MPLS de tai tot nghiep

CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MPLS 9 1.1 Xu hướng phát triển mạng Internet. 10 1.2 Công nghệ chuyển mạch nền tảng. 11 1.2.1 Công nghệ chuyển mạch IP. 11 1.2.2 Công nghệ chuyển mạch ATM. 12 1.2.3 Công n

LỜI CẢM ƠN

Sau 5 năm học tập tại trường, được sự tận tình dạy dỗ và sự hỗ trợ rất lớn củathầy cô, gia đình và bạn bè Em đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài:

”Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng VPN”

Sau đây, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến:

Các thầy cô trường đại học Giao Thông Vận Tải cơ sở 2 đã tạo một môitrường thật tốt cho công tác giảng dạy và học tập

Các thầy trong bộ môn Điện tử -Viễn Thông đã tận tình hướng dẫn, giảngdạy trong suốt 5 năm học qua

Thầy Trần Xuân Trường đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện để emhoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Các bạn trong tập thể lớp Kỉ Thuật Viễn Thông K45 đã tạo nguồn động lựctrong thời gian học cũng như trong thời gian làm đề tài

Cuối cùng là sự biết ơn xâu sắc với gia đình, nguồn động lực chính trong 5 năm học vừa qua

Sinh Viên

Nguyễn Văn Nguyên

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Giáo viên hướng dẫn. MỤC LỤC CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MPLS 9

1.1 Xu hướng phát triển mạng Internet 10

1.2 Công nghệ chuyển mạch nền tảng 11

1.2.1 Công nghệ chuyển mạch IP 11

1.2.2 Công nghệ chuyển mạch ATM 12

1.2.3 Công nghệ chuyển mạch MPLS 14

CHƯƠNG 2:CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS 17

2.1 Tổng quan 17

2.1.1 Tính thông minh phân tán 17

2.1.2 Mô hình tham chiếu OSI 18

2.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS 18

2.2.1 Miền MPLS (MPLS Domain) 18

2.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) 20

2.2.3 Nhãn và ngăn xếp nhãn (Label and Label Stack) 20

2.2.4 Hoán đổi nhãn (Label Swapping) 22

2.2.5 Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Swithed Path) 22

2.2.6 UpStream và DownStream 24

2.2.7 Chuyển gói qua miền MPLS 24

2.3 Mã hóa Stack nhãn 25

2.4 Cấu trúc chức năng MPLS 26

2.4.1 Kiến trúc một nút MPLS (LER và LSR) 26

2.4.2 Mặt phẳng chuyển tiếp (mặt phẳng dữ liệu) 27

2.4.2.1 Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB (Lable Forwarding Information Base) 27

2.4.2.2 Thuật tốn chuyển tiếp nhãn 28

2.4.2.3 NHLFE (Next Hop Lable Forwarding Entry) 29

2.4.3 Mặt phẳng điều khiển 30

2.5 Hoạt động chuyển tiếp MPLS 30

2.5.1 Hoạt động trong mặt phẳng chuyển tiếp 30

2.5.2 Gỡ nhãn ở Hop áp cuối PHP (Penultimate Hop Popping) 31

2.5.3 Ví dụ hoạt động chuyển tiếp gói 32

2.6 Ưu điểm và ứng dụng của MPLS 33

2.6.1 Ưu điểm của MPLS 33

2.6.2 Nhược điểm của MPLS 33

2.6.3 Ứng dụng của MPLS 33

2.6.1.1 Kỹ thuật lưu lượng 33

2.6.1.2 Định tuyến QoS từ nguồn 34

2.6.1.3 Mạng riêng ảo VPN 34

CHƯƠNG 3:CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA MPLS 35

3.1 Chế độ khung (Frame Mode) 35

3.1.1 Phân bổ và phân phối nhãn trong chế độ khung 35

3.1.2 Chuyển tiếp các gói có nhãn trong chế độ khung 36

3.1.3 Phát hiện và ngăn ngừa chuyển tiếp vòng đối với MPLS ở chế độ hoạt động khung 36

3.1.3.1 Phát hiện chuyển tiếp vòng dữ liệu 37

3.1.3.2 Ngăn ngừa chuyển tiếp vòng dữ liệu điều khiển 38

3.2 Chế độ hoạt động tế bào MPLS (Cell Mode MPLS) 38

3.2.1 Phân bổ và phân phối nhãn trong miền ATM-LSR 39

3.2.2 Chuyển tiếp các gói có nhãn qua miền ATM-LSR 40

3.2.3 Hợp nhất VC 41

3.2.4 Phát hiện và ngăn ngừa chuyển tiếp vòng đối với MPLS ở chế độ hoạt động tế bào 42

3.2.4.1 Phát hiện ,ngăn ngừa chuyển tiếp vòng thông tin điều khiển 42

3.2.4.2 Phát hiện chuyển tiếp vòng dữ liệu 46

CHƯƠNG 4:ĐỊNH TUYẾN VÀ BÁO HIỆU TRONG MPLS 49

4.1 Định tuyến trong MPLS 49

4.1.1 Định tuyến ràng buộc (Constrain-based routing) 49

4.1.2 Định tuyến tường minh (Explicit Routing) 50

4.2 Các chế độ báo hiệu MPLS 51

4.2.1 Chế độ phân phối nhãn 51

4.2.1.1 Phân phối nhãn không theo yêu cầu (Downstream Unsolicited) 51

4.2.1.2 Phân phối nhãn theo yêu cầu ( Downstream on Demand) 51

4.2.2 Chế độ duy trì nhãn 52

4.2.2.1 Duy trì nhãn tự do (Liberal Label Retention) 52

4.2.2.2 Duy trì nhãn bảo thụ (Conservative label retention) 53

4.2.3 Chế độ điều khiển LSP 53

4.2.3.1 Điều khiển độc lập (Independent Control) 53

4.2.3.2 Điều khiển tuần tự (Odered Control) 54

4.2.4 Các giao thức phân phối nhãn MPLS 54

4.3 Giao thức LDP (Label Distribution protocol) 55

4.3.1 Hoạt động của LDP 55

4.3.2 Cấu trúc thông điệp LDP 57

4.3.2.1 LDP PDU 57

4.3.2.2 Định dạng thông điệp LDP 58

4.3.3 Các bản tin LDP 59

4.3.3.1 Bản tin Notification 59

4.3.3.2 Bản tin Hello 61

4.3.3.3 Bản tin Initialization 62

4.3.3.4 Bản tin KeepAlive 63

4.3.3.5 Bản tin Address 63

4.3.3.6 Bản tin Address Withdraw 64

4.3.3.7 Bản tin Label Mapping 64

4.3.3.8 Bản tin Label Request 65

4.3.3.9 Bản tin Label Withdraw 66

4.3.3.10 Bản tin Label Release 67

4.3.3.11 Bản tin Label Abort Request 68

4.3.4 LDP điều khiển độc lập và phân phối theo yêu cầu 68

4.4 Giao thức CR-LDP (Constrain-Base Routing LDP) 70

4.4.1 Mở rộng cho định tuyến ràng buộc 70

4.4.2 Thiết lập một CR-LSP (Constrain-Base Routing LSP) 71

4.4.3 Tiến trình dự trữ tài nguyên 72

4.5 Giao thức RSVP-TE (RSVP Traffic Engineering) 73

4.5.1 Các bản tin thiết lập dự trữ RSVP 73

4.5.2 Các bản Tear Down, Error và Hello của RSVP-TE 74

4.5.3 Thiết lập tuyến tường minh điều khiển tuần tự theo yêu cầu 75

4.5.4 Giảm lượng Overhead làm tươi RSVP 76

4.6 Giao thức BGP 77

4.6.1 BGPv4 và mở rộng cho MPLS 77

4.6.2 Kết nối MPLS qua nhiều nhà cung cấp dịch vụ 79

CHƯƠNG 5 81

ỨNG DỤNG MẠNG RIÊNG ẢO TRONG MPLS 81

5.1 Tổng quan VPN 81

5.1.1 Overlay 82

5.1.2 Peer-To-Peer 83

5.2 Cấu trúc và thuật ngữ MPLS VPN 84

5.3 Mô hình định tuyến trong MPLS VPN 85

5.4 VRF (Virtual Routing and Forwarding table) 86

5.5 Route Distinguisher, Route Target, MP-BGP, Address Families 87

5.5.1 RD (Route Distinguisher) 88

5.5.2 Router Target (RT) 89

5.5.3 MP_BGP 91

5.5.4 Address Framily 92

5.6 Hoạt động của mặt phẳng điều khiển MPLS VPN ( Control Plane) 93

5.7 Hoạt động của mặt phẳng dữ liệu MPLS VPN 95

CHƯƠNG 6:CẤU HÌNH VÀ KIỂM TRA 98

6.1 Cấu hình và kiểm tra chế độ khung MPLS 98

6.1.1 Các bước cấu hình chế độ khung 98

6.1.2 Các bước kiểm tra hoạt động của chế độ khung MPLS 100

6.1.3 Các bước hoạt động của Control và Data Plane trong chế độ khung MPLS.102 6.1.4 Hoạt động chuyển tiếp dữ liệu trong chế độ khung MPLS 103

6.2 Cấu hình và kiểm tra trong chế độ tế bào MPLS 106

6.2.1 Các bước cấu hình chế độ tế bào MPLS 107

6.2.1.1 Các bước cấu hình trên Edge R1 và R2 107

6.2.1.2 Các bước cấu hình trên ATM LSR 108

6.2.2 Cấu hình hoạt động chuyển tiếp của Control và Data trong Cell-Mode MPLS.112 6.2.2.1 Các bước kiểm tra quá trình hoạt động của Control Plane 113

6.2.2.2 Hoạt động chuyển tiếp Data trong Cell-Mode MPLS 116

6.3 Cấu hình MPLS VPN cơ bản 118

6.3.1 Định nghĩa VRF và thuộc tính của nó 119 6.3.2 Cấu hình định tuyến BGP PE-PE trên Router PE 123

6.3.3 Kiểm tra và giám sát định tuyến BPG PE-PE trên Router PE: 126

LỜI NÓI ĐẦU

Khi mạng Internet phát triển mở rộng, các nhu cầu về sử dụng mạng Internetvào mục đích học tập, giải trí, làm việc ngày càng cao Dẫn đến lưu lượng truyền tảitrong mạng tăng cao Các ISP (Internet service provide) xử lý bằng cách tăng dunglượng kết nối và nâng cấp các Router nhưng không tránh khỏi tình trạng nghẽnmạch Lý do các phương pháp chuyển mạch như Frame Relay, ATM, IP over ATM,

không đáp ứng kịp thời tốc độ phát triển của mạng Công nghệ chuyển mạch nhãn

đa giao thức MPLS ra đời đã đáp ứng được nhu cầu của phát triển của mạng hiệnnay

Sau đây em xin trình bày nội dung đề tài của em gồm 6 chương:

Chương 1: Sơ lược lịch sử phát triển MPLS

Chương 2: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

Chương 3: Các chế độ hoạt động MPLS

Chương 4: Định tuyến và báo hiệu trong MPLS

Chương 5: Ứng dụng mạng riêng ảo MPLS

Chương 6: Cấu hình và kiểm tra

CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

MPLS

1.1Xu hướng phát triển mạng Internet.

Thế giới đang bước vào kỷ nguyên thông tin mới bắt nguồn từ công nghệ, đaphương tiện, những biến động xã hội, tồn cầu hóa trong kinh doanh và giải trí, phát

triển ngày càng nhiều khách hàng sử dụng phương tiện điện tử Biểu hiện đầu tiêncủa xa lộ thông tin là Internet, sự phát triển của nó là minh họa sinh động cho nhữngđộng thái hướng tới xã hội thông tin.

Nền tảng cho xã hội thông tin chính là sự phát triển cao của các dịch vụ viễnthông Mềm dẻo, linh hoạt và gần gũi với người sử dụng là mục tiêu hướng tới củachúng Nhiều loại hình dịch vụ viễn thông mới đã ra đời đáp ứng nhu cầu thông tinngày càng cao của khách hàng Dịch vụ ngày nay đã có những thay đổi căn bản sovới các dịch vụ truyền thống trước đây (chẳng hạn như thoại) Lưu lượng thông tincuộc gọi là sự hòa trộn giữa thoại và phi thoại Lưu lượng phi thoại liên tục gia tăng

và biến động rất nhiều Hơn nữa, cuộc gọi số liệu diễn ra trong khoảng thời giantương đối dài so với thoại thông thường chỉ vài phút Chính những điều này gây nênmột áp lực cho mạng viễn thông hiện thời, phải đảm bảo truyền thông tin tốc độ caovới giá thành hạ Ở góc độ khác sự ra đời của những dịch vụ mới này đòi hỏi phải

có công nghệ thực thi tiên tiến Việc chuyển đổi từ công nghệ tương tự sang côngnghệ số đã đem lại sức sống mới cho mạng viễn thông Tuy nhiên, những loại hìnhdịch vụ trên luôn đòi hỏi nhà khai thác phải đầu tư nghiên cứu những công nghệviễn thông mới ở cả lĩnh vực mạng và chế tạo thiết bị Cấu hình mạng hợp lý và sửdụng các công nghệ chuyển giao thông tin tiên tiến là thử thách đối với nhà khaithác cũng như nhà sản xuất thiết bị

Có thể khẳng định giai đoạn hiện nay là giai đoạn chuyển dịch giữa côngnghệ thế hệ cũ (chuyển mạch kênh) sang dần công nghệ thế hệ mới (chuyển mạchgói), điều đó không chỉ diễn ra trong hạ tầng cơ sở thông tin mà còn diễn ra trongcác công ty khai thác dịch vụ, trong cách tiếp cận của các nhà khai thác thế hệ mớikhi cung cấp dịch vụ cho khách hàng.Sau đây chúng ta sẽ xem xét và đánh giá sựphát triển của công nghệ chuyển mạch, một điểm trọng yếu trong mạng thông tin,viễn thông tương lai

1.2Công nghệ chuyển mạch nền tảng.

Trong các công nghệ chuyển mạch hiện nay, IP và ATM đang được sự quantâm đặc biệt do tính năng riêng của chúng Các phần sau sẽ tóm lược một số điểmchính của từng loại công nghệ này cũng như một công nghệ mới cho chuyển mạch

IP và MPLS

1.2.1 Công nghệ chuyển mạch IP.

IP là thành phần chính của kiến trúc của mạng Internet Trong kiến trúc này,

IP đóng vai trò lớp 3 IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu địnhtuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP) Gói tin IP chứa địa chỉ củabên nhận,địa chỉ là một số duy nhất trong tồn mạng và mang đầy đủ thông tin cầncho việc chuyển gói tin tới đích

Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính tốn đường đi tới các nút trong mạng Dovậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin vềnguyên tắc chuyển tin (như trong BGP) và nó phải có khả năng hoạt động trong môitrường mạng gồm nhiều nút Kết quả tính tốn của cơ cấu định tuyến được lưu trongcác bảng chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thểgửi gói tin tới hướng đích

Dựa trên các bảng chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói IPhướng tới đích Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một Ởcách này, mỗi nút mạng tính tốn bảng chuyển tin một cách độc lập Phương thứcnày, do vậy, yêu cầu kết quả tính tốn của phần định tuyến tại tất cả các nút phảinhất quán với nhau Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn tới việc chuyển gói tinsai hướng, điều này đồng nghĩa với việc mất gói tin

192.0.0.34

192.0.0.34

DA

DA Next hop Routing table

192.0.0.34

192.0.0.34

DA

DA Next hop Routing table

Hình 1-1: Định tuyến IP truyền thống.

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 mà đi qua cùng một nút thì chúng sẽ được truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích Điều này khiến mạng không thể thực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo loại dịch vụ, v.v…

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 CIDR (Classless Interdomain Routing), kích thước của bảng chuyển tin được duy trì ở mức chấp nhận được, và do việc tính tốn định tuyến đều do các nút

tự thực hiện, mạng có thể mở rộng mà không cần thực hiện bất kỳ một 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 Ngoài ra, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ

1.2.2 Công nghệ chuyển mạch ATM.

ATM (Asynchronous Transfer Mode) là một kỹ thuật truyền tin tốc độ cao ATM nhận thông tin ở nhiều dạng khác nhau như thoại, số liệu, video và cắt ra thành nhiều phần nhỏ gọi là tế bào Các tế bào này, sau đó, được truyền qua các kết nối ảo VC ( virtual connection) Vì ATM có thể hỗ trợ thoại, số liệu và video với chất lượng dịch vụ trên nhiều công nghệ băng rộng khác nhau, nó được coi là công nghệ chuyển mạch hàng đầu và thu hút được nhiều quan tâm

ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm Nó là công nghệ chuyển mạchhướng kết nối Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khithông tin được gửi đi ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân cônghoặc thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu Một điểm khác biệt nữa làATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian Tuyến kết nối xuyên suốtđược xác định trước khi trao đổi dữ liệu và được giữ cố định trong thời gian kết nối.Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng đài ATM trung gian cấp cho kết nối mộtnhãn 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 chỉchứa thông tin về các kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài Điều này khác vớithông tin về tồn mạng chứa trong bảng chuyển tin của router dùng IP.

Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc chuyểngói tin qua Router Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắntrên các cell có kích thước cố định ( nhỏ hơn của IP), kích thước của bảng chuyểntin nhỏ hơn nhiều so với của IP router, và việc này được thực hiện trên các thiết bịphần cứng chuyên dụng Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơnthông lượng của IP router truyền thống

ATM Switch

R1

R2

Internet Service Provide

Hình 1-2: Định tuyến IP qua ATM.

1.2.3 Công nghệ chuyển mạch MPLS.

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp viễn thông đã và đang tìmmột phương 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 củaIETF coi IP như một lớp nằm trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con IP trên nềnmạng ATM Phương thức tiếp cận xếp chồng này cho phép IP và ATM hoạt độngvới nhau mà không cần thay đổi giao thức của chúng Tuy nhiên, cách này khôngtận dụng được hết khả năng của ATM Ngồi ra, cách tiếp cận này không thích hợpvới nhiều router và không thật hiệu quả trên một số mặt Tổ chức ATM-Forum, dựatrên mô hình này, đã phát triển công nghệ LANE và MPOA Các công nghệ này sửdụng các máy chủ để chuyển đổi địa chỉ nhưng đều không tận dụng được khả năngđảm bảo chất lượng dịch vụ của ATM

Công nghệ MPLS ( MultiProtocol Label Switching ) là kết quả phát triển củanhiều công nghệ chuyển mạch IP ( IP switching ) sử dụng cơ chế chuyển gói củaATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyếncủa IP Thiết bị CSR (Cell Switch Router) của Toshiba ra đời năm 1994 là tổng đàiATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM Tổng đài

IP của Ipsilon về thực chất là một ma trận chuyển mạch ATM được điều khiển bởikhối xử lý sử dụng công nghệ IP Công nghệ Tag switching của Cisco cũng tương

tự nhưng có bổ sung thêm một số điểm mới như FEC (Forwarding EquivalenceClass), giao thức phân phối nhãn, v.v…

Từ những kết quả trên, nhóm làm việc về MPLS được thành lập năm 1997với nhiệm vụ phát triển một công nghệ chuyển mạch nhãn IP thống nhất mà kết quảcủa nó là công nghệ MPLS

MPLS tách chức năng của IP router ra làm hai phần riêng biệt: chức năngchuyển gói tin và chức năng điều khiển:

 Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các IP router,

sử dụng cơ chế hốn đổi nhãn tương tự như của ATM Trong MPLS, nhãn làmột số có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng Kỹ thuật hốn đổinhãn về bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn đểxác định tuyến của gói và nhãn mới của nó Việc này đơn giản hơn nhiều sovới việc xử lý gói tin theo kiểu thông thường, do vậy cải thiện khả năng củathiết bị Các router sử dụng thuật này được gọi là LSR (Label SwitchingRouter)

 Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớpmạng 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 chuyểnmạch MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internetkhác như : OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border GatewayProtocol) Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lậptuyến cố định nên việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các tuyến là hồn tồnkhả thi Đây là một tính năng vượt trội của MPLS so với các giao thức địnhtuyến cổ điển

Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến (fast rerouting) Do MPLS làcông nghệ chuyển mạch hướng kết nối, khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyềnthường cao hơn các công nghệ khác Trong khi đó, các dịch vụ tích hợp mà MPLSphải hỗ trợ lại yêu cầu chất lượng vụ cao Do vậy, khả năng phục hồi của MPLSđảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôiphục lỗi của lớp vật lý bên dưới.

Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến việc quản lý mạng được

dễ dàng hơn Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồn thông tin, các gói tinthuộc một FEC có để được xác định bởi giá trị của nhãn Do vậy, trong miềnMPLS Các thiết bị đo lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các góitin Lưu lượng đi qua các đường chuyển nhãn (LSP) được giám sát một cách dễdàng dùng RTFM (Real-time Flow Measurement) Bằng cách giám sát lưu lượng tạicác LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thểđược xác định nhanh chóng Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương thức nàykhông đưa ra được tồn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ ( ví dụ như trễ từ điểmđầu đến điểm cuối của miền MPLS) Việc đo trễ có thể được thực hiện bởi giaothức lớp 2 Để giám sát tốc độ của mỗi luồng và đảm bảo các luồng lưu lượng tuânthủ tính chất lưu lượng đã được định trước, hệ thống giám sát có thể dùng một thiết

bị nắn lưu lượng Thiết bị này sẽ cho phép giám sát và đảm bảo tuân thủ tính chấtlưu lượng mà không cần thay đổi các giao thức hiện có

Tóm lại, MPLS là một công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng Vớitính chất của cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượngdịch vụ của mạng IP truyền thống Bên cạnh đó, thông lượng của mạng sẽ được cảithiện một cách rõ rệt Tuy nhiên, độ tin cậy là một vấn đề thực tiễn có thể khiến việctriển khai

CHƯƠNG 2:CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO

THỨC MPLS

2.1Tổng quan

MPLS là viết tắt của “Multi_Protocol Label Switching” Thuật ngữMulit_Protocol để nhấn mạnh rằng công nghệ này áp dụng được tất cả các giao thứclớp mạng chứ không chỉ riêng IP MPLS cũng hoạt động tốt trên bất kỳ các giaothức lớp liên kết Đây là một công nghệ lai kết hợp những đặc tính tốt nhất của địnhtuyến lớp 3 (Layer 3 Routing) và chuyển mạch lớp 2 (Layer 2 Switching)

2.1.1 Tính thông minh phân tán

Trong mạng chuyển mạch kênh, tính thông minh chủ yếu tập chung ở cácmạng lõi (Core) Tất cả những thiết bị thông minh nhất đều đặt ở mạng lõi như cáctổng đài Toll, Transit, MSC… Các thiết bị kém thông minh hơn thì đặt ở mạng biên(Edge) Ví dụ: như các tổng đài nội hạt, truy nhập…

Trong mạng gói IP, tính thông minh gần như được chia đều cho các thiết bịtrong mạng Tất cả các Router đều phải làm hai nhiệm vụ định tuyến và chuyểnmạch Đây là ưu điểm và cũng là nhược điểm của IP.

Quan điểm của MPLS là tính thông minh càng đưa ra biên thì mạng cànghoạt động tốt Lý do là những thành phần ở mạng lõi phải chịu tải rất cao MPLSphân tách hai chức năng định tuyến và chuyển mạch Các Router ở biên thực hiệnđịnh tuyến và gắn nhãn (Label) cho gói (Packer) Còn các Router ở mạng lõi chỉnhận nhiệm vụ chuyển tiếp gói tốc độ cao dựa vào nhãn Tính thông minh được đẩy

ra ngồi biên là một ưu điểm của MPLS

2.1.2 Mô hình tham chiếu OSI.

Network access

Application

Transport Internet/ Network

Network access

Label Switching

Hình 2-1: Mô hình tham chiếu OSI, TCP/IP và MPLS.

MPLS được xem như là công nghệ lớp điệm (Shim Layer), nó nằm trên lớp 2nhưng dưới lớp 3.Nguyên lý của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được gán nhãn(Lable) và chuyển tiếp theo một đường dẫn LSP (Label Switched Path) Các Router

trên đường dẫn chỉ căn cứ vào nội dung của nhãn để thực hiện quyết định chuyểntiếp gói mà không cần phải kiểm tra Header IP.

2.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS

2.2.1 Miền MPLS (MPLS Domain).

RFC 3031 mô tả miền MPLS là “một tập hợp các nút mạng thực hiện hoạtđộng định tuyến và chuyển tiếp MPLS” Một miền MPLS thường được quản lý vàđiều khiển bởi một nhà quản trị

LER

LER

LSR

LSR LSR

Nếu một LER là nút đầu tiên trên đường đi của một gói đi qua miền MPLSthì nó gọi là LER lối vào (Ingress_LER), còn nếu là nút cuối cùng thì nó gọi là LERlối ra (Egress_LER) Lưu ý các thuật ngữ này được áp dụng theo chiều của luồnglưu lượng trong mạng, do vậy một LER có thể là Ingress-LER vừa là Egress-LERtùy theo luồng lưu lượng đang sét

Ingress LER LSR Egress LER

Chiều đi của gói tin

- Hình 2-3: Ingress LER và Egress LER.

2.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC).

Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class): mơ tả

sự kết hợp các gĩi tin cĩ cùng địa chỉ đích thành các lớp để cĩ chính sách xử lýtương ứng Giá trị FEC trong gĩi tin cĩ thể thiết lập mức độ ưu tiên cho việc điềukhiển gĩi nhằm hỗ trợ hiệu quả hoạt động của QoS (Quality of Service) Đối vớinhững dịch vụ khác nhau thì các FEC khác nhau với các thơng số ánh xạ khác nhau.Việc ánh xạ một gĩi vào một FEC cĩ thể nhờ vào các thơng số sau:

 Địa chỉ IP nguồn (IP Source), IP đích (IP Destination)

 Cổng nguồn (Port Source), cổng đích (Port Destination)

- Hình 2-4: Forwarding Equivanlence Class.

FEC được ấn định ngay từ đầu vào của mạng MPLS và phụ thuộc vào LSRngõ vào và ngõ ra Vì vậy các Router ngõ vào và ra cĩ khả năng xử lý mạnh

2.2.3 Nhãn và ngăn xếp nhãn (Label and Label Stack).

Nhãn (Label):” là một bộ phận nhận dạng gĩi tin cĩ độ dài ngắn nhấn định,mang ý nghĩa cục bộ để nhận biết một FEC” Nhãn được gán lên một gĩi tin để báocho LSR biết gĩi này cần đi đâu Phần nội dung nhãn cĩ độ dài 20 bit khơng cấu

trúc, như vậy số giá trị nhãn cĩ thể là 220 giá trị Giá trị nhãn định nghĩa chỉ mục(Index) để dùng trong bảng chuyển tiếp.

Label Stack Entry (Mức 1)Label Stack Entry (Mức 2)

Label Stack Entry( Mức d-1)Label Stack Entry (Mức d)

Đáy Stack ( s=1)Đỉnh Stack ( s=d)

- Hình 2- 6: Ngăn xếp nhãn (Label Stack).

Nếu gĩi tin chưa cĩ nhãn thì Stack nhãn là rỗng (độ sâu của Stack nhãn bằng0) Nếu Stack cĩ chiều sâu là d thì mức 1 sẽ ở đáy Stack (bit S trong Entry nhãn đặtlên 1) và mức d sẽ ở đỉnh của Stack Một Entry nhãn cĩ thể đặt thêm vào (Push)

hoặc lấy ra (Pop) khỏi Stack Hình 2-7 mơ tả Label Stack trong các gĩi tin MPLS.

- Hình 2-7: Label Stack MPLS.

2.2.4 Hốn đổi nhãn (Label Swapping).

Hốn đổi nhãn là cách dùng các thủ tục để chuyển tiếp gói Để chuyển tiếp gói

có nhãn, LSR kiểm tra nhãn trên đỉnh Stack và ánh xạ ILM (Incoming Lable Map)

để ánh xạ nhãn này tới một Entry chuyển tiếp nhãn NHLFE (Next Hop LableForwarding Entry) Sử dụng thông tin trong HNLFE, LSR xác định ra nơi chuyểntiếp gói và thực hiện một tác vụ trên Stack nhãn Rồi nó mã hóa Stack nhãn mới vàogói và chuyển đi

Chuyển tiếp gói chưa có nhãn cũng tương tự nhưng xảy ra ở Ingress_LER.LER phải phân tích Header lớp mạng để xác định FEC rồi sử dụng ánh xạ FTN(FEC to NHLFE) để ánh xạ FEC vào một NHLFE

2.2.5 Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Swithed Path).

Đường chuyển mạch nhãn được thiết lập từ Ingress LSR (dữ liệu đầu vào làgói IP truyền thống, Ingress LSR sẽ ấn định nhãn cho gói thông tin này) đến EgressLSR (sẽ gỡ bỏ nhãn cho gói dữ liệu khi đi ra khỏi miền MPLS) LSP được xây dựng

bằng các giao thức LDP (Lablel Distributed Protocol), RSVP(Resource ReservationProtocol).

Một LSP nối từ đầu đến cuối gọi là đường hầm (LSP Tunnel), liên kết cácđoạn LSP giữa các nút

LSP Tunnel (Label Switched Path Tunnel)

L1 IP

- Hình 2-8: Đường chuyển mạch nhãn LSP.

Kiến trúc MPLS cho phép nâng cấp các LSP, tương tự như ATM sử dụngVPI và VCI để tạo ra phân cấp kênh ảo (VC) nằm trong đường ảo (VP) Tuy nhiênATM chỉ có thể hỗ trợ 2 mức phân cấp, trong khi với MPLS thì số mức phân cấpcho phép rất lớn nhờ khả năng chứa được nhiều Entry nhãn trong Stack nhãn Về lýthuyết, giới hạn số lượng nhãn trong Stack phụ thuộc giá trị MTU (MaximumTransfer Unit) của các giao thức liên kết được dùng dọc theo một LSR

- Hình 2-9: Phân cấp LSP trong MPLS.

2.2.6 UpStream và DownStream.

Khái niệm UpStream và DownStream được hiểu biết trong hoạt động phânphối nhãn và chuyển tiếp dữ liệu trong một miền MPLS và phụ thuộc vào chiều của

luồng dữ liệu.Ví dụ như hình 10.

R1

R3 R2

R1

R3 R2

Chiều của luồng dữ liệu

Chiều của luồng dữ liệu

Downstream Upstream

Upstream Downstream

Play load

IP 9

Play load IP

Hình 2-11: Chuyển gĩi qua miền MPLS.

Hình 2-11, là ví dụ minh họa quá trình truyền gĩi IP đi qua miền MPLS Gĩi

tin IP khi đi từ Customer 1 vào miền MPLS được Router A đĩng vai trị là mộtIngress-LER sẽ gán nhãn cĩ giá trị là 6 cho gĩi IP rồi chuyển tiếp tới Router B.Router B dựa vào bảng hốn đổi nhãn để kiểm tra nhãn của gĩi tin Nĩ thay giá trị

nhãn mới là 3 và chuyển tiếp tới Router C Tại Router C, việc kiểm tra cũng tương

tự như ở Router B và sẽ hốn đổi nhãn, gán cho gói tin một nhãn mới là 9 và tiếp tụcđược đưa đến Router D

Router D đóng vai trò Egress-LER sẽ kiểm tra trong bảng hốn đổi nhãn và

gỡ bỏ nhãn 9 ra khỏi gói tin rồi định tuyến gói IP một cách bình thường đi ra khỏimiền MPLS Với kiểu làm việc này thì các LSR trung gian như Router B và C sẽkhông phải thực hiện việc kiểm tra tồn bộ Header IP của gói tin mà nó chỉ kiểm tragiá trị của nhãn, so sánh trong bảng và chuyển tiếp Vì vậy tốc độï xử lý trong miềnMPLS sẽ nhanh hơn nhiều so với định tuyến IP truyền thống Đường đi từ RouterAđến D gọi là đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path)

Khi một nhãn được gắn lên gói, bản thân giá trị nhãn 20 bit sẽ được mã hóacùng với một số thông tin cộng thêm để phụ trợ trong quá trình chuyển tiếp gói đểhình thành một Entry nhãn Hình 12 minh họa định dạng một Entry nhãn trongStack nhãn

- Hình 2-12: Định dạng một Entry nhãn trong Stack nhãn MPLS.

Nhóm 32 bit ở hình trên là một Entry trong Stack nhãn, trong đó phần giá trịnhãn thực sự chỉ có 20 bit Tuy nhiên người ta thường gọi chung cho cả Entry 32 bitnói trên là một nhãn Vì vậy khi thảo luận về nhãn cần phân biệt là đang xem xét giátrị nhãn 20 bit hay nói về Entry 32 bit trong Stack nhãn Phần thông tin 12 bit thêmgồm các trường sau đây:

 EXP (Class os Service): Gồm 3 bit, có thể là một hàm của trường TOS(Type of Service) hoặc Difserv trong gói IP Đa số các nhà sản xuất sửdụng bit này để mang chỉ thị QoS, thường là copy trực tiếp từ các bit TOS

trong gói IP Khi gói MPLS vào hàng đợi, có thể sử dụng các bit EXPtheo cách giống như các bit ưu tiên trong IP.

 S: Gồm 1 bit, chỉ thị đáy của Stack nhãn Khi một nhãn nằm ở đáy Stacknhãn, thì bit S đặt lên 1; còn các nhãn khác có bit S đặt về 0 Bit S làphương tiện để xác định đáy của stack nhãn nằm ở đâu

 TTL (Time To Live): Gồm 8 bit, thường là copy trực tiếp từ trường TTLcủa Header IP, được giảm đi một qua mỗi Hop để chặn Loop định tuyếngiống như IP Tuy nhiên, các bit TTL cũng có thể được đặt khác nhau vớiTTL trong gói IP, thường dùng khi nhà khai thác mạng muốn che giấuTopology mạng MPLS

MPLS có thể hoạt động ở các chế độ: chế độ khung (Frame Mode) và chế độ

tế bào (Cell Mode)

2.4 Cấu trúc chức năng MPLS.

2.4.1 Kiến trúc một nút MPLS (LER và LSR).

Hình 2-13, minh họa mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng chuyển tiếp của

LSR và LER Mặt phẳng điều khiển có chức năng định tuyến IP dùng để giao tiếpvới các LSR, LER khác hoặc các Router IP thông thường bằng các giao thức địnhtuyến IP Kết quả là một cơ sở thông tin định tuyến RIB( Routing Information Base)được tạo lập gồm các thông tin miêu tả các Router khả thi để tìm đến các Prefix địachỉ IP LER sẽ sử dụng các thông tin này để xây dựng cơ sở thông tin chuyển tiếpFIB(Forwarding Information Base) trong mặt phẳng chuyển tiếp

- Hình 2-13: Kiến trúc nút MPLS (LER và LSR).

Mặt phẳng điều khiển còn có chức năng báo hiệu MPLS dùng để giao tiếpvới các LSR khác bằng một giao thức phân phối nhãn Kết quả là một cơ sở thôngtin nhãn LIB (Label Information Base) gồm các thông tin liên quan đến cách gánnhãn đã được thương lượng với các Router MPLS khác Thành phần báo hiệuMPLS nhận thông tin từ chức năng định tuyến IP và LIB để xây dựng cơ sở thôngtin chuyển tiếp nhãn LFIB ( Lable Forwarding Information Base) trong mặt phẳngchuyển tiếp Một LER có thể chuyển tiếp các gói IP, gán nhãn vào gói ( LablePush), hoặc gỡ nhãn ra khỏi gói (Lable Pop), trong khi đó một Transit-LSR chỉ cókhả năng chuyển tiếp gói có nhãn, thêm hoặc bỏ bớt nhãn

2.4.2 Mặt phẳng chuyển tiếp (mặt phẳng dữ liệu).

Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS chịu trách nhiệm chuyển tiếp dữ liệu của User

Nó sử dụng LFIB để thực hiện chuyển tiếp các gói có gắn nhãn căn cứ vào giá trịcủa nhãn nằm trên đỉnh stack nhãn

2.4.2.1 Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB.

Trong mạng IP, quyết định chuyển tiếp gói được xác lập bằng cách thực hiệntra cứu địa chỉ đích trong bảng FIB để xác định Hop kế và giao diện ra Trong mạng

MPLS, mỗi LSR duy trì một bảng LFIB riêng rẽ và tách biệt với FIB Bảng LFIB

có hai loại Entry là ILM (Incoming Lable Map) và FTN (FEC-To-NHLFE)

NHLFE (Next Hop Lable Forwarding Entry) là Subentry chứa các trườngnhư địa chỉ Hop kế, các tác vụ Stack nhãn, giao diện ra và thông tin Header lớp 2.ILM ánh xạ một nhãn đến một hoặc nhiều NHLFE Nhãn trong gói đến sẽ dùng đểchọn một Entry ILM cụ thể nhằm xác định NHLFE Còn FTN ánh xạ mỗi FEC vàomột hoặc nhiều NHLFE Nhờ các Entry FTN, gói chưa có nhãn được chuyển thànhgói có nhãn

- Hình 2-14: FTN, ILM và NHLFE.

Như vậy, khi một gói không nhãn thuộc một FEC đi vào miền MPLS,Ingress-LER sẽ sử dụng một entry LFIB loại FTN để chuyển gói không nhãn thànhgói có nhãn Sau đó, tại các Transit-LSR sử dụng một loại entry LFIB loại ILM đểhốn đổi nhãn vào bằng nhãn ra Cuối cùng, tại Egress-LER sử dụng một entry LFIBloại ILM để gỡ bỏ nhãn đến và chuyển vào gói không nhãn đến router kế tiếp

2.4.2.2 Thuật tốn chuyển tiếp nhãn.

Các nút MPLS sử dụng giá trị nhãn trong các gói đến làm chỉ mục để trabảng LFIB Khi tìm thấy entry tương ứng với nhãn đến, nút MPLS thay thế nhãntrong gói bằng nhãn ra và gửi gói đi giao diện ra để đến Hop kế được đặc tả trong

Subentry NHLFE Nếu Subentry có chỉ định hàng đợi ra, nút MPLS sẽ đặt gói trênhàng đợi đã chỉ định Trường hợp nút MPLS duy trì một LFIB rêng cho mỗi giaodiện, nó sẽ dùng LFIB của giao diện mà gói đến để tra cứu chuyển tiếp gói.

- Hình 2-15: Thuật tốn chuyển tiếp nhãn.

Nút MPLS có thể lấy, định vị được các thông tin chuyển tiếp cần thiết trongLFIB chỉ trong một lần truy xuất bộ nhớ, tốc độ thực thi rất cao nhờ các chip ASCI

2.4.2.3 NHLFE (Next Hop Lable Forwarding Entry).

- NHLFE là Subentry của ILM hoặc FTN, nó chứa các thông số sau:

 Hop kế (chặng tiếp theo của gói)

 Tác vụ sẽ được tiến hành trên stack nhãn của gói như sau:

 Swap: Thay nhãn ở đỉnh của Stack nhãn bằng một nhãn mới được chỉđịnh

 Pop: lấy một nhãn ra khỏi Stack

 Push: Chồng thêm một nhãn vào Stack

- Hình 2-16: ví dụ NHLFE.

- Ngoài ra, NHLFE cũng có thể chứa những thông tin sau:

 Đóng góp lớp Datalink để sử dụng khi truyền gói.

 Cách thức mã hóa stack nhãn khi truyền gói

 Bất kỳ các thông tin khác cần thiết để xử lý gói một cách chính xác

2.4.3 Mặt phẳng điều khiển.

Nhiệm vụ của các giao thức trong mặt phẳng điều khiển là phân phối các

thông tin cần thiết cho mỗi LER và LSR để cấu hình bảng FIB và LFIB Trong hình

19, một giao thức định tuyến sử dụng bảng thông tin định tuyến RIB hoạt động kết

hợp với một giao thức báo hiệu MPLS sử dụng bảng thông tin nhãn LIB để phânphối các nhãn Việc phân tách mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng chuyển tiếp chophép cài đặt một giao thức điều khiển MPLS trên một ATM switch

Tại sao MPLS cần giao thức báo hiệu, trong khi các Router IP cổ điển chỉcần định tuyến IP? Một lý do quan trọng phải dùng giao thức báo hiệu MPLS kếthợp với giao thức định tuyến xuất phát từ sự cần thiết phải thực hiện định tuyếnràng buộc của đường chuyển mạch nhãn MPLS

2.5 Hoạt động chuyển tiếp MPLS.

2.5.1 Hoạt động trong mặt phẳng chuyển tiếp.

FEC là một tập con các gói căn cứ theo một số thông tin trong Header IPđược dùng bởi FIB Một FEC được dùng thường dựa theo luật “Longest PrefixMatch” trên địa chỉ địch Ví dụ: các địa chỉ IP so trùng 16 bit đầu có dạng “a.b.*.*”(trong đó * biểu thị cho giá trị hợp lệ bất kì) được biễu diễn là “a.b/16” cho FECđầu tiên trong bảng FIB FEC còn có thể căn cứ bổ sung theo các trường khác nhautrong Header IP như ToS hay Diffserv FIB sử dụng FEC để xác định ra giao tiếp điđến hop kế cho các gói IP, cách thực hiện giống như các Router cổ điển

- Hình 2-17: Hoạt động trong mặt phẳng chuyển tiếp.

Cho các ví dụ từng hoạt động LFIB ở hình 2-16 Phần ILM (Incoming Lable

Map) của LFIB thao tác trên một gói có nhãn và ánh xạ một nhãn vào (IncomingLable) tới một tập các entry NHLFE ILM được thể hiện trong hình bởi các cột IN-

IF và IN-LBL, nhưng cũng có thể là một bảng riêng rẽ cho một giao tiếp, FTN( FEC-to-NHLFE) của FIB ánh xạ một FEC tới một tập hợp gồm một hoặc nhiềuNHLFE Như ví dụ trong hình, nhãn A được gán (push) lên các gói IP thuộcFEC”d.e/16” Lưu ý là ILM hoặc FTN có thể ánh xạ tới nhiều NHLFE, chẳng hạnchế để dùng trong cân bằng tải

2.5.2 Gỡ nhãn ở Hop áp cuối PHP (Penultimate Hop Popping)

Một tối ưu hóa quan trọng mà MPLS hỗ trợ là tránh việc tra cứu nhãn (LableLookup) phải xử lý ở Egress-LER trong trường hợp một gói đi trên một LSR màyêu cầu tra cứu IP (IP lookup) tiếp ngay sau đó Ơû trong hình 23, một gói tin đến

có nhãn A được gỡ nhãn (Pop) và chuyển sang FIB để tra cứu tiếp trên Header IP

Để tránh việc xử lý phát sinh thêm này, MPLS định nghĩa một tiến trình gọi là gỡnhãn ở Hop áp cuối PHP (Penultimate Hop Popping), trong đó Router áp cuối trênLSP sẽ gỡ nhãn thay vì Egress-LER phải làm việc đó Nhờ vậy cắt giảm được việc

xử lý ở Router cuối cùng trên LSP

2.5.3 Ví dụ hoạt động chuyển tiếp gói.

Trong ví dụ này thể hiện đường đi và hoạt động chuyển tiếp được thực hiện

ở mỗi nút cho 2 LSP là LSP-1 và LSP-2

LSP-1 bắt đầu từ LER E1, tại đó có một gói IP đến với địa chỉ đích là

“a.b.c.d” LER E1 kiểm tra bảng FIB của nó và xác định rằng gói này thuộc về FEC

“ a.b.c/24”, nó gán nhãn A lên gói và xuất ra trên giao tiếp số 2 Tiếp theo, LSR S1thấy có gói gắn nhãn A đến giao tiếp số 1, LFIB của nó chỉ thị rằng gói sẽ xuất ratrên giao tiếp số 4 và nhãn sẽ được thay thế bằng nhãn D Gói có nhãn đi ra trêngiao tiếp số 4 trên LSR S1 nối đến giao tiếp số 1 trên LSR S4

LER E1

LSR S2 LER

E2

LER E3

LSR

LSR S4

LER E4

- Hình 2-18: chuyển tiếp gói trong MPLS.

Vì LSR S4 là Hop áp cuối của LSP-1 nên thao tác được chỉ thị trong LFIBcủa nó là gỡ nhãn (pop) và gởi gói đi ra trên giao tiếp số 4 Cuối cùng, ở đích làLER E4, entry FIB thao tác trên FEC”a.b.c/24” và chuyển phát gói đến hop kế trêngiao tiếp ra số 3

Đối với ví dụ ở LSP-2, các entry trong FIB và LFIB cũng được thể hiệntương tự như đã trình bày đối với LSP-1

2.6.1 Ưu điểm của MPLS.

- Tích hợp các chức năng định tuyến, đánh địa chỉ, điều khiển, v.v… để tránh mức

độ phức tạp của NHRP, MPOA và các công nghệ khác trong IPOA truyềnthống

- Có thể giải quyết vấn đề độ phức tạp và nâng cao khả năng mở rộng đáng kể

- Tỉ lệ giữa chất lượng và giá thành cao

- Nâng cao chất lượng Có thể thực hiện rất nhiều chức năng định tuyến mà cáccông nghệ trước đây không có khả năng, như định tuyến hiện, điều khiển lặp,v.v… Khi định tuyến thay đổi dẫn đến khóa một đường nào đó, MPLS có thể dễdàng chuyển mạch luồng dữ liệu sang một đường mới Điều này không thể thựchiện được trong IPOA truyền thống

- Sự kết hợp giữa IP và ATM cho phép tận dụng tối đa thiết bị, tăng hiệu quả đầutư

- Sự phân cách giữa các đơn vị điều khiển với các đơn vị chuyển mạch cho phépMPLS hỗ trợ đồng thời MPLS và B-ISDN truyền thống Và để thêm các chứcnăng mạng sau khi triển khai mạng MPLS, chỉ đòi hỏi thay đổi phần mềm đơn

vị điều khiển

2.6.2 Nhược điểm của MPLS.

- Hỗ trợ đa giao thức sẽ dẫn đến các vấn đề phức tạp trong kết nối

- Khó thực hiện hỗ trợ QoS xuyên suốt trước khi thiết bị đầu cuối người sử dụngthích hợp xuất hiện trên thị trường

- Việc hợp nhất các kênh ảo đang còn tiếp tục nghiên cứu Giải quyết việc chèn tếbào sẽ chiếm nhiều tài nguyên bộ đệm hơn Điều này chắc chắn sẽ dẫn đến phảiđầu tư vào công việc nâng cấp phần cứng cho các thiết bị ATM hiện tại

2.6.3 Ứng dụng của MPLS

2.6.1.1 Kỹ thuật lưu lượng.

Ưu điểm lớn nhất của MPLS là ở khả năng thực hiện kỹ thuật lưu lượng (TE:traffic Engineering), nó đảm bảo lưu lượng được định tuyến đi qua một mạng theo

một cách thức tin cậy và đảm bảo hiệu quả nhất Kỹ thuật lưu lượng cho phép cácISP định tuyến lưu lượng theo cách họ có thể cung cấp dịch vụ tốt nhất cho kháchhàng ở khía cạnh thông lượng và độ trễ MPLS-TE cho phép lưu lượng được phân

bố hợp lý qua tồn bộ hạ tầng mạng, tối ưu hóa hiệu suất sử dụng mạng

2.6.1.2 Định tuyến QoS từ nguồn.

Định tuyến Qos từ nguồn là một cơ chế trong đó các LSR được xác địnhtrước ở nút nguồn (LSR lối vào) dựa vào một số thông tin về độ khả dụng tàinguyên trong mạng cũng như yêu cầu Qos của lưu lượng Nói cách khác, nó là mộtgiao thức định tuyến có mở rộng chỉ tiêu chọn đường để bao gồm các tham số nhưbăng thông khả dụng, việc sử dụng link và đường dẫn end-to-end, độ chiếm dụng tàinguyên của nút, độ trễ và biến động trễ

2.6.1.3 Mạng riêng ảo VPN.

VPN là cho phép khách hàng thiết lập mạng riêng giống như thuê kênh riêngnhưng với chi phí thấp hơn bằng cách sử dụng hạ tầng mạng công cộng dùng chung.Kiến trúc MPLS đáp ứng tất cả các yêu cầu cần thiết để hỗ trợ VPN bằng cách thiếtlập các đường hầm LSP sử dụng định tuyến tường minh Do đó, MPLS sử dụng cácđường hầm LSP cho phép nhà khai thác cung cấp dịch vụ VPN theo cách tích hợpnhãn trên cùng hạ tầng mà họ cung cấp dịch vụ Internet Hơn nữa, cơ chế xếp chồngnhãn cho phép cấu hình nhiều VPN lồng nhau trên hạ tầng mạng Đây cũng là đốitượng nghiên cứu chính của đề tài này và sẽ được trình bày kỹ ở các chương tiếptheo

CHƯƠNG 3: CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG

CỦA MPLS

3.1 Chế độ khung (Frame Mode).

Chế độ hoạt động này xuất hiện khi sử dụng MPLS trong môi trường cácthiết bị định tuyến thuần điều khiển các gói tin IP điểm-điểm Các gói tin gán nhãnđược chuyển tiếp trên cơ sở khung lớp 2 Trong một miền MPLS, chuyển mạchnhãn (Label Switching) thực hiện việc phân tích khung Header và sau đó thực hiệnviệc gán nhãn (Push), bóc nhãn (Pop), trao đổi nhãn (Swapping) tùy thuộc vào vị trícủa LSRs trong mạng

3.1.1 Phân bổ và phân phối nhãn trong chế độ khung

Như hình 3-1, cho ta thấy cách thức phân bổ và phân phối nhãn trong chế độ

khung MPLS Như trong hình mô tả hai Edge LSR2 (R1 và R4) kết nối với LSRs(R2 và R3).Sau khi IGP hội tụ và LDP Neighbor được thiết lập, LSR gán nhãn cục

bộ (Label Local) cho 172.16.10.0/24 và quảng bá nhãn này Vì thế cấu trúc điềukhiển và dữ liệu cụ thể là: FIB, LFIB và LIB

R1

Edge LSR

R2 LSR

R3 LSR

R4 Edge LSR

3.1.2 Chuyển tiếp các gói có nhãn trong chế độ khung.

Gói dữ liệu được chuyển tiếp tới địa chỉ đích 172.16.10.0 qua miền MPLS

được miêu tả qua Hình 3-2 Edge LSR R4 áp đặt nhãn L3 vào Next Hop Lable

(được học từ Downstream LSR) và chuyển tiếp nhãn này tới Downstream LSR R3.R3 thực hiện hốn đổi nhãn đi vào là L3 sang nhãn đi ra là L2 Trên R2, nhãn đi vàoL2 được ánh xạ (Maps) sang nhãn Imp-Null Sau đó R2 xóa bỏ nhãn L2 và chuyểntiếp gói IP tới Edge R1

R1

Edge LSR

R2 LSR

R3 LSR

R4 Edge LSR

- Hình 3-2: Chuyển tiếp trong chế độ khung MPLS.

3.1.3 Phát hiện và ngăn ngừa chuyển tiếp vòng đối với MPLS ở chế độ

hoạt động khung.

Như chúng ta đã biết, các nhãn được gán cho các FEC khi MPLS hoạt động

ở chế độ khung Đối với chế độ hoạt động này, các nhãn được gán cho FEC cótrong bảng định tuyến của LSR Với việc gán nhãn này, ta có thể thiết lập được cáctuyến chuyển mạch nhãn LSP trong mạng MPLS Việc gán nhãn này cũng là cơ sở

để LSR phát hiện và ngăn ngừa định tuyến vòng

3.1.3.1 Phát hiện chuyển tiếp vòng dữ liệu.

Trong mạng IP thuần, chuyển tiếp vòng có thể được phát hiện dựa vào việckiểm tra trường TTL (Time To Live) trong các gói IP đến Tại mỗi bộ định tuyếngiá trị của trường TTL này sẽ giảm đi một đơn vị và nếu giá trị trường này bằng 0thì gói tin đó sẽ không được chuyển tiếp nữa và chuyển tiếp vòng sẽ dừng lại Hình

sau đây sẽ minh họa cho cơ chế sử dụng trường TTL trong việc phát hiện chuyểntiếp vòng.

- Hình 3-3: Phát hiện chuyển tiếp vòng dựa trên trường TTL trong mạng IP

Như chúng ta nhận thấy trên hình, một vòng được hình thành giữa hai bộđịnh tuyến nằm ở LSR 2 và LSR 3 Vì trước khi chuyển tiếp gói tin, mỗi bộ địnhtuyến sẽ giảm trường TTL đi một đơn vị, và cuối cùng việc chuyển tiếp vòng cũngđược bộ định tuyến ở LSR 3 phát hiện vì tới đây gói tin có giá trị trường TTL bằng

0 Cơ chế tương tự cũng được sử dụng trong việc truyền dữ liệu khi MPLS hoạtđộng ở chế độ khung, trong đó mỗi LSR khi chuyển tiếp một khung MPLS dọc theomột LSR sẽ làm giảm giá trị trường TTL trong mào đầu MPLS đi một đơn vị và sẽdừng việc chuyển tiếp vòng khi giá trị trường TTL của khung tin bằng 0

3.1.3.2 Ngăn ngừa chuyển tiếp vòng dữ liệu điều khiển.

Việc phát hiện chuyển tiếp vòng là một chức năng rất quan trọng Tuy nhiên,các LSR phải có khả năng ngăn ngừa hiện tượng chuyển tiếp vòng trước khi nó xảy

ra Chức năng ngăn ngừa chuyển tiếp vòng được thực hiện đối với dữ liệu điềukhiển vì các LSP được tạo ra dựa trên các thông tin này

Trong mạng IP thuần, việc ngăn ngừa chuyển tiếp vòng là nhiệm vụ của giaothức định tuyến nội bộ (IRP) Khi MPLS hoạt động ở chế độ khung, các LSR sử

dụng chung một giao thức định tuyến để xây dựng bảng định tuyến vì vậy thông tin

sử dụng để thiết lập các LSP trong mạng MPLS cũng tương tự như mạng IP chuẩn

Do đó, đối với MPLS hoạt động ở chế độ khung, cơ chế sử dụng giao thức địnhtuyến để đảm bảo nội dung bảng định tuyến của LSR không xảy ra chuyển tiếpvòng giống như cơ chế sử dụng trong mạng IP thuần

3.2 Chế độ hoạt động tế bào MPLS (Cell Mode MPLS).

Khi xem xét triển khai MPLS qua ATM cần phải giải quyết một số trở ngại sau :

Hiện tại không tồn tại một cơ chế nào cho việc trao đổi trực tiếp các gói IPgiữa 2 nút MPLS cận kề qua giao diện ATM Tất cả các số liệu trao đổi qua giaodiện 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 Khảnăng duy nhất của tổng đài ATM đó là chuyển đổi VC đầu vào sang VC đầu ra củagiao diện ra

Như 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 được thiết lập giữa 2 nút MPLS cận kề để trao đổi gói thôngtin 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 ATMkhông phải kiểm tra địa chỉ lớp 3

Sau đây ta sẽ xem xét một số thuật ngữ :

 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)

 ATM-LSR:Là tổng đài ATM sử dụng giao thức MPLS trong mảng điều

khiển và thực hiện việc chuyển tiếp MPLS giữa các giao diện LC-ATM trong mảng số liệu bằng chuyển mạch tế bào ATM truyền thống

 LSR dựa trên khung:Là LSR chuyển tiếp tồn bộ các khung giữa các

giao diện của nó Router truyền thống là một ví dụ cụ thể của LSR loại này

 Miền ATM-LSR:Là tập hợp các ATM-LSR kết nối với nhau qua các

giao diện LS-ATM

 ATM-LSR biên:Là LSR dựa trên khung có ít nhất một giao diện

LC-ATM

3.2.1 Phân bổ và phân phối nhãn trong miền ATM-LSR.

Việc phân bổ và phân phối nhãn trong chế độ hoạt động này có thể sử dụng

cơ chế giống như trong chế độ hoạt động khung Tuy nhiên nếu triển khai như vậy

sẽ dẫn đến một loạt các hạn chế bởi mỗi nhãn được gán qua giao diện LC-ATMtương ứng với một ATM VC Vì số lượng kênh VC qua giao diện ATM là hạn chếnên cần giới hạn số lượng VC phân bổ qua LC-ATM ở mức thấp nhất Để đảm bảođược điều đó, các LSR phía sau sẽ đảm nhận trách nhiệm yêu cầu phân bổ và phânphối nhãn qua giao diện LC-ATM LSR phía sau cần nhãn để gửi gói đến nút tiếptheo phải yêu cầu nhãn từ LSR phía trước nó Thông thường các nhãn được yêu cầudựa trên nội dung bảng định tuyến mà không dựa vào luồng dữ liệu, điều đó đòi hỏinhãn cho mỗi đích trong phạm vi của nút kế tiếp qua giao diện LC-ATM

LSR phía trước có thể đơn giản phân bổ nhãn và trả lời yêu cầu cho LSRphía sau với bản tin trả lời tương ứng Trong một số trường hợp, LSR phía trước cóthể phải có khả năng kiểm tra địa chỉ lớp 3 (nếu nó không còn nhãn phía trước yêucầu cho đích) Đối với tổng đài ATM, yêu cầu như vậy sẽ không được trả lời bởi chỉkhi nào nó có nhãn được phân bổ cho đích phía trước thì nó mới trả lời yêu cầu.Nếu ATM-LSR không có nhãn phía trước đáp ứng yêu cầu của LSR phia sau thì nó

sẽ yêu cầu nhãn từ LSR phía trước nó và chỉ trả lời khi đã nhận được nhãn từ LSRphía trước nó

R1 Edge ATM LSR

R2 Edge ATM LSR

172.16.10.0/24

A1

- Hình 3-4: Phân bổ và phân phối nhãn trong miền ATM-LSR.

3.2.2 Chuyển tiếp các gói có nhãn qua miền ATM-LSR.

Việc chuyển tiếp các gói nhãn qua miền ATM-LSR được thực hiện trực tiếpqua các bước sau:

ATM-LSR biên lối vào nhận gói có nhãn hoặc không nhãn, thực hiện việckiểm tra cơ sở dữ liệu chuyển tiếp FIB hay cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn LFIB vàtìm ra giá trị VPI/VCI đầu ra để sử dụng như nhãn lối ra Các gói có nhãn đượcphân chia thành các tế bào ATM và gửi đến ATM-LSR tiếp theo Giá trị VPI/VCIđược gắn vào mào đầu của từng tế bào

Các nút ATM-LSR chuyển mạch tế bào theo giá trị VPI/VCI trong mào đầucủa tế bào theo cơ chế chuyển mạch ATM truyền thống Cơ chế phân bổ và phânphối nhãn phải bảo đảm việc chuyển đổi giá trị VPI/VCI nội vùng và ngoại vùng làchính xác

ATM-LSR biên lối ra tái tạo lại các gói có nhãn từ các tế bào, thực hiện việckiểm tra nhãn và chuyển tiếp tế bào đến LSR tiếp theo Việc kiểm tra nhãn dựa trêngiá trị VPI/VCI của tế bào đến mà không dựa vào nhãn trên đỉnh của ngăn xếp trongmào đầu nhãn MPLS do ATM-LSR giữa các biên của miền ATM-LSR chỉ thay đổigiá 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 bằng 0 bởi ATM-LSR biên lối vào trướckhi gói có nhãn được phân chia thành các tế bào.

R1 Edge ATM LSR

R2 Edge ATM LSR

A1 ATM LSR

A2 ATM LSR 172.16.10.0/24

Hình 3-5: Chuyển tiếp các gói có nhãn qua miền ATM-LSR.

3.2.3 Hợp nhất VC

Vấn đề hợp nhất VC (gán cùng VC cho các gói đến cùng đích) là một vấn đềquan trọng cần giải quyết đối với các tổng đài ATM trong mạng MPLS Để tối ưuhóa quá trình gán nhãn ATM-LSR có thể sử dụng lại nhãn cho các gói đến cùngđích Tuy nhiên một vấn đề cần giải quyết là khi các gói đó xuất phát từ các nguồnkhác nhau (các LSR khác nhau) nếu sử dụng chung một giá trị VC cho đích thì sẽkhông có khả năng phân biệt gói nào thuộc luồng nào và LSR phía trước không cókhả năng tái tạo đúng các gói từ các tế bào Vấn đề này được gọi là xen kẽ tế bào

Để tránh trường hợp này, ATM-LSR phải yêu cầu LSR phía trước nó nhãn mới mỗikhi LSR phía sau nó đòi hỏi nhãn đến bất cứ đích nào ngay cả trong trường hợp nó

đã có nhãn phân bổ cho đích đó Một số tổng đài ATM với thay đổi nhỏ trong phầncứng có thể đảm bảo được rằng 2 luồng tế bào chiếm cùng một VC không bao giờxen kẽ nhau Các tổng đải này sẽ tạm lưu các tế bào trong bộ đệm cho đến khi nhậnđược tế bào có bit kết thúc khung trong mào đầu tế bào ATM Sau đó tồn bộ các tếbào này được truyền ra kênh VC Như vậy bộ đệm trong các tổng đài này phải tăngthêm và một vấn đề mới xuất hiện đó là độ trễ qua tổng đài tăng lên Quá trình gửi

kế tiếp các tế bào ra kênh VC này được gọi là quá trình hợp nhất kênh ảo VC Chứcnăng hợp nhất kênh ảo VC này giảm tối đa số lượng nhãn phân bổ trong miềnATM-LSR