NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MPLS VÀ ỨNG DỤNG TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG ETL CỦA LÀO

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MPLS VÀ ỨNG DỤNG TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG ETL CỦA LÀO Cùng với sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ IP và sự bùng nổ thông tin trên mạng Internet đã dẫn đến sự nhận thức mới trong vấn đề kinh doanh của các nhà cung cấp dịch vụ. Nhu cầu cấp bách của thị trường cho một kết nối tốc độ cao với chi phí thấp là cơ sở cho một loạt các công nghệ mới ra đời, trong đó có MPLS.

Saygnouan SOUVANNALANGSY

TÓM T ẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

H ỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Tiến Ban

Phản biện 1:

Phản biện 2:

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sỹ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: ………… giờ……ngày…….tháng………năm…………

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính viễn thông

M Ở ĐẦU

1 Tính c ấp thiết của đề tài

Kể từ khi thành lập công ty viễn thông ETL của Lào vào năm 2000 đến nay,

mạng viễn thông của ETL luôn phát triển không ngừng cả về số lượng thuê bao cũng như các dịch vụ gia tăng Với sự phát triển nhanh của xã hội, nhu cầu về dịch

vụ viễn thông ngày càng tăng và việc nghiên cứu triển khai các công nghệ mạng

mới là một yếu tố quan trọng

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ IP và sự bùng nổ thông tin trên mạng Internet đã dẫn đến sự nhận thức mới trong vấn đề kinh doanh của các nhà cung cấp dịch vụ Nhu cầu cấp bách của thị trường cho một kết nối tốc độ cao

với chi phí thấp là cơ sở cho một loạt các công nghệ mới ra đời, trong đó có MPLS

Điểm nổi bật của MPLS là khả năng chuyển tiếp lưu lượng nhanh, đơn giản, điều khiển phân luồng, định tuyến linh hoạt và vận dụng tài nguyên mạng Nó kết

hợp những đặc điểm tốt nhất của chuyển mạch trong ATM và chuyển mạch gói trong IP, có khả năng chuyển tiếp gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến như bình thường ở mạng biên Khi các gói đi vào miền MPLS, thường là mạng trục của nhà cung cấp dịch vụ, chúng được chuyển mạch bằng chuyển mạch nhãn Các nhãn còn giúp xác định chất lượng dịch vụ mà các gói nhận được Khi chúng ta ra khỏi

mạng thì các nhãn sẽ được cắt bỏ ở các router biên mạng và được định tuyến theo các cách thông thường

Song với việc phát triển và mở rộng mạng lưới, lưu lượng mạng cũng sẽ tăng lên thì việc đáp ứng nhu cầu cho người sử dụng về chất lượng dịch vụ ngày càng cao, đòi hỏi các nhà cung cấp dịch vụ luôn đứng trước thử thách

Chính vì tầm quan trọng của công nghệ MPLS trong mạng của các ISP hiện nay, cũng như thực tế công việc đang triển khai nên tôi đã chọn đề tài “nghiên cứu công nghệ MPLS và ứng dụng trên mạng viễn thông ETL của Lào” cho luận văn

thạc sỹ của mình

2 M ục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận văn là tìm hiểu và nghiên cứu các đặc điểm của công nghệ MPLS để nắm được những đặc trưng và sự khác biệt so với các công

nghệ khác, qua đó trang bị kiến thức cần thiết cho việc quy hoạch và triển khai dịch

vụ cho mạng viễn thông ETL của Lào

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

− Đối tượng: Nghiên cứu về công nghệ truyền số liệu mới là chuyển mạch

nhãn đa giao thức MPLS và khả năng ứng dụng trên thực tiễn

− Ph ạm vi: Nghiên cứu giải pháp và đánh giá khả năng ứng dụng công

nghệ MPLS cho mạng viễn thông ETL của Lào

4 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau như: thu thập và so sánh giải pháp, tổng hợp – phân tích số liệu, thực nghiệm và tổng kết kinh nghiệm trong hoạt động thực tế của Công ty

5 K ết cấu của luận văn

Luận văn gồm 3 chương và phần kết luận:

Chương I: Tổng quan về công nghệ MPLS

Chương II: Các phần tử và giao thức trong MPLS

Chương III: Ứng dụng công nghệ MPLS trong mạng viễn thông ETL của Lào

Kết luận chung

Chương I

T ổng quan về công nghệ MPLS

Khi mạng Internet ngày càng mở rộng cùng với sự phát triển của các dịch vụ giá trị gia tăng cũng như các yêu cầu về chất lượng dịch vụ và tính bảo mật MPLS

là một giải pháp tối ưu vì nó kết hợp các ưu điểm của IP và ATM mà chi phí triển khai cũng không quá đắt Chương này tập trung trình bày khái quát tổng quan về công nghệ MPLS, đặc điểm mạng, phương thức hoạt động, ưu và nhược điểm và ứng dụng của công nghệ MPLS

1.1 T ổng quan về công nghệ MPLS

MPLS là một công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp ba và chuyển mạch lớp hai cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi(core) và định tuyến tốt mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn (label) MPLS là một phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng cách gắn nhãn vào mỗi gói IP, tế bào ATM, hoặc frame lớp hai Phương pháp chuyển mạch nhãn giúp các Router và các bộ chuyển mạch MPLS-enable ATM quyết định theo nội dung nhãn

tốt hơn việc định tuyến phức tạp theo địa chỉ IP đích

1.2 Ưu và nhược điểm của công nghệ MPLS

Ưu điểm:

Đơn giản hóa chức năng chuyển tiếp: MPLS sử dụng cơ chế chuyển tiếp dựa vào nhãn có độ dài cố định nên quyết định chuyển tiếp có thể xác định ngay chi với

một lân tra cứu bảng LFIB

Khả năng mở rộng: chuyển mạch nhãn cung cấp sự tách biệt toàn diện hơn

giữa định tuyến liên miền và định tuyến nội miền, điều này cải thiện khả năng mở

rộng của các tiến trình định tuyến

Nhược điểm:

Hỗ trợ đồng thời nhiều giao thức sẽ gặp phải những vấn đề phức tạp trong

kết nối, khó hỗ trợ QoS xuyên suốt Chèn thêm nhãn vào gói tin sẽ tăng thêm lưu lượng truyền tải trên mạng

1.3 Ứng dụng của MPLS

Internet có 3 nhóm ứng dụng chính như là: Voice, data và Video với các yêu

cầu khác nhau MPLS giúp khai thác tài nguyên mạng đạt hiệu quả cao Trong đó,

có một số ứng dụng đang được triển khai trên một mạng MPLS là: MPLS VPN: Nhà cung cấp dịch vụ có thể tạo VPN lớp 3 dọc theo mạng đường trục cho nhiều khách hang, chỉ dùng một cơ sở hạ tầng công cộng sẵn có, không cần các ứng dụng encryption hoặc end-user

MPLS TE (Traffic Engineering): cung cấp khả năng thiết lập một hay nhiều đường đi để điều khiển lưu lượng mạng và các đặc trưng thực thi cho một loại lưu lượng Kỹ thuật lưu lượng cho phép các ISP định tuyến lưu lượng theo cách họ có

thể cung cấp dịch vụ tốt nhất cho khách hang ở khía cạnh thông lượng và độ trễ MPLS TE cho phép lưu lượng được phân bố hợp lý qua toàn bộ hạ tầng, tối ưu hóa

hiệu suất sử dụng mạng

MPLS QoS: dùng QoS các nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp nhiều loại

mức dịch vụ với sự đảm bảo tối đa về chất lượng dịch vụ

1.4 K ết luận chương I

Trong chương này luận văn đã giới thiệu chung về công nghệ MPLS và

những ưu nhược điểm của công nghệ này cần thiết cho việc truyền dữ liệu

MPLS là một công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp ba và chuyển mạch lớp hai cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi(core) và định tuyến tốt mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn (label) MPLS cho phép các ISP cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau mà không cần phải bỏ đi cơ sở hạ tầng

sẵn có Cấu trúc MPLS có tính mềm dẻo trong bất kỳ sự phối hợp với công nghệ

lớp hai nào

MPLS hỗ trợ mọi giao thức lớp hai, triển khai hiệu quả các dịch vụ IP trên

một mạng chuyển mạch IP MPLS hỗ trợ việc tạo ra các tuyến khác nhau giữa nguồn và đích trên một đường trục Internet Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến trúc

mạng, các ISP có thể giảm chi phí, tăng lợi nhuận, cung cấp nhiều hiệu quả khác nhau và đạt được hiệu quả cạnh tranh cao

Chương II Các ph ần tử và giao thức trong MPLS 2.1 C ấu trúc và hoạt động của nút MPLS

Một nút của MPLS có hai mặt phẳng: mặt phẳng chuyển tiếp MPLS và mặt

phẳng điều khiển MPLS Nút MPLS có thể thực hiện định tuyến lớp ba hoặc chuyển

mạch lớp hai Hình sau mô tả cấu trúc cơ bản của một nút MPLS

Hình 2-1 C ấu trúc một nút MPLS 2.1.1 M ặt phẳng chuyển tiếp (Forwarding plane)

Mặt phẳng chuyển tiếp có trách nhiệm chuyển tiếp gói dựa trên giá trị chứa trong nhãn Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng một cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB để chuyển tiếp các gói Thuật toán mà được sử dụng bởi phần tử chuyển tiếp chuyển mạch nhãn sử dụng thông tin chứa trong LFIB như là các thông tin chứa trong giá trị nhãn Mỗi nút MPLS có hai bảng liên quan đến việc chuyển tiếp là: cơ

sở thông tin nhãn LIB và LFIB LIB chứa tất cả các nhãn được nút MPLS cục bộ đánh dấu và ánh xạ của các nhãn này đến các nhãn được nhận từ láng giềng (MPLS neighbor) của nó LFIB sử dụng một tập con các nhãn chứa trong LIB để thực hiện chuyển tiếp gói

Giao th ức định tuyến IP

Giao thức phân phối nhãn

Giao th ức định tuyến IP

Giao thức phân phối nhãn

M ặt phẳn chuyển tiếp

Các gói được gắn

nhãn v ừa đến

Chuy ển đổi thong tin định tuyến

Chuy ển đổi thong tin lien k ết nhãn

Các gói IP ra Các gói IP được gắn nhãn ra

Nhãn MPLS

Một nhãn MPLS là một trường 32 bit cố định với cấu trúc xác định Nhãn được dùng để xác định một FEC

Đối với ATM, nhãn được đặt cả ở hoặc là trường VCI hoặc là VPI của mào đầu ATM Tuy nhiên, nếu là khung trong Frame Relay, nhãn lại được đặt ở trường DLCI của mào đầu Frame Relay

Kỹ thuật lớp 2 như Ethernet, Token Ring, FDDI, và kết nối point – to – point không thể tận dụng được trường địa chỉ lớp 2 của chúng để mang nhãn đi Những

kỹ thuật này mang nhãn trong những mào đầu đệm (shim) Mào đầu nhãn đệm được chèn thêm vào giữa lớp kết nối và lớp mạng, như hình sau đây Việc sử dụng mào đầu nhãn đệm cho phép hỗ trợ MPLS trên hầu hết các kỹ thuật Lớp 2 Hình 2-2 chỉ

ra cấu trúc của một nhãn MPLS

Hình 2-2 C ấu trúc của nhãn MPLS

Ngăn xếp nhãn

Những bộ định tuyến MPLS tốt (capable) cần nhiều hơn 1 nhãn ở trên mỗi gói để định tuyến gói này trong mạng MPLS Việc này được thực hiện bởiviệc đặt

Label EXP BoS TLL

0 1 2 3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

GFC VPI VCI PTI CLP HEC Data

ATM cell header

Layer 2 header Label Layer 3 header Layer 4 header Data

Shim header

nhãn trong một ngăn xếp Nhãn đầu tiên trong ngăn xếp được gọi là nhãn đỉnh và nhãn cuối cùng được gọi là nhãn đáy

Trong ngăn xếp nhãn ở hình trên chỉ là rằng bit BoS là 0 đối với tất cả các nhãn, trừ nhãn đáy Đối với nhãn đáy, bit BoS là 1

2.1.2 M ặt phẳng điều khiển (Control plane)

Mặt phẳng điều khiển MPLS chịu trách nhiệm tạo ra và lưu trữ LFIB Tất cả các nút MPLS phải chạy một giao thức định tuyến IP để trao đổi thông tin định tuyến IP với các nút MPLS khác trong mạng Các nút MPLS enable ATM sẽ dùng

một bộ điều khiển nhãn (LSC – Label Switch Controller) như router 7200, 7500

hoặc dùng một mô đun xử lý tuyến (RMP–Route Processor Module) để tham gia xử

lý định tuyến IP

2.2 Các ph ần tử chính của MPLS

2.2.1 LSR (Label switch Router)

Thành phần cơ bản của mạng MPLS là thiết bị định tuyến chuyển mạch nhãn LSR Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển tiếp gói thông tin trong phạm vi

mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn Đó là khả năng cần thiết để hiểu được nhãn MPLS, nhận và truyền gói được gán nhãn trên đường liên kết dữ liệu

2.2.2 LSP (Label switch Path)

Đường chuyển mạch nhãn là một tập hợp các LSR mà chuyển mạch một gói

có nhãn qua mạng MPLS hoặc một phần của mạng MPLS Về cơ bản, LSP là một đường dẫn qua mạng MPLS hoặc một phần mạng mà gói đi qua LSR đầu tiên của LSP là một LSR vào, ngược lại LSR cuối cùng của LSP là một LSR ra Tất cả các LSR ở giữa LSR vào và ra chính là các LSR trung gian

2.2.3 FEC (Forwarding Equivalence Class)

Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) là một nhóm hoặc luồng các gói được chuyển tiếp dọc theo cùng một tuyến và được xử lý theo cùng một cách chuyển

tiếp Tất cả các gói cùng thuộc một FEC sẽ có nhãn giống nhau Tuy nhiên, không

phải tất cả các gói có cùng nhãn đều thuộc cùng một FEC, bởi vì giá trị EXP của chúng có thể khác nhau; phương thức chuyển tiếp khác nhau và nó có thể phụ thuộc

vào FEC khác nhau

2.3 Điều khiển lưu lượng trong MPLS

Ý tưởng cơ bản đằng sau việc điều khiển lưu lượng là để sử dụng tối ưu hạ

tầng mạng, bao gồm các đường kết nối sử dụng không đúng mức, bởi vì chúng không thể thuộc các tuyến ưu tiên Điều này có nghĩa là điều khiển lưu lượng phải cung cấp khả năng hướng lưu lượng qua mạng trên các tuyến đi khác nhau từ tuyến

ưu tiên, đây là tuyến có chi phí thấp nhất được cung cấp bởi định tuyến IP Tuyến chi phí thấp nhất là tuyến ngắn nhất như tính toán bởi giao thức định tuyến động

Một ưu điểm vượt trội của việc sử dụng điều khiển lưu lượng MPLS là khả năng định tuyến lại nhanh (Fast ReRouting – FRR) FRR cho phép ta định tuyến

lại lưu lượng có nhãn quanh một đường kết nối hoặc một bộ định tuyến mà trở thành không dùng được Việc định tuyến lại lưu lượng xảy ra nhỏ hơn 50ms, mà nó nhanh như tiêu chuẩn hiện nay

2.4 Các giao th ức sử dụng trong MPLS

2.4.1 Phân ph ối nhãn

Giao thức phân phối nhãn LDP là một giao thức mới được thiết kế dành riêng cho MPLS, dùng để phân phối nhãn Nó gồm một tập các thủ tục và thông điệp được LSR sử dụng để thiết lập các LSP trong mạng bằng cách ánh xạ thông tin tìm đường trong lớp mạng vào các con đường được chuyển mạch ở lớp liên kết dữ

liệu

2.4.2 Giao th ức đặt trước tài nguyên

2.5 K ết luận chương 2

Trong chương này luận văn đã đi sâu vào cấu trúc và hoạt động của các nút MPLS Các thành phần chính kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức, chức năng

cơ bản nhất của MPLS là phục vụ việc chuyển gói dữ liệu bằng thuật toán chuyển

mạch nhãn trên đường dẫn được xác định bằng kỹ thuật định tuyến dựa vào đích Điều khiển lưu lượng kết quả là lưu lượng có thể trải rộng hơn qua những đường kết

nối có sẵn trong mạng và làm cho sử dụng nhiều đường kết nối không sử dụng đúng trong mạng

Ch ương III ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MPLS TRONG MẠNG VIỄN THÔNG ETL

C ỦA LÀO 3.1 Kh ảo sát hiện trạng mạng viễn thông của Lào

ETL là một công ty Viễn thông Nhà nước được thành lập vào năm 2000 đến nay, mạng viễn thông ETL của Lào luôn phát triển không ngừng về cả số lượng thuê bao cũng như các dịch vụ gia tăng và vùng phủ sóng Với sự phát triển nhanh

của xã hội, nhu cầu về dịch vụ viễn thông càng tăng Việc nghiên cứu triển khai các

hệ thống mạng là một yếu tố quan trọng Để tiến kịp với các nước phát triển về công nghệ, dịch vụ thông tin cũng như đáp ứng nhu cầu của khách hàng về dịch vụ đa phương tiện và truyền số liệu tốc độ cao

Với sự phát triển nhanh của dịch vụ số liệu, dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao mà trước hết là IP đã đặt ra các yêu cầu mới đối với công nghiệp viễn thông là động lực thúc đẩy việc nghiên cứu, phát triển và khai thác các hệ thống mạng MPLS nhằm thay thế cho các dịch vụ thuê kênh đường truyền Lease Line giá cao

3.2 Các d ịch vụ và chất lượng dịch vụ mạng mạng IP của ETL

3.3 Các gi ải pháp ứng dụng MPLS

3.3.1 Ứng dụng của MPLS trong việc cung cấp dịch vụ IP VPN của ETL

Nắm bắt xu thế phát triển của công nghệ thông tin và viễn thông, lưu lượng

mạng công cộng chạy trên mạng sẽ dần chuyển sang các ứng dụng của giao thức IP

và có xu hướng chuyển về mô hình IP VPN Từ năm 2004, ETL đã đưa mạng NGN đầy đủ vào sử dụng với hai tổng đài điện thoại tại Hà Nội và Hồ Chí Minh Mạng NGN này dựa trên hạ tầng truyền dẫn IP, được xây dựng bởi các bộ định tuyến Juniper ETL hiện đang triển khai các hệ thống cung cấp dịch vụ viễn thông công

cộng như: dịch vụ VoIP – 188, dịch vụ Internet, dịch vụ cho thuê cổng quốc tế qua

trạm vệ tinh, dịch vụ kênh thuê riêng quốc tế và trong nước và đặc biệt là dịch vụ điện thoại cố định không dây dựa trên công nghệ CDMA 2000 1x-450Mhz

3.3.2 Ứng dụng MPLS trong mạng IP core của ETL

• Các thiết bị BRAS, Edge, Core Router đều hỗ trợ MPLS