CHUYÊN ĐỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG THẾ HỆ MỚI TẠI VIỆT NAM

CỤC THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUỐC GIATRUNG TÂM GIAO DỊCH THÔNG TIN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CHUYÊN ĐỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG THẾ HỆ MỚI TẠI VI

CỤC THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUỐC GIA

TRUNG TÂM GIAO DỊCH THÔNG TIN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ

CHUYÊN ĐỀ

CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG THẾ HỆ MỚI

TẠI VIỆT NAM

Người thực hiện: Nguyễn Cẩm Tú

HÀ NỘI 2021

CỤC THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUỐC GIA

TRUNG TÂM GIAO DỊCH THÔNG TIN, CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ

CHUYÊN ĐỀ

CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC

VÀ ỨNG DỤNG TRONG MẠNG THẾ HỆ MỚI TẠI

MỤC LỤC

1 Giới thiệu chung về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức 14

2 Đặc tính cơ bản của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức 16

III ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC

1 Hiện trạng ứng dụng MPLS trong mạng NGN tại Việt Nam 20

2 Ưu nhược điểm của MPLS trong mạng NGN tại Việt Nam 29

3 Mô hình cấu trúc mạng NGN ứng dụng MPLS tại Việt Nam 30

ĐẶT VẤN ĐỀ

Mạng viễn thông thế hệ mới (Next Generation Network - NGN) đang là xuhướng ở nhiều nước trên thế giới do các tính chất tiên tiến của nó như hội tụ các loạitín hiệu, mạng đồng nhất và băng thông rộng Tại Việt Nam, lĩnh vực viễn thông đangphát triển rất mạnh và nhu cầu của người dùng về các loại hình dịch vụ mới ngày càngcao vì vậy việc tiến lên NGN cũng là xu hướng tất yếu của ngành viễn thông

Mạng thế hệ mới ra đời dựa trên sự phát triển từ tất cả các mạng cũ NGN cókhả năng làm nền tảng cho việc triển khai nhiều loại hình dịch vụ mới trong tương laimột cách nhanh chóng, không phân biệt ranh giới các nhà cung cấp dịch vụ (dịch vụđộc lập với hạ tầng mạng) Tuy nhiên sự phát triển nhanh chóng và mở rộng khôngngừng của Internet, sự phức tạp của các loại hình dịch vụ dần đã làm cho mạng viễnthông hiện tại khó đáp ứng được Sự ra đời của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giaothức (Multiprotocol Label Switching – MPLS) là một lựa chọn cho cấu trúc mạngtrong tương lai bởi tính linh hoạt của bộ định tuyến và năng lực điều khiển lưu lượngcủa thiết bị chuyển mạch trong nó Xu hướng viễn thông dựa trên nền tảng chuyểnmạch gói tốc độ cao, dung lượng lớn và hội tụ được các loại dịch vụ trên cùng một hạtầng là điều tất yếu

Chuyên đề này được thực hiện nhằm tổng hợp các thông tin giới thiệu, tìm hiểu

về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ứng dụng trong mạng thế hệ mới

ở Việt Nam

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cấu trúc mạng phân cấp 7 Hình 1.2 Các thành phần của mạng viễn thông 8

Hình 1.3 Cấu trúc mạng thế hệ mới (góc độ mạng) 11 Hình 1.4 Cấu trúc mạng thế hệ mới (góc độ dịch vụ) 11 Hình 2.1 MPLS và mô hình tham chiếu OSI 14 Hình 2.2 Cấu trúc nhãn MPLS 17 Hình 2.3 Cấu trúc ngăn xếp nhãn 17 Hình 2.4 Minh họa lớp chuyển tiếp tương đương 18 Hình 2.5 Cấu trúc thành phần điều khiển 19 Hình 2.6 Điều khiển thông tin gán nhãn 19 Hình 3.1 Hoạt động chuyển gói tin qua mạng MPLS 24 Hình 3.2 Sử dụng RSVP để phân bổ nhãn 28 Hình 3.3 Cấu hình tổ chức mạng MPLS mô hình 1 31 Hình 3.4 Cấu hình tổ chức mạng MPLS mô hình 2 33 Hình 3.5 Cấu hình tổ chức mạng MPLS mô hình 3 35

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không

đồng bộAPI Application Programming

Interface

Giao diện lập trình ứng dụng

ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân tích địa chỉ

CoS Class of Service Lớp dịch vụ

FEC Forward Equivalent Class Lớp chuyển tiếp tương đương

FIB Forward Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp

ICMP Internet Control Message

Protocol

Giao thức điều khiển bản tin

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ITU International

Telecommunication Union

Liên minh viễn thông quốc tế

LAN Local Area Network Mạng cục bộ

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn

LER Label Edge Router Bộ định tuyến biên

LFIB Label Forwarding

Information Base

Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn

LIB Lable Information Base Bảng cơ sở dữ liệu nhãn

LSFT Lable Switch Forwarding

Table

Bảng chuyển tiếp tương đương nhãn

LSP Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn

LSR Label Switch Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn

MGW Media Gateway Cổng phương tiện

MPLS Multi Protocol Label Switch Chuyển mạch nhãn đa giao thức

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

NHRP Next Hop Resolution

OSPF Open Shortest Path Fiest Đường ngắn nhất mở đầu tiên

PNNI Private Network to Network

Interface

Giao diện mạng – mạng riêng

PSTN Public Switched Telephone

RSVP Resource Reservacation

Protocol

Giao thức dành trước tài nguyên

TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời

gianTCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải

TLV Type/ Length/ Value Các tham số kiểu/ độ dài/ giá trị

TMN Telecommunication

Management Network

Mạng quản lý viễn thôngVPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

I TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ MỚI TẠI VIỆT NAM

1 Khái quát về mạng viễn thông

1.1 Các khái niệm cơ bản

Mạng viễn thông là phương tiện truyền thông đưa thông tin từ đầu phát tới đầu thu Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng

Mạng viễn thông cũng có thể được định nghĩa như sau: mạng viễn thông là một

hệ thống gồm các nút chuyển mạch được nối với nhau bằng các đường truyền dẫn Nútđược phân thành nhiều cấp và kết hợp với các đường truyền tạo thành các cấp mạng khác nhau

Hình 1.1 Cấu trúc mạng phân cấp

Trong mạng hiện nay gồm 5 nút:

 Nút cấp 1: Trung tâm chuyển mạch quá giang quốc tế

 Nút cấp 2: Trung tâm chuyển mạch quá giang đường dài

 Nút cấp 3: Trung tâm chuyển mạch quá giang nội hạt

 Nút cấp 4: Trung tâm chuyển mạch nội hạt

 Nút cấp 5: Trung tâm chuyển mạch từ xa

1.2 Các thành phần chính trong mạng viễn thông

Xét trên quan điểm phần cứng, mạng viễn thông bao gồm các thiết bị đầu cuối,thiết bị chuyển mạch và thiết bị truyền dẫn

Hình 1.2 Các thành phần của mạng viễn thông

 Thiết bị đầu cuối:

Thiết bị đầu cuối là các trang thiết bị của người sử dụng dùng để giao tiếp vớimạng cung cấp dịch vụ Hiện nay có nhiều chủng loại thiết bị đầu cuối của nhiều hãngkhác nhau tùy thuộc vào từng dịch vụ (như máy điện thoại, máy fax, máy tính cánhân…)

Thiết bị đầu cuối thực hiện chức năng chuyển đổi thông tin cần trao đổi thànhtín hiệu điện và ngược lại

 Thiết bị chuyển mạch

Thiết bị chuyển mạch là các nút của mạng viễn thông có chức năng thiếtlập đường truyền giữa các thuê bao (đầu cuối) Trong mạng điện thoại, thiết bị chuyểnmạch là các tổng đài điện thoại Gồm có tổng đài nội hạt và tổng đài quá giang Cácthuê bao được nối vào các tổng đài nội hạt và tổng đài nội hạt được nối vào tổng đàiquá giang Nhờ các thiết bị chuyển mạch mà đường truyền dẫn được dùng chung vàmạng có thể sử dụng kinh tế

 Thiết bị truyền dẫn

Thiết bị truyền dẫn được sử dụng để nối các thiết bị đầu cuối hay giữa các tổngđài với nhau và truyền các tín hiệu một cách nhanh chóng và chính xác

Dựa vào môi trường truyền dẫn thiết bị truyền dẫn có thể phân thành hai loại:

vô tuyến (cáp kim loại, cáp quang) và hữu tuyến (sử dụng không gian làm môi trườngtruyền dẫn)

2 Mạng thế hệ mới (Next Generation Network - NGN)

2.1 Khái niệm mạng thế hệ mới

Mạng viễn thông thế hệ mới (NGN) là mạng hội tụ cả thoại, video và dữ liệu trên cùngmột cơ sở hạ tầng dựa trên nền tảng IP, làm việc trên cả hai phương tiện truyền thông

vô tuyến và hữu tuyến NGN là sự tích hợp cấu trúc mạng hiện tại với cấu trúc mạng

đa dịch vụ dựa trên cơ sở hạ tầng có sẵn, với sự hợp nhất các hệ thống quản lý và điều

khiển Các ứng dụng cơ bản bao gồm thoại, hội nghị truyền hình và nhắn tin hợp nhất(unified messaging) như voice mail, email và fax mail, cùng nhiều dịch vụ tiềm năngkhác.

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 lậpnhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng TDM)

Cho tới nay các tổ chức và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới rấtquan tâm đến NGN (Next Generation Network) nhưng vẫn chưa có một định nghĩa rõràng Do vậy chỉ có thể tạm định nghĩa NGN như sau:

“ NGN là mạng có 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, là sự hội tụ giữa thoại

và dữ liệu, giữa cố định và di động.”

2.2 Sự ra đời mạng NGN tại Việt Nam

Có thể đề cập tới ba loại hình dịch vụ thúc đẩy sự ra đời của NGN: Dịch vụ

truyền thông thời gian thực (real-time services) và phi thời gian thực (non real-time

services); dịch vụ nội dung (content services) và các hoạt động giao dịch (transaction services) Đến lượt mình, NGN tạo điều kiện để các nhà cung cấp dịch vụ tăng cường

khả năng kiểm soát, tính bảo mật, và độ tin cậy trong khi giảm thiểu được chi phí vậnhành Được xây dựng trên tiêu chí mở, các giao thức chuẩn và giao diện thân thiện,NGN đáp ứng được hầu hết các nhu cầu của nhiều đối tượng sử dụng: doanh nghiệp,văn phòng, liên lạc giữa các mạng máy tính v.v NGN thống nhất mạng hữu tuyếntruyền thống và chuẩn truyền tải âm thanh, hình ảnh, dữ liệu không dây

Mạng NGN chính là chìa khoá giải mã cho công nghệ tương lai, đáp ứng đượcđầy đủ các yêu cầu kinh doanh trên với đặc điểm quan trọng là cấu trúc phân lớp theochức năng và phân tán các tiềm năng trên mạng, làm cho mạng mềm hoá và sử dụngrộng rãi các giao diện mở đa truy nhập, đa giao thức để kiến tạo các dịch vụ mà khôngphụ thuộc quá nhiều vào các nhà cung cấp thiết bị và khai thác mạng

NGN "xuất đầu, lộ diện" bởi đã có nhiều thay đổi trong những năm qua xét từ 3giác độ chính: cấu trúc ngành công nghiệp, công nghệ và mong đợi từ phía ngườidùng Thứ nhất, sự bùng nổ của ngành công nghệ thông tin và viễn thông, một lớp cácnhà cung cấp dịch vụ mới dần xuất hiện: các nhà cung cấp dịch vụ mang tính cạnhtranh muốn khẳng định vị trí của mình trên thị trường Ví dụ, nhiều nhà cung cấp dịch

vụ lựa chọn triển khai các công nghệ mới nhất nhằm giành thế "thượng phong" trongviệc tung ra dịch vụ

Thứ hai, công nghệ đang phát triển với tốc độ chóng mặt Đơn cử, công nghệnhận dạng giọng nói, công nghệ chuyển đổi từ chữ sang âm (TTS) cũng khiếnmạng truyền thống buộc phải nhường đường cho NGN trong việc tích hợp các ứngdụng cao cấp hơn, vì mục tiêu phục vụ tốt nhất người sử dụng.

Thứ ba, mạng Internet đã "gieo hy vọng" cho đông đảo người dùng rằng họ cóthể lấy thông tin ở bất cứ đâu, bất cứ khi nào họ muốn Xuất phát từ chính nhu cầu này

đã nảy sinh xu thế "hội tụ" của các thiết bị đầu cuối cho hỗ trợ được đầy đủ các tínhnăng như liên lạc, truy xuất thông tin, giải trí trong khi vẫn đảm bảo được tính diđộng Mạng Internet chắc chắn sẽ vẫn đóng vai trò là nguồn cung cấp thông tin chính.Tuy nhiên, mạng truyền tải đóng vai trò trung gian chắc chắn sẽ phải là NGN

2.2 Đặc điểm của mạng NGN

- Mạng NGN sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm (SW-SoftSwitch) thay thế cácthiết bị tổng đài chuyển mạch phần cứng (hardware) cồng kềnh Các mạng của từngdịch vụ riêng rẽ được kết nối với nhau thông qua sự điều khiển của một thiết bị tổngđài duy nhất, thiết bị tổng đài này dựa trên công nghệ SW được ví như là 'trái tim' củaNGN.- Mạng hội tụ thoại và dữ liệu, cố định và di động Các loại tín hiệu được truyềntải theo kỹ thuật chuyển mạch gói, xu hướng sắp tới đang tiến dần lên sử dụng mạng

IP với kỹ thuật QoS (chất lượng dịch vụ) như MPLS

- Mạng băng thông rộng cung cấp đa dịch vụ: Mạng truyền dẫn quang với công nghệWDM (Wavelength Division Multiplexing) hay DWDM (dense WDM)

 Nền tảng là hệ thống mở

 NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy nhưng các dịch vụ trên NGN phải độc lậpvới mạng lưới

 NGN là mạng chuyển mạch gói dựa trên một giao thức thống nhất

 Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng ngày càng tăng và có

đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu

3 Cấu trúc chức năng của mạng NGN

3.1 Mô hình phân lớp chức năng

Nhìn chung NGN vẫn là một xu hướng mới do vậy chưa có một khuyến nghịchính thức nào được công bố rõ ràng để làm tiêu chuẩn về cấu trúc NGN, song dựavào mô hình mà một số tổ chức và các hãng xây dựng ta có thể tạm hiểu cấu trúc NGNchức năng như sau:

- Lớp kết nối (truy nhập và truyền dẫn/ở phần lõi)

- Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media)

- Lớp điều khiển

- Lớp quản lý

Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay rất phức tạp với nhiều loại giaothức, khả năng tương thích giữa các thiết bị của các hãng là vấn đề đang được các nhàkhai thác quan tâm.

Nhờ đó, các nút chuyển mạch và các hệ thống truyền dẫn sẽ thực hiện chứcnăng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sựđiếu khiển của các thiết bị thuộc lớp điều khiển.

Lớp điều khiển

Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ truyền thông suốt

từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào Các chức năngquản lý và chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp trong lớp điều khiển Nhờ có giaodiện mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn, điều này cho phép các dịch vụmới được đưa vào nhanh chóng và dễ dàng

Lớp ứng dụng

Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều mức

độ Một số dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc điều khiển logic của chúng và truy nhậptrực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ thực hiện điều khiển từ lớp điềukhiển Lớp ứng dụng kết nối với lớp điều khiển thông qua giao diện mở API Nhờ đó

mà các nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóngtrên dịch vụ mạng

Lớp quản lý

Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp từ kết nối cho đến lớp ứngdụng Tại lớp quản lý người ta có thể khai thác hoặc xây dựng mạng giám sát viễnthông TMN (Telecommunication Management Network) như một mạng riêng theo dõi

và điều phối các thành phần mạng viễn thông đang hoạt động

4 Công nghệ nền tảng của mạng thế hệ mới (NGN)

Ngày nay do yêu cầu ngày càng tăng về số lượng và chất lượng dịch vụ đã thúcđẩy sự phát triển nhanh chóng của thị trường công nghệ điện tử - tin học - viễn thông.Những xu hướng phát triển công nghệ đã và đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn nhaunhằm cho phép mạng lưới thoả mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trong tươnglai Theo Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) có hai xu hướng tổ chức mạng chính:Hoạt động kết nối định hướng và Hoạt động không kết nối

Tuy vậy hai phương thức phát triển này đang dần tiếp cận và hội tụ dẫn đến sự

ra đời của của công nghệ ATM, công nghệ IP và sự kết hợp của chúng Sự phát triểnmạnh mẽ của các dịch vụ và các công nghệ mới tác động trực tiếp đến sự phát triểncấu trúc mạng

4.1 Công nghệ IP

IP (Internet Protocol) là giao thức chuyển tiếp gói tin Việc chuyển tiếp gói tin

được thực hiện theo cơ chế phi kết nối IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyểntin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP) Gói tin IP gồm

địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tincần cho việc chuyển gói tới đích.

IP là giao thức chuyển mạch có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao Tuy nhiênviệc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theo từngchặng Mặt khác IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ

4.2 Công nghệ ATM

Công nghệ ATM (Asynchronous Transfer Mode) dựa trên cơ sở của phươngpháp chuyển mạch gói Thông tin được nhóm vào các gói tin có độ dài cố định ngắn,trong đó vị trí gói không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳcủa kênh cho trước Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ vàdịch vụ khác nhau ATM có hai đặc điểm quan trọng:

- ATM có khả năng nhóm một số kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp chocông việc định tuyến được dễ dàng

- 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 cao sẽ làm cho trễ truyền lan và biến động trễ giảm đủnhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độcao dễ dàng hơn

Quá trình chuyển giao các tế bào qua tổng đài ATM cũng giống như chuyểngiao gói qua router Tuy nhiên ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trêncell có kích thước cố định và nhỏ hơn IP, kích thước bảng định tuyến nhỏ hơn nhiều sovới của IP router Việc này thực hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng nêndung lượng tổng đài ATM thường lớn hơn dung lượng IP router truyền thống

4.3 IP Over ATM

IP over ATM là một kỹ thuật xếp chồng, nó xếp IP lên ATM Giao thức của haitầng hoàn toàn độc lập với nhau, giữa chúng phải nhờ một loại giao thức nữa để nốithông như NHRP, ARP Điều đó hiện nay không được sử dụng rộng rãi trong thực tế

4.4 Công nghệ MPLS

MPLS là kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức Phương pháp này đã dunghợp một cách hữu hiệu năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch vớitính linh hoạt của bộ định tuyến

MPLS là công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng Với tính chất cơ cấuđịnh tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng IPtruyền thống Bên cạnh đó thông lượng của mạng sẽ được cải thiện một cách rõ rệt

MPLS định ra một hình mẫu khác biệt về cách truyền dữ liệu Thay vì phải dựavào địa chỉ đích, quá trình định tuyến giờ đây dựa hoàn toàn vào các nhãn Việc từ bỏkhái niệm định tuyến dựa vào địa chỉ đích, MPLS cho phép nhiều tham số mới thamgia vào quyết định lựa chọn đường đi, chẳng hạn như kỹ thuật lưu lượng (traffic

engineering), các yêu cầu về chất lượng dịch vụ (quality of service), cũng như tínhriêng tư (privacy) giữa các khách hàng sử dụng chung một hạ tầng MPLS, bên cạnhcác thông tin định tuyến thông thường.

II TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN

ĐA GIAO THỨC

1 Giới thiệu chung về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức

1.1.Khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức

Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là kết quả của quá trình phát triển nhiềugiải pháp chuyển mạch IP Tên gọi của nó bắt nguồn từ thực tế đó là hoán đổi nhãnđược sử dụng như kỹ thuật chuyển tiếp sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn Sử dụng từ “đagiao thức” có nghĩa là nó có thể hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng không chỉ riêng IP.Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức là kết quả phát triển của công nghệchuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như ATM để tăng tốc độ truyền gói tin

mà không cần thay đổi định tuyến IP

Trong chuyển mạch nhãn, thay vì sử dụng địa chỉ đích để quyết định định tuyến,một “nhãn” được gắn vào gói tin và được đặt vào trong tiêu đề gói với mục đích thaythế cho địa chỉ và nhãn được sử dụng để chuyển lưu lượng các gói tin tới đích

Hình 2.1 MPLS và mô hình tham chiếu OSI

MPLS là công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 và chuyểnmạch lớp 2 cho phép truyền tải các gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến tốt ởmạng biên bằng cách dựa vào nhãn

1.2 Sự cần thiết phải sử dụng MPLS:

Trong những năm gần đây ngành công nghiệp viễn thông đã và đang tìm mộtphương thức chuyển mạch có thể phối hợp ưu điểm của IP (như cơ cấu địnhtuyến) và của ATM (như thông lượng chuyển mạch) Mô hình IP over ATM chophép chúng hoạt động với nhau mà không cần thay đổi giao thức, tuy nhiên cáchnày không tận dụng được hết khả năng của ATM Ngoài ra cách tiếp cận nàykhông thích hợp với mạng nhiều router và không thật hiệu quả trên một số mặt

Công nghệ MPLS là kết quả phát triển của nhiều công nghệ chuyển mạch IP sửdụng công nghệ hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin màkhông cần phải thay đổi các giao thức định tuyến IP.

MPLS là một công nghệ chuyển mạch IP rất triển vọng Với đặc điểm côngnghệ đơn giản, chuyển tiếp lưu lượng nhanh và định tuyến linh hoạt dựa vào nhãnđược đính kèm trong các gói tin Ngoài ra nó còn có các ưu điểm khác như: Điềukhiển chính xác dung lượng đường truyền hỗ trợ chất lượng dịch vụ QoS; Hỗ trợthiết lập mạng riêng ảo MPLS-VPN; Hỗ trợ nhiều giao thức ở lớp mạng (networklayer) hiện có như Ipv4, Ipv6, IPX và Apple Talk và các giao thức ở lớp liên kết

dữ liệu (data link layer) như Ethernet, token-ring, FDDI, ATM, frame relay vàliên kết point-to-point; Cung cấp khả năng mở rộng dễ dàng cho mạng tương lai;Ứng biến linh hoạt và phục hồi nhanh trong các trường hợp xảy ra lỗi và sự cốmạng (ví dụ như lỗi phần mềm hoặc phần cứng của các bộ định tuyến, lỗi của cáckết nối trong mạng)

- Tốc độ và trễ

Chuyển tiếp dựa trên IP truyền thống là quá chậm để xử lý tải lưu lượng lớntrong mạng toàn cầu hay trong các liên kết mạng Dẫn đến kết quả là lưu lượng và kếtnối có thể bị mất và hiệu năng toàn mạng giảm sút trong một mạng dựa trên IP Trongkhi đó, chuyển mạch nhãn đa giao thức nhanh hơn nhiều bởi vì giá trị nhãn được đặt ởthông tin mào đầu của gói được sử dụng để truy nhập bảng chuyển tiếp định tuyến tạirouter Việc tìm kiếm này chỉ yêu cầu một lần truy nhập tới bảng nên lưu lượng người

sử dụng trong gói được gửi qua mạng nhanh hơn nhiều so với sử dụng chuyển tiếp IPtruyền thống

hỗ trợ nhiều người sử dụng hơn

- Sử dụng tài nguyên

Chuyển mạch nhãn không cần nhiều tài nguyên mạng để thực hiện các công cụđiều khiển trong việc thiết lập các đường đi chuyển mạch nhãn cho lưu lượng người sửdụng

- Tính đơn giản

Một khía cạnh khác của chuyển mạch nhãn là sự đơn giản trong các giao thứcchuyển tiếp gói tin, và nguyên tắc rất đơn giản: chuyển tiếp gói tin dựa trên nhãn của

nó

- Điều khiển định tuyến.

Chuyển mạch nhãn cho phép các bộ định tuyến chọn tuyến đầu ra tường minhtheo nhãn, như vậy cơ chế này cung cấp một cách thức truyền tải lưu lượng qua cácnút và liên kết phù hợp với lưu lượng truyền tải, cũng như là đặt ra các lớp lưu lượnggồm các dịch vụ khác nhau (dựa trên yêu cầu QoS) trên đó Chuyển mạch nhãn là mộtgiải pháp tốt để hướng lưu lượng qua một đường dẫn, mà không nhất thiết phải nhậntoàn bộ thông tin từ giao thức định tuyến IP động dựa trên địa chỉ đích

2 Đặc tính cơ bản của MPLS

MPLS với các đặc tính:

Kỹ thuật lưu lượng: Cung cấp khả năng thiết lập đường truyền mà lưu lượng sẽ

truyền qua mạng và khả năng thiết lập các chất lượng cho các lớp dịch vụ CoS (Class

of Service) và chất lượng dịch vụ QoS khác nhau

Cung cấp dịch vụ IP dựa trên các mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network): Thông qua mạng MPLS, các nhà cung cấp dịch vụ có thể tạo ra các đường

hầm IP đi qua mạng trong suốt đối với dịch vụ người sử dụng

Loại bỏ cấu hình đa lớp: Sự phát triển của các công nghệ và dịch vụ trên nền IP

đã tạo ra rất nhiều các mô hình xếp chồng MPLS là một giải pháp thay thế cho môhình xếp chồng IP trên nền ATM cũng như các hạ tầng lớp 2 khác

Tuyến hiện: Một đặc điểm nổi trội của MPLS là cho phép thiết lập các đường

định tuyến tường minh về đường đi trên mạng

Hỗ trợ đa liên kết và đa giao thức: Thành phần chuyển tiếp mạch nhãn không

mặc định với bất kì một lớp nào Được coi là lớp trung gian giữa lớp 2 và 3 (lớp 2.5)

3 Các thành phần cơ bản của MPLS

3.1 Thành phần chuyển tiếp của MPLS

Mặt phẳng chuyển tiếp có trách nhiệm chuyển gói tin dựa trên giá trị chứa trongnhãn Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng một cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB(Label Forwading Information Base) để chuyển tiếp các gói

Thành phần chuyển tiếp dùng nhãn chứa trong một gói tin và thông tin lấy từbảng thông tin nhãn LIB (Label Information base) của từng thiết bị LSR để chuyểntiếp gói tin

3.1.1 Nhãn và ngăn xếp nhãn

- Nhãn: Cấu trúc của nhãn được trình bày trong hình sau:

Hình 2.2 Cấu trúc nhãn MPLS

Nhãn là một thực thể ngắn gọn có độ dài cố định và không có cấu trúc bên trong,nhãn mang giá trị bằng số được thỏa thuận bởi các nút MPLS để chỉ thị cho kết nốidọc theo các đường chuyển mạch nhãn LSP Nhãn được gán vào một gói tin cụ thể đạidiện cho một lớp chuyển tiếp tương đương

Nhãn có tổng độ dài là 4 byte nằm giữa tiêu đề lớp 2 và tiêu đề IP trong các góitin Các trường chức năng gồm có: giá trị của nhãn thể hiện bằng số (20 bit), trườngthể hiện lớp dịch vụ CoS (3 bit), trường ngăn xếp hỗ trợ thứ bậc nhãn trong chồngnhãn (1 bit) và trường thời gian sống của gói tin (8 bit)

- Ngăn xếp nhãn

Hình 2.3 Cấu trúc ngăn xếp nhãn

Ngăn xếp nhãn được cấu trúc bởi một tập các nhãn chèn vào giữa tiêu đề lớp 2

và tiêu đề lớp 3 của gói tin Nhãn nằm tại đỉnh của ngăn xếp nhãn được sử dụng chonhiệm vụ chuyển tiếp gói tin, và nhãn cuối ngăn xếp có giá trị bit S bằng 1 Thông quangăn xếp nhãn, MPLS thực hiện việc định tuyến phân cấp và tạo ra các đường hầmchuyển mạch nhãn

3.1.2 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR)

LSR là thiết bị sử dụng trong mạng MPLS để chuyển các gói tin bằng thủ tụcphân phối nhãn Dựa vào chức năng và vị trí có thể chia LSR thành các loại cơ bảnnhư: LSR biên, LSR lõi, ATM – LSR

- LSR biên: nằm ở biên của mạng MPLS và kết nối trực tiếp với mạng của ngườidùng LSR biên tiếp nhận hay gửi các gói tin đến mạng khác như IP, ATM, FrameRelay, MPLS… Các LSR biên chịu trách nhiệm gắn thêm hay loại bỏ nhãn ra khỏingăn xếp nhãn của gói tin khi các gói tin đến hoặc đi khỏi mạng MPLS