Xây dựng mô hình mạng đường trục ứng dụng công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

TE Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng TFIB Tag Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn TIB Tag Information Base Cơ sở thông tin nhãnthẻ TGW Trunking Gateway Cổng

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Kim Giao

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2005

Mục lục

Thuật ngữ và viết tắt 3

Danh mục các bảng biểu và hình vẽ 11

Mở đầu .13

Chương 1: Tổng quan về công nghệ IP và ATM 1.1 Khái quát về công nghệ IP và ATM 15

1.2 Công nghệ IP 17

1.3 Công nghệ ATM .20

Chương 2: Giới thiệu chung về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức 2.1 Khái niệm và các động lực cho sự ra đời của chuyển mạch nhãn 26

2.2 Lịch sử phát triển của MPLS 29

2.3 Tình hình triển khai công nghệ .30

2.3.1 Tình hình triển khai công nghệ 30

2.3.2 Quá trình chuẩn hoá MPLS 32

2.3.3 Vai trò chính của nhóm làm việc MPLS trong IETF 33

2.3.4 Các dự án thương mại triển khai MPLS 32

2.4 Một số ưu điểm và khả năng ứng dụng của MPLS 34

2.4.1 Một số ưu điểm 34

2.4.2 Khả năng ứng dụng 36

Chương 3 Cấu trúc mạng MPLS 3.1 Các khái niệm cơ bản 42

3.2 Các thành phần cơ bản của mạng MPLS 50

3.3 Các giao thức cơ bản 52

3.3.1 Giao thức phân phối nhãn LDP .52

3.3.2 Giao thức phân phối nhãn dựa trên ràng buộc CR-LDP .67

3.3.3 Giao thức đặt trước tài nguyên RSVP .71

3.3.4 Giao thức MPLS – BGP 74

3.4 Hoạt động của MPLS 74

3.4.1 Các ho ạt động của MPLS 74

3.4.2 Các chế độ hoạt động .77

Chương 4 Các kỹ thuật được sử dụng trong mạng MPLS

4.1 Kỹ thuật lưu lượng 86

4.2 Quản lí lưu lượng 90

4.3 Định tuyến dựa trên ràng buộc 92

4.4 Chất lượng dịch vụ 100

4.5 Phát hiện và ngăn ngừa hiện tượng định tuyến vòng 103

Chương 5 Các mô hình mạng đường trục ứng dụng công nghệ MPLS 5.1 Các thiết bị MPLS dùng trên mạng 105

5.2 Xây dựng các mô hình c ho mạng đường trục 112

5.2.1 Tìm hiểu mô hình mạng đường trục trên thế giới 114

5.2.2 Tìm hiểu các mô hình mạng đường trục Bắc – Nam 118

5.2.3 Xây dựng các mô hình mạng cho phòng thực tập viễn thông khoa Công Nghệ phục vụ đào tạo 123

Kết luận 130

Tài liệu tham khảo 133

THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT

AAL5 ATM Adaptation Layer5 Lớp tương thích ATM5

ABR Available Bit Rate Tốc độ bít khả dụng

ADM Add-Drop Multiplexer Bộ ghép xen kênh

AF ATM Forum Diễn đàn ATM

ARIS Aggregate Route-Based IP Chuyển mạch IP theo phương

Switching pháp tổng hợp tuyến ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ

AS Autonomoust System Hệ tự trị ( tự quản)

ASIC Application Specific Integrated Mạch tích hợp các ứng dụng

ASTN Autono mous Switched Mạng truyền tải chuyển mạch

Transpost Network tự động ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền dẫn không

BL Burst Limit Giới hạn “cụm”

BT Burst Tolerance Dung sai “cụm”

BTT Bidirectional Traffic Trunk Trung kế lưu lượng hai hướng C/R Command Response Đáp ứng yêu cầu

CBR Constant Bit Rate Tốc độ bít không đổi

CBS Committed Burst Size Kích thước cụm cho phép

CDR Committed Data Rate Tốc độ dữ liệu cho phép

CE Custumer Edge Thiết bị định tuyến biên phía

CLP Cell Loss Priority Độ ưu tiên mất mát tế bào

CPE Customer Premise Equipment Thiết bị phía khách hàng

CoS Cost of Service Giá thành dịch vụ

CR Cell Router Bộ định tuyến tế bào

CR Constraint-Based Routing Định tuyến dựa trên ràng buộc

CR Committed Rate Tốc độ cho phép

CSP F Constrained Shortest Path First Giao thức định tuyến tìm đường

CSR Cell Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch tế bào

CQ Custom Queuing Hàng đợi khách hàng

DLCI Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nói lớp liên kết dữ

DVMRP Distance Vector Multicast Giao thức định tuyến đa hướng

Routing Protocol theo véc tơ khoảng cách DWDM Density-Wave Division Ghép kênh phân chia theo mật

Multiplexing độ bước sóng EBS Excess Burst Size Kích thước cụm vượt giới hạn ECR Egress Cell Router Bộ định tuyến tế bào lối ra

EGP Edge Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng biên

ER Explicit Routing Định tuyến hiện

ETSI European Telecommunication Viện tiêu chuẩn viễn thông

Standard Institute Châu Âu

FA Forwarding Adjacence Chuyển tiếp cận kề

FEC Forwarding Equivalence Class Nhóm chuyển tiếp tương đương FIFO Fisrt-in, Fisrt-out Vào trước, ra trước

FIB Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp FMP Flow Management Protocol Giao thức quản lí luồ ng

FR Frame Relay Chuyển tiếp khung

FTN FEC- to- NHLFE Sắp xếp FEC vào NHLFE

GMPLS Generalized Multiprotocol Chuyển mạch nhãn đa giao thức

Label Switching tổng quát GFC Generic Flow Control Điều khiển luồng chung

GR Guaranteed Rate Tốc độ bảo vệ

HDLC High-Level Data Link Control Điều khiển liên kết dữ liệu mức

HEC Header Error Control Điều khiển lỗi tiêu đề

IBM International Business Machine Công ty IBM

ICMP Internet Control Message Giao thức điều khiển bản tin

ICR Ingress Cell Router Bộ định tuyến tế bào lối ra

IETF Internet Enginerring Tổ chức tiêu chuẩn kỹ thuật

Task Force quốc tế cho Internet IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng trong

IN Intelligent Network Mạng thông minh

IP Internet Protocol Giao thức định tuyến Internet IPOA IP over ATM IP trên nền ATM

IPOS IP over SONET IP trên nền SONET

IPv6 IP version 6 Giao thức IP phiên bản 6

IPX IP eXchange Giao thức IPX

ISC International Softswitch Tổ chức chuyển mạch mềm

ISDN Intergrated Service Digital Mạng số liên kết đa dịch vụ

IS- IS Intermediate System- Giao thức định tuyến IS-IS

Intermediate System LAN Local Area Network Mạng cục bộ

LANE Local Area Network Emulation Mô phỏng mạng cục bộ

LB Local Binning Sự liên kết cục bộ

LCN Logic Channel Number Số kênh lôgic

LC-ATM Label Controlled ATM Interface Giao diện ATM được điều khiển

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn

LER Label Edge Router Bộ định tuyến nhãn biên

LFIB Label Forwarding Information Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn

Base LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn

LIS Logical IP Subnet Mạng con IP logic

LMP Link Management Protocol Giao thức quản lí kênh

LPF Logical Port Function Chức năng cổng logic

LSP Label Switched Path Tuyến chuyển mạch nhãn

LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn MAC Media Access Controller Thiết bị điều khiển truy nhập mức

phương tiện truyền thông MGR MultiGigabyte Router Bộ định tuyến nhiều GigaByte

MG Media Gateway Cổng chuyển đổi phương tiện MGC Media Gateway Controller Thiết bị điều khiển MG

MIB Management Information Base Cơ sở dữ liệu thông tin quản lí MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MPOA MPLS over ATM MPLS trên nền ATM

MSF MultiService Switch Forum Diễn đàn chuyển mạch đa dịch vụ NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

NHLFE Next-Hop Label Forwarding Phương thức gửi gói tin dán nhãn

NHRP Next Hop Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ chặng

NLPID Network Layer Protocol Bộ nhận dạng giao thức lớp mạng

Identifier NNI Network-Network Interface Giao diện mạng - mạng

NSIF Network Service Interface Khối chức năng giao diện dịch vụ

OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến mở đường

PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức

PE Provider Edge Thiết bị định tuyến biên phía nhà

PIN Protocol ID Trường nhận dạng giao thức PNNI Private Node to Node Interface Giao diện nút - nút riêng

PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm - điểm

PQ Priority Queuing Hàng đợi có độ ưu tiên

PRCC Physical Router Controlled Thành phần điều khiển bộ định

Component tuyến vật lí PSTN Public Switch Telephone Mạng điện tho ại chuyển mạch

PTI Payload Type Identifier Trường nhận dạng loại tải tin PVC Permanent Virtual Circuit Kênh ảo cố định

QOS Quality Of Service Chất lượng dịch vụ

RFC Request for Comment Các tài liệu tiêu chuẩn IP do IETF

SNAP Service Node Access Point Điểm truy cập mức dịch vụ

SNI Signalling Network Interface Giao diện mạng báo hiệu

SNMP Simple Network Management Giao thức quản lí mạng đơn

Protocol SONET Synchronous Optical Network Mạng truyền dẫn quang đồng bộ

SP Service Provider Nhà cung c ấp dịch vụ

SPF Shortest Path First Phương thức định tuyến đường

STDM Statistical Time Division Ghép kênh phân chia theo thời

Multiplexing gian thống kê SVC Switched Virtual Circuit Kênh ảo chuyển mạch

TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời

TDP Tag Distribution Protocol Giao thức phân phối thẻ

TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối

TE Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng

TFIB Tag Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn TIB Tag Information Base Cơ sở thông tin nhãn(thẻ)

TGW Trunking Gateway Cổng trung kế

TLV Type- Length-Value Giá trị chiều dài tuyến(số nút) TOS Type of Service Loại dịch vụ

TTL Time to Live Thời gian sống

UDP User Data Protocol Giao thức dữ liệu người sử dụng

UK United Kingdom Vương quốc Anh

UNI User Network Interface Giao thức mạng - người dùng USA United State of America Hợp chủng quốc Hoa Kì

VBR Variable Bit Rate Tốc độ bít biến đổi

VC Virtual Circuit Kênh ảo

VCC Virtual Channel Connection Kết nối kênh ảo

VCI Virtual Circuit Identifier Trường nhận dạng kênh ảo

VCID Virtual Circuit ID -

VNS Virtual Network Service Dịch vụ mạng ảo

VPI Virtual Path Identifier Trường nhận dạng đường ảo

VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

VPNID Virtual Private Network Identifier Bộ nhận dạng mạng riêng ảo

VR Virtual Router Bộ định tuyến ảo

VSC Virtual Switched Controller Khối điều khiển chuyển mạch ảo VSCF Virtual Switched Controller Khối chức năng điều khiển chuyển

sóng WFQ Weighted Factor Queue Hàng đợi theo trọng số

Bảng 5: Các LSR biên ATM Cisco và dung lượng LVC

Bảng 6: Dung lượng LVC và các LSR ATM Cisco nếu kết hợp VC được sử dụng

B Danh mục các hình vẽ

Hình 1 - Dạng tiêu đề gói IP

Hình 2 - Khuôn dạng tiêu đề của tế bào ATM

Hình 3 - Định dạng chung c ủa nhãn MPLS

Hình 4 - Lớp liên kết dữ liệu là ATM

Hình 5 - Lớp liên kết dữ liệu là Frame Relay

Hình 6 - Nhãn trong shim - giữa lớp 2 và lớp 3

Hình 7 - Thông tin được sử dụng trong các quyết định chuyển tiếp

Hình 8 - Cơ cấu báo hiệu

Hình 19 - Bản tin Address Withdraw

Hình 20 - Bản tin Label Mapping

Hình 21 - Bản tin Label Withdraw

Hình 22 - Bản tin Label Request

Hình 23 - Bản tin Label Release

Hình 24 - Bản tin Label Abort Request

Hình 25 - Tạo LSP và chuyển tiếp gói tin thông qua miền MPLS Hình 26 - Mạng MPLS trong chế độ hoạt động khung

Hình 27 - Vị trí của nhãn MPLS trong khung lớp 2

Hình 28 - Phân bổ nhãn trong mạng ATM- MPLS

Hình 29 - Kết nối MPLS qua mạng ATM-PVC

Hình 30 - Bản tin yêu c ầu nhãn

Hình 31 - Bản tin ánh xạ nhãn

Hình 32 - Bản tin thông báo

Hình 33 - Explicit routeTLV

Hình 34 - The Explicit RouteHop TLV

Hình 35 - The traffic parameters TLV

Hình 41 - Mô hình DiffServ t ại biên và lõi mạng

Hình 42 - Mô hình mạng thế hệ sau c ủa Nortel

Hình 43 - Mô hình chức năng của NGN

Hình 44 - Cấu hình tổ chứcmạng MPLS phương án 1

Hình 45 - Cấu hình tổ chức mạng MPLS phương án 2

Hình 46 - Cấu hình tổ chức mạng MPLS phương án 3

Hình 47 - Mô hình mạngATM- MPLS đơn giản

Hình 48 - Mô hình lõi MPLS, biên ATM phục vụ cho đào tạo

Hình 49 - Mô hình mạng lõi ATM, biên MPLS phục vụ cho đào tạo

đã mang lại là gì

Đứng về phía những người sản xuất thiết bị, các nhà cung cấp và khai thác dịch vụ:Trong môi trường nhiều nhà cung cấp như hiện nay, để cạnh tranh và chiếm lĩnh được thị trường, thu hút được khách hàng về phía mình, không còn sự lựa chọn nào khác ngoài việc phải tìm ra cho mình những công nghệ phù hợp, bắt kịp và đáp ứng được nhu c ầu của khách hàng đề ra

Nền tảng cho xã hội thông tin chính là sự phát triển cao của các dịch vụ viễn thông Mềm dẻo, linh hoạt và gần gũi với người sử dụng là mục tiêu c ần hướng tới Vài năm qua, Internet đang ngày càng phát triển với các ứng dụng mới trong thương mại và thị trường người tiêu dùng Cùng với các dịch vụ truyền thống hiện nay được cung cấp qua Internet thì các dịch vụ thoại và đa phương tiện đang được phát triển và sử dụng Tuy nhiên, tốc độ và dải thông của các dịch vụ và ứng dụng này đã vượt quá tài nguyên hạ tầng Internet hiện nay Chính những điều đã gây một

áp lực cho mạng viễn thông hiện thời, phải đảm bảo truyền tải thông tin tốc độ cao với 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

Ưu điểm nổi bật của giao thức định tuyến TCP/IP là khả năng định tuyến và truyền gói tin một cách hết sức mềm dẻo, linh hoạt và rộng khắp toàn cầu Nhưng

IP không đảm bảo chất lượng dịch vụ, tốc độ truyền tin theo yêu cầu, trong khi đó công nghệ ATM có thế mạnh ưu việt về tốc độ truyền tin cao, đảm bảo thời gian

thực và chất lượng dịch vụ theo yêu cầu định trước Sự kết hợp IP với ATM có thể

là giải pháp kỳ vọng cho mạng viễn thông tương lai - mạng thế hệ sau NGN

Từ những nhu cầu được đặt ra đó, cuối năm 1996, nhóm làm việc trong IETF đã được thành lập để tập trung vào giải quyết vấn đề tích hợp giữa chuyển mạch và định tuyến.Cũng đã có một vài tên được đề nghị, nhưng cuối cùng quyết định lấy tên cho công nghệ tích hợp này là “ Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ” Công nghệ chuyển mạch nhãn này được đề xuất để tải các gói tin trên các kênh ảo và khắc phục được các vấn đề mà mạng ngày nay đ ang phải đối mặt, đó là tốc độ, khả năng mở rộng cấp độ mạng, quản lý chất lượng, quản lý băng thông cho mạng IP thế hệ sau - dựa trên mạng đường trục và có thể hoạt động với các mạng Frame Relay và chế độ truyền tải không đồng bộ (ATM) hiện nay nhờ cơ chế hoán đổi nhãn để đáp ứng các nhu cầu dịch vụ của người sử dụng mạng mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến IP

Các ưu điểm mà MPLS mang lại là:

MPLS tách chức năng của bộ định tuyến IP ra làm hai phần riêng biệt:

+ Chức năng chuyển gói tin + Chức năng điều khiển Phần chức năng chuyển gói tin có nhiệm vụ gửi gói tin giữa các bộ định tuyến nhờ sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như của ATM Các nhãn này có

độ dài cố định, không phụ thuộc vào lớp mạng Kỹ thuật hoán đổi nhãn thực chất

là việc tìm nhãn c ủa một gói tin trong một bảng nhãn để xác định tuyến và nhãn mới của gói Các nhãn này không liên quan đến địa chỉ lớp mạng, do vậy quá trình

xử lí được thực hiện nhanh và giảm bớt độ phức tạp cho các bộ định tuyến

MPLS có thể hỗ trợ các giao thức định tuyến Internet khác như giao thức tìm đường ngắn nhất mở (OSPF: Open Shortest Path First) và giao thức cổng biên (BGP : Border Gateway Protocol) MPLS còn hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng, cho

phép thiết lập tuyến cố định nên đảm bảo được chất lượng dịch vụ của các tuyến Đây là tính năng vượt trội của MPLS so với các giao thức định tuyến trước đó

Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế tái định tuyến lại nhanh, hỗ trợ quản lí mạng đơn giản và dễ dàng hơn bằng cách giám sát lưu lượng tại các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR) Bằng cách này, nghẽn lưu lượng cũng như vị trí xảy ra tắc nghẽn

sẽ được xác định nhanh chóng

Với những ưu điểm như vừa nêu ở trên, MPLS được đệ trình như là “ứng cử viên” nặng kí khi xem xét lựa chọn công nghệ chủ đạo để triển khai mạng thế hệ sau Nó là một công nghệ chuyển mạch IP có triển vọng ứng dụng rất cao Nhờ có đặc tính cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch

vụ của mạng IP truyền thống đồng thời cải thiện dải thông của mạng Hiện nay, các sản phẩm chuyển mạch MPLS đã được bán trên thị trường Do đó, việc tìm hiểu bản chất công nghệ cũng như nghiên cứu các sản phẩm phù hợp với từng nhu c ầu đặt ra là hết sức cần thiết Từ thực tế đó, để hoàn thành khoá đào tạo thạc sĩ của mình, đề tài em lựa chọn là: “Xây dựng mô hình mạng đường trục ứng dụng công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS” nhằm đề xuất như là một giải pháp tăng cường độ tin cậy cũng như băng thông cho mạng, đặc biệt là mạng đường trục, đáp ứng nhu cầu thực tế được đặt ra tại Việt Nam

Như mục tiêu đã đề ra đó, nội dung của luận văn gồm các vấn đề sau:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ IP và ATM

Chương 2: Tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức Chương 3: Các thành phần và hoạt động của mạng MPLS

Chương 4: Các kỹ thuật được sử dụng trong mạng MPLS

Chương 5: Các mô hình mạng đường trục ứng dụng công nghệ chuyển

mạch nhãn đa giao thức

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IP VÀ ATM 1.1 Khái quát về công nghệ IP và ATM [23]

Kể từ đầu những năm 90, từ khi mạng Internet ra đời, đến nay đã phát triển nhanh và trở nên rất phổ biến, Internet đã làm thay đổi hẳn bộ mặt của xã hội, đưa con người chuyển sang một giai đoạn mới, giai đoạn toàn cầu hoá, nhịp độ bắt kịp

và cập nhật thông tin khác xa so với giai đoạn trước đó, những khó khăn về truyền thông do khoảng cách địa lí gây ra không còn đáng lo ngại nữa Internet đã mở ra một phương tiện thông tin r ất hiệu quả và tiện lợi phục vụ cho giáo dục, thương mại, giải trí, thông tin giữa các cộng đồng v.v… Hiện nay ngày càng phát triển các ứng dụng mới cả trong thương mại và thị trường người tiêu dùng Thêm vào đó các dịch vụ đa phương tiện đang ngày một phát triển , điều đó đã thúc đẩy nhu cầu về tốc độ truyền dữ liệu và dải thông tăng nhanh Cùng với nó số lượng người sử dụng ngày càng tăng, chất lượng dịch vụ cũng phải được nâng cao Tuy nhiên, tài nguyên

hạ tầng Internet hiện nay không đáp ứng được các nhu cầu đó

Khi mà nhu cầu về chất lượng dịch vụ của người sử dụng và tốc độ phát triển của mạng Internet ngày càng tăng thì một giao thức mới để đảm bảo điều đó

là hết sức cần thiết, giao thức mới này không những phải thoả mãn nhu cầu về chất lượng dịch vụ, độ tin cậy mà còn phải đơn giản và tốc độ xử lý phải rất cao để đáp ứng được nhu cầu thời gian thực Vì vậy, sự ra đời của chuyền mạch nhãn đa giao thức MPLS là một tất yếu

Thật vậy, MPLS cung cấp một nền tảng công nghệ mới cho quá trình tạo ra các mạng đa người dùng, đa dịch vụ với hiệu năng cao hơn, khả năng mở rộng mạng lớn, nhiều chức năng được cải tiến và đáp ứng được nhiều yêu c ầu về chất lượng dịch vụ Chuyển mạch nhãn là yếu tố quan trọng nhất cho quá trình mở rộng Internet, nó cung c ấp những ứng dụng quan trọng trong xử lý chuyển tiếp gói bằng cách đơn giản hóa quá trình xử lý, hạn chế việc tạo ra các bản sao mào đầu tại mỗi

bước trong đường dẫn, và tạo ra một môi trường có thể hỗ trợ cho điều khiển chất lượng dịch vụ Phát triển của MPLS cho phép tích hợp IP và ATM, hỗ trợ hội tụ dịch vụ và cung cấp những cơ hội mới cho điều khiển lưu lượng và mạng riêng ảo Hiệu năng xử lý gói có thể được cải tiến bằng cách thêm nhãn có kích thước cố định vào các gói Điều khiển chất lượng dịch có thể được cung cấp dễ dàng hơn và

có thể xây dựng các mạng công cộng rất lớn MPLS là một kỹ thuật mới được mong đợi sẽ phát triển phổ biến trên phạm vi rộng ở cả các mạng IP riêng và công cộng, mở đường cho việc hội tụ các dịch vụ mạng, video và thoại

Tóm lại, MPLS sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc định tuyến, chuyển mạch và chuyển tiếp các gói qua mạng thế hệ sau cũng như giải quyết các vấn đề liên quan tới khả năng mở rộng cấp độ và có thể hoạt động với các mạng Frame Relay và ATM hiện nay để đáp ứng các nhu cầu dịch vụ của người sử dụng mạng

MPLS được phát triển trên cơ sở của hai công nghệ nền tảng: Công nghệ chuyển mạch dựa trên giao thức Internet (công nghệ IP) và công nghệ truyền dẫn không đồng bộ ATM Do vậy, để hiểu rõ hơn tại sao MPLS lại được phát triển, kế thừa những ưu điểm của hai công nghệ đó và tại sao các công nghệ này lại không đáp ứng được nhu cầu về băng thông, chất lượng dịch vụ cũng như tốc độ chuyển mạch, tại sao MPLS lại ra đời… thì trước khi đi sâu vào tìm hiểu công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức, ta sẽ tìm hiểu sơ qua đ ặc điểm, cấu trúc cũng như những

ưu điểm , nhược điểm và những khó khăn mà hai công nghệ này đang gặp phải

1.2 Công nghệ IP: [23]

Giao thức Internet là giao thức lớp hai trong mô hình 4 lớp của mô hình tham chiếu TCP/IP Nó là giao thức nằm trên môi trường vật lí mạng, môi trường này có thể là Ethernet, FDDI, ATM Giao thức này cung cấp sự truyền tải gói dữ liệu từ nơi này đến nơi khác, định tuyến từ mạng này đến mạng khác để tới đích

IP nhận gói dữ liệu từ lớp cao hơn, sau đó đóng gói dữ liệu này rồi chuyển xuố ng lớp dưới Các giao thức lớp cao cung c ấp dữ liệu cho lớp IP có thể gồm TCP, UDP và ICMP Trong đó, TCP cung cấp dòng dữ liệu tin cậy của các ứng dụng, các dịch vụ cung cấp cho giao thức TCP có thể gồm Telnet, HTTP, thư điện

tử UDP là giao thức gói dữ liệu, cung c ấp gói dữ liệu không tin cậy vì nó không có các cơ chế kiểm lỗi cũng như xác nhận gói tin như TCP Các dịch vụ sử dụng giao thức này là TFTP(Trivial File Transfer Protocol) và NFS(Network File System) ICMP là giao thức bản tin điều khiển Internet, cung cấp các cơ cấu phản hồi và điều khiển

Dạng tiêu đề của một gói IP

Verso

n

Source Address Destination Address

Data

Hình 1- Dạng tiêu đề gói IP

Trong đó:

- Version: Phiên bản của IP được dùng ( IP4 hoặc IP6)

- IHL : Chỉ độ dài của tiêu đề, tính bằng các từ 32 bít Nếu không có trường này thì mặc định của tiêu đề là 5

- Type of Service : Cho biết thông tin về loại dịch vụ và mức ưu tiên cả gói IP, trường này gồm có 8 bít, giá trị mặc định là 0

- Total Length : Cho biết độ dài của gói IP, gồm cả phần tiêu đề, được tính bằng đơn vị byte

- Identification : Chứa từ định danh c ủa gói phân mảnh

- Flags : Dùng cho quá trình phân mảnh và hợp nhất mảnh của các gói IP

- Fragment Offset : Cho biết khoảng cách tương đối của gói IP với gói bị phân mảnh ( tính theo 8 byte)

- Time to Live : Cho biết thời gian tối đa mà gói có thể tồn tại Trường này

bị giảm đi 1 mỗi khi phần tiêu đề gói IP qua một hệ thống xử lý Trừ khi gói bị lưu trong vòng đệm của một hệ thống quá lâu, trường này chỉ ra số tối đa các thiết bị định tuyến trung gian mà gói có thể đi qua trước khi bị loại bỏ Khi trường này bằng 0, IP phải huỷ bỏ gói này vô điều kiện Đặc tính này cho phép loại bỏ các gói tồn tại quá lâu trong mạng do lỗi định tuyến Trường TTL này thường được hệ thống gửi đ ặt là 30 giây

- Protocol : Chỉ loại số liệu giao thức mức trên được nhúng trong phần số liệu của gói IP ( vd : giá trị 6 cho TCP, 17 cho UDP…)

- Header Checksum : Là giá trị bù 1 của tổng các từ 16 bít trong phấn tiêu

đề của gói IP Trường này kiểm tra xem các thông tin tiêu đề của gói có

bị hỏ ng do lỗi truyền không IP chỉ kiểm tra lỗi tiêu đề

- Source Address : Địa chỉ IP của hệ thống gửi

- Destination Address : Địa chỉ IP của hệ thống đích

- Options: Chứa các thông số tuỳ chọn, như:

+ Source Routing : Cho phép định tuyến theo đường đã được xác định trước

+ Route Recording : Ghi lại tuyến đường mà gói số liệu đã được chuyển + Time Stamping: Thêm một nhãn thời gian khi qua mỗi thiết bị định tuyến trung gian

+ Security : Bao gồm nhiều tuỳ chọn về an ninh

- Padding : Số liệu vá, thêm vào phần tiêu đề của gói IP, làm cho nó thành bội của 4 bytes hay 32 bít

- Data : Chứa dữ liệu của giao thức mức vận chuyển, là bội của 8 byte Các bộ định tuyến muố n chuyển gói số liệu IP tới đích, thì phải dựa vào địa chỉ IP đích chứa trong phần tiêu đề Như vậy, tại mỗi bộ định tuyến phải có một bảng định tuyến để lưu trữ thông tin liên quan đến địa chỉ cũng như các thông tin

khác như bản đồ, đường đi tới đích Một vấn đề đặt ra là: Khi số lượng địa chỉ IP tăng lên thì liệu các bộ định tuyến còn đủ không gian nhớ để lưu trữ một lượng thông tin khổng lồ tại bảng định tuyến nữa không, lúc đó bộ xử lí có đủ năng lực để

xử lí thông tin và ra quyết định định tuyến kịp thời đáp ứng nhu c ầu ngày càng cao của khách hàng nữa không, nhất là các yêu c ầu về thời gian thực

Tóm lại : Công nghệ IP có ưu và nhược điểm là:

Ưu điểm : Đơn giản, đã được chuẩn hoá, mức độ phổ biến rộng, được coi

là công nghệ của tương lai Những năm gần đây đã chỉ ra khả năng sử dụng IP trực tiếp trên nền công nghệ quang và những sửa đổi giao thức

IP đảm bảo chất lượng dịch vụ mới đã tạo tiền đồ cho khả năng chiếm lĩnh thị trường của công nghệ này trong tương lai

Nhược điểm : Với định tuyến IP truyền thống, chất lượng dịch vụ chỉ

dừng lại ở mức cố gắng tối đa (Best Effort) Không có khả năng hỗ trợ thời gian thực như thoại hoặc hình ảnh động chất lượng cao Để có thể hỗ trợ được các dịch vụ này cần bổ sung các giao thức điều khiển chất lượng dịch vụ như RSVP hay chuyển sang IPv6

dữ liệu, âm thanh, điện tho ại có hình, video chất lượng cao…

Trong mô hình tham chiếu B - ISDN, ATM đóng vai trò chính trong công nghệ chuyển mạch các dữ liệu lớp cao, nhờ lớp tương thích ATM để đóng gói các

dữ liệu tại lớp cao thành các tế bào (cell) có kích thước cố định để chuyển tiếp nhờ mạng sử dụng công nghệ này

Sở dĩ ATM được coi là công nghệ chủ đạo trong mạng B-ISDN là nhờ tốc

độ chuyển mạch gói tin cao, có thể đáp ứng được chất lượng dịch vụ cũng như yêu cầu về thời gian thực Để hiểu được điều này, ta lần lượt xem xét từng vấn đề sau:

- ATM sử dụng kỹ thuật không đồng bộ, không như các kỹ thuật thường được sử dụng trong truyền dữ liệu, dữ liệu thường được ghép kênh vào trong một liên kết vật lí đơn, ATM truyền gói dữ liệu tế bào khi nào có dữ liệu sẵn sàng, các

tế bào được truyền đi một cách đồng bộ nhưng không phải là ghép xen kẽ một cách đều đặn như trong các kỹ thuật khác Thuật ngữ “không đồng bộ” thể hiện ở chỗ này

- ATM có cấu trúc mạng theo kiểu “phân c ấp”, có hai giao diện được cung cấp là:UNI (User- Network Interface) và NNIs (Network-Network Interface) Các trạm đầu cuối ATM được kết nối với các mạng riêng thông qua giao diện UNI, còn các mạng được kết nối với nhau nhờ giao diện NNI

- ATM sử dụng các gói có chiều dài cố định nhỏ, được gọi là “các tế bào” Các tế bào này có kích thước cố định, với độ lớn là 53bytes, trong đó có 5 bytes tiêu đề và 48 bytes tải tin Việc sử dụng các tế bào này có một vài ưu điểm Thứ nhất thuận tiện trong thiết kế phần cứng, dễ dàng thiết kế các bộ xử lí gói có kích thước giống nhau Thứ hai, việc sử dụng các tế bào nhỏ làm giảm trễ trong xử lí, có thể ngăn chặn được việc “tắc nghẽn đầu hàng đợi”(Head-of-line blocking) Đây cũng là một yếu tố để tăng tốc độ xử lí và chuyển mạch nhằm đáp ứng chất lượng dịch vụ và tăng tốc độ xử lí gói tin

- ATM là một công nghệ kết nối có định hướng, đây là một ưu điểm so với chuyển mạch IP, các tuyến ảo được thiết lập trước khi một phiên truyền dữ liệu được bắt đầu, điều này đảm bảo rằng dữ liệu được truyền một cách tin cậy hơn, độ mất mát tin tức cũng như xác suất hỏng gói tin là gi ảm đáng kể so với kết nối không định hướng

- Khuôn dạng tiêu đề của tế bào ATM:

Hình 2 – Khuôn dạng tiêu đề của tế bào ATM

Trong đó:

GFC : Điều khiển luồng chung

VPI : Trường nhận dạng đường ảo

VCI : Trường nhận dạng kênh ảo

PTI : Bộ hiển thị loại tải tin

CLP : Trường ưu tiên mất mát tế bào

HEC : Trường kiểm tra lỗi tiêu đề

Trường tải tin được sử dụng để chỉ ra rằng đó tải tin được chứa trong tế bào

là dữ liệu người sử dụng hay là thông tin điều khiển

Trường ưu tiên mất mát tế bào (1 bít) được sử dụng để đánh dấu các tế bào

có thể loại bỏ đầu tiên khi tắc nghẽn xuất hiện Trường này rất có ích khi máy trạm gửi thông tin lớn hơn dải thông được đ ặt trước

Trường kiểm tra lỗi tiêu đề là trường CRC 8 bít, chỉ kiểm tra phần tiêu đề, không kiểm lỗi cho phần tải tin, nhằm mục đích tăng tốc độ xử lí Nó có thể dùng

để kiểm tra lỗi đơn hoặc lỗi cụm

- ATM sử dụng cơ c ấu chuyển mạch, khi các tế bào đến tại đầu vào c ủa chuyển mạch, trường VCI và VPI đầu vào tiêu đề gói tin được xem xét để quyết

định cổng ra Sau quá trình xử lí, trường VCI mới được gắn vào để chuyển tiếp tới chặng tiếp theo Cuối cùng, các tế bào đã được xử lí này sẽ được đưa tới cổng ra nhờ cơ cấu chuyển mạch Tại mỗi lối vào và lối ra c ủa chuyển mạch ATM sử dụng các bộ đệm để lưu tạm các tế bào trong trường hợp bộ xử lí tại chuyển mạch chưa

xử lí kịp ( trong trường hợp bộ đệm lối vào) ho ặc dải thông chưa khả dụng để chuyển các tế bào tại lối ra (trường hợp với bộ đệm lối ra).Cơ cấu hỗ trợ đắc lực trong việc làm giảm tắc nghẽn đầu hàng đợi (head of line blocking) thường xảy ra trong các bộ chuyển mạch Ngoài ra ở các bộ đệm này còn có cơ chế lọc dữ liệu

Nó căn cứ vào trường ưu tiên độ mất mát tế bào CLP để quyết định cho tế bào nào (có độ ưu tiên cao) được xử lí trước, tế bào nào thì được xử lí sau và tế bào nào có thể loại bỏ trong trường hợp xảy ra tắc nghẽn Chính nhờ kỹ thuật này mà công nghệ ATM có thể đảm bảo được chất lượng dịch vụ khi đã đặt trước nguồn tài nguyên

- ATM sử dụng các kênh ảo và các đường ảo để chuyển mạch các tế bào tới đích Các kênh ảo (VC) không liên quan gì đến địa chỉ mạng của dữ liệu, nó thay đổi khi đi qua một chuyển mạch Đường ảo (VP) dùng để nhóm các kênh ảo lại với nhau để chuyển chúng đi giữa các chuyển mạch Mục đích của VP là để tăng hiệu quả sử dụng dải thông của đường truyền dẫn Có hai loại kênh ảo được sử dụng để đáp ứng yêu cầu của người sử dụng:

+ Kênh ảo cố định (PVC): Loại kênh này tạo nên một “đường ảo” đã được

thiết lập trước khi truyền dữ liệu Vì dữ liệu sẽ được truyền đi theo một đường đã thiết lập trước nên tốc độ sẽ nhanh hơn nhiều, và hoàn toàn đảm bảo đúng dải thông theo yêu c ầu, dải thông “được đ ặt trước” sẽ không s ử dụng bởi một kết nối khác Kênh ảo cố định được sử dụng phổ biến trong các mạng cục bộ ATM

+ Kênh ảo chuyển mạch(SVC): Tuy nhiên, loại kênh PVC được thiết lập

một cách thủ công nên r ất cồng kềnh Hơn nữa, nếu sử dụng loại kênh này thì t ại mỗi chuyển mạch, các thông tin về tuyến của tất cả các kết nối phải được lưu giữ,

đối với mạng diện rộng, khi các kết nối tăng lên thì bộ nhớ của chuyển mạch sẽ bị tràn rất nhanh chóng, nó không còn phù hợp nữa Do vậy, một loại kênh khác tuy tốc độ chuyển mạch chậm hơn nhưng lại giảm được độ cồng kềnh và bộ nhớ cũng không phải lưu trữ quá nặng, đó là kênh ảo chuyển mạch Kênh ảo chuyển mạch sẽ được thiết lập khi cần thiết, còn trong điều kiện bình thường là khả dụng cho bất kì một kết nối nào, loại kênh này còn làm tăng hiệu quả sử dụng dải thông của tuyến Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là đòi hỏi một phần mềm phức tạp, đủ năng lực

để quản lí tất cả các kết nối

- Lớp tương thích ATM (AAL): Để ATM tương thích với các lớp cao hơn (chẳng hạn lớp IP), một lớp đệm ở giữa được sử dụng, “lớp tương thích ATM, lớp AAL”, nhằm ánh xạ luồng dữ liệu lớp cao thành các tế bào ATM phù hợp cho việc chuyển tiếp trong mạng ATM

Lớp AAL được chia thành 2 phần:

+ Phân lớp con phân mảnh và hợp nhất tế bào (SAR: segmentation and reassembly) : Có tác dụng phân chia dữ liệu thành các tế bào để truyền trong mạng, khi tới đích nó lại hợp nhất các gói tin này thành dữ liệu lớp cao

+ Phân lớp con hội tụ : Dùng để quản lí luồng dữ liệu đến và đi từ phân lớp con SAR

Có 4 lớp AAL được định nghĩa để đáp ứng việc đóng gói dữ liệu đúng yêu cầu, đó là:

+ AAL1: Sử dụng cho các dịch vụ có tốc độ bít không đổi với yêu c ầu trễ cho phép là cực đại

+ AAL2: Sử dụng cho các dịch vụ có tốc độ bít biến đổi

+ AAL3/4 : Sử dụng cho việc truyền dữ liệu

+ AAL5 :Cũng sử dụng cho việc truyền dữ liệu nhưng hiệu quả hơn AAL3/4 do trong AAL5 t ất cả 48 byte tải tin, trừ byte cuối cùng, là dành cho việc truyền dữ liệu, trong khi AAL3/4 sử dụng 4 byte trong phần 48 byte tải tin cho phần tiêu đề (overhead)

Do phạm vi một luận văn chỉ có thể điểm qua những nét chính, không thể đi sâu chi tiết vào các kỹ thuật c ủa ATM như các tham số về độ trễ cực đại, độ biến thiên trễ cực đại, tốc độ cực đại, dải thông yêu cầu …cho từng loại AAL Tuy nhiên, điều đó đã nói lên rằng ATM là một công nghệ hỗ trợ rất tốt cho chất lượng dịch vụ, yêu c ầu dải thông cũng như tốc độ chuyển mạch đối với từng loại dữ liệu của người dùng nhưng do hỗ trợ nhiều kỹ thật nên độ phức tạp cũng rất lớn

Tóm lại: Các ưu, nhược điểm của công nghệ của ATM

Ưu điểm : Là công nghệ trong giai đoạn chín muồi, được chuẩn hoá bởi

ITU-T và diễn đàn ATM (ATM Forum), có khả năng hỗ trợ chất lượng dịch vụ cao theo yêu cầu ATM có khả năng hỗ trợ IP, nhưng chỉ là sự kết hợp chứ chưa phải là sự tích hợp của IP và ATM

Nhược điểm : Giá thành cao, giao thức điều khiển (MPOA) phức tạp hơn

so với giao thức IP truyền thống Việc tạo thêm một lớp ATM của các ứng dụng IP sẽ làm phức tạp thêm rất nhiều, đồng thời cũng hạn chế đi rất nhiều khả năng của IP, chẳng hạn như khả năng định tuyến theo các thuật toán khác nhau…

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC

2.1 Khái niệm và các động lực ra đời của chuyển mạch nhãn [21]

a Khái niệm :

Khái niệm chuyển mạch nhãn rất đơn giản Ta hãy xem cách một luồng lưu lượng người dùng (vd: một bản tin) được gửi từ máy nguồn tới máy đích của người nhận Trong mạng Internet truyền thống, phương pháp để chuyển thư điện tử này tương tự như cách một bức thư tay được chuyển Địa chỉ đích được kiểm tra bởi các thành phần chuyển mạch (đối với hệ thống Internet thì nhiệm vụ là của các

bộ định tuyến, còn trong hệ thống thư tay thì đó là nhiệm vụ của người đưa thư) Địa chỉ đích này sẽ quyết định có bao nhiêu bộ định tuyến hoặc bao nhiêu người đưa thư để chuyển gói dữ liệu này (hay phong bì thư) đến người nhận cuối cùng

Chuyển mạch nhãn có phương thức ho ạt động hoàn toàn khác Thay vì sử dụng các địa chỉ đích ra quyết định định tuyến, một số (hay còn gọi là một nhãn) được gắn vào gói này Cũng tương tự với dịch vụ thư tay truyền thống, giá trị nhãn này sẽ được gắn trên phong bì thư, và trong cả hai cách đều dùng nó để chuyển các gói tin (hay thư) đến đích Trong các mạng máy tính, nhãn này sẽ được đặt ở trong tiêu đề gói, được sử dụng thay thế cho địa chỉ (vd: địa chỉ IP)

b Các động lực cho sự ra đời của chuyển mạch nhãn

Các lý do để chuyển mạch nhãn được quan tâm trong nền công nghiệp viễn thông là:

Tốc độ và trễ :

Các chuyển mạch dựa trên phần mềm truyền thống thì quá chậm để xử lí các tải lưu lượng lớn trong mạng Internet Ngay c ả với các kỹ thuật đã được cải tiến thì việc tra tìm bảng nhanh với một gói dữ liệu nào đó trên bộ định tuyến thì thường

mất thời gian hơn nhiều so với tốc độ xử lí của bộ định tuyến Kết quả là mất tải lưu lượng, mất các kết nối, tính năng thực thi sẽ giảm trong mạng dựa trên IP

Chuyển mạch nhãn, khác xa so với định tuyến IP, nó cung cấp một giải pháp hiệu quả cho vấn đề này Lý do để chuyển mạch nhãn nhanh hơn nhiều là việc giá trị nhãn được đặt trong tiêu đề của gói đến, giá trị này được sử dụng để truy c ập vào bảng chuyển tiếp trong bộ định tuyến, có nghĩa là giá trị này đ ược sử dụng để làm chỉ số tham chiếu bảng (index the table) Việc tra tìm này chỉ yêu cầu duy nhất một truy cập, khác với bằng định tuyến truyền thống, việc truy c ập là hàng ngàn l ần (do cơ sở dữ liệu trong bảng đinh tuyến truyền thống quá lớn)

Kết quả mang lại khi sử dụng chuyển mạch nhãn là tăng tốc độ chuyển mạch, lượng thông tin được lưu chuyển trên mạng nhanh hơn, do đó làm giảm độ trễ cũng như thời gian đáp ứng trong việc trao đổi giữa những người sử dụng

Độ rung pha (Jitter) :

Đối với máy tính, ngoài các tham số tốc độ, sự đáp ứng, trễ còn có một thành phần khác Đó là sự biến thiên trễ của lưu lượng người sử dụng do sự chuyển tiếp các gói tin tới một vài nút trong mạng để đến đích của nó Biến thiên trễ bị tích luỹ khi gói đi từ nguồn tới đích Tại mỗi nút, địa chỉ đích của gói được xem xét và

so sánh với một danh sách dài các địa chỉ có khả năng là địa chỉ đích trong các bảng định tuyến của nút

Khi gói tin được truyền qua các nút này, nó sẽ tích luỹ cả trễ lẫn biến thiên trễ, phụ thuôc vào độ dài c ủa bảng được tra và số gói tin được xử lí trong một đơn

vị thời gian Kết quả cuối cùng tại nút nhận là rung pha, trôi pha và nghiêm trọng hơn nữa là trượt pha Vấn đề này ảnh hưởng rất xấu đến các gói dữ liệu tiếng nói

Đối với chuyển mạch nhãn, do việc tra tìm thông tin trong bảng định tuyến

là ít, nên vấn đề về tích luỹ biến thiên trễ giảm rất nhiều Kết quả là lưu lượng người sử dụng sẽ được chuyển tiếp trong mạng một cách nhanh chóng, do đó sự rung pha cũng ít hơn so với định tuyến IP truyền thống

Mở rộng cấp độ mạng :

Tốc độ là một khía cạnh quan trọng trong chuyển mạch nhãn, việc xử lí lưu lượng người sử dụng trong một mạng Internet là rất cần thiết, tuy nhiên các dịch vụ được xử lí nhanh chưa phải là tất cả những gì mà chuyển mạch nhãn cung cấp Nó còn cung c ấp cả khả năng mở rộng cấp độ mạng, đó là khả năng mà một hệ thống

có thể mở rộng quy mô và tăng số lượng thuê bao trong mạng Internet lên Hàng ngàn thuê bao mới được các nút mạng (các bộ định tuyến, các máy chủ) hỗ trợ đang đăng nhập mỗi ngày Để quản lí được tất cả các thuê bao như vậy, đặc biệt là các thuê bao s ử dụng các dịch vụ đa phương tiện thì công việc của bộ định tuyến là hết sức nặng nề Chuyển mạch nhãn đưa ra các cách gi ải quyết cho các mạng lớn và tăng trưởng một cách nhanh chóng này bằng cách cho phép một số lượng lớn các địa chỉ IP gắn vào một hoặc một số rất ít nhãn Phương pháp tiếp cận này làm giảm

đi rất nhiều kích thước các bảng địa chỉ và cho phép bộ định tuyến hỗ trợ nhiều người sử dụng hơn

Tính đơn giản:

Một khía cạnh hấp dẫn khác của chuyển mạch nhãn là giao thức chuyển mạch (nó bao gồm một tập các giao thức): Việc chuyển tiếp dựa trên gói Cơ c ấu điều khiển luồng được thực hiện để tạo mối liên quan giữa nhãn và lưu lượng người dùng là không thích hợp với thực tế chuyển tiếp lưu luợng Các cơ c ấu điều khiển này thì phức tạp nhưng nó không ảnh hưởng tới việc điều khiển lưu lượng người sử dụng

Có một vài phương pháp khác nhau được áp dụng để thiết lập sự kết hợp nhãn ( binding ) c ủa lưu lượng người dùng Khi sự kết hợp này được hoàn tất thì các hoạt động chuyển mạch nhãn để chuyển lưu lượng tới đích là đơn giản Các hoạt động chuyển mạch nhãn được thực hiện trong phần mềm, trong ASIC, ho ặc trong các bộ xử lí đ ặc biệt

Tiêu tốn nguồn tài nguyên:

Cơ cấu điều khiển để thiết lập nhãn phải không là gánh nặng cho mạng Điều

đó có nghĩa là chúng không tiêu tốn nguồn tài nguyên Các mạng chuyển mạch nhãn không tiêu tốn nhiều nguồn tài nguyên để thực hiện các cơ cấu điều khiển thiết lập các đường chuyển mạch nhãn đối với lưu lượng người sử dụng

2.2 Lịch sử phát triển của MPLS: [4], [24]

Việc hình thành và phát triển công nghệ MPLS xuất phát từ nhu cầu thực

tế, được các nhà công nghiệp viễn thông thúc đẩy nhanh chóng Sự thành công và nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường mà công nghệ này có được là nhờ vào việc chuẩn hoá công nghệ Quá trình hình thành và phát triển công nghệ, những giải pháp ban đầu của các hãng như Cisco, IBM, Toshiba…Những nổ lực chuẩn hoá của tổ chức tiêu chuẩn IETF trong việc ban hành về tiêu chuẩn MPLS…sẽ cung cấp cho ta những nhận định ban đầu về xu hướng phát triển của MPLS

MPLS được đề xuất đầu tiên do hãng Ipsilon - một hãng rất nhỏ về công nghệ thông tin trong một triển lãm về công nghệ thông tin, viễn thông tại Texas Sau đó, Cisco và hàng loạt các hãng lớn khác như IBM, Toshiba…công bố các sản phẩm công nghệ chuyển mạch c ủa họ dưới các tên khác nhau nhưng đều cùng chung bản chất là công nghệ chuyển mạch nhãn

Thiết bị định tuyến chuyển mạch tế bào của Toshiba (năm 1994) là tổng đài ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM Tổng đài IP của Ipsilon cũng là một ma trận chuyển mạch ATM được điều khiển bởi khối

xử lí sử dụng công nghệ IP Công nghệ chuyển mạch thẻ của Cisco cũng tương tự nhưng có bổ sung thêm một vài kỹ thuật như lớp chuyển tiếp tương đương FEC, giao thức phân phối nhãn Đến năm 1998, nhóm nghiên cứu IETF đã tiến hành các công việc để đưa ra tiêu chuẩn và khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức

Sự ra đời của MPLS được dự báo là tất yếu khi nhu c ầu và tốc độ phát triển rất nhanh c ủa mạng Internet đòi hỏi phải có một giao thức mới đảm bảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu

Có rất nhiều công nghệ để xây dựng mạng IP:

- IP trên nền ATM ( IPOA)

- IP trên nền SDH/SONET (IPOS)

- IP qua WDM

- IP qua cáp quang

Mỗi loại có những ưu và nhược điểm riêng Trong đó công nghệ ATM được

sử dụng rộng rãi trong các mạng IP đường trục do tốc độ cao và đảm bảo được chất lượng dịch vụ, điều khiển luồng và một số đặc tính khác mà các mạng định tuyến truyền thống không có được, trong những trường hợp đòi hỏi thời gian thực cao thì IPOA là giải pháp tối ưu MPLS được hình thành dựa trên các kỹ thuật đó

MPLS thực hiện một số chức năng sau:

Hỗ trợ các giải pháp mạng riêng ảo VPN

Định tuyến hiện (là định tuyến có điều tiết hay điều khiển lưu lượng)

Hỗ trợ cục bộ cho định tuyến IP trong các tổng đài chuyển mạch ATM Khái niệm chuyển mạch nhãn xuất phát từ hai khái niệm : tổ ng đài chuyển mạch và bộ định tuyến

Xét trên góc độ tốc độ chuyển mạch, phương thức điều khiển luồng, tỉ lệ giữa giá cả và chất lượng thì tổng đài chuyển mạch sẽ tốt hơn bộ định tuyến Song các bộ định tuyến lại có khả năng định tuyến mềm dẻo mà tổng đài chuyển mạch không thể có được Do đó, chuyển mạch nhãn ra đời là sự kết hợp và kế thừa các

ưu điểm trên cũng như khắc phục những nhược điểm của cả tổng đài chuyển mạch

và bộ định tuyến truyền thống

2.3 Tình hình triển khai công nghệ, quá trình chuẩn hoá

về MPLS và vai trò của nhóm làm việc MPLS trong IETF

2.3.1 Tình hình triển khai công nghệ MPLS

BIG PIPE nhà khai thác mạng trục IP của Canada đã lựa chọn Cisco Systems là nhà cung c ấp thiết bị cho mạng trục IP OC-192 vào tháng 10 năm 2001- các bộ định tuyến của Cisco trong mạng trục này sẽ cho phép BIG PIPE cung c ấp băng thông OC-192 Các bộ định tuyến 12410 và 12416 của Cisco sẽ cho phép nhà cung cấp dịch vụ này triển khai các dịch vụ IP thế hệ sau như MPLS-VPN, IP QoS

và Voice over IP (VOIP)

Juniper Network và Ericsson Communication thông báo rằng thế hệ Internet Router trục mới (serie M) đã được triển khai trong mạng trục mới của TelstraSaturn TelstraSaturn là công ty đ ầu tiên tại New Zealand triển khai mạng băng tần lớn nhất cung cấp cả IP và thoại Các bộ định tuyến M160 và M20 đã được triển khai trong mạng trục tải lưu lượng qua MPLS Đây là mạng thương mại đầu tiên triển khai đầy đủ STM-16 (2.5 Gb/s) tại New Zealand

Tháng 10 Alcatel thông báo đã kí hợp đồng cung cấp thiết bị băng rộng cho Deatsche Telecom Group Các sản phẩm của Alcatel bao gồm: thiết bị chuyển mạch định tuyến (RSP) 7670 cho mạng chuyển đổi số liệu ATM của quốc nội tại Đức Thiết bị này sẽ cho phép Deatsche Telecom mở rộng mạng đa dịch vụ của họ

từ 12.8 Gb/s lên 450 Gb/s để thoả mãn nhu c ầu trong mạng thực Thiết bị này có khả năng chuyển mạch MPLS trên ATM

NTT America thông báo đã triển khai dịch vụ Arestar Global IP-VPN đến tất cả các doanh nghiệp tại Mỹ Dịch vụ Arestar IP-VPN cung c ấp giải pháp hoàn chỉnh bao gồm nhiều công nghệ IP –VPN, MPLS

China Telecom lựa chọ n Nortelworks trong 2 hợp đồng trị giá 12 triệu USD

để nâng cấp mạng ATM đa dịch vụ tại tỉnh Jiasngu và Shandong vào tháng 10 năm

2001 Hai mạng này cho phép China Telecom cung cấp dịch vụ ATM tiên tiến, duy nhất China Telecom có kế hoạch thay thế các thiết bị chuyển mạch đường trục hiện tại bằng giải pháp của Nortel Network Các thiết bị bao gồm: Passport 15000,

Passport 7480 MS Các thiết bị này cung c ấp các dịch vụ ATM, Frame Relay, chuyển mạch và định tuyến IP, MPLS…

Riverstone Network đã triển khai mạng cho hai nhà cung cấp Châu Âu là Telenet - nhà cung cấp dịch vụ Bỉ và Neosnetwork - nhà khai thác của U.K Nhà khai thác này triển khai mạng MPLS đầu tiên tại U.K với Router loại RS Neosnetworks chọn RS 8600 multi-service router và RS 3000 metro access router

để cung cấp dịch vụ Ethernet như một phần trong mạng truyền số liệu toàn quốc của U.K Telenet lựa chọn Reverstone là nhà cung cấp các router cho mạng đường trục IP trong mạng truyền số liệu và mạng cáp c ủa mình Telenet sử dụng Reverstone RS 8600 multi-service metro routers Cả hai dự án này đều được triển khai cuối năm 2001

Alcatel thông báo tháng 10 năm 2001 sản phẩm Alcatel 7670 RSP được lựa chọn mở rộng mạng ATM toàn quốc của Belgacom Sản phẩm này cho phép Belgacom mở rộng mạng ATM đa dịch vụ hiện tại, Belgacom sẽ triển khai thêm các tổng đài truy nhập Alcatel 7470 MSP để tải lưu lượng IP và các dịch vụ DSL Trong năm 2001, Belgacom đã tăng số lượng khách hàng truy nhập Internet lên 100.000 trong tháng 7 và lên tới 200.000 vào cuối năm Thiết bị đa giao thức Alcatel 7670 RSP là thiết bị MPLS cho phép tích hợp ATM và MPLS/IP trong một thiết bị duy nhất

2.3.2 Quá trình chuẩn hóa MPLS

Đối với các công nghệ chuyển mạch mới, việc tiêu chuẩn hoá là một khía cạnh quan trọng quyết định khả năng chiếm lĩnh thị trường nhanh chóng c ủa công nghệ đó Các tiêu chuẩn liên quan đến IP và ATM đã được xây dựng và hoàn thiện trong một thời gian tương đối dài Các tiêu chuẩn về MPLS chủ yếu được IETF phát triển (các tiêu chuẩn RFC – Request for Comment) hiện đang được hoàn thiện

và đã thực hiện theo một quá trình như sau:

Vào đầu năm 1997, hiến chương MPLS được thông qua

Vào tháng 4 năm 1997, nhóm làm việc MPLS tiến hành cuộc họp đầu tiên

Vào tháng 11 năm 1997, tài liệu MPLS được ban hành

Vào tháng 7 năm 1998, tài liệu cấu trúc MPLS được ban hành

Trong tháng 8 và tháng 9 năm 1998, 10 tài liệu Internet bổ sung được ban hành, bao gồm giao thức phân phối nhãn MPLS (MPLS Label Distribution Protocol – MPLS LDP), mã hóa đánh dấu (Mark Encoding), các ứng dụng ATM v.v… MPLS hình thành về căn bản

IETF hoàn thiện các tiêu chuẩn MPLS và đưa ra các tài liệu RFC trong năm 1999

Sau năm 1999 liên tục ban hành các tiêu chuẩn MPLS đặc biệt quản lý, bảo mật và tương thích với các công nghệ khác

Như vậy, có thể thấy rằng MPLS đã phát triển nhanh chóng và hiệu quả Điều này cũng chứng minh những yêu cầu cấp bách trong công nghiệp cho một công nghệ mới Hầu hết các tiêu chuẩn MPLS hiện tại đã được ban hành dưới dạng RFC Sau khi toàn bộ các RFC được hoàn thiện, chúng sẽ được tập hợp lại để xây dựng một hệ thống tiêu chuẩn MPLS

2.3.3 Vai trò chính của nhóm làm việc MPLS trong IETF:

Nhóm làm việc MPLS c ủa IETF cung c ấp các bản thảo về định tuyến , gửi chuyển tiếp và chuyển mạch các luồng lưu lượng qua mạng sử dụng MPLS Nhiệm

vụ chính của nhóm này là:

Xác định cơ cấu quản lý nhiều mức độ khác nhau của các luồng lưu lượng, như các luồng giữa các cơ cấu, phần cứng khác nhau hoặc thậm chí các luồng giữa những ứng dụng khác nhau

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

Cung cấp phương pháp ánh xạ địa chỉ IP với các nhãn đơn gi ản, có độ dài cố định được sử dụng bởi các công nghệ chuyển tiếp gói và chuyển mạch gói khác nhau

Giao diện với các giao thức định tuyến hiện có như giao thức đặt trước tài nguyên (RSVP) và giao thức mở rộng theo phương thức ưu tiên tuyến đường ngắn nhất (OSPF)

Hỗ trợ IP, ATM và giao thức lớp 2 Frame-relay

Trong MPLS, việc truyền dữ liệu thực hiện theo các đường chuyển mạch nhãn (LSP) Các đường chuyển mạch nhãn chứa dãy các nhãn tại tất cả các nút dọc theo tuyến từ nguồn tới đích LSP được thiết lập trước khi truyền dữ liệu hoặc trong khi tìm luồng dữ liệu Nhãn được phân phối theo giao thức phân phối nhãn LDP hoặc RSVP , hoặc dựa vào các giao thức định tuyến như giao thức cổng biên và giao thức đường đi ngắn nhất hệ thống mở đầu tiên

Gói dữ liệu được nén và mang theo các nhãn trong quá trình đi từ nguồn tới đích Do các nhãn có chiều dài cố định được chèn vào đầu các gói hoặc tế bào nên

có thể được phần cứng sử dụng để chuyển mạch các gói tin một cách nhanh chóng giữa các đường liên kết, vì vậy việc sử dụng công nghệ chuyển mạch nhãn sẽ cho tốc độ chuyển mạch cao

Nhóm làm việc về MPLS chịu trách nhiệm chuẩn hoá các công nghệ sử dụng cho chuyển mạch nhãn và cho việc thực thi các đường chuyển mạch nhãn trên các công nghệ lớp liên kết như Frame Relay, ATM, công nghệ LAN ( Ether net, TokenRing…) Nó bao gồm các thủ tục và các giao thức cho việc phân phối nhãn giữa các bộ định tuyến

2.3.4 Các dự án thương mại triển khai MPLS [13],[24] :

6-2003 MASERGY triển khai dịch vụ thương mại MPLS

6-2003 Kuehne& Nagel mở rộng dịch vụ IP VPN ký với Equant

6-2003 AT&T thông báo cung cấp dịch vụ mới cho các khách hàng doanh

nghiệp 6-2003 BellSouth lựa chọn công nghệ của Lucent và Cisco để triển khai các

dịch vụ mới trên nền hạ tầng NG-SONET 6-2003 Dịch vụ giải pháp kết nối đồng cấp giữa các nhà khai thác tuyền tải của

Veraz được triển khai 5-2003 Norlight cung cấp dịch vụ IP VPN Any-to-Any

5-2003 Nhà khai thác dịch vụ của Litva Lithuanian Telecom triển khai mạng IP

trên nền MPLS 5-2003 NTT Communication triển khai mạng dịch vụ Vivace trong mạng đa

dịch vụ MPLS 5-2003 Equant ký hợp đồng khai thác IP VPN có giá trị 5 năm với bộ phận IT

của Electrolux 5-2003 Hãng tin BBC ký thoả thuận với Genesis Networks(SM) thiết lập mạng

băng tần chuyển đổi giữa 5 thành phố 5-2003 Hãng Cox Communicatión triển khai các thiết bị định tuyến thuộc họ T

của Juniper trong mạng đường trục quốc gia IP 5-2003 BellSouth lựa chọn MPLS cho mạng dịch vụ

5-2003 MetroNet triển khai MPLS nhằm truyền tải các dịch vụ VPN cao cấp

trên toàn quốc của Mexico 5-2003 BT thông báo lựa chọn MPLS để mở rộng khả năng cung cấp các dịch

vụ ICT giữa các doanh nghiệp tại Mỹ 5-2003 Acceris Communications lựa chọn MPLS cho giải pháp nâng cấp mạng

truyền số liệu 4-2003 ICG triển khai MPLS trong mạng số liệu quốc gia

4-2003 T-Systems Inc thông báo đã triển khai mở rộng phạm vi cung cấp dịch

vụ IP MPLS sang Bắc Mỹ 4-2003 NTT America bắt đầu cung cấp dịch vụ IP-VPN trên nền MPLS tại Thái

Lan 3-2003 BellSouth đưa vào khai thác dịch vụ mạng VPN

3-2003 Hãng Hanaro Telecom của Hàn Quốc lựa chọn CoSines IPSX 9500 để

tích hợp IPSec và Firewall với dịch vụ MPLS VPN 2-2003 Chiyoda-ku Hiotsubashi triển khai các bộ định tuyến 12000 của Cisco

trong mạng lõi 10Gbit/s MPLS 2-2003 Nortel Networks xây dựng mạng trục đa dịch vụ cho China Netcom 1-2003 Connex triển khai các thiết bị chuyển mạch đa dịch vụ của Nortel

Networks trong mạng đường trục 1-2003 BELNET truyền tải các ứng dụng Internet cao cấp bằng các sản phẩm

Alcatel IP/MPLS 1-2003 KT Corporation lựa chọn CoSine‟s IPSX 9500 để tăng cường các dịch

vụ thế hệ sau IP VPN 11-2002 Cellcom triển khai các bộ định tuyến M10 của Juniper Networks cho

mạng IP/MPLS tại Israel

11-2002 NTT America thông báo đã hoàn thành việc lắp đặt giải pháp mạng

MPLS cho hãng Allied TelesynGroup 10-2002 China Telecom lựa chọn giải pháp mạng trục đa dịch vụ MPLS của

Nortel Networks

Bảng 1 – Các dự án thương mại triển khai MPLS

2.4 Một số ƣu điểm và khả năng ứng dụng của công nghệ MPLS

2.4.1 Các ƣu điểm của MPLS

Hỗ trợ mềm dẻo và linh ho ạt cho tất cả các dịch vụ (hiện tại và sắp tới) trên một mạng đơn

Đơn giản hóa cấu hình mạng so với giải pháp IP trên nền ATM (IPOA)

Hỗ trợ tất cả các công cụ điều khiển lưu lượng mạnh mẽ bao gồm cả định tuyến liên tiếp và chuyển mạch bảo vệ

Hỗ trợ đa kết nối và đa giao thức:

Chuyển mạch nhãn cũng có thể vận hành ảo trên bất kỳ giao thức lớp liên kết

dữ liệu

Khả năng mở rộng chức năng điều khiển và chuyển tiếp Mỗi phần có thể phát triển không cần đến các phần khác, tạo sự phát triển mạng dễ dàng hơn, giá thành thấp hơn và lỗi ít hơn

Hỗ trợ cho tất cả các loại lưu lượng: một ưu điểm khác của chuyển mạch nhãn là nó có thể hỗ trợ cho tất cả các loại chuyển tiếp unicast, loại dịch vụ unicast

là một nội dung lớn trong chiến lược phát triển hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia

Để tìm hiểu khả năng áp dụng công nghệ này vàoViệt Nam, em xin trình bày một vài điểm chính về điều kiện thực tế, các nhu c ầu của xã hội ở giai đoạn hiện tại

và trong tương lai về một cơ sở hạ tầng viễn thông để có thể xây dựng được một

mô hình mạng đường trục sao cho có thể đảm bảo được các yêu c ầu sau:

- Tận dụng, kế thừa được cơ sở hạ tầng viễn thông đã có, tránh lãng phí khi chuyển sang một công nghệ hoàn toàn mới

- Hạn chế tối thiểu những khó khăn gặp phải trong quá trình thực thi công nghệ đối với các nhà khai thác, cũng như những khó khăn trong quá trình

sử dụng các dịch vụ của khách hàng, có nghĩa là phải tạo ra một thời kì quá độ để chuyển tiếp từ công nghệ này sang một công nghệ khác

- Các công nghệ được lựa chọn phải phù hợp với yêu c ầu thực tế đặt ra, không những trong điều kiện hiện tại mà còn cả trong một giai đoạn nào đấy trong tương lai Có hai vấn đề được đặt ra là: Thứ nhất, công nghệ lựa chọn phải phải phù hợp với xu thế của thế giới nhằm tránh trường hợp công nghệ vừa mới được đưa vào khai thác ho ặc mới khai thác được

một thời gian đã trở nên lạc hậu, không có khả năng đảm bảo yêu cầu đặt ra của người sử dụng Thứ hai, công nghệ đó phải phù hợp với khả năng kinh tế hiện có của công ty mình, hoặc của ngân quỹ quốc gia (nếu

là mạng đường trục của quốc gia), tránh trường hợp bỏ kinh phí quá lớn

để chọn một công nghệ mà điều kiện cơ sở hạ tầng cũng như nhu cầu của khách hàng hiện tại không sử dụng hết các tính năng cũng như các dịch

vụ mà công nghệ cung cấp, như vậy là hết sức lãng phí, không sử dụng hiệu quả nguồn vốn đầu tư

Do MPLS là giải pháp cho mạng đường trục quốc gia, đề tài tìm hiểu của

em là hướng tới tìm hiểu để xây dựng một mô hình đường trục, và từ những yêu cầu đặt ra đó, em sẽ đi vào tìm hiểu các điều kiện hiện tại cũng như những mục tiêu đặt ra đối với hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia

Việt Nam là một nước đang phát triển, đang ở giai đoạn công nghiệp hoá và hiện đại hoá Việc xây dựng hạ tầng thông tin hiện đại được đặt lên hàng đầu để hoà nhập và c ạnh tranh đối với các nước trên thế giới, cùng hoà chung vào xu thế toàn cầu hoá Công nghệ thông tin đóng vai trò là cơ sở hạ tầng cơ bản cho sự tiến

bộ trong các lĩnh vực khác như: chăm sóc y tế, y học, giáo dục, phát triển kinh tế…Trong xã hội thông tin tương lai, một mạng thông tin quốc gia được thiết lập tốt sẽ đóng vai trò quyết định trong việc nâng cao hiệu quả kinh tế và góp phần tạo nên sự phồn thịnh cho quốc gia

Để đảm bảo được những tiêu chí đặt ra đó, việc đầu tư trọng điểm phải được thực hiện trong tất cả các bộ phận: Cả phần cứng lẫn phần mềm của máy tính, các thiết bị đầu cuối đa phương tiện và cả các dịch vụ

Việc phát triển cơ sở hạ tầng thông tin quốc gia bao gồm 3 lĩnh vực:

1 Phát triển dịch vụ thông tin

2 Phát triển mạng viễn thông

3 Phát triển nguồn nhân lực

Phát triển các dịch vụ viễn thông và các ứng dụng đa phương tiện bao gồm: