (chế độ này được gọi là chế độ hoạt động con thuyền trong đờm Ships-in-the-night) Một số loại tổng đài có khả năng
hỗ trợ ngay cho những chức năng mới này (như của Cisco), một số loại khác có thể nâng cấp với phần (firmware) mới Trong trường hợp này, bộ điều khiển MPLS bên ngoài có thể được bổ sung vào tổng đài để đảm đương chức năng mới Liên lạc giữa tổng đài và bộ điều khiển ngoài này chỉ hỗ trợ các hoạt động đơn giản như thiết lập kênh VC còn toàn bộ báo hiệu MPLS giữa các nốt được thực hiện bởi bộ điều khiển bên ngoài
Hình 2 8 Cơ chế thiết lập kênh điều khiển MPLS
2.2.2.2 Chuyển tiếp các gói có nhãn qua miền ATM-LSR
Việc chuyển tiếp các gói nhãn qua miền ATM-LSR được thực hiện trực tiếp qua các bước sau:
• ATM-LSR biên lối vào nhận gói có nhãn hoặc không nhãn, thực hiện việc kiểm tra cơ sở dữ liệu chuyển tiếp FIB hay cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn LFIB và tìm ra giá trị VPI/VCI đầu ra để sử dụng như nhãn lối ra Các gói có nhãn được phân chia thành các tế bào ATM và gửi đến ATM-LSR tiếp theo Giá trị VPI/VCI được gắn vào mào đầu của từng tế bào
• Các nốt ATM-LSR chuyển mạch tế bào theo giá trị VPI/VCI trong mào đầu của
tế bào theo cơ chế chuyển mạch ATM truyền thống Cơ chế phân bổ và phân phối nhãn phải bảo đảm việc chuyển đổi giá trị VPI/VCI nội vùng và ngoại vùng
là chính xác
• ATM-LSR biên lối ra (khỏi miền ATM-LSR) tỏi tạo lại các gói có nhãn từ các tế bào, thực hiện việc kiểm tra nhãn và chuyển tiếp tế bào đến LSR tiếp theo Việc kiểm tra nhãn dựa trên giá trị VPI/VCI của tế bào đến mà không dựa vào nhãn trên đỉnh của ngăn xếp trong mào đầu nhãn MPLS Bởi vì ATM-LSR giữa các biên của miền ATM-LSR chỉ thay đổi giá trị VPI/VCI mà không thay đổi nhãn bên trong các tế bào ATM Lưu ý rằng nhãn đỉnh của ngăn xếp được lập giá trị