công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức, về chất lượng dịch vụ và việc triển khai, hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong mạng mpls

MỞ ĐẦUĐể đáp ứng nhu cầu phát triển không ngừng của người sử dụng, nhà cung cấp dịch vụ cần phải có các thiết bị định tuyến và chuyển mạch tốc độ cao.. Cùng với kĩ thuật điều khiển lưu l

MỞ ĐẦU

Để đáp ứng nhu cầu phát triển không ngừng của người sử dụng, nhà cung cấp dịch vụ cần phải có các thiết bị định tuyến và chuyển mạch tốc độ cao Mặc dù vậy, mạng lõi của nhà điều hành và nhà cung cấp dịch vụ thường chạy trên mạng đường trục ATM, nhưng phần lớn các kết nối tới nhà cung cấp vẫn duy trì tốc

độ chuyển mạch chậm và các kiểu kết nối điểm-điểm, dẫn tới trễ và tắc nghẽn tại các điểm truy cập biên Các bộ định tuyến lõi cũng góp phần vào trễ đường đi, vì mỗi bộ định tuyến phải thực hiện các giải pháp độc lập trên đường tốt nhất để chuyển tiếp gói Thông thường IP phải được định tuyến trên ATM bằng việc sử dụng IP qua ATM qua các kênh ảo hoặc các giao thức trên ATM Các phương thức chuyển tiếp này đã được chứng minh là không thuận tiện và phức tạp.

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thương mại toàn cầu là sự phát triển rộng khắp của mạng Internet đã làm ra đời một loạt các ứng dụng mới trong thương mại Những ứng dụng này đòi hỏi phải tăng và đảm bảo băng thông trong mạng đường trục, ôn định chất lượng của các ứng dụng đó Ngoài ra bên cạnh các dịch vụ dữ liệu truyền thống, thoại và các dịch vụ đa phương tiện đang được phát triển và triển khai Nó đã làm nảy sinh các vấn đề cần phải có một mạng hội tụ cung cấp đầy đủ các dịch vụ với chất lượng cao.

Nhu cầu về một mạng hội tụ với phương thức chuyển tiếp đơn giản, thông minh mà có các đặc tính quản lý lưu lượng và chất lượng dịch vụ là một nhu cầu cấp thiết Tất cả các yêu cầu đó có thể được đáp ứng bởi chuyển mạch nhãn đa

giao thức MPLS (Multi Protocol Labed Switching), nó không bị hạn chế bởi các giao thức lớp 2 và lớp 3 Cùng với kĩ thuật điều khiển lưu lượng, MPLS (Multi Protocol Labed Switching) là một giải pháp quan trọng trong việc định tuyến,

chuyển mạch và cung cấp chất lượng dịch vụ để đáp ứng được sự phát triển của các ứng dụng cũng như các nhu cầu dịch vụ của khách hang.

Ngoài ra mạng MPLS còn hỗ trợ các chức năng ưu việt của các mạng chuyển mạch gói khác như IP, ATM, FR hội tụ được các ưu điểm của công nghệ

chuyển mạch Datagram, VCI, VPI trong phương thức chuyển mạch gói Công

nghệ MPLS còn có thể ứng dụng cho các mạng thế hệ sau như NGN (Next Generation Network-base).

Luận văn của em sẽ trình bày những kiến thức về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức, về chất lượng dịch vụ và việc triển khai, hỗ trợ chất lượng

dịch vụ trong mạng MPLS (Multi Protocol Labed Switching)

Chương 1

CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS

1.1 TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS 1.1.1 Giới thiệu

Trong một vài năm gần đây, Internet đã phát triển thành một mạng lướirộng khắp và tạo ra một loạt các ứng dụng mới trong thương mại Những ứng dụngnày mang đến đòi hỏi phải tăng và bảo đảm nhu cầu băng thông trong mạng đườngtrục Thêm vào đó, ngoài các dịch vụ dữ liệu truyền thống được cung cấp quaInternet, thoại và các dịch vụ đa phương tiện đang được phát triển và triển khai.Internet đã làm nảy sinh vấn đề hình thành một mạng hội tụ cung cấp đầy đủ cácdịch vụ Tuy nhiên vấn đề đặt ra đối với mạng bởi các dịch vụ và ứng dụng mới làyêu cầu về băng thông và tốc độ lại đặt gánh nặng cho nguồn tài nguyên trên cơ sở

hạ tầng Internet có sẵn

Bên cạnh vấn đề quá tải nguồn tài nguyên mạng Một thách thức khác liênquan tới việc truyền các byte và bit qua mạng đường trục để cung cấp các cấp độdịch vụ khác nhau đối với người dùng Sự phát triển nhanh chóng của số ngườidùng và lưu lượng đã làm tăng thêm sự phức tạp của vấn đề Vấn đề cấp độ dịch vụ

( CoS ) và chất lượng dịch vụ ( QoS- Quality of Service) phải được quan tâm để có

thể đáp ứng được những yêu cầu khác nhau của lượng lớn người dùng mạngInternet

Nhu cầu về một phương thức chuyển tiếp đơn giản mà các đặc tính quản

lý lưu lượng và chất lượng với phương thức định tuyến, chuyển tiếp thông minh làmột yêu cầu cấp thiết Tất cả các yêu cầu đó có thể được đáp ứng bởi chuyển mạch

nhãn đa giao thức (MPLS – Multi Protocol Labed Switching), đó là một phương

thức không bị hạn chế bởi các giao thức lớp 2 và lớp 3 Với các đặc tính đó MPLS

đóng một vai trò quan trọng trong việc định tuyến, chuyển mạch và chuyển tiếp góithông qua các mạng thế hệ sau để đáp ứng các yêu cầu của người dùng mạng.

1.1.2 Định tuyến và chuyển mạch gói truyền thống

Bước phát triển khởi đầu của mạng Internet chỉ quan tâm tới những yêucầu truyền dữ liệu qua mạng Internet chỉ cung cấp các ứng dụng đơn giản nhưtruyền file hay Remote login Để thực hiện những yêu cầu này, môt định tuyến nềndựa trên phần mền đơn giản, với giao diện mạng để hỗ trợ mạng đường trục dựatrên T1/E1- hay T3/E3 đã có là đủ Với những yêu cầu đòi hỏi tốc độ cao và băngthông lớn, các thiết bị có khả năng chuyển mạch ở lớp 2 ( Lớp liên kết dữ liệu ) vàlớp 3 ( Lớp mạng ) ở ngay mức phần cứng phải được phát triển Thiết bị chuyểnmạch lớp 2 quan tâm đến vấn đề nghẽn trong mạng con của môi trường mạng cục

bộ Thiết bị chuyển mạch lớp 3 giúp giảm bớt nghẽn trong định tuyến lớp 3 bằngcách chuyển việc tìm kiếm tuyến cho một chuyển mạch phần cứng tốc độ cao

Các giải pháp trước đây chỉ quan tâm tới tốc độ truyền của các gói khichúng truyền qua mạng chứ không quan tâm tới thông tin yêu cầu dịch vụ có tronggói Hầu hết các giao thức định tuyến sử dụng ngày này đều dựa trên thuật toánđược thiết kế để tìm ra con đường ngắn nhất trong mạng với các gói truyền tải màkhông quan tâm tới các yếu tố khác ( như trễ, rung pha, nghẽn), mà có thể làm giảmbớt đáng kể chức năng mạng và chất lượn dịch vụ có trong mạng

1.1.3 MPLS là gì?

MPLS là một framework do IETF đưa ra, cung cấp thiết kế hiệu quả choviệc định tuyến, chuyển tiếp, chuyển mạch cho luông lưu lượng qua mạch

MPLS thực hiện những chức năng sau:

- Định quá trình quản lý lưu l ượng luồng của các mạng khác nhau, nhưluồng giữa các máy, phần cứng khác nhau hoặc thậm chí luồng giữa các ứng dụngkhác nhau

- Duy trì sự độc lập của giao thức lớp 2 và lớp 3

- Cung cấp cách thức để ánh xạ các địa chỉ IP thành các nhãn đơn giản có

độ dài không đổi được sử dụng bởi các công nghệ chuyển tiếp gói và chuyển mạchgói khác nhau

- Giao diện chung đối với các giao thức định tuyến như RSVP và OSFP

- Hỗ trợ IP, ATM, Frame Relay

Trong MPLS, dữ liệu được chuyển theo LSP LSP là một chuỗi các nhãn

ở mỗi node từ nguồn tới đích LSP được thiết lập theo chu kỳ để truyền dữ liệu(control- driven) hoặc dựa trên sự phát hiện có một luồng dữ liệu nào đó (data-driven) Các nhãn, theo giao thức đã được định sẵn sẽ được phân phối sử dụng LDPhoặc RSVP hoặc được “cõng” trên một giao thức định tuyến như BGP và OSFP.Mỗi gói dữ liệu được đóng gói và mang nhãn trong suốt hành trình từ nguồn tớiđích Tốc độ chuyển mạch cao vì nhãn có chiều dài cố định được chèn vào đầu góihay tế bào và có thể được sử dụng bởi phần cứng để chuyển tiếp gói nhanh chónggiữa các tuyến

1.1.4 Lợi ích của MPLS

MPLS mang lại nhiều lợi ích như :

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

lưu lượng sẽ truyền qua mạng và khả năng thiết lập chất lượng cho các cấp độ dịch

vụ (CoS) và chất lượng dịch vụ (QoS- Quality of Service) khác nhau.

- Cung cấp IP dựa trên các mạng riêng ảo: Bằng việc sử dụng MPLS,

các nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp đường hầm IP đi qua mạng của họ màkhông cần thiết mã hoá hay các ứng dụng đầu cuối - người sử dụng

- Loại bỏ cấu hình đa lớp: Thông thường, phần lớn các nhà điều hành

mạng cung cấp mô hình chồng lấn mà ATM được sử dụng tại lớp 2 và IP được sửdụng tại lớp 3 Bằng việc sử dụng MPLS, các nhà điều hành mạng có thể mangchức năng của mặt điều khiển ATM vào lớp 3, do đó sẽ làm đơn giản hóa mạng vàviệc quản lý mạng

- Tuyến hiện: Một đặc điểm chính của MPLS là sự hỗ trợ của nó đối với

các tuyến hiện Các đường chuyển mạch nhãn được định tuyến sẵn hiệu quả hơn sovới tuỳ chọn tuyến nguồn trong IP

- Hỗ trợ đa liên kết và đa giao thức: Thành phần chuyển tiếp chuyển

mạch nhãn là không xác định với một lớp mạng cụ thể Ví dụ cùng một thành phầnchuyển tiếp cũng có thể được sử dụng khi đang thực hiện chuyển mạnh nhãn với IPcũng như IPX Chuyển mạch nhãn cũng có thể hoạt động ảo trên mọi giao thức liênkết dữ liệu thông qua ATM

- Internet có ba nhóm ứng dụng chính: voice, data, video với các yêu

cầu khác nhau Voice yêu cầu độ trễ thấp, cho phép thất thoát dữ liệu để tăng hiếuquả Video cho phép thất thoát dữ liệu ở mức chấp nhận được, mang tính thời gianthực (realtime) Data yêu cầu độ bảo mật và chính xác cao MPLS giúp khai thác tàinguyên mạng đạt hiệu quả cao Đó cũng là thế mạnh của MPLS

- Điểm vượt trội của MPLS so với mô hình IP over ATM: Khi hợp nhất

với chuyển mạch ATM, chuyển mạch nhãn tận dụng những thuận lợi của các tế bàoATM - chiều dài thích hợp và chuyển với tốc độ cao Trong mạng đa dịch vụchuyển mạch nhãn cho phép chuyển mạch BPX/MGX nhằm cung cấp dịch vụATM, Frame, Replay và IP Internet trên một mặt phẳng đơn trong một đường đi tốc

độ cao Các mặt phẳng (Platform) công cộng hỗ trợ các dịch vụ này để tiết kiệm chiphí và đơn giản hóa hoạt động cho nhà cung cấp đa dịch vụ ISP sử dụng chuyểnmạch ATM trong mạng lõi, chuyển mạch nhãn giúp các các dòng Cisco, BPX8600,

MGX8800 ( xem: Quanlity of Service (QoS) http://www.cisco.com Web Technology Document), Router chuyển mạch đa dịch vụ 8540 và các chuyển mạch

Cisco ATM giúp quản lí mạng hiệu quả hơn Chuyển mạch nhãn tránh những rắcrối gây ra do có nhiều router ngang hàng và hỗ trợ cấu trúc phân cấp (hierarchicalstructure) trong một mạng của ISP

- Sự tích hợp: MPLS xác nhập tính năng của IP và ATM chứ không xếp

chồng lớp IP trên ATM MPLS giúp cho cơ sở hạ tầng ATM thấy được định tuyến

IP và loại bỏ các yêu cầu ánh xạ giữa các đặc tính IP và ATM

- Độ tin cậy cao hơn: Với cơ sở hạ tầng ATM, MPLS có thể kết hợp hiệu

quả với nhiều giao thức định tuyến IP over ATM thiết lập một mạng lưới (mesh)dịch vụ công cộng giữ các router xung quanh một đám mây ATM

- Hỗ trợ hiệu quả cho Mulicast và RSVP: Khác với MPLS, xếp lớp IP

trên ATM nảy sinh nhiều bất lợi, đặc biệt trong việc hỗ trợ các dịch vụ IP như IPmuticast và RSVP ( Resource Reservation Protocol - RSVP) MPLS hỗ trợ các dịch

vụ này, kế thừa thời gian và công việc theo các chuẩn và khuyến khích tạo nên ánh

xạ xấp xỉ của các đặc trưng IP&ATM

- Sự đo lường và quản lí VPN: MPLS có thể tính được các dịch vụ IP

VPN và rất dễ quản lí các dịch vụ VPN quan trọng để cung cấp các mạng IP riêngtrong cơ sở hạ tầng của nó Khi một ISP cung cấp dịch vụ VPN hỗ trợ nhiều VPNriêng trên một cơ sở hạ tầng đơn.Với một đường trục MPLS, thông tin VPN chỉđược xử lí tại một điểm ra vào Các gói mang nhãn MPLS đi qua một đường trục vàđến điểm ra đúng của nó Kết hợp MPLS với MP-BGP (Mutiprotocol BroderGateway Protocol) tạo ra các dịch vụ VNP dựa trên nền MPLS (MPLS-based VNP)

dễ quản lí hơn với sự điều hành chuyển tiếp, mở rộng thêm các thành viên VPN

- Giảm tải trên mạng lõi: Các dịch vụ VPN hướng dẫn cách MPLS hỗ

trợ mọi thông tin định tuyến để phân cấp Hơn nữa, có thể tách rời các định tuyếnInternet khỏi lõi mạng cung cấp dịch vụ Giống như dữ liệu VPN, MPSL chỉ chophép truy suất bảng định tuyến Internet tại điểm ra vào của mạng Với MPSL, kĩthuật lưu lượng truyền ở biên của AS được gắn nhãn để liên kết với điểm tươngứng Sự tách rời của định tuyến nội khỏi định tuyến Internet đầy đủ cũng giúp hạnchế lỗi, ổn định và tăng tính bảo mật

1.2 MPLS VÀ CÁC THÀNH PHẦN

1.2.1 Kiến trúc MPLS

Hình 1.1: Kiến trúc MPLS-VPN.

Hình 1.2: Cấu trúc VRF

Các thành phần cơ bản của MPLS gồm có:

- Mạng khách hàng ( Customer Network): thường là miền điều khiển của

khách hàng gồm cá thiết bị hoặc router trải rộng trên nhiều site của cùng một khách hang là các router CE

- Mạng nhà cung cấp ( Provider Network): Miền thuộc phần điều khiển

của nhà cung cấp gồm các router biên (edge) và lõi (core) để kết nối các site trongcùng một hạ tầng mạng là các router PE

- Các thành phần định tuyến VRF (VRF-Virtual Routing and Forwarding Table): Hình sau cho thấy chức năng của VRF trên một router PE thực

hiện tách tuyến khách hàng Quan sát hình dưới, Cisco IOS hỗ trợ các giao thứcđịnh tuyến khác nhau như những tiến trình định tuyến riêng biệt (OSPF, EIGRP…)trên router Tuy nhiên, một số giao thức như RIP và BGP, IOS chỉ hỗ trợ mộtinstance của giao thức định tuyến Hiện tại Cisco IOS hỗ trợ RIPv2, EIGRP, BGPv4(nhiều instance), và OSPFv2 (nhiều tiến trình) được dùng cho VRF để trao đổithông tin định tuyến giữa CE và PE

1.2.2 LSRs và LERs

Thiết bị trong giao thức MPLS có thể được phân loại thành LERs vàLSRs Một LSR là một thiết bị định tuyến tốc độ cao trong lõi của mạng MPLStham gia vào quá trình thiết lập LSP sử dụng giao thức thích hợp và chuyển mạchtốc cao luồng dữ liệu dựa trên con đường đã được thiết lập

Một LER là một thiết bị hoạt động ở biên của mạng truy cập và mạngMPLS LER hỗ trợ nhiều cổng (port) nối tới các mạng không tương đồng (nhưATM, Fram Relay, Ethenet) và chuyển những luồng lưu lượng này tới mạng MPLSsau khi thiết lập các LSP, sử dụng giao thức báo hiệu nhãn ở đầu vào và phân phốilưu lượng trở lại mạng truy cập ở đầu ra LER đóng vai trò rất quan trọng trong việcgán và bỏ nhãn khi các luồng lưu lượng vào và tồn tại trong mạng MPLS

Hình 1.3 : Vị trí của LSR và LER trong mạng MPLS.

1.2.3 Lớp chuyển tiếp tương đương FEC

FEC là biểu diễn một nhóm các gói chia sẻ những yêu cầu như nhau vềviệc truyền tải Tất cả các gói trong một nhóm được đối xử như nhau trên tuyến chotới đích Ngược lại so với chuyển tiếp của gói IP, trong MPLS việc gán một nhãnnhất định cho một FEC nhất định chỉ được thực hiện một lần, khi gói vào mạng.Các FEC dựa trên yêu cầu dịch vụ đối với một tập các gói cho sẵn Mỗi LSR xâydựng một bảng để xác định một gói được chuyển tiếp như thế nào Bảng này gọi làbảng cơ sở dữ liệu của nhãn (LIB), gồm các ràng buộc FEC-tới-nhãn

1.2.4 Nhãn

Một nhãn, dạng đơn giản nhất, phân biệt con đường một gói sẽ đi Nhãnđược mang hoặc đóng gói ở tiêu đề lớp 2 của gói Bộ định tuyến nhận được sẽ kiểmtra nội dung nhãn của gói để xác định chặng kế tiếp Khi một gói được gán nhãn,cuộc hành trình của gói qua mạng đường trục sẽ dựa trên chuyển mạch nhãn Giá trịcủa nhãn chỉ có giá trị địa phương, nghĩa là chỉ gắn liền với chặng giữa các LSR.Khi một gói được xếp vào một FEC đã có hay mới, thì nhãn sẽ được gán cho gói.Giá trị nhãn được lấy từ lớp liên kết dữ liệu Với lớp liên kế dữ liệu ( như FrameRelay hay ATM), định danh lớp 2, như DLCI trong trường hợp mạng Frame Relayhay VPIs/VCIs trong trường hợp mạng ATM có thể được sử dụng trực tiếp nhưnhãn Các gói được chuyển dựa trên giá trị nhãn

Hình 1.4: Mô hình Giao thức phân bổ nhãn

Nhãn được ràng buộc tới một FEC theo một vài sự kiện hoặc một vài cáchthức chỉ ra sự cần thiết đối với sự ràng buộc Những sự kiện có thể là ràng buộcdata- driven hay ràng buộc control-driven

Gán nhãn có thể được quyết định dựa trên tiêu chuẩn chuyển tiếp như:

- Định tuyến đơn hướng

- Công nghệ điều khiển lưu lượng (TE)

- Multicast

- Chất lượng dịch vụ (QoS- Quality of Service)

Định dạng thông thường của nhãn được cho như Hình 3 Nhãn có thểđược nhúng trong tiêu đề của lớp liên kết dữ liệu ( ATM VCI/VPI như hình 6 vàFrame Relay DLCI như hình 7) hoặc được chèn vào ( giữa tiêu đề lớp 2 và tiêu đềlớp 3 như trong hình 8)

Hình 1.5: Định dạng chung của nhãn.

Hình 1.6: ATM với lớp liên kết dữ liệu.

Hình 1.7 : Frame Relay với lớp liên kết dữ liệu.

Hình 1.8 : Nhãn được chèn vào giữa lớp 2 & lớp 3.

->Tạo nhãn :

Có một vài phương pháp để tạo nhãn

- Phương pháp dựa trên giao thức (topology – base method) sử dụng quátrình của giao thức định tuyến ( như OSPF & BGP )

- Phương pháp dựa trên yêu cầu ( Request – base method ) sử dụng quátrình yêu cầu dụa trên điều khiển chèn

- Phương pháp dựa trên lưu lượng ( traffic – base method ) sử dụng mộtgói để kích hoạt sự gán & phản hồi nhãn

Phương pháp dựa trên giao thức và dựa trên yêu cầu là ví dụ của rằngbuộc nhãn Control – Driven, trong khi phương pháp dựa trên lưu lượng là ví dụ của

sự rằng buộc của Data – Driven

->Phân phối nhãn:

Kiến trúc MPLS không giao chỉ tiêu cho một phương pháp báo hiệu nào

mà dựa vào việc phân bổ nhãn Các giao thức định tuyến đang tồn tại như LDP,BGP đã được nâng cao để có thể “ cõng “ thông tin nhãn trong nội dung của giaothức RSVP cũng đã được mở rộng để hỗ trợ chuyển giao IETF đã định nghĩa mộtgiao thức mới được gọi là giao thức phân bổ nhãn LDP để thực hiên báo hiệu vàquản lý không gian nhãn Nó được mở rộng dựa trên các yêu cầu của QoS và CoS

Sự mở rộng này tạo ra giao thức CR-LDP MPLS dùng các phương thức phân phốinhãn như sau:

+ Yêu cầu xuôi dòng (Downstream on demand)

+ Tự nguyện xuôi dòng (Unsolicited downstream)

->Không gian nhãn:

Cisco Express Forwarding (CEF) là nền tảng cho MPLS và hoạt động trêncác router của Cisco Do đó, CEF là điều kiện tiên quyết trong thực thi MPLS trênmọi thiết bị của Cisco ngoại trừ các ATM Switch chỉ hỗ trợ chức năng của mặtphẳng chuyển tiếp dữ liệu CEF là một cơ chế chuyển mạch thuộc sở hữu của Cisconhằm làm tăng tính đơn giản và khả năng chuyển tiếp gói IP CEF tránh việc viết lạioverhead của cache trong môi trường lõi IP bằng cách sử dụng một cơ sở thông tinchuyển tiếp (FIB – Forwarding Information Base) để quyết định chuyển mạch Nóphản ánh toàn bộ nội dung của bảng định tuyến IP (IP routing table), ánh xạ 1-1giữa FIB và bảng định tuyến Khi router sử dụng CEF, nó duy trì tối thiểu 1 FIB,chứa một ánh xạ các mạng đích trong bảng định tuyến với các trạm kế tiếp (next-hop adjacencies) tương ứng FIB ở trong mặt phẳng dữ liệu, nơi router thực hiện cơchế chuyển tiếp và xử lý các gói tin Trên router còn duy trì hai cấu trúc khác là cơ

sở thông tin nhãn (LIB – Label Information Base) và cơ sở thông tin chuyển tiếpnhãn (LFIB – Label Forwarding Information Base) Nhãn được sử dụng LSR choràng buộc FEC có thể được phân chia như sau:

+ Per platform : Giá trị nhãn là độc nhất qua toàn bộ LSR Nhãn đượcphân cấp phát từ một quỹ chung Không có hai nhãn trên hai giao diện khác nhau cócùng giá trị

+ Per interface : Phạm vi của nhãn kết hợp với giao diện Những quỹ nhãnđược định nghĩa cho mỗi giao diện, và các nhãn được cung cấp ở những giao diện

đó được cấp phát từ những quỹ tách biệt

-> Kết hợp nhãn:

Luồng đầu vào của lưu lượng từ các giao diện khác nhau có thể được kếthợp lại với nhau và thực hiện chuyển mạch dựa trên một nhãn chung nếu nó đượctruyền qua mạng tới cùng đích cuối cùng Nếu mạng truyền tải lớp dưới là mạngATM, các LSR có thể thực hiện việc kết hợp VP và VC

-> Cầm giữ nhãn:

MPLS định nghĩa cách đối xử với ràng buộc nhãn nhận được từ các LSR

mà không có chặng tiếp với một FEC đã cho Có hai mode được định nghĩa:

- Conservative : Trong mode này, ràng buộc giữa nhãn và FEC nhận được

từ các LSR mà không có chặng tiếp với một FEC đã cho sẽ bị bỏ Mode này yêucầu các LSR duy trì ít nhãn hơn Đây là mode được khuyến cáo cho ATM-LSRs

- Liberal : Trong mode này, ràng buộc giữa nhãn và FEC nhận được từcác LSR mà không có chặng tiếp với một FEC đã cho được giữ lại Mode này đòihỏi thích ứng nhanh hơn với sự thay đổi topo mạng và cho phép chuyển lưu lượngtới các LSP khác trong trường hợp thay đổi

Hình 1.9 : Quá trình báo hiệu.

-> Điều khiển nhãn:

Bộ chuyển nhãn sử dụng một thuật toán chuyển tiếp dựa vào việc hoán đổinhãn Nút MPLS lấy giá trị trong nhãn của gói vừa đến làm chỉ mục đến LFIB Khigiá trị nhãn tương ứng được tìm thấy, MPLS sẽ thay thế nhãn trong gói đó bằngnhãn ra (outgoing label) từ mục con (subentry) và gửi gói qua giao tiếp ngõ ratương ứng đến trạm kế đã được xác định Nếu nút MPLS chứa nhiều LFIB trên mỗigiao tiếp, nó sử dụng giao tiếp vật lý nơi gói đến để chọn một LFIB cụ thể phục vụchuyển tiếp gói Các thuật toán chuyển tiếp thông thường sử dụng như: Unicast,Multicast Tuy nhiên MPLS chỉ dùng một trong hai thuật toán chuyển tiếp dựa trên

sự hoán đổi nhãn (Label Swapping) MPLS định nghĩa các mode cho việc phân phốinhãn tới các LSR bên cạnh gồm:

- Độc lập (Independent) : Trong mode này, một LSR nhận một FEC nào

đó và quyết định ràng buộc một nhãn tới một FEC độc lập với với sự phân phốiràng buộc FEC mới được nhận ra khi nào tuyến mới trở nên xác định đối vớirouter

- Thứ tự (Ordered) : Trong mode này, một LSR ràng buộc một nhãn tớimột FEC nào đó khi và chỉ khi nó là router phía biên vào hay nó nhận một ràngbuộc nhãn với FEC từ LSR chặng tiếp theo Mode này được khuyến cáo dùng choATM-LSR

->Quá trình báo hiệu nhãn

+ Yêu cầu nhãn : Sử dụng quá trình này, LSR yêu cầu nhãn từ luồngxuống cạnh nó vì thế nó có thể ràng buộc tới một FEC nhất định Quá trình này cóthể được giao xuống cho một chuỗi các LSR cho tới khi tới LER biên ra

+ Ánh xạ nhãn : Để đáp ứng lại yêu cầu nhãn, luồng xuống LSR sẽ gửimột nhãn tới khởi đầu luồng lên sử dụng quá trình ánh xạ nhãn

+ Ngăn xếp nhãn Quá trình ngăn xếp nhãn cho phép hoạt động một cáchphân cấp trong miền MPLS Nó cho phép MPLS được sử dụng đồng thời cho việcđịnh tuyến ở mức nhân (ví dụ: giữa các router riêng biệt trong một ISP và ở mứcdomain-by-domain cao hơn) Mỗi mức trong ngăn xếp nhãn gắn liền với mức phâncấp nào đó Nó tạo điều kiện thuận lợi cho chế độ đường hầm trong MPLS

1.2.5 Tuyến chuyển mạch nhãn (LSPs)

Tập hợp các thiết bị MPLS biểu diễn một miền MPLS Trong miềnMPLS, một tuyến được tạo cho một gói có sẵn dựa trên một FEC LSP được thiếtlập theo chu kì để truyền dữ liệu MPLS cung cấp 2 tùy chọn cho việc thiết lập mộtLSP:

- Định tuyến chặng tiếp chặng (hop-by-hop): Mỗi LSR chọn chặng tiếp

theo một cách độc lập với một FEC đã cho Phương pháp này tương tự như phươngpháp đang được sử dụng trong mạng IP LSR sử dụng bất kì giao thức định tuyếnnào như OSPF, PNNI…

- Định tuyến hiện (Explicit Routing): Định tuyến hiện tương tự như định

tuyến nguồn LSR đầu vào sẽ quyết định các danh sách các node mà ER- LSR điqua Con đường được chọn có thể không tối ưu Dọc theo tuyến, các tài nguyên cóthể được phục vụ để đảm bảo QoS với lưu lượng dữ liệu Cách này dễ dàng điềukhiển lưu lượng qua mạng, và các dịch vụ khác có thể được cung cấp sử dụng các

luồng dựa trên các điều kiện hay phương pháp quản lý mạng LSP được thiết lập vớiFEC chỉ theo một chiều Lưu lượng trở lại phải do LSP khác.

1.2.6 Giao thức phân phối nhãn (LDP)

LDP là một giao thức mới cho việc phân phối thông tin ràng buộc nhãn tớicác LSR trong mạng MPLS Nó được sử dụng như ánh xạ FEC tới nhãn, tạo cácLSP Các phiên LDP được thiết lập giữa các LDP ngang hàng trong mạng MPLS(không nhất thiết kề nhau) Các LDP ngang hàng trao đổi các loại thông báo LDPsau :

- Discovery message: Thông báo và duy trì sự có mặt của một LSR trongmạng

- Session message: Thiết lập, duy trì, kết thúc phiên giữa các LDP nganghàng

- Advertisement message: Tạo, thay đổi, và xoá ánh xạ nhãn cho các FEC

- Notification message: Cung cấp thông tin tham khảo và thông tin báohiệu lỗi

MPLS không yêu cầu phải có giao thức phân bổ nhãn riêng, vì một vàigiao thức đinh tuyến được sử dụng trong OSPF, tuy nhiên IETF đã phát triển mộtgiao thức mới để bổ xung cho MPLS, đó được coi là giao thức phân bổ nhãn LDP.LDP cưỡng bức CR-LDP cho phép các nhà quản lý thiết lập các đường đi chuyểnmạch nhãn LSP một cách rõ ràng CR-LDP là sự mở rộng của LDP Nó hoat độngđộc lập với mọi giao thức cổng đường biên bên trong IGP khác Nó được sử dụngtrong các dòng lưu lượng nhạy cảm với trễ và mô phỏng chuyển mạch kênh

RSVP cũng có thể được sử dụng để phân phối nhãn bằng việc sử dụng cácbản tin Reservation và PATH (mở rộng), nó hỗ trợ các hoạt động rằng buộc phân bổnhãn

1.2.7 Giao thức RSVP ( giao thức dành trước tài nguyên).

Đây là giao thức chiếm trước tài nguyên RSVP, giao thức RSVP cổ điểncho phép các bộ định tuyến hoạt đọng mềm dẻo để lưu giữ lại trạng thái truyền dẫnkết nối của chúng, tất nhiên RSVP sẽ tăng khi số lượng phiên tăng dần trong mạng.

Để làm cho RSVP có thể triển khai trong phạm vi môi trường MPLS, giao thức nàycần phải tăng thêm

Như tên gọi của nó giao thức dành trước tài nguyên RSVP dùng để dànhtrước tài nguyên cho một phiên làm việc ( dòng lưu lượng) trong mạng Internet.RSVP được sử dụng để đảm bảo hiệu năng làm việc băng các tài nguyên đã đượcchiếm trước tại các node tham ra hỗ trợ truyền tải lưu lượng ( trẳng hạn như hộinghị video hay audio ) Lưu ý rằng IP không phải là giao thức hướng kết nối, nên

nó không thiết lập được tuyến truyền trước, trong khi đó RSVP lại thiết lập đượcđường đi trước điều này đảm bảo cung cấp đủ băng thông cho đường đi đó

RSVP không cung cấp các hoạt động định tuyến như IPv4 hay IPv6 mà nóhoạt động giống như các giao thức bản tin điều khiên trong Internet (ICMP) và giaothức bản tin nhóm Internet (IGMP)

Hình 1.10: Sự mở rộng cho RSVP để thiết lập một ER-LDP.

1.2.8 Giao thức MPLS-BGP ( giao thức cổng đường biên)

Giao thức này cũng được huy động để hỗ trợ việc phân bổ nhãn Trongphần này chúng ta chỉ khái quát các chức năng chính trong việc hỗ trợ phân bổ nhã

BGP được sử dụng để phân bổ một tuyến dường nào đó, hay phân bổ nhãn nào đónằm trên tuyến đó Thông tin ràng nhãn của một tuyến nào đó được mạng cung cấpvới bản tin Update BGP, bản tin này được dùng để phân bổ tuyến đường.

Phân bổ nhãn có thể được màng cùng trong thông tin Update BGP thôngqua việc mở rộng đa giao thức BGP-4 (xem RFC 2283 tài liệu Cisco) Lúc này nhãnđược mã hòa vào trong trường thuộc tính NLRI và trường SAFI Môt node BGP cóthể không sử dụng BGP để gửi nhãn tới một đối tượng mạng cấp BGP khác, trừ khiđối tượng mạng BGP đó chỉ ra rằng nó có thể xử lý bản tin Update BGP với trườngSAFI xác định (thông qua thỏa thuận trước)

1.3 HOẠT ĐỘNG CỦA MẠNG MPLS

Hình 1.11: Tạo LSP và chuyển tiếp gói tin qua miền MPLS

Phải tiến hành những bước sau đây để có thể truyền gói tin quan miềnMPLS:

- Tạo nhãn và phân phối

- Tạo bảng ở mỗi router

- Tạo LSP

- Chèn nhãn/ tìm kiếm bảng

- Chuyển tiếp gói.

Nguồn gửi dữ liệu của nó tới đích Trong miền MPLS, không phải tất cảcác nguồn lưu lượng phải nhất thiết truyền qua cùng một đường Phụ thuộc vàođặc tính lưu lượng, các LSP khác nhau có thể được tạo ra cho các gói với các yêucầu cấp độ dịch vụ khác nhau Bảng biểu diễn từng bước hoạt động của mạngMPLS xảy ra khi có gói dữ liệu

Bảng 1.1: Các bước hoạt động

Tạo nhãn và phân phối nhãn

- Trước khi bắt đầu truyền bất cứ lưu lượng nàoRouter tạo quyêt định ràng buộc nhãn với một FECnhất định cả xây dựng bảng của nó

- Trong LDP , luồng xuống Router khởi phát sựphân bố nhãn và ràng buộc FEC nhãn

- Ngoài ra các đặc tính liên quan tới lưu lượng vàkhả năng của MPLS được dàn xếp để xử dụng LDP

- Một giao thức truyển tải tin cậy và trật tự được

sử dụng để làm giao thức báo hiệu LDP sử dụngTCP

Tạo bảng

- Khi nhận được rằng buộc nhãn, mỗi một LSRStạo các đầu vào trong bảng cơ sở dữ liệu nhãn

- Nội dung của bảng sẽ xác định ánh xạ giữa nhãn

và FEC, ánh xạ giữa cổng vào và bảng nhãn đầuvào tới cổng đầu ra và bảng nhãn đầu ra

- Các lối vào được cập nhật bất cứ khi nào nhận ra

có rằng buộc nhãn xẩy ra

Tạo tuyến chuyển mạch nhãn

- Như đường đưt đoạn trong hình 11, các LSP đượctạo theo hướng ngược lại với sự tạo ra các lối vào

trong LIB.

Chèn nhãn / Tìm kiems bảng

- Router đầu tiên ( LER1 trong hình 11 ) sử dungbảng LIB để tìm chặng tiếp theo theo yêu cầu nhãnvới một FEC nhất định

- Chuỗi Router còn sử dụng nhãn để tìm chặng tiếptheo

- Khi một gói tới LSP biên lối ra ( LSR4) nhãn sẽ bị

bỏ và gói được cấp tới đích

- LER1 sẽ khởi phát các yêu cầu nhãn tới LSR1, yêucầu này sẽ được phát trên toàn bộ mạng như hình

11 LDP sẽ xác định đương dẫn ảo đảm bảo QoS vàCoS

Một bộ định tuyến trung gian LSR2 & LSR3 sẽnhận gói tin gán nhãn thay đổi nhãn và truyền đi

- Gói tin đến LER4 loại bỏ nhãn vì gói ra khỏi miềnhoạt động của MPLS và phân phát tới đích Đườngtruyền gói tin được chỉ ra trên hình 11

Bảng 1.2: ví dụ về LIB

Cổng vào Nhãn cổng vào Cổng ra Nhãn cổng ra

2 9 1 7

Xem xét ví dụ về 2 luồng gói tin vào một miền MPLS:

- Một luồng gói tin là sự trao đổi dữ liệu theo quy tắc giữa các server (ví

dụ FTP-file transfer protocol)

- Một luồng gói tin khác là luồng video chất lượng cao yêu cầu các kỹthuật lưu lượng QoS

- Các luồng gói tin này được phân ra thành 2 FEC riêng biệt tại LSR lốivào

- Các nhãn tương ứng được kết hợp với luồng gói tin lần lượt là 3 và 9một cách tương ứng

- Các cổng vào tại LSR là 1 và 2

- Giao diện lối ra cùng đáp ứng lần lượt là 3 và 1

- Ánh xạ nhãn được thực hiện, các nhãn trước đó lần lượt được trao đổicho 6 và 7

1.4 ĐƯỞNG HẦM TRONG MPLS

Đặc tính duy nhất của MPLS là có thể điều khiển toàn bộ đường truyềngói tin mà không cần xác định cụ thể các bộ định tuyến trung gian Điều đó đượctạo ra bởi các đường hầm thông qua các bộ định tuyến Khái niệm này được sửdụng trong VPN dựa trên MPLS Khảo sát hình 12 Các LER (LER1, LER2, LER3

và LER4) tất cả sử dụng BGP và tạo LSP giữa chúng (LSP1) LER1 thông báo bướctiếp theo là LER2 khi nó đang truyền dữ liệu nguồn phải đi qua hai phần của mạng.Cũng vậy, LER2 thông báo bước tiếp theo là LER3, v.v… Các LER này sẽ sử dụnggiao thức BGP để nhận và lưu trữ nhãn từ LER egress (LER4 trong dự đoán đích)theo toàn bộ đường đi tới LER lối vào (LER1) Tuy nhiên, để LER1 gửi dữ liệu đến

LER2 nó phải đi qua một vài LSR (trong trường hợp này là ba) Do vậy, một LSPriêng được tạo ra giữa hai LER (LER1 và LER2) qua LSR1, LSR2 và LSR3 Điềunày thể hiện đường hầm giữa hai LER Nhãn trong đường này khác nhãn các LERtạo cho đường truyền LSP1 Điều đó đúng cho cả LER3 và LER4 cũng như cácLSR giữa chúng Trong phần này có đường truyền LSP3 Để có cấu trúc này, khigói tin truyền qua hai phần mạng, các khái niệm ngăn xếp nhãn được sử dụng Khitruyền qua LSP1, LSP2 và LSP3, gói tin sẽ mang hai nhãn hoàn chỉnh cùng lúc là:

(1) phần đầu tiên - nhãn cho LSP1 và LSP2

(2) phần thứ hai - nhãn cho LSP1 và LSP3

Khi các LER3 nhận các gói tin tồn tại trong mạng đầu tiên, các gói tin sẽloại bỏ nhãn của LSP2 và thay bằng nhãn LSP3 trong khi quá trình trao đổi nhãnLSP1 bên trong gói tin với nhãn của đường đi tiếp theo LER4 sẽ loại bỏ cả hainhãn trước khi gửi gói tin đến đích

Hình 1.12: Đường hầm trong MPLS.

1.5 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG GIAO THỨC MPLS

Trong kiến trúc mạng MPLS VPN, các router biên mang thông tin địnhtuyến khách hàng, cung cấp định tuyến tối ưu cho lưu lượng giữa các site của kháchhàng Mô hình MPLS-based VPN cũng giúp cho khách hàng sử dụng không gianđịa chỉ trùng lắp không giống như mô hình peer-to-peer truyền thống trong việcđịnh tuyến lưu lượng khách hàng yêu cầu nhà cung cấp phải gán địa chỉ IP riêngcho mỗi khách hàng (hoặc khách hàng phải thực hiên NAT) để tránh trùng lắpkhông gian địa chỉ MPLS VPN là một dạng thực thi đầy đủ của mô hình peer-to-peer; MPLS VPN backbone và các site khách hàng trao đổi thông tin định tuyến lớp

3, và dữ liệu được chuyển tiếp giữa các site khách hàng sử dụng MPLS-enable SP

IP backbone Miền (domain) MPLS VPN, giống như VPN truyền thống, gồm mạngcủa khách hàng và mạng của nhà cung cấp Mô hình MPLS VPN giống với mô hình

router PE dành riêng (dedicated PE router model) trong các dạng thực thi VPN

ngang cấp peer-to-peer VPN Tuy nhiên, thay vì triển khai các router PE khác nhaucho từng khách hàng, lưu lượng khách hàng được tách riêng trên cùng router PEnhằm cung cấp khả năng kết nối vào mạng của nhà cung cấp cho nhiều khách hàng.Các thành phần của một MPLS VPN được trình bày trong hình 13 Thành phầnMPLS lõi có thể chia thành các phần sau:

- Giao thức định tuyến lớp mạng (IP)

- Biên chuyển tiếp lớp mạng

- Chuyển mạch dựa trên nhãn mạng lõi

- Độ chi tiết và lược đồ nhãn

- Giao thức báo hiệu cho phân phối nhãn

- Điều khiển lưu lượng

- Khả năng tương thích với các loại chuyển tiếp lớp 2 khác nhau (ATM,Frame Relay, PPP)

Hình 1.13 miêu tả các giao thức sử dụng trong hoạt động MPLS Phươngthức định tuyến có thể là bất kỳ một trong các giao thức phổ biến phụ thuộc vào môitrường hoạt động, các giao thức định tuyến có thể là: OSPF, BGP, hay PNNI củaATM, v.v… Module LDP tận dụng giao thức điều khiển truyền tin (TCP) để đảmbảo quá trình truyền dữ liệu điều khiển từ một LSR đến LSR khác trong suốt mộtphiên LDP cũng duy trì LIB LDP sử dụng giao thức UDP trong suốt giai đoạn vậnhành tìm kiếm của nó MPLS Fwd là phương thức chuyển tiếp để kết nối một nhãnvới một cổng lối ra cho các gói tin Các lớp với miêu tả trong hình hộp với đườngnét đứt có thể thực hiện bằng phần cứng tạo nên hoạt động nhanh và hiệu quả.

Hình 1.13 : Hệ thống giao thức MPLS.

1.6 CÁC ỨNG DỤNG CỦA MPLS

MPLS quan tâm một cách có hiệu quản các đòi hỏi của mạng đường trục,ngày nay bằng cách cung cấp giải pháp chuẩn cơ sở thực hiện những mục đích sau:

- > Cải thiện chức năng chuyển tiếp gói trong mạng

- PLS tăng cường và đơn giản hoá chuyển tiếp gói qua router sử dụng môhình chuyển mạch lớp 2

- MPLS đơn giản, cho phép triển khai một cách dễ dàng

- MPLS tăng cường chức năng mạng bởi vì nó cho phép việc định tuyếnbởi chuyển mạch ở tốc độ đường dây.

-> Hỗ trợ QoS và CoS với các dịch vụ khác nhau:

- MPLS sử dụng thiết lập tuyến có điều khiển lưu lượng và giúp đạt đượccác mức dịch vụ đảm bảo

- MPLS kết hợp thiết lập tuyến ràng buộc và lập tuyến hiện

- > Hỗ trợ sự linh hoạt của mạng

- MPLS có thể được sử dụng để tránh vấn đề chồng phủ N2 kết hợp vớimạng lưới IP-ATM

- Tích hợp IP và ATM vào mạng

- MPLS cung cấp cầu nối giữa mạng truy cập IP và lõi ATM

- MPLS có thể sử dụng lại các chuyển mạch cứng router có sẵn củaATM, kết hợp một cách có hiệu quả hai mạng riêng biệt

- Xây dựng khả năng vận hành liên mạng

- MPLS là một giải pháp chuẩn mà có thể đạt được sự hợp lực giữa mạng

Cùng với sự phát triển của đất nước, những năm gần đây các ngành kinh

tế quốc dân đều phát triển mạnh mẽ, và ngành công nghiệp viễn thông cũng không

là ngoại lệ Số người sử dụng các dịch vụ mạng tăng đáng kế, theo dự đoán con sốnày đang tăng theo hàm mũ.

Ngày càng có nhiều các dịch vụ mới và chất lượng dịch vụ cũng được yêucầu cao hơn Đứng trước tình hình này, các vấn đề về mạng bắt đầu bộc lộ, các nhàcung cấp mạng và các nhà cung cấp dịch vụ cũng đã có nhiều nỗ lực để nâng cấpcũng như xây dựng hạ tầng mạng mới Nhiều công nghệ mạng và công nghệ chuyểnmạch đã được phát triển, trong số đó chúng ta phải kể đến công nghệ chuyển mạchnhãn đa giao thức (MPLS)

MPLS là thuật ngữ viết tắt cho Multi-Protocol Label Switching (chuyển

mạch nhãn đa giao thức) Nguyên tắc cơ bản của MPLS là thay đổi các thiết bị lớp 2

trong mạng như các thiết bị chuyển mạch ATM thành các LSR (Label-Switching

Router-Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn) LSR có thể được xem như một sự kết

hợp giữa hệ thống chuyển mạch ATM với các bộ định tuyến truyền thống Trên đường truyền dữ liệu, LSR đầu được gọi là Ingress LSR LSR cuốicùng được gọi là Egress LSR còn lại các LSR trung gian gọi là các Core LSR.Trong một mạng MPLS mỗi gói dữ liệu sẽ chứa một nhãn (label) dài 20 bit nằmtrong tiêu đề MPLS (MPLS header) dài 32 bit

Hình 1.14: Mô hình mạng MPLS với các LSP kết nối.

MPLS dùng trong VPN: Cấu hình một mạng riêng ảo dựa trên MPLS có

thể triển khai trên lớp 3 hoặc lớp 2 như sau:

VPN/ MPLS lớp 3: Thường được xây dựng dựa trên tiêu chuẩn IETF

RFC 2547bis Lớp này của VPN chuyển tải lưu lượng qua mạng thông qua sử dụngđường hầm MPLS và giao thức báo hiệu MP-BGP (Multiprotocol Border GatewayProtocol) như minh họa trong hình 15

Hình 1.15: Mô hình VPN lớp 3.

Lý do công nghệp MPLS được đón chào là nhờ vào nhữ ưu việt sau:

+ Tải tin cho các mạng số liệu, Internet và thoại quốc gia Lưu lượng thoại

được chuyển dần sang mạng trục MPLS quốc gia

+ Cung cấp dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao tại một số địa phươngtrọng điểm trên toàn quốc

+ Cung cấp dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao cho các doanh nghiệp, tổchức như Ngân hàng, các hãng thông tấn báo chí

+ Cung cấp dịch vụ mạng riêng ảo VPN cho các công ty xuyên quốc gia

và các doanh nghiệp, tổ chức lớn

+ Cung cấp dịch vụ Video

Đối với các doanh nghiệp, tổ chức, loại hình mạng riêng ảo trên mạngdiện rộng đang là nhu cầu bức thiết nhất và thể hiện lợi ích rõ ràng với hoạt độngcủa các đối tượng này Mạng MPLS có khả năng hỗ trợ hàng nghìn mạng riêng ảo

chỉ trên một hạ tầng vật lý duy nhất nhờ đặc điểm phân chia nhiệm vụ đã giảm bớtyêu cầu kết nối ngang hàng hoàn toàn đầu- cuối qua mạng

1.7.2 Một số nguyên tắc khi triển khai NGN.

Muốn chiển khai mô hình mạng NGN sử dụng công nghệ MPLS thi chúng

ta phải sác định được mạng cung cấp những loại hình dịch vụ và các thuộc tính SLAcủa nó, từ đó xác định phạm vi thực hiện, công nghệ, các giao thức cần triển khaicũng như cấu trúc tô-pô mạng, cơ chế truyền dẫn dùng để kết nối các thực thể trênmạng

- Xác định kiến trúc mạng: là thiết lập kiến trúc mạng dựa trên cơ sở

phân lớp mạng theo vai trò và chức năng thực hiện, từ đó xác định phạm vi thựchiện của các phần tử nút mạng trên mạng cũng như mối quan hệ giữa các phần tửnày

+ Xác định vị trí, vai trò của các thực thể nút mạng: Về mặt nguyên tắc,

việc xác định vị trí, vai trò của các thực thể nút mạng tùy thuộc vào mục tiêu xâydựng mạng ban đầu (qui mô mạng, dung lượng, khả năng cung cấp dịch vụ…) 4lớp mạng này bao gồm: lớp thiết bị truy nhập khách hàng (CPE), lớp tích hợp vật

lý, lớp các phần tử dịch vụ và lớp lõi (theo mô hình đề xuất bởi Cisco [8] – hình16)

Hình 1.16 : Mô hình kiến trúc mạng theo phân lớp do Cisco đề xuất.

+ Lớp mạng truy nhập khách hàng: Đây là lớp mạng cuối cùng được

quản lý bởi nhà khai thác mạng Lớp mạng này cần cung cấp chức năng bảo mậttruy nhập, chức năng kiểm tra tuân thủ SLA cho một vài lớp dịch vụ

+ Lớp tích hợp: Đảm bảo thực hiện chức năng thu gom lưu lượng một

cách hiệu quả từ các thiết truy nhập thuộc lớp mạng truy nhập khách hàng vàchuyển chúng đến các thiết bị thuộc lớp dịch vụ

+ Lớp phần tử dịch vụ: Thực hiện chức năng điều khiển/ kiến tạo các

dịch vụ một cách mềm dẻo và tinh tế, chẳng hạn như dịch vụ phân bổ nội dung,dịch vụ bảo mật

+ Lớp lõi MAN: Đảm bảo chức năng truyền tải lưu lượng một cách hiệu

quả giữa các thực thể thuộc lớp dịch vụ Thực thể thuộc lớp mạng lõi cần có ápdụng các kỹ thuật xử lý chuyển gói nhanh và tin cậy, song song với việc áp dụngcác kỹ thuật điều khiển lưu lượng tinh tế, kỹ thuật quản lý tắc nghẽn linh hoạt + Lớp quản lý mạng: Cơ cấu thực hiện được gắn với tất cả các lớp tương

ứng với vai trò, chức năng của từng phân lớp Lớp quản lý thực hiện chức năng theo

dõi kiểm soát và quản lý tình trạng hoạt động, tình trạng cung cấp dịch vụ củamạng

- Xác định cấu trúc tô-pô mạng: Là công việc nhằm thực hiện phương

thức kết nối giữa các phân lớp mạng với nhau thông qua các phần tử nút mạng đạidiện, phương thức kết nối giữa các phần tử nút mạng trong cùng một phân lớp Xácđịnh cấu trúc tô-pô mạng đóng vai trò quan trọng quyết định tới tính cân đối cũngnhư giá thành xây dựng mạng Trong đó, vai trò của hệ thống truyền dẫn quang, cáctuyến cáp quang đóng vai trò hình thành nên cấu trúc tô-pô mạng Nếu như cấu trúctruyền dẫn quang được tổ chức tốt và phù hợp với cấu trúc lô-gíc phân lớp mạngMAN thì việc xây dựng mạng sẽ trở nên dễ dàng hơn và đảm bảo được các yêu cầu

về xây dựng mạng theo một mô hình chuẩn Bao gồm:

+ Cấu trúc vòng (ring): Cấu trúc ring tiết kiệm rất nhiều tài nguyên về

cáp quang so với cấu trúc hub-and-spoke (trong những trường hợp cụ thể số lượng

có thể lên tới hàng km cáp quang)

+ Cấu trúc lưới- mesh (hub-and-spoke) phù hợp cho áp dụng chức năngđịnh tuyến lớp 2 và lớp 3; trong khi đó cấu trúc ring lại áp dụng tối ưu cho việc triểnkhai công nghệ RPR và SDH

Cần phải nhấn mạnh một điều nữa là các cấu trúc tô-pô khác nhau cungcấp những khả năng khác nhau xét về chức năng thực hiện định tuyến lưu lượngtrên mạng Triển khai cấu trúc tô-pô hợp lý phù hợp với mô hình kiến trúc phân lớp

và thực trạng hệ thống truyền dẫn quang cho phép nhà khai thác tối ưu truyền tảilưu lượng trên mạng của mình

Trên đầy là các bước triển khai mạng NGN của VPN áp dụng vào thựctiến cuả phân lớp mạng MAN

1.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Trong chương 1, đã trình bày những vấn đề cơ bản của chuyển mạch nhãn

đa giao thức MPLS với các vấn đề được đề cập tới như : các thuật ngữ, các thành

phần, các giao thức sử dụng trong mạng MPLS cũng như nguyên tắc hoạt động củamạng Thông qua chương này chúng ta cũng hiểu khái quát về kỹ thuật lưu lượngtrong mạng sử dung công nghệ MPLS, các thế mạnh của các thành phần có trongMPLS so với các công nghệ khác như IP, ATM, FR tạo tiền đề ứng dụng cho mạngthế hệ sau NGN.

Vậy chúng ta cũng hiểu được quá trình hoạt động của mạng MPLS và vaitrò của nó đối với nhà quản trị mạng ở khía cạnh quản lý chính sách để quyết định

Chất lượng dịch vụ (QoS - Quality of Service) liên quan tới khả năng

cung cấp các dịch vụ tốt hơn của một mạng đối với một lưu lượng mạng đã chọnvới những công nghệ khác nhau bao gồm: Frame Relay, ATM, Ethernet và cácmạng 802.1, SONET, IP Mục đích chính của QoS là cung cấp thứ tự ưu tiên baogồm cấp băng thông, điều khiển rung pha và trễ (cần thiết đối với các ứng dụngthời gian thực và lưu lượng tương tác), cải thiện sự mất mát Một điều quan trọngnữa là cung cấp sự ưu tiên cho một hay nhiều luồng mà không làm cho các luồng

khác bị lỗi Công nghệ MPLS cung cấp những khối cơ sở xây dựng sẵn có thể dùngtrong các ứng dụng thương mại trong tương lai trong các mạng WAN và đối với cácnhà cung cấp dịch vụ mạng

Động Lực QoS- Quality of Service: Lúc khởi đầu, mạng IP không có bất

cứ quá trình nào thực hiện QoS Internet dựa trên TCP/IP không được hoạch địnhcho việc cung cấp thoại hay các dịch vụ khác mà đòi hỏi rất chặt chẽ về băng thông,trễ và rung pha TCP được định nghĩa với FTP, SMTP, TELNET và các kiểu truyền

dữ liệu khác Nó đặc trưng bởi cửa sổ trượt với kích cỡ thay đổi, khởi phát chậm,tránh tắc nghẽn bằng cách giảm nửa mọi mất mát, điều chỉnh khoảng thời gian thoát(timeout) cho việc nhận được xác nhận Quá trình cơ bản liên quan tới giải quyết tắcnghẽn, ví dụ khi tải lưu lượng lớn hơn băng thông cho phép, là loại bỏ gói Trong

“môi trường chất lượng dịch vụ”, nhà cung cấp dịch vụ thêm băng thông để giảmmức tắc nghẽn khi lượng lưu lượng trên Internet tăng lên Kết quả kéo theo là vốncủa nhà cung cấp dịch vụ cấp sẽ bị chi cho dung lượng lưu l ượng, mà điều nàykhông cần thiết liên quan tới thu nhập từ dịch vụ, dẫn tới khó khăn trong kinhdoanh Hơn nữa các nhà cung cấp dịch vụ sau này tập trung chuyển sang triển khaiquản lý lưu lượng và các quá trình sử lý QoS Có một vài lý do cho việc đó

- Thứ nhất: Với sự gia tăng dung lượng lưu lượng trong mạng của họ, cácnhà cung cấp nhận ra rằng rất khó giảm bớt tắc nghẽn chỉ với băng thông

- Thứ hai: Nút cổ chai vẫn thỉnh thoảng xảy ra khi truy cập, trong khivượt quá dự trữ là không kinh tế

- Thứ ba: Sự suy sụp trong nền kinh tế hiện nay trong ngành công nghiệpmạng đã dẫn tới các công ty phải cắt giảm vốn mới cần thiết cho yêu cầu thêmbăng thông, và thay vào đó là việc tập trung vào việc nâng cao chức năng mạng trên

cơ sở vật chất có sẵn hiện tại

- Thứ tư: Rất quan trọng đó là việc đưa ra mô hình kinh doanh trên cơ sởtiếp cận các dịch cụ bổ sung và nâng cao Mạng hội tụ có thể cung cấp thoại, dữliệu, và các dịch vụ video được hi vọng là dễ dàng vận hành và quản lý hơn các

mạng song song đang tồn t ại, mà ảnh hưởng đáng kể tới chi phí vận hành Nhưng

để có thể thực hiện hội nghị từ xa dựa trên chuyển mạch gói và các dịch vụMultimedia với đối tượng doanh nghiệp, mạng hội tụ phải cung cấp chất lượnghoàn hảo và hỗ trợ đầy đủ các cấp độ dịch vụ chặt chẽ

2.2 CÁC ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN

2.2.1 QoS là gì?

Trước khi thảo luận về QoS (Quality of Service) và liên hệ của nó tới

MPLS, chúng ta nên xem lại một vài định nghĩa chính và các khái niệm liên quan.Trong khi không có một định nghĩa chính thức của QoS thì những định nghĩa sauđược xem là có hiệu lực trong phạm vi đề tài này

Một cách cơ bản nhất, QoS cho phép bạn cải thiện chất lượng dịch vụ tốthơn đối với các luồng nhất định Điều này được thực hiện bằng cách tăng mức ưutiên đối với một luồng và giảm mức ưu tiên của luồng khác Khi sử dụng các công

cụ quản lý nghẽn mạch, bạn cố tăng mức ưu tiên của một luồng bằng hang đợi vàđảm bảo hàng đợi theo các cách khác nhau Công cụ quản lý hàng đợi được sử dụng

để tránh tắc nghẽn tăng mức ưu tiên bằng cách bỏ các luồng ưu tiên thấp trước cácluồng ưu tiên cao Kiểm soát (policing) và hoạch định (shaping) cung cấp mức ưutiên đối với một luồng bằng cách hạn chế thông lượng (throughput) của luồng khác.Yoram Bernet đã phân biệt giữa định nghĩa QoS thụ động và chủ động Định nghĩathụ động miêu tả chất lượng dịch vụ như là lưu lượng chuyển tải qua mạng Trongkhi định nghĩa chủ động liên quan tới quá trình điều khiển chất lượng dịch vụ thuđược bởi lưu lượng chuyển qua mạng Định nghĩa chủ động của Bernet về chấtlượng dịch vụ mạng là “ Khả năng điều khiển các quá trình xử lý lưu lượng trongmạng để mạng có thể gặp được đòi hỏi dịch vụ của ứng dụng nào đó và các chínhsách mà người dung đưa ra đối với mạng”

Trong TE-QoS được định nghĩa là “một tập hợp các yêu cầu gặp phải bởimạng khi truyền dẫn một kết nối hay một luồng, hay tập hợp các ảnh hưởng củachức năng dịch vụ mà xác định mức độ thoả mãn của người dùng dịch vụ” Định

nghĩa này là “thụ động” theo phân biêt của Bernet, nhưng định nghĩa sau của quản

lý tài nguyên QoS là “chủ động” : “chức năng mạng mà bao gồm phân biệt cấp độdịch vụ, rút ra bảng định tuyến, quản lý kết nối, cấp phát băng thông, bảo vệ băngthông, dành sẵn băng thông, định tuyến ưu tiên, hang đợi ưu tiên”

Tóm lại, ta sẽ nói về chất lượng dịch vụ QoS như là sự yêu cầu dịch vụcủa rất nhiều các ứng dụng, và về các quá trình QoS, các chức năng quản lý tàinguyên QoS như quá trình điều khiển mạng mà cho phép một mạng thoả mãn chấtlượng QoS Yêu cầu dịch vụ của các ứng dụng khác nhau có thể biểu diễn bằng mộttập các tham số bao gồm băng thông, trễ, rung pha, mất mát gói, quyền ưu tiên vàmột vài thứ khác Ví dụ thoại và các ứng dụng Multimedia rất nhạy cảm với trễ vàrung pha, trong khi các ứng dụng truyền dữ liệu có thể đòi hỏi mất mát gói rất thấp.Chúng ta sẽ xem các tham số đ ó là các biến QoS

2.2.2 Một số khái niệm cơ bản của QoS

->Trễ:

Trễ gói là tất cả các kết quả gói chuyển thành công và gói lỗi trên mộtphần cơ bản hoặc trên tưng NSE một PTD là thời gian, (t2 - t1) giữa sự xuất hiệncủa hai sự kiện tham chiếu tương ứng với gói tin, sự kiện xâm nhập vào thời gian t1PRE1 và thỏa hiệp sự kiện PRE2 lúc t2, nơi (t2> t1) và (t2 - t1) ≤ Tmax Nếu gói dữliệu được phân mảnh trong NSE này t2 là thời gian của các sự kiện đích cuối cùngtương ứng Các gói dữ liệu end-to-end chuyển giao chậm trễ là sự chậm trễ mộtchiều giữa PM những lúc đối diện và các LSP như minh họa trong hình 17

Hình 2.1: Y.1561 - gói chuyển giao các sự kiện trễ (minh họa cho việc chuyển giao LSP end-to-end của một gói tin duy nhất)

- Trễ gói trung bình: Có nghĩa là sự trễ gói tin chuyển nhượng số lượng là

trung bình của sự trễ truyền gói tin cho một số người quan tâm Các biến thể trong

sự trễ truyền gói tin cũng quan trọng Tuyến ứng dụng thông tin sử dụng năng lực

về tổng phạm vi gây trễ để tránh tràn dưới và tràn bộ đệm

- Trễ xếp hàng: Thời gian cần thiết để thực hiện quyết định trong bộ định

tuyến Nó cũng là khoảng thời gian mà gói tin chiếm giữ khi đợi đến phiên dichuyển vào ngăn xếp trong bộ nhớ đệm

- Trễ chuyển tiếp: Thời gian cần thiết để tuyến vật lý truyền d ữ liệu, có

thể là khoảng thời gian chuyển tiếp giữa hai điểm (2-Point) như ví dụ sau:

Hình 2.2: 2-Point gói biến thể gây trễ.

Các gói trì hoãn chuyển tài liệu tham khảo, d1, 2, là việc chuyển gói tintuyệt đối, độ trễ có quy luật của các gói tin đầu tiên giữa hai PMs (trong ví dụ này,

độ trễ tham chiếu khác được cho phép) Giá trị tích cực của 2-Point PDV tương ứngvới độ trễ truyền gói tin lớn hơn những quy luật của các gói dữ liệu tham khảo; tiêubiểu là các giá trị của 2-Point PDV tương ứng với độ trễ chuyển gói ít hơn so vớinhững quy luật của các gói tin tham khảo Sự phân bố của PDVs 2-Point trùng với

sự phân bố của độ trễ gói chuyển dời tuyệt đối bởi một giá trị không đổi bằng d1, 2

- Trễ lan truyền và thời gian sử dụng để đặt gói tin lên mạng: Là khoảng

thời gian gói tin được thông báo cho các thành phần vật lý trong mạng nhận tín hiệubáo hiệu về thông tin được truyền qua hệ thống mạng Khoảng thời gian cần Uploadgói tin vào trong mạng còn là khoảng thời gian gói tin phải làm thủ tục đóng nhãn,tạo khung cho gói

- Trễ nối tiếp hoá: Là Thành phần có thể được quản lý với QoS là trễ xếp

hàng Gói có ưu tiên cao hơn sẽ được đưa ra để truyền trước các gói có ưu tiên thấphơn và các kĩ thuật quản lý hàng đợi như RED có thể được sử dụng

Trễ trong mạng được giữ ở mức thấp nhất vì các gói tin lưu chuyển trongmạng không phải thông qua các hoạt động như đóng gói và mã hóa Sở dĩ khôngcần chức năng mã hóa là vì MPLS-VPN tạo nên một mạng riêng Phương pháp bảomật này gần giống như bảo mật trong mạng Frame Relay Thậm chí trễ trong MPLSVPN còn thấp hơn là trong mạng MPLS-IP sử dụng chuyển mạch nhãn Việc tạomột mạng đầy đủ (full mesh) VPN là hoàn toàn đơn giản vì các MPLS-VPN không

sử dụng cơ chế tạo đường hầm

Hoạt động khai thác và bảo dưỡng cũng đơn giản hơn trong mạng VPN Hoạt động này chỉ cần thực hiện tại các thiết bị bên trong mạng Core màkhông cần phải tiếp xúc đến các CPE Một khi một site đã được cấu hình xong, takhông cần đụng chạm đến nó nữa cho dù nếu muốn thêm một site mới vào mạng vìnhững thay đổi về cấu hình lúc này chỉ cần thực hiện tại PE mà nó nối tới

MPLS >Rung pha :

Rung pha được định nghĩa như sự biến đổi trong các trễ chuyển tiếp đầucuối-đầu cuối Trong một số ứng dụng, như các ứng dụng thời gian thực không thểchấp nhận rung pha Giao thức TCP cũng thực hiện rất kém dưới tác dụng của rungpha, vì nó cố gắng điều chỉnh tốc độ truyền dẫn của nó tương ứng Các biến thểtrong thời gian đến gói được gọi là Jitter xảy ra do nghẽn mạng, thời gian trôi, hoặcthay đổi tuyến đường Vì vậy khi thay thế các kết nối vật lý TDM với một mạng IP /MPLS và hai TDMoP thiết bị, các TDMoP tiếp nhận thiết bị (nô lệ) nhận được góitin với sự chậm trễ TDMoP biến trong time After đến chế biến các gói dữ liệu, thiết

bị sẽ gửi dữ liệu đến các TDM, TDM biến theo tỷ giá liên tục của mạng TDM đểgiảm thiểu những tác động của sự biến động này

Có hai loại bộ đệm Jitter: Tĩnh và Động Các bộ đệm Jitter tĩnh là dựa trênphần cứng và được cấu hình bởi nhà sản xuất Các bộ đệm Jitter động là dựa trênphần mềm và có thể được cấu hình bởi một quản trị mạng để thích ứng với nhữngthay đổi trong sự chậm trễ của mạng và PDV

->Băng thông:

Băng thông biểu thị tốc độ tryền dữ liệu cực đại có thể đạt được giữa haiđiểm kết cuối Băng thông thường được sử dụng như là một từ đồng nghĩa với tốc

độ truyền dữ liệu, số lượng dữ liệu có thể được thực hiện từ một điểm đến kháctrong một khoảng thời gian nhất định Loại băng thông thường được biểu diễn theobit (dữ liệu) trên giây (bps) Thỉnh thoảng, nó thể hiện như byte / giây (Bps) MộtModem làm việc tại 57.600 bps hastwice băng thông của một modem làm việc tại28.800 bps Trong giao tiếp điện tử, băng thông là chiều rộng của tần số mà mộtđiện tử “tín hiệu” sử dụng trên một phương tiện truyền dẫn Trong cách sử dụngnày, băng thông được thể hiện trong điều khoản của sự khác biệt giữa các thànhphần tín hiệu cao tần và các thành phần tín hiệu tần số thấp nhất Kể từ khi “Tần số”của tín hiệu được đo bằng Hertz (số lượng các chu kỳ của sự thay đổi trong mộtgiây), một băng thông cho là sự khác biệt trong Hertz giữa các tần số cao nhất vàthấp nhất sử dụng tín hiệu tần số nó sử dụng Một tín hiệu thoại thông thường cóbăng thông (Kilohertz ) vào khoảng 3,4 KHz Một máy truyền hình Analog (TV)phát sóng tín hiệu video có băng thông vào khoảng 6 MHz gấp khoảng 2.000 lần độrộng của các tín hiệu thoại thông thường

-> Tổn hao:

Tổn hao gói tin là trường hợp khi gói tin không tới được đích của nó trướcthời gian thoát (Timeout) của bộ thu Trong mạng TCP/IP thì tổn hao gói tin chủyếu là do nghẽn, đây là nguyên nhân tạo ra sự tràn bộ nhớ hoặc loại b ỏ gói tin bởicác phương tiện quản lý lưu lượng Nói một các khác tổn hao gói tin còn được gọi

là Mất gói, Mất gói xảy ra khi một hoặc nhiều gói dữ liệu đi qua mạng không đạtđược điểm đích của nó

-> Cấp độ dịch vụ (CoS):

Khái niệm cấp độ dịch vụ CoS có nghĩa hẹp hơn QoS và chỉ ra một cáchđơn giản rằng các dịch vụ có thể phân loại được trong các cấp độ khác nhau, có thểđược cung cấp cho người sử dụng và được quản lý độc lập Các tính năng CoS

chung được mô tả trong JUNOS Class Dịch vụ Hướng dẫn cấu hình