Nghiên cứu công nghệ MPLS và ứng dụng trong mạng IPVPN

CE Customer Edge Thiết bị biên của mạng người dùngCR Constrained Routing Định tuyến cưỡng bức CR-LDP Constrained Routing - LDP Định tuyến cưỡng bức - LDP D DLCI E Data Link Connection Id

Lời Nói Đầu

Sự phát triển nhanh chóng các dịch vụ IP và sự bùng nổ của Internet hiện nay đãdẫn đến một loạt sự thay đổi trong nhận thức cũng như kinh doanh của các nhà khaithác Giao thức IP thống trị toàn bộ các giao thức lớp 3 Hệ quả là tất cả các xu hướngphát triển đều hướng vào IP, lưu lượng lớn nhất hiện nay trên mạng trục hầu hết đều làlưu lượng IP, dẫn đến các công nghệ lớp dưới đều có xu hướng hỗ trợ các dịch vụ IP.Nhu cầu thị trường cấp bách cho mạng tốc độ cao và bảo mật là cơ sở cho một loạt cáccông nghệ, trong đó có MPLS-VPN

Thông thường, mỗi công nghệ đều có ưu điểm và nhược điểm riêng Vì thế, việckết hợp các công nghệ để tập hợp các ưu điểm của các công nghệ này cũng như khắcphục các nhược điểm của từng công nghệ là hướng nghiên cứu phát triển của các nhàcung cấp dịch vụ, việc kết hợp này nhằm đưa ra một công nghệ tương đối hoàn thiện

để cung cấp tới khách hàng Điều này phù hợp với xu hướng tích hợp công nghệ trongthời đại ngày nay

Việc kết hợp giữa MPLS và VPN cũng nằm trong xu thế này Việc kết hợp nàycho phép tận dụng các ưu điểm về chuyển mạch tiên tiến của MPLS với việc tạo ra cácmạng riêng bảo mật dưới dạng các đường hầm của VPN Đồng thời khắc phục đượccác nhược điểm của MPLS và VPN

Đồ án đặt vấn đề nghiên cứu giải pháp kết hợp MPLS và VPN, trên cơ sở đó đềxuất giải pháp triển khai dịch vụ mạng riêng ảo trên nền công nghệ chuyển mạch nhãn

đa giao thức áp dụng cho thực tế

Đồ án chia làm 4 chương như sau:

Chương I : Giới thiệu công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

Chương II : Tổng quan công nghệ chuyển mạch nhãn

Chương III : Mạng riêng ảo MPLS VPN

Chương IV: Ứng dụng của MPLS trong việc cung cấp dịch vụ IP VPN của EVNTelecom

Do nhiều mặt còn hạn chế nên nội dung của đề tài không tránh khỏi những sai sót.

Và trong quá trình tìm hiểu cũng mang nhiều tính chủ quan trong nhìn nhận nên khôngtránh khỏi những hạn chế Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô vàbạn đọc

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã tạo điều kiện tốt trong quá trình em

thực hiện đồ án Đặc biệt, em xin cảm ơn sự quan tâm của cô Vũ Hoàng Hoa và cô

Nguyễn Yến Chi đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em để em có thể hoàn thành đồ án

này

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 12 tháng 5 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Trần Văn Thành

Mục Lục

Lời nói đầu 1

Thuật ngữ viết tắt 5

Danh mục hình vẽ và bảng biểu 8

Chương I : Giới thiệu công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS .10 1.1 Giới thiệu 10

1.1.1 Khái niệm công nghệ MPLS 11

1.1.2 Sự ra đời của MPLS 11

1.2 Quá trình chuẩn hóa và tình hình triển khai công nghệ MPLS 14

1.2.1 Quá trình chuẩn hóa MPLS 14

1.2.2 Tình hình triển khai công nghệ MPLS 15

1.3 Một số ưu điểm và ứng dụng của công nghệ MPLS 16

1.3.1 Ưu điểm 16

1.3.2 Các ứng dụng của MPLS 17

1.4 Tóm tắt chương 17

Chương II : Tổng quan chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 18

2.1.Mô hình tham chiếu của MPLS trên mô hình OSI 18

2.2 Đặc điểm của MPLS 19

2.3 Các khái niệm cơ bản trong chuyển mạch nhãn 20

2.3.1 Nhãn (Label) 20

2.3.2 Ngăn xếp nhãn (Label Stack) 22

2.3.3 Không gian nhãn 22

2.3.4 Liên kết FEC với nhãn 23

2.4 Các thành phần cơ bản của mạng MPLS 24

2.5 Các giao thức trong MPLS 26

2.5.1 Giao thức phân bổ nhãn LDP 26

2.5.2 Giao thức CR-LDP 32

2.5.3 Giao thức dành trước tài nguyên RSVP 33

2.6 Hoạt động của MPLS 38

2.6.1 Hoạt động cơ bản 38

2.6.2 Định tuyến 40

2.6.3 Các chế độ hoạt động 42

2.7 Tóm tắt chương II 44

CHƯƠNG III : Mạng riêng ảo MPLS VPN 45

3.1 Giới thiệu về MPLS VPN 45

3.1.1 Định nghĩa VPN 45

3.1.2 Mô hình Overlay VPN và Peer to Peer VPN 47

3.1.3 Mô hình mạng MPLS VPN 52

3.2 Các thành phần chính của kiến trúc MPLS VPN 57

3.2.1 VRF - Virtual Routing and Forwarding Table 57

3.2.2 RD – Route Distinguisher 58

3.2.3RT – Route targets 60

3.2.4 Hoạt động của mặt phẳng điều khiển MPLS VPN 63

3.2.5 Hoạt động của mặt phẳng dữ liệu MPLS VPN 65

3.2.6 Định tuyến VPNv4 trong mạng MPLS VPN 66

3.2.7 Chuyển tiếp gói trong mạng MPLS VPN 68

3.3Tóm tắt chương III 71

Chương IV : Ứng dụng của MPLS trong việc cung cấp dịch vụ IPVPN của EVNTelecom 72

4.1 Ứng dụng MPLS trong mạng IP core của EVNTelecom 73

4.1.1 Dịch vụ kênh thuê riêng leased line 74

4.1.2 Dịch vụ IP VPN 75

4.2 Chất lượng dịch vụ mạng EVNTelecom 77

4.3 Giới thiệu về việc cấp kênh tới khách hàng 82

4.4 Khó khăn trong việc cung cấp MPLS VPN 84

Kết luận và kiến nghị 85

Tài liệu tham khảo 87

CE Customer Edge Thiết bị biên của mạng người dùng

CR Constrained Routing Định tuyến cưỡng bức

CR-LDP Constrained Routing - LDP Định tuyến cưỡng bức - LDP

D

DLCI

E

Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nối lớp kênh dữ liệu

F

FEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tương đương

IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong miền

IPLS IP-Only Private LAN Service Dịch vụ LAN thuê riêng trên nền IPIP-Sec Internet Protocol Security Giao thức an ninh Internet

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

L

L2F Layer 2 Forwarding Giao thức chuyển tiếp lớp 2

L2TP Layer 2 Tunneling Protocol Giao thức đường hầm lớp 2

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn

LER Label Edge Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn biên

LSP Label Switching Path Đường chuyển mạch nhãn

LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn

M

M2M Multipoint-to-Multipoint Đa điểm tới đa điểm

MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MPLS-TE MPLS-Traffice Engineering Kỹ thuật lưu lượng

N

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp

RD Route Distinguisher Thuộc tính phân biệt tuyến

RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên

S

SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ

SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

SP

T

Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn

TDP Tag Distribution Protocol Giao thức phân phối thẻ

TLV

V

Type-Length-Value Kiểu mã hóa độ dài-giá trị

VCI Virtual Circuit Identifier Nhận dạng kênh ảo

VPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảo

VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo

VRF VPN Routing and Forwarding Bảng định tuyến và chuyển tiếp VPN

W

WAN Wide Area Network Mạng diện rộng

Danh mục bảng biểu và hình vẽ

A Bảng biểu

Bảng 2.1 : Phân biệt chuyển mạch nhãn và chuyển mạch thông thường 26

Bảng 4.1 : Thông số trễ gói trong mạng EVN Telecom 78

Bảng 4.2 : Các đặc trưng yêu cầu của ANC 80

B Hình vẽ Hình 2.1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI 18

Hình 2.2: Khuôn dạng tiêu đề nhãn MPLS 21

Hình 2.3 : Cấu trúc ngăn xếp nhãn 22

Hình 2.4 : Mô hình mạng MPLS 24

Hình 2.5: Vị trí giao thức LDP trong bộ giao thức MPLS 27

Hình 2.6 : Tiêu đề LDP 28

Hình 2.7: Mã hoá TLV 29

Hình 2.8: Khuôn dạng các bản tin LDP 29

Hình 2.9: Thủ tục phát hiện LSR lân cận 32

Hình 2.10: Các thực thể hoạt động RSVP 34

Hình 2.11: Các bản tin PATH và RESV 34

Hình 2.12: Nhãn phân phối trong bảng tin RESV 36

Hình 2.13:Hoạt động của MPLS 39

Hình 2.14 : Định tuyến hiện 41

Hình 2.15 : Khung MPLS với PPP/Ethernet là lớp liên kết dữ liệu 43

Hình 2.16 : Khung MPLS với ATM là lớp liên kết dữ liệu 43

Hình 2.17: Khung MPLS với FR là lớp liên kết dữ liệu 44

Hình 3.1 : Mô hình mạng Overlay trên Frame relay 48

Hình 3.2 : Mạng Overlay - Customer Routing Peering 48

Hình 3.3 : Đường hầm GRE trên mạng overlay 49

Hình 3.4 : Đưa ra khái niệm của mô hình VPN ngang hàng 50

Hình 3.5 : MPLS VPN với VRF 51

Hình 3.6 : Định nghĩa mô hình peer to peer ứng dụng trong MPLS VPN 51

Hình 3.7 : Biểu đồ tổng quan về MPLS VPN 52

Hình 3.8 : Mô hình MPLS VPN 54

Hình 3.9 : Các thành phần của MPLS VPN 55

Hình 3.10 : Chức năng của router PE 56

Hình 3.11 : Chức năng của VRF 57

Hình 3.12 : Ví dụ về RD 59

Hình 3.13 : Ví dụ về RT 61

Hình 3.14 : Sự tương tác giữa các giao thức trong mặt phẳng điều khiển 64

Hình 3.15 : Hoạt động của mặt phẳng điều khiển MPLS VPN 64

Hình 3.16 : Các bước chuyển tiếp trong mặt phẳng dữ liệu 66

Hình 3.17 : Sự truyền tuyến trong mạng MPLS VPN 67

Hình 3.18: Sự sống của một gói IPv4 qua mạng đường trục MPLS VPN tuyến và quảng bá nhãn 70

Hình 3.19 : Đời sống của gói IPv4 qua mạng đường trục MPLS VPN: chuyển tiếp gói .70

Hình 4.1 : Mô hình mạng IP của EVN Telecom 74

Hình 4.2 : Sơ đồ kết nối dịch vụ leased line 75

Hình 4.3 : Sơ đồ kết nối dịch vụ IPVPN 77

Hình 4.4 : Mức ưu tiên giữa các gói dịch vụ của EVNTelecom 78

Hình 4.5 : Kết nối IP VPN điểm – đa điểm 81

Hình 4.6 : Kết nối giữa 4 điểm khách hàng dựa trên giải pháp của IPLC 81

Hình 4.8 Sơ đồ kết nối của khách hàng kết nối tới mạng EVNTelecom 82

Chương I : Giới thiệu công nghệ chuyển mạch nhãn

đa giao thức MPLS1.1 Giới thiệu

Trong những năm gần đây, mạng Internet đã phát triển nhanh và trở nên rất phổbiến, Internet đã mở ra một phương tiện thông tin rất hiệu quả và tiện lợi phục vụ chogiáo dục, thương mại, giải trí, thông tin giữa các cộng đồng… Hiện nay ngày càngphát triển các ứng dụng mới trong cả thương mại và thị trường người tiêu dùng Thêmvào đó các dịch vụ đa phương tiện đang được phát triển và triển khai thúc đẩy nhu cầu

về tốc độ và băng thông rộng tăng nhanh Cùng với nó số lượng người sử dụng ngàycàng tăng, chất lượng người sử dụng phải được nâng cao

Sự ra đời của chuyển mạch nhãn đa giao thức là tất yếu khi nhu cầu và tốc độ pháttriển nhanh của mạng Internet yêu cầu phải có một công nghệ mới đảm bảo chất lượngdịch vụ theo yêu cầu đồng thời phải đơn giản và tốc độ xử lý phải rất cao

Thật vậy, MPLS cung cấp một nền tảng công nghệ mới cho quá trình tạo ra cácmạng đa người dùng, đa dịch vụ với hiệu năng cao hơn, khả năng mở rộng mạng lớn,nhiều chức năng được cải tiến và được áp dụng để đáp ứng yêu cầu về chất lượng dịch

vụ Chuyển mạch nhãn là yếu tố quan trọng cho quá trình mở rộng Internet, nó cungcấp những ứng dụng quan trọng trong quá trình xử lý chuyển tiếp gói bằng cách đơngiản hóa quá trình xử lý, hạn chế tạo ra các bản sao mào đầu tại mỗi bước trongđường dẫn, và tạo ra một môi trường có thể hỗ trợ cho điều khiển chất lượng dịch vụ.Phát triển MPLS cho phép tích hợp IP và ATM, hỗ trợ hội tụ dịch vụ và cung cấp các

cơ hội mới cho điều khiển lưu lượng và mạng riêng ảo Hiệu năng xử lý gói có thểđược cải thiện bằng cách thêm nhãn có kích thước cố định vào các gói Điều khiểnchất lượng dịch vụ có thể được cung cấp dễ dàng hơn và có thể xây dựng mạng côngcộng rất lớn MPLS là một công nghệ mới được mong đợi sẽ phát triển phổ biến trênphạm vi rộng ở cả các mạng IP riêng và công cộng, mở đường cho việc hội tụ các dịch

vụ mạng, video, thoại…

Tóm lại MPLS sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc định tuyến, chuyển mạch

và chuyển tiếp các gói qua mạng 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 hay ATM để đápứng các nhu cầu về dịch vụ của người sử dụng.

1.1.1 Khái niệm công nghệ MPLS

Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ( MultiProtocol Label Switching ) là mộtbiện pháp linh hoạt để giải quyết các vấn đề gặp nhiều khó khăn trong mạng hiện naynhư : tốc độ, quy mô, chất lượng dịch vụ ( QoS), quản trị và kĩ thuật lưu lượng MPLSthực hiện một giải pháp thông minh để đáp ứng những đòi hỏi về dịch vụ và quản lýdải thông cho mạng IP thế hệ sau dựa trên mạng đường trục MPLS giải quyết các vấn

đề liên quan đến tính quy mô và định tuyến (dựa trên QoS và chất lượng dịch vụ) và

có thể tồn tại trên mạng ATM (Asynchronous Transfer Mode) và mạng Frame Relay MPLS thực hiện một số chức năng sau :

- Xác định cơ cấu quản lý nhiều mức độ khác nhau của luồng lưu lượng, như cácluồng giữa các cơ cấu, phần cứng khác nhau hoặc các luồng giữa những ứng dụngkhác 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 giản có độ dài cốđịnh 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 dành trước tàinguyên (RSVP) và giao thức mở rộng theo phương thức ưu tiên tuyến đường ngắnnhất (OSPF)

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

Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng Do vậy,

cơ cấu định tuyến phải cập nhật các thông tin về đồ hình mạng, thông tin về nguyêntắc chuyển tin và nó phải có khả năng hoạt động trong môi trường mạng bao gồmnhiều nút Kết quả tính toán cơ cấu định tuyến được lưu trong các bảng chuyển tinchứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới đích

Dựa trên các bảng chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói IP hướng tớiđích Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một Ở cách này, mỗinút mạng phải tính toán bảng chuyển tin một cách độc lập Do vậy phương pháp nàyyêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán vớinhau Sự không thống nhất của kết quả này đồng nghĩa với việc mất gói tin

Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng Ví dụ nếu các gói tinchuyển đến cùng một địa chỉ và đi qua cùng một nút thì chúng sẽ được truyền quacùng một tuyến tới điểm đích Điều này khiến mạng không thể thực hiện một số chứcnăng khác như định tuyến theo đích, theo lại hình dịch vụ

Tuy nhiên, bên cạnh đó phương thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao độ tincậy cũng như khả năng mở rộng của mạng Giao thức định tuyến động cho phép mạngphản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi bộ định tuyến biết được sự thayđổi về đồ hình mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối Với cácphương thức như định tuyến liên miền không phân cấp (CIDR), kích thước bảngchuyển tin duy trì ở mức chấp nhận được và việc tính toán định tuyến đều do các nútthực hiện, mạng có thể mở rộng mà không cần bất kì thay đổi nào

Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộngcao Nhưng việc điều khiển lưu lượng rất khó khăn do phương thức định tuyến theotừng chặng Ngoài ra IP không hỗ trợ chất lượng dịch vụ

b Công nghệ ATM

Công nghệ ATM là một công nghệ truyền tin tốc độ cao ATM nhận thông tin ởnhiều dạng khác nhau như thoại, số liệu, video và cắt ra thành nhiều phần nhỏ gọi là tếbào 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, video với chất lượng dịch vụ trên nhiều băng rộngkhác nhau, nó được coi là công nghệ chuyển mạch hàng đầu và thu hút được nhiều

ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm Nó là công nghệ chuyển mạch hướngkết nối Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin đượcgửi đi ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập mộtcách tự động thông qua báo hiệu Một điểm khác nhau nữa là ATM không thực điệnđịnh tuyến ở các nút trung gian Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi troađổi dữ liệu và phải giữ cố định trong thời gian kết nối Trong quá trình thiết lập kếtnối, các tổng đài ATM trung gian cấp cho kết nối một nhãn.Việc này thực hiện haiđiều : dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tiếp tế bào tại mỗitổng đài Bảng chuyển tiếp tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kếtnối đang hoạt động đi qua tổng đài Điều này khác với thông tin về toàn mạng chứatrong bảng chuyển tin của bộ định tuyến dùng IP.

Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc chuyển gói tinqua bộ định tuyến Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trêncác tế bào có kích thước cố định (nhỏ hơn của IP), kích thước của bảng định tuyến nhỏhơn nhiều so với định tuyến IP, và việc này được thực hiện trên các thiệt bị phần cứngchuyên dụng Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của

bộ định tuyến IP truyền thống

Nói cách khác, công nghệ ATM là một kĩ thuật truyền tin tốc độ cao, đảm bảo thờigian thực và chất lượng dịch vụ theo yêu cầu định trước

c Công nghệ MPLS - kết hợp giữa công nghệ IP và ATM

Ưu điểm nổi bật của giao thức định tuyến TCP/IP là khả năng định tuyến và truyềngói tin một cách hết sức mềm dẻo linh hoạt và rộng khắp toàn cầu Nhưng IP khôngđảm bảo chất lượng dịch vụ tốc độ truyền tin theo yêu cầu, trong khi đó công nghệATM có thế mạnh ưu việt về tốc độ truyền tin cao, đảm bảo thời gian thực và chấtlượng dịch vụ theo yêu cầu định trước Sự kết hợp IP và ATM là giải pháp được kìvọng cho mạng viễn thông tương lai

Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS đáp ứng được yêu cầu đó MPLS đã kếthơp được những ưu điểm của công nghệ IP và ATM tạo ra một giải pháp linh hoạt choviệc giải quyết các vấn đề mà các mạng ngày nay phải đối mặt đó là tốc độ, khả năng

mở rộng mạng, quản lý chất lượng dịch vụ và kĩ thuật lưu lượng

Thật vậy, công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là kết quả phát triểncủa nhiều công nghệ chuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM đểtăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP Tưtưởng khi đưa ra MPLS là : định tuyến tại biên và chuyển mạch ở lõi.

Trong mạng MPLS, các gói được gán nhãn tại biên của mạng và chúng được địnhtuyến xuyên qua mạng dựa trên các nhãn đơn giản Phương pháp này cho phép địnhtuyến rõ ràng và đối xử phân biệt các gói trong khi vẫn giữ được các bộ định tuyễn ởlõi đơn giản

Có thể nói MPLS là công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng Với tính chất

cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ củamạng IP truyền thống Bên cạnh đó thông tin lưu lượng của mạng sẽ được cải thiện rõrệt

1.2 Quá trình chuẩn hóa và tình hình triển khai công nghệ MPLS

1.2.1 Quá trình chuẩn hóa MPLS

Với sự hỗ trợ từ nhiều công ty, năm 1996 IETF triệu tập cuộc họp BOF Đây là mộttrong những cuộc họp thành công nhất trong lịch sử IETF MPLS đi vào con đườngchuẩn hóa một cách hợp lý, mặc dù còn cân nhắc về tốc độ và mức độ cần thiết của nó.Các tiêu chuẩn về IP và ATM đã được xây dựng và hoàn thiện trong một thời giantương đối dài Các tiêu chuẩn về MPLS chủ yếu được IETF phát triển ( các tiêu chuẩnRFC – Request for Comment) hiện đang được hoàn thiện và được thực hiện theo mộtquá trình như sau :

- Đầu năm 1977, hiến chương MPLS được thông qua

- 4/1977, nhóm làm việc MPLS tiến hành cuộc họp đầu tiên

- 11/1977, tài liệu MPLS được ban hành

- 7/1998, tài liệu cấu trúc MPLS được ban hành

- 8/1998, 10 tài liệu Internet bổ sung được ban hành, bao gồm giao thức phân phốinhãn MPLS (MPLS Label Distribution Protocol –LDP) mã hóa đánh dấu (MarkEncoding), các ứng dụng ATM…MPLS cơ bản hình thành

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

- Sau năm 1999 liên tục ban hành các tiêu chuẩn MPLS đặc biệt về quản lý, tínhtương thích với các công nghệ khác, tính bảo mật.

Quá trình chuẩn hóa MPLS còn do ITU-T xây dựng và phát triển

Như vậy, có thể thấy rằng MPLS phát triển nhanh chóng và hiệu quả Điều nàycũng chứng minh những nhu cầu cấp bách trong công nghiệp cho một công nghệ mới.Hầu hết tất cả các tiêu chuẩn MPLS hiện tại đã được ban hành dưới dạng RFC

1.2.2 Tình hình triển khai công nghệ MPLS

Tập đoàn BellSouth phát triển hạ tầng SONET hiện hữu sang dạng cung cấp đadịch vụ thế hệ sau nhằm tăng hiệu suất và khả năng đáp ứng các giải pháp quang mới.Cisco System và Juniper Networks là nhà cung cấp giải pháp cho mạng trục củaBellSouth Với giải pháp này BellSouth có thể cung cấp các dịch vụ IP/MPLS mềmdỏe theo các cấp độ khác nhau Sản phẩm T640 và M160 của Juniper quản lý luồnglưu lượng của khách hàng qua từng khu vực của BellSouth với 3 nút chính Miami,Alanta và New Orleans Các sẩn phẩm của Juniper Networks đồng thời cung cấp chấtlượng theo yêu cầu đối với từng ứng dụng đòi hỏi QoS cao Bên cạnh các sản phẩmcủa Juniper, BellSouth còn sử dụng các sản phẩm router dòng 10000 và 12000IP/MPLS của Cisco Các thiết bị này tập trung lưu lượng của khách hàng với yêu cầukhác nhau về Qos, bảo mật, tính cước và định tuyến

BIG PIPE nhà khai thác mạng trục IP của Canada đã lựa cho Cisco System là nhàcung cấp thiết bị cho mạng trục IPOC 192 vào tháng 10 năm 2001 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

Juniper Networks và Fricsson Communication thông báo rằng thế hệ định tuyếnInternet trục mới (seri M) đã được triển khai trong mạng mới của TelstraSaturn.TelstraSaturn là công ty đầu tiên tại NewZealand triển khai mạng băng tần lớn nhấtcung cấp cả IP và thoại Các bộ định tuyến M160 và M20 đã được triển khai trongmạng trục tải lưu lượng qua MPLS Đây là mạng thương mại đầu tiên triển khai đầy

đủ STM-16 (2,5 Gb/s) tại NewZealand

NTT communications : Vivace Networks công bố đã hoàn thành lắp đặt và đưa vàokhai thác mạng đa dịch vụ toàn quốc của NTT trên nền tảng công nghệ MPLS Mạng

quốc gia Nhật Bản đã bắt đầu khai thác từ tháng 3 năm 2003 hiện đang cung cấp dịch

vụ Ethernet qua MPLS Việc triển khai này cho phép NTT communications cung cấpmột loạt các dịch vụ mới như IP, Ethernet, Frame reley và ATM trên một nền tảngchung NTT sử dụng các thiết bị đa dịch vụ của Vivace như các bộ định tuyến biên lõi China Telecom lựa chọn Nortel Networks trong hai hợp đồng trị giá 12 triệu USD

để nâng cấp các mạng ATM đa dịch vụ tại các tỉnh Jiangsu và Shandong vào tháng 10năm 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 đường trục hiện tại bằnggiải pháp của Nortel Networks Các thiết bị bao gồm Passport 15000 và Passport7480MS Các thiết bị này cung cấp dịch vụ ATM, Frame relay chuyển mạch và địnhtuyến IP/MPLS

10/2001, Alcatel ra mắt sản phẩm Alcatel 7670 RSP được lựa chọn mở rộng mạngATM toàn quốc của Belgacom Sản phẩm này cho phép Belgacom mở rộng mạngATM đa dịch vụ hiện tại, Belgacom 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 100000 trong tháng 7 và 200000 vào cuốinăm Thiết bị Alcatel 7670 RSP là thiết bị MPLS cho phép tích hợp ATM và IP/MPLStrên cùng một thiết bị

1.3 Một số ưu điểm và ứng dụng của công nghệ MPLS

1.3.1 Ưu điểm

Mặc dù thực tế MPLS ban đầu được phát triển với mục đích để giải quyết vấn đềchuyển tiếp gói tin, nhưng điểm lợi chính của MPLS trong môi trường mạng hiện tại làkhả năng điều khiển lưu lượng Một số lợi ích chính của MPLS là :

- Hỗ trợ mềm dẻo cho tất cả các dịch vụ trên một mạng đơn

- Đơn giản hóa đồ hình và cấu hình mạng khi so sánh với giải pháp IP qua ATM

- Hỗ trợ đa kết nối và đa giao thức : thiết bị chuyển tiếp chuyển mạch nhãn có thểđược dùng khi thực hiển chuyển mạch nhãn IP cũng tốt như với IPX Chuyển mạchnhãn cũng có thế vận hành ảo trên bất kì giao thức nào của lớp liên kết dữ liệu

- Hỗ trợ cho tất cả các loại lưu lượng, có thể hỗ trợ các loại chuyển tiếp unicast

- Dịch vụ mạng riêng ảo IP/VPN : VPN thiết lập cơ sở hạ tầng cho mạng Intranet vàExtranet, đó là các mạng IP mà các công ty kinh doanh sẽ thiết lập trên cơ sở toàn

bộ cấu trúc kinh doanh của họ Dịch vụ VPN là dịch vụ mạng Intranet và Extranet

mà các mạng đó được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ đến nhiều tổ chức kháchhàng MPLS kết hợp với giao thức công biên BGP cho phép một nhà cung cấp dịch

vụ mạng hỗ trợ hàng nghìn VPN của khách hàng Như vậy, mạng MPLS cùng vớiBGP tạo ra cách thức cung cấp dịch vụ VPN trên cả ATM và các thiết bị dựa trêngói tin rất linh hoạt, dễ mở rộng quy mô và dễ dàng quản lý

- Điều khiển lưu lượng và định tuyến IP : vấn đề quan trọng trong các mạng IP liêntục là thiếu khả năng điều khiển linh hoạt các luồng lưu lượng IP để sử dụng hiệuquả dải thông mạng có sẵn Do vậy, thiếu hụt này ảnh hưởng đến khả năng gửi cácluồng được chọn xuống các đường được chọn MPLS sử dụng các đường chuyểnmạch nhãn LSP có thể được thiết lập trên cả ATM và thiết bị dựa trên gói tin Khảnăng điều khiển lưu lượng IP của MPLS sử dụng thiết lập đặc biệt các LSP để điềukhiển một cách linh hoạt các luồng lưu lượng IP

1.4 Tóm tắt chương

Như vậy, chương I đã giới thiệu về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thứcMPLS Trong chương này trình bày về khai niệm MPLS, sự ra đời của MPLS dựa trênnhững ưu điểm nổi trội của IP và ATM Ngoài ra, chúng ta còn tìm hiểu tình hình triểnkhai công nghệ và quá trình chuẩn hóa MPLS cũng như ưu điểm và các ứng dụng quantrọng của MPLS cũng được đề cập đến Để tìm hiểu rõ hơn về cấu trúc và cách thứchoạt động của công nghệ này chúng ta cùng tìm hiểu trong chương II

Chương II : Tổng quan chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS2.1.Mô hình tham chiếu của MPLS trên mô hình OSI

MPLS là viết tắt của “ Multi – Protocol Label Switching ” Thuật ngữ

Multi-protocol để nhấn mạnh rằng cộng nghệ này có thể được áp dụng cho nhiều các giaothức lớp mạng chứ không riêng IP MPLS cũng hoạt động tốt trên bất kì các giao thứclớp liên kết Đây là công nghệ lai kết hợp những đặc tính tốt nhất của định tuyến lớp 3(Layer 3 routing) và chuyển mạch lớp 2 (Layer 2 switching)

Trong mạng chuyển mạch kênh, tính thông minh chủ yếu tập trung ở mạng lõi(core) Tất cả các thiết bị thông minh đều đặt trong mạng lõi như các tổng đài, toll,transit, MSC Các thiết bị kém thông minh hơn thì đặt ở mạng biên (edge), ví dụ nhưcác tổng đài nội hạt, truy cập Quan điểm của MPLS là tính thông minh càng đưa rabiên thì mạng càng hoạt động tốt Lý do là những thành phần ở mạng lõi phải chịu tảirất cao Thành phần mạng lõi nên có độ thông minh thấp và năng lực chuyền tải cao.MPLS phân tách hai chức năng định tuyến và chuyển mạch: Các router ở biên thựchiện định tuyến và gắn nhãn (label) cho gói, các router ở mạng lõi chỉ tập trung làmnhiệm vụ chuyển tiếp gói tốc độ cao dựa vào nhãn Tính thông minh được đẩy rangoài biên là một trong những ưu điểm lớn nhất của MPLS

Mô hình tham chiếu của MPLS trên mô hình OSI :

Hình 2.1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI.

MPLS được xem như một công nghệ lớp đệm (shim layer), nó nằm trên lớp 2nhưng dưới lớp 3, vì vậy đôi khi người ta vẫn gọi là lớp 2,5

Nguyên lý của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được gắn nhãn (label) và chuyển tiếp

theo một đường dẫn LSP (Label Switching Path) Các router trên đường dẫn chỉ căn

cứ vào nội dung của nhãn để thực hiện quyết định chuyển tiếp gói mà không cần phảikiểm tra header IP

2.2 Đặc điểm của MPLS

 Tốc độ và trễ: Với mạng chuyển mạch gói, các tham số hiệu năng cơ bản

là tốc độ, tỷ lệ mất gói, trễ và độ biến thiện trễ của lưu lượng người sử dụng Cơ chếchuyển tiếp IP truyền thống là quá chậm để xử lý tải lưu lượng lớn trên mạngInternet toàn cầu hay trong các liên mạng Ngược lại với chuyển tiếp IP, chuyểnmạch nhãn đạt được tốc độ cao vì giá trị nhãn nhỏ được đặt ở tiêu đề của gói vàđược sử dụng để truy nhập bảng chuyển tiếp tại bộ định tuyến, nghĩa là nhãn được

sử dụng để tìm kiếm trong bảng định tuyến Việc tìm kiếm này chỉ yêu cầu một lầntruy nhập tới bảng, khác với truy nhập bảng định tuyến truyền thống, khi mà việctìm kiếm có thể cần đến hàng ngàn lần truy nhập Kết quả của hoạt động này là lưulượng người sử dụng trong gói sẽ được chuyển qua mạng nhanh hơn nhiều, đồngthời sự tích lũy trễ cũng giảm được một cách đáng kể so với trong mạng IP truyềnthống

 Jitter: Là sự thay đổi độ trễ của lưu lượng người sử dụng do việc

chuyển gói tin qua nhiều node trong mạng để chuyển tới đích của nó Tại từng node,địa chỉ đích trong gói phải được kiểm tra và so sánh với danh sách địa chỉ đích khảdụng trong bảng định tuyến của node, do đó trễ và biến thiên trễ phụ thuộc vào sốlượng gói và khoảng thời gian mà bảng tìm kiếm phải xử lý trong khoảng thời gianxác định Kết quả là tại node cuối cùng, Jitter là tổng cộng tất cả các biến thiên độtrễ tại mỗi node giữa bên gửi và bên thu Với gói là thoại thì do Jitter cuộc thoại bịmất đi tính liên tục Do chuyển mạch nhãn hiệu quả hơn, lưu lượng người dùngđược gửi qua mạng nhanh hơn và ít Jitter hơn so với định tuyến IP truyền thống

Khả năng mở rộng mạng: Chuyển mạch nhãn không chỉ cung cấp các dịch vụ tốc

độ cao mà nó còn có thể hỗ trợ khả năng mở rộng tương đối mềm dẻo cho mạng.Khả năng mở rộng liên quan đến năng lực điều chỉnh của hệ thống để phù hợp với

sự tăng nhanh của số người sử dụng mạng Chuyển mạch nhãn cung cấp giải phápcho sự phát triển nhanh chóng và xây dựng các mạng lớn bằng việc cho phép mộtlượng lớn các địa chỉ IP được kết hợp với một hay vài nhãn Giải pháp này giảm

đáng kể kích cỡ bảng địa chỉ và cho phép bộ định tuyến hỗ trợ nhiều người sử dụnghơn.

Tính đơn giản: Chuyển mạch nhãn là giao thức chuyển tiếp cơ bản, chuyển tiếp

gói chỉ dựa vào nhãn Do tách biệt giữa điều khiển và chuyển tiếp nên kỹ thuật điềukhiển dù phức tạp cũng không ảnh hưởng đến hiệu quả của dòng lưu lượng người

sử dụng Cụ thể là, sau khi ràng buộc nhãn được thực hiện, các hoạt động chuyểnmạch nhãn để chuyển tiếp lưu lượng là đơn giản, có thể được thực hiện bằng phầnmềm, bằng mạch tích hợp chuyên dụng hay bằng các bộ xử lý đặc biệt

Sử dụng tài nguyên: Các mạng chuyển mạch nhãn không cần nhiều tài nguyên

mạng để thực hiện các công cụ điều khiển trong việc thiết lập các đường đi chuyểnmạch nhãn cho lưu lượng người sử dụng

 Điều khiển đường đi: Chuyển mạch nhãn cho phép các đường đi qua một liên

mạng được điều khiển tốt hơn Nó cung cấp một công cụ để bố trí các node và liênkết lưu lượng phù hợp hơn, thuận lợi hơn, cũng như đưa ra chính xác các phân lớplưu lượng (dựa trên các yêu cầu về QoS) khác nhau của dịch vụ

2.3 Các khái niệm cơ bản trong chuyển mạch nhãn

2.3.1 Nhãn (Label)

Nhãn là một thực thể có độ dài ngắn và cố định không có cấu trúc bên trong Nhãnkhông trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng như địa chỉ mạng Nhãn đượcgắn vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho một FEC (Forwarding Equivalence Classes:Nhóm chuyển tiếp tương đương) mà gói tin được ấn định

Thường thì một gói tin được ấn định một FEC (hoàn toàn hoặc một phần) dựa trênđịa chỉ đích lớp mạng của nó Tuy nhiên nhãn không phải là mã hoá của địa chỉ đó.Nhãn trong dạng đơn giản nhất xác định đường đi mà gói tin có thể truyền qua.Nhãn được mang hay được đóng gói trong tiêu đề lớp 2 cùng với gói tin Bộ địnhtuyến kiểm tra các gói tin qua nội dung nhãn để xác định các bước chuyển kế tiếp Khigói tin được gán nhãn, các chặng đường còn lại của gói tin thông qua mạng đường trụcdựa trên chuyển mạch nhãn Giá trị nhãn chỉ có ý nghĩa cục bộ nghĩa là chúng chỉ liênquan đến các bước chuyển tiếp giữa các LSR

Kiểu khung (Frame mode): Kiểu khung là thuật ngữ khi chuyển tiếp một gói nhãngán trước tiêu đề lớp ba Một nhãn được mã hoá với 20 bỉt, nghĩa là có thể có 2 mũ 20giá trị khác nhau Một gói có nhiều nhãn gọi là chồng nhãn (Lable stack) Ở mỗi chặngtrong mạng chỉ có một nhãn bên ngoài được xem xét

Tiêu đề MPLS: MPLS định nghĩa một tiêu đề có độ dài 32 bit, được đặt ngay sau

tiêu đề lớp 2 và trước một tiêu đề lớp 3

 Exp (Experimental): Các bit Exp được dự trữ về mặt kỹ thuật cho sử dụng thực

tế Chẳng hạn sử dụng những bit này để chỉ thị QoS - thường là một bản sao trực tiếpcủa các bit chỉ thị độ ưu tiên trong gói IP Khi các gói MPLS bị xếp hàng, có thể sửdụng các bit Exp như cách sử dụng các bit chỉ thị độ ưu tiên IP

 BS (Bottom of stack): Bit này dùng để chỉ thị cho nhãn ở cuối ngăn xếp nhãn.

Nhãn ở đáy của ngăn xếp nhãn có giá trị BS bằng 1 Các nhãn khác có giá trị bit BSbằng 0

 TTL (Time To Live): Thông thường các bit TTL là một bản sao trực tiếp của các

bit TTL trong tiêu đề gói IP Chúng giảm giá trị đi một đơn vị khi gói đi qua mỗi

chặng để tránh lặp vòng vô hạn TTL cũng có thể được sử dụng khi các nhà điều hànhmạng muốn giấu cấu hình mạng nằm bên dưới.

2.3.2 Ngăn xếp nhãn (Label Stack)

Là một tập hợp thứ tự các nhãn gán theo gói để chuyển tải thông tin về nhiều FEC

và về các LSP tương ứng mà gói đi qua Ngăn xếp nhãn cho phép MPLS hỗ trợ địnhtuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và một nhãn cho IGP) và tổ chức đa LSP trongmột trung kế LSP

Ngăn xếp nhãn là một tập các nhãn có thứ tự được chỉ định cho gói Việc xử lý cácnhãn này cũng tuân theo một thứ tự

Nhãn MPLS (20bit) EXP S TTL

Gói IPNhãn#1

Nhãn#2Nhãn#m

Không gian nhãn theo từng giao diện: Nhãn được kết hợp với một giao diện đặc

trưng ở một LSR, ví dụ như DS3 hoặc giao diện SONET LSR sẽ dùng một giá trị giaodiện để giữ dấu vết của các nhãn ở mỗi giao diện, nên nhãn có thể được dùng lại tạimỗi giao diện, miễn là thoả mãn điều kiện một nhãn là duy nhất trong không gian

nhãn Và khi này định danh giao diện này trở thành một nhãn nội bộ trong LSR đối vớinhãn bên ngoài được gửi đi giữa các LSR.

Không gian nhãn theo từng nút (theo tất cả các giao diện): Ở đây, các nhãn đầu vào

được xẻ dọc theo tất cả các giao diện tham gia vào một nút Nghĩa là, nút này phải chỉđịnh không gian nhãn dọc theo tất cả các giao diện,

2.3.4 Liên kết FEC với nhãn

Khái niệm FEC: FEC là một nhóm các gói, nhóm các gói này chia sẻ cùng yêu cầu

trong sự chuyển tiếp chúng qua mạng Tất cả các gói trong một nhóm như vậy đượccung cấp cùng cách chọn đường tới đích Dựa trên FEC, nhãn được thoả thuận giữacác LSR lân cận từ lối vào tới lối ra trong một vùng định tuyến Mỗi LSR xây dựngmột bảng để xác định xem một gói phải được chuyển tiếp như thế nào Bảng này đượcgọi là cơ sở thông tin nhãn LIB, nó là tổ hợp các ràng buộc FEC với nhãn (FEC-to-label) Và nhãn lại được sử dụng để chuyển tiếp lưu lượng qua mạng

Lý do dùng FEC: Thứ nhất, nó cho phép nhóm các gói vào các lớp Từ nhóm này,

giá trị FEC trong một gói có thể được dùng để thiết lập độ ưu tiên cho việc xử lý cácgói Thứ hai, FEC có thể được dùng để hỗ trợ hiệu quả hoạt động QoS Ví dụ, FEC cóthể liên kết với độ ưu tiên cao, lưu lượng thoại thời gian thực, lưu lượng nhóm mới ưutiên thấp…

Sự kết hợp một FEC với một gói được thực hiện bởi việc dùng một nhãn để địnhdanh một FEC đặc trưng Với các lớp dịch vụ khác nhau, phải dùng các FEC khácnhau và các nhãn liên kết khác nhau Đối với lưu lượng Internet, các định danh sửdụng là các tham số ứng cử cho việc thiết lập một FEC Trong một vài hệ thống, chỉđịa chỉ đích IP được sử dụng

Các phương pháp liên kết nhãn: Hoạt động liên kết nhãn xảy ra tại LSR, trong đó

một nhãn được kết hợp với một FEC Các phương pháp liên kết nhãn bao gồm:

Liên kết tại chỗ và liên kết xa: Liên kết tại chỗ là trường hợp khi chính bộ định

tuyến thiết lập quan hệ giữa nhãn với một FEC Bộ định tuyến có thể thiết lập quan hệnày khi nó nhận lưu lượng hay thông tin điều khiển từ một node lân cận Liên kết xa làhoạt động trong đó một node lân cận chỉ định một liên kết nhãn tới node cục bộ

Liên kết đường lên và liên kết đường xuống: Liên kết nhãn đường xuống liên quan

tới phương pháp trong đó liên kết nhãn được thực hiện bởi LSR đường xuống, còn đốivới liên kết nhãn đường lên thì được thực hiện bởi LSR đường lên Thuật ngữ đườngxuống chỉ hướng từ nguồn đến đích, còn đường lên là từ đích đến nguồn

- Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ( Lable Switching router-LSR ): Là thành

phần quan trọng nhất trong mạng MPLS, nó là bộ định tuyến tốc độ cao trong mạng lõiMPLS tham gia vào việc thiết lập đường chuyển mạch nhãn LSP sử dụng các giaothức báo hiệu nhãn thích hợp và chuyển các gói dữ liệu trong phạm vi mạng MPLSdựa trên các tuyến đã thiết lập bằng các thủ tục phân phối nhãn

- Bộ định tuyến biên nhãn ( Lable Edge Router-LER ): Là thiết bị hoạt động tại

biên của mạng truy nhập và mạng MPLS LER hỗ trợ nhiều cổng kết nối từ nhữngmạng khác như Frame-Relay, ATM, Ethernet Nó tiếp nhận hay gửi đi các gói tin đếnhay đi từ các mạng khác đó tới mạng MPLS sau khi thiết lập đường chuyển mạchnhãn LER có vai trò rất quan trọng trong việc gán và tách nhãn khi gói tin đi vào hay

đi ra khỏi mạng MPLS Các LER này có thể là bộ định tuyến lối vào (Ingress Router )hoặc là bộ định tuyến lối ra (Egress Router ).

- Bộ định tuyến biên lối vào nhận gói tin IP, kiểm tra lại lớp 3 và đặt vào ngăn xếp

nhãn trước khi gửi gói tin vào mạng LSR

- Bộ định tuyến biên lối ra nhận gói tin có nhãn, loại bỏ nhãn kiểm tra lại lớp 3 và

chuyển tiếp gói tin IP đến nút tiếp theo

- Đường chuyển mạch nhãn LSP

LSP: là một đường đi để gói tin qua mạng chuyển mạch nhãn trọn vẹn từ điểm bắt

đầu dán nhãn đến điểm nhãn bị loại bỏ khỏi gói tin Các LSP được thiết lập trước khitruyền dữ liệu

Đường hầm LSP: LSP từ đầu tới cuối được gọi là đường hầm LSP, nó là chuỗi liên

tiếp các đoạn LSP giữa hai node kề nhau Các đặc trưng của đường hầm LSP, chẳnghạn như phân bổ băng tần, được xác định bởi sự thoả thuận giữa các node, nhưng saukhi đã thoả thuận, node lối vào (bắt đầu của LSP) xác định dòng lưu lượng bằng việcchọn lựa nhãn của nó Khi lưu lượng được gửi qua đường hầm, các node trung giankhông kiểm tra nội dung của tiêu đề mà chỉ kiểm tra nhãn Do đó, phần lưu lượng cònlại được xuyên hầm qua LSP mà không phải kiểm tra Tại cuối đường hầm LSP, nodelối ra loại bỏ nhãn và chuyển lưu lượng IP tới node IP

Có thể sử dụng các đường hầm LSP để thực hiện các chính sách kỹ thuật lưu lượngliên quan tới việc tối ưu hiệu năng mạng Chẳng hạn, các đường hầm LSP có thể được

di chuyển tự động hay thủ công ra khỏi vùng mạng bị lỗi, tắc nghẽn, hay là node mạng

bị nghẽn cổ chai Ngoài ra, nhiều đường hầm LSP song song có thể được thiết lập giữahai node, và lưu lượng giữa hai node đó có thể được chuyển vào trong các đường hầmnày theo các chính sách cục bộ

Trong mạng MPLS các LSP được thiết lập bằng một trong ba cách đó là: Địnhtuyến từng chặng, định tuyến hiện (ER) và định tuyến cưỡng bức (CR)

Phân biệt chuyển mạch nhãn và chuyển mạch thông thường

Có ba điểm phân biệt quan trọng giữa chuyển mạch nhãn và định tuyến gói tin IPthông thường

Định tuyến thông thường Chuyển mạch nhãn

Phân tích mào đầu IP Tồn tại ở mọi nút mạng Chỉ tồn tại nút biên

Hỗ trợ unicast và multicast Yêu cầu nhiều thuật toán

chuyển tiếp

Yêu cầu một thuật toánchuyển tiếp

Thông số định tuyến Dựa vào địa chỉ IP

Có thể dựa vào thông số bất

kỳ như chất lượng dịch vụ,mạng riêng ảo…

Bảng 2.1 : Phân biệt chuyển mạch nhãn và chuyển mạch thông thường

2.5 Các giao thức trong MPLS

Tham gia vào quá trình truyền thông tin trong mạng MPLS có một số giao thức nhưLDP, RSVP, CR-LDP, BGP Trong phần này chúng ta sẽ tìm hiểu hai giao thức cơbản trong MPLS là LDP và RSVP

2.5.1 Giao thức phân bổ nhãn LDP

 Giới thiệu chung

Giao thức phân phối nhãn được nhóm nghiên cứu MPLS của IETF xây dựng và banhành dưới tên RFC 3036 Phiên bản mới nhất được công bố năm 2001 đưa ra nhữngđịnh nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao thức LDP

Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói thôngtin Vị trí của giao thức LDP và các mối liên kết chức năng cơ bản của LDP với cácgiao thức khác thể hiện trên hình 2.6 Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệtđược các LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình gán nhãn/FEC Giao thức này

là một tập hợp các thủ tục trao đổi các bản tin cho phép các LSR sử dụng giá trị nhãnthuộc FEC nhất định để truyền các gói thông tin

Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tin LDPđược truyền một cách trung thực theo đúng thứ tự Các bản tin LDP có thể xuất phát từbất cứ một LSR (điều khiển đường chuyển mạch nhãn LSR độc lập) hay từ LSR biênlối ra (điều khiển LSP theo lệnh) và chuyển từ LSR phía trước đến LSR phía sau cận

kề Việc trao đổi các bản tin LDP có thể được khởi phát bởi sự phát hiện của luồng sốliệu đặc biệt, bản tin lập dự trữ RSVP hay cập nhập thông tin định tuyến Khi một cặpLSR đã trao đổi bản tin LDP cho một FEC nhất định thì một đường chuyển mạch LSP

từ đầu vào đến đầu ra được thiết lập sau khi mỗi LSR ghép nhãn đầu vào với nhãn đầu

ra tương ứng trong LIB của nó LDP có thể hoạt động giữa các LSR kết nối trực tiếphay không trực tiếp.

LDP định nghĩa 4 loại bản tin: Bản tin thăm dò, Bản tin phiên, Bản tin phát hành,Bản tin thông báo Bốn loại bản tin này cũng nói lên chức năng mà nó thực hiện

Bản tin thăm dò (Discovery): Dùng để thông báo và duy trì sự có mặt của một

LSR trong mạng Theo định kỳ, LSR gửi bản tin Hello qua cổng UDP với địa chỉmulticast tới tất cả các bộ định tuyến trên mạng con

Bản tin phiên (Session): Để thiết lập, duy trì và xoá các phiên giữa các LSR Hoạt

động này yêu cầu gửi các bản tin Initialization trên TCP Sau khi hoạt động nàyhoàn thành các LSR trở thành các đối tượng ngang cấp LDP

Bản tin phát hành (Advertisement): Dùng để tạo, thay đổi và xoá các ràng buộc

nhãn với các FEC Những bản tin này cũng được mang trên TCP Một LSR có thểyêu cầu một liên kết nhãn từ LSR lân cận bất kỳ khi nào nó cần Nó cũng phát hànhcác liên kết nhãn bất cứ khi nào nó muốn tới một đối tượng ngang cấp LDP nào đó

sử dụng liên kết nhãn

Bản tin xác nhận (Notification): Dùng để cung cấp các thông báo lỗi, thông tin chẩn

đoán, và thông tin trạng thái Những bản tin này cũng mang trên TCP

Đa số các bản tin LDP chạy trên giao thức TCP để đảm bảo độ tin cậy của các bảntin (ngoại trừ bản tin thăm dò).

Nhận dạng LDP: Nhận dạng không gian nhãn của LSR gửi bản tin này Bốn byte

đầu tiên chứa địa chỉ IP được gán cho LSR để nhận dạng bộ định tuyến Hai bytecuối nhận dạng không gian nhãn bên trong LSR.Với LSR có không gian nhãn lớn,trường chức năng này đặt về giá trị 0

LDP sử dụng lược đồ mã hoá kiểu-độ dài-giá trị TLV (Type-Length-Value) để

mã hoá các thông tin mang trong bản tin LDP Như chỉ ra trên hình 2.8, TLVđược mãhoá thành một trường 2 byte trong đó sử dụng 14 bít để đặc trưng cho kiểu, và 2 bit(U, F) cho trường hợp LSR không nhận ra được kiểu, 2 byte tiếp theo là trường độ dài

và trường giá trị có độ dài thay đổi

 Bit U (Unknown TLV): TLV không biết;

 Bit F (Forward Unknown TLV): chuyển tiếp TLV không biết;

 Trường kiểu: qui định các trường mà giá trị được dịch;

 Trường độ dài: xác định độ dài của trường giá trị;

 Trường giá trị: có thể chứa các TLV khác

Bit F chỉ được sử dụng khi bit U = 1 và bản tin LDP chứa bản tin chưa biết kiểu nàyđược truyền đi Nếu bít F bằng 0 thì bản tin chưa biết kiểu sẽ không chuyển đi cùngbản tin LDP chứa nó và nếu bit F=1 thì bản tin chưa biết kiểu sẽ chuyển đi cùng bảntin LDP chứa nó

Khuôn dạng chung

Khuôn dạng bản tin LDP

Hình 2.8: Khuôn dạng các bản tin LDP

Bit U: bit bản tin chưa biết, liên quan đến bản tin chưa biết kiểu Nếu U=0 thì một

thông báo sẽ được phản hồi lại cho phía gửi, còn nếu U=1 thì bản tin không thểđược thông dịch bởi phía nhận, lúc đó bản tin bị bỏ qua mà không có phản hồi

Kiểu bản tin: Chỉ ra kiểu bản tin là gì.

ID bản tinThông số bắt buộcThông số tuỳ chọn

Độ dài bản tin: Chỉ ra chiều dài của các phần nhận dạng bản tin, các thông số bắt

buộc và các thông số tuỳ chọn

Nhận dạng bản tin: là một số nhận dạng duy nhất bản tin Trường này có thể được

sử dụng để kết hợp các bản tin Thông báo với một bản tin khác.

Thông số bắt buộc,và Thông số tuỳ chọn tuỳ thuộc vào từng bản tin LDP.

Về mặt nguyên lý, mọi thứ xuất hiện trong bản tin LDP có thể được mã hoá theoTLV, nhưng các đặc tả LDP không phải luôn luôn sử dụng lược đồ TLV Nó khôngđược sử dụng khi nó không cần thiết và sự sử dụng nó khi đó sẽ gây lãng phí khônggian Chẳng hạn không cần thiết phải sử dụng khuôn dạng TLV nếu chiều dài của giátrị là cố định hay kiểu của giá trị đã được biết và không phải chỉ định một nhận dạngkiểu

Một số bản tin LDP

- Bản tin Hello

Bản tin Hello (Chào hỏi) được trao đổi giữa hai LSR ngang cấp trong một phiênphát hiện LDP Một LSR lưu giữ bản ghi của các bản tin Hello được gửi từ các LSRngang cấp khác Các cặp LSR thương lượng thời gian lưu giữ dùng cho bản tin Hello.Mỗi cặp đề nghị một thời gian lưu giữ và thời gian lưu giữ được dùng là sẽ là giá trịnhỏ nhất được đề nghị trong các bản tin

- Bản tin Initialization (Khởi tạo)

Các bản tin thuộc loại này được gửi khi bắt đầu một phiên LDP giữa hai LSR đểtrao đổi các tham số, các đại lượng tuỳ chọn cho phiên Các tham số này bao gồm:

 Chế độ phân bổ nhãn

 Các giá trị định thời

 Phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa hai LSR đó

- Bản tin Label Mapping và Label Withdraw

Các bản tin Label Mapping (Liên kết nhãn) được sử dụng để quảng bá liên kết giữaFEC (tiền tố điạ chỉ) và nhãn Bản tin Label Withdraw (Thu hồi nhãn) thực hiện quá

trình ngược lại: nó được sử dụng để xoá bỏ liên kết vừa thực hiện Bản tin này được sử

dụng khi có sự thay đổi trong bảng định tuyến (thay đổi tiền tố địa chỉ) hay thay đổitrong cấu hình LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó.

- Bản tin Label Request (Yêu cầu nhãn)

Trong chế độ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu, LSR đường lên sẽ yêu cầu LSRđường xuống gán và quảng bá nhãn bằng cách sử dụng bản tin Label Request

- Bản tin Label Request Abord

Nếu bản tin Label Request cần phải hủy bỏ trước khi được chấp nhận (do nút kếtiếp trong FEC yêu cầu đã thay đổi) thì LSR yêu cầu sẽ hủy bỏ yêu cầu với bản tinLabel Request Abord (Hủy bỏ yêu cầu nhãn)

- Bản tin Label Release:

Bản tin này được LSR sử dụng khi nó nhận được liên kết nhãn không còn cần thiếtnữa Điều này thường xảy ra khi LSR nhận thấy nút tiếp theo cho FEC không phải làLSR quảng bá liên kết nhãn tương ứng

LSR định kỳ gửi bản tin Hello trên UDP đến địa chỉ IP đã được khai báo khi lập cấuhình Phía nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin HELLO khác truyền mộtchiều ngược lại đến LSR gửi và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên.Thông thường trường hợp này hay được áp dụng khi giữa hai LSR có một đườngLSP cho điều khiển lưu lượng và nó yêu cầu phải gửi các gói có nhãn qua đườngLSP đó.

UDP Hello

UDP Hello TCP Open

Initialization Label Request

Label Mapping IP

Hình 2.9: Thủ tục phát hiện LSR lân cận

2.5.2 Giao thức CR-LDP

Giao thức CR-LDP được sử dụng để điều khiển cưỡng bức LDP Giao thức này làphần mở rộng của LDP cho quá trình định tuyến cưỡng bức của LSP Cũng giống nhưLDP, nó sử dụng các phiên TCP giữa các LSR đồng cấp để gửi các bản tin phân phốinhãn

Một hệ thống hỗ trợ định tuyến cưỡng bức cần đảm bảo các yêu cầu sau: thứ nhất,nút nguồn cần biết cấu hình mạng Thứ hai, nguồn cần biết các thuộc tính của liên kếttrong mạng Thứ ba, hệ thống có hỗ trợ định tuyến hiện Thứ tư, giống như tuyến đượcthiết lập giữa nút nguồn và nút đích, sự dành riêng tài nguyên có thể xảy ra và trạngthái thuộc tính của đường liên kết phải được cập nhật liên tục Như vậy, để hỗ trợ địnhtuyến cưỡng bức ngoài một số điều kiện khống chế về băng thông, khoảng cách quản

lý còn cần có khả năng định tuyến hiện (hoặc định tuyến nguồn)

Để xác nhận thông tin tài nguyên dành riêng theo LSR, CR-LDP tạo thêm đối tượng

mới “tham số điều khiển lưu lượng” gồm 6 tham số: Tốc độ số liệu đỉnh, kích thước số

liệu bùng phát, tốc độ số liệu ngẫu nhiên, kích thước lớn quá hạn, tần số và trọng số.Hai tham số đầu định nghĩa về số lượng lớn nhất của lưu lượng trong LSP Hai tham

số sau định nghĩa về số lượng lưu lượng Tần số chỉ ra khoảng thời gian LSP đạt đượccung cấp độ rộng băng của LSR và trọng số được dùng để xác định độ rộng băng trênCDR, phân chia theo LSP

Có hai lý do để sử dụng MPLS Trước hết MPLS cho phép tách các thông tin sửdụng để chuyển tiếp (nhãn) từ các thông tin có trong mào đầu của gói IP Thứ hai làviệc chuyển đổi giữa FEC và LSP chỉ được giới hạn trong LSR tại một đầu của LSP.Nói một cách khác, việc quyết định gói IP nào sẽ được định tuyến hiện ra sao hoàntoàn do LSR tính toán xác định tuyến Và như đã trình bày ở trên, đây chính là chứcnăng cần thiết để hỗ trợ định tuyến cưỡng bức

2.5.3 Giao thức dành trước tài nguyên RSVP

 Giới thiệu chung

Giao thức dành trước tài nguyên RSVP được mô tả chi tiết trong các RFC2205/3209 Như tên gọi của nó, giao thức dành trước tài nguyên (RSVP) dùng để dànhtrước các tài nguyên cho một phiên làm việc (dòng lưu lượng) trong mạng Internet.Khía cạnh này của Internet là một điều khá đặc biệt vì hơi khác những gì chúng tađược biết – Internet cung cấp các dịch vụ nỗ lực cao nhất, không liên quan đến nhữngyêu cầu xác định trước cho ứng dụng người dùng

Cần nhớ rằng IP là giao thức phi kết nối, nó không thiết lập trước đường đi chocác dòng lưu lượng, trong khi đó RSVP thiết lập trước những đường đi này và đảmbảo cung cấp đủ băng thông cho chúng RSVP không cung cấp các hoạt động địnhtuyến mà sử dụng IPv4 hay IPv6 như là cơ chế truyền tải giống như cách mà cácgiao thức bản tin điều khiển Internet ICMP và giao thức bản tin nhóm InternetIGMP hoạt động

RSVP yêu cầu phía thu đưa ra tham số QoS cho dòng lưu lượng Các ứng dụng phíathu phải xác định bản ghi QoS và chuyển tới RSVP Sau khi phân tích các yêu cầunày, RSVP gửi các yêu cầu tới tất cả các nút tham gia trong việc vận chuyển dòng lưulượng Như thể hiện trong hình 2.11, chất lượng dịch vụ của một dòng lưu lượng nào

đó được thực hiện bằng các kỹ thuật: Phân loại gói, điều khiển chấp nhận kết nối, lập

lịch gói và điều khiển chính sách

Hình 2.10: Các thực thể hoạt động RSVP

Bộ phân loại xác định lớp QoS (và có thể là đường đi) cho mỗi gói, dựa trên sự

kiểm tra tiêu đề lớp vận chuyển và lớp IP Với mỗi giao diện đầu ra, bộ lập lịch gói

hay một cơ chế phụ thuộc lớp liên kết dữ liệu nào khác sẽ đảm bảo đạt được giá trịQoS như đã cam kết Bộ lập lịch gói thực hiện các mô hình dịch vụ QoS được địnhnghĩa bởi nhóm làm việc dịch vụ tích hợp IntServ

Như đã chỉ ra trong hình 2.11, quá trình RSVP chuyển các yêu cầu QoS tới hai khối

quyết định tại chỗ là Điều khiển chấp nhận và Điều khiển chính sách Điều khiển chấp

nhận xác định xem nút có đủ tài nguyên để cung cấp cho dòng lưu lượng với mức QoSđược yêu cầu hay không Điều khiển chính sách xác định xem một dòng lưu lượng cóđược cho phép theo các quy tắc quản lý hay không, chẳng hạn như địa chỉ IP hay nhậndạng giao thức nào đó được hay không được phép dành trước băng thông

Trong quá trình thiết lập việc dành trước tài nguyên, nếu xảy ra trường hợp mộttrong hai hoạt động điều khiển chấp nhận và điều khiển chính sách không thành côngthì sự dành trước tài nguyên sẽ bị hủy bỏ và quá trình RSVP trả lại bản tin thông báolỗi tới phía nhận tương ứng

 Các bản tin chính của RSVP

RSVP sử dụng hai bản tin cơ bản là bản tin PATH và bản tin RESV

Hình 2.11: Các bản tin PATH và RESV

Các hoạt động RSVP được bắt đầu bằng bản tin PATH Nó được sử dụng bởi phíagửi để thiết lập đường đi cho phiên (dòng lưu lượng) Một phiên RSVP được xác địnhbởi địa chỉ IP đích (DestAddress), nhận dạng giao thức IP (ProtocolIP) và nhận dạngcổng đích

Các bản tin RESV được gửi bởi phía nhận và chúng cho phép phía gửi cũng nhưcác nút trung gian biết các yêu cầu của phía nhận

Đường đi của bản tin RESV giống với đường đi của bản tin PATH nhưng theochiều ngược lại

Các trường bên trong bản tin RSVP được gọi là đối tượng Từ khi ra đời, nhiều đốitượng đã liên tục được bổ sung Chúng ta sẽ đề cập đến những đối tượng trong các bảntin RSVP liên quan đến MPLS trong phần tiếp theo

MPLS hỗ trợ RSVP

Mục tiêu đầu tiên của việc hỗ trợ RSVP vào MPLS là cho phép các LSR dựa vàoviệc phân loại gói tin theo nhãn chứ không phải theo mào đầu IP để nhận biết các góitin thuộc các luồng của cổng dành riêng Nói cách khác, cần phải tạo và kết hợp cácluồng và các nhãn cho các luồng có các cổng dành riêng RSVP Chúng ta có thể xemmột tập hợp các gói tin tạo ra bởi cổng dành riêng RSVP như là một trường hợp riêngkhác của FEC

Điều này trở nên khá dễ dàng để kết hợp các nhãn với các luồng dành riêng trongRSVP, ít nhất là với unicast (đơn hướng) Chúng ta định nghĩa một đối tượng RSVPmới là đối tượng LABEL được mang trong bản tin RSVP RESV Khi một LSR muốngửi bản tin RESV cho một luồng RSVP mới, LSR cấp phát một nhãn từ trong tập nhãnrỗi, tại một lối vào trong LFIB của nó với nhãn lối vào được đặt cho nhãn cấp phát, vàgửi đi bản tin RESV có chứa nhãn này Chú ý là các bản tin RESV truyền từ bộ nhậntới bộ gửi là dưới dạng cấp phát nhãn xuôi

Khi nhận được bản tin RESV chứa đối tượng LABEL, một LSR thiết lập LFIB của

nó với nhãn này là nhãn lối ra Sau đó nó cấp phát một nhãn để sử dụng như là nhãnlối vào và chèn nó vào bản tin RESV trước khi gửi nó đi Rõ ràng là, khi các bản tinRESV truyền đến LSR ngược thì LSP được thiết lập dọc theo tuyến đường Cũng chú

ý là, khi các nhãn được cung cấp trong các bản tin RESV, mỗi LSR có thể dễ dàng kếthợp các tài nguyên QoS phù hợp với LSP Hình 2.12 minh hoạ quá trình trao đổi này.Trong trường hợp này chúng ta giả sử các máy chủ không tham dự vào việc phân phốinhãn LSR-R3 cấp phát nhãn L cho cổng dành riêng này và thông báo nó với LSR-R2.LSR-R2 cấp phát nhãn M cũng cho cổng dành riêng này và thông báo nó tới LSR-R1.Bây giờ đã có một LSP cho luồng dành riêng từ LSR-R1 tới LSR-R3 Khi các gói tintương ứng với cổng dành riêng này (ví dụ gói tin gửi từ H1 tới H2 với số cổng nguồn,đích thích hợp và số giao thức giao vận thích hợp) tới R1, R1 phân biệt nó bằng cácthông tin mào đầu IP và lớp truyền tải để tạo ra QoS thích hợp cho cổng dành riêng ví

dụ như đặc điểm và hàng đợi các gói tin trong hàng đợi lối ra Nói cách khác, nó thựchiện các chức năng của một bộ định tuyến tích hợp dịch vụ sử dụng RSVP Hơn nữa,LSR-R1 đưa mào đầu nhãn vào các gói tin và chèn giá trị nhãn lối ra là M trước khigửi chuyển tiếp gói tin tới LSR-R2

Khi LSR-R2 nhận gói tin mang nhãn M, nó tìm kiếm nhãn đó trong LFIB và tìm tất

cả các trạng thái liên quan đến QoS để xem kiểm soát luồng, xếp hàng đợi gói tin, v.v như thế nào Điều này tất nhiên không cần kiểm tra tiêu đề lớp IP hay lớp truyền tải.Sau đó R2 thay thế nhãn trên gói tin với một nhãn lối ra từ LFIB của nó (mang giá trịL) và gửi gói tin đi

Hình 2.12: Nhãn phân phối trong bảng tin RESV

Lưu ý rằng, do việc tạo ra nhãn kết hợp được điều khiển bởi các bản tin RSVP vìvậy việc kết hợp được điều khiển như trong các môi trường khác của MPLS Đây cũng

là một ví dụ chứng tỏ việc mang thông tin kết hợp nhãn trên một giao thức có sẵnkhông cần một giao thức riêng như LDP.

Một kết quả quan trọng của việc thiết lập một LSP cho một luồng với cổng dànhriêng RSVP là chỉ có bộ định tuyến đầu tiên trong LSP mà trong ví dụ trên là LSR-R1liên quan tới việc xem xét các gói tin thuộc luồng dành riêng nào Điều này cho phépRSVP được áp dụng trong môi trường MPLS theo cách mà nó không thể thực hiệnđược trong mạng IP truyền thống Theo qui ước, các cổng dành riêng RSVP có thể chỉtạo cho những luồng ứng dụng riêng lẻ, tức là những luồng được xác định nhờ cáctrường mào đầu Tuy nhiên, có thể đặt cấu hình LSR-R1 để lựa chọn các gói tin dựatrên một số các tiêu chuẩn Ví dụ, LSR-R1 có thể lấy tất cả các gói tin có cùng mộttiền tố ứng với một đích và đẩy chúng vào LSP Vì vậy thay vì có một LSP cho mỗiluồng ứng dụng riêng, một LSP có thể cung cấp QoS cho nhiều luồng lưu lượng Mộtứng dụng của khả năng này là có thể cung cấp “đường ống” với băng thông đảm bảo

từ một điểm này tới một điểm khác Khả năng này cũng hữu ích cho mục đích điềukhiển lưu lượng, ở đây một lưu lượng lớn cần được gửi dọc theo các LSP với băngthông đủ để tải lưu lượng

Để hỗ trợ một số cách sử dụng RSVP mở rộng, MPLS định nghĩa một đối tượngRSVP mới có thể mang trong bản tin PATH là: đối tượng LABEL_REQUEST Đối

tượng này thực hiện hai chức năng Thứ nhất, nó được sử dụng để thông báo cho một

LSR tại phía cuối của LSP gửi RESV trở về để thiết lập LSP Điều này hữu ích cho

việc thiết lập các LSP Site-to-Site Thứ hai, khi LSP được thiết lập cho một tập các gói

tin, không chỉ là một luồng ứng dụng riêng, đối tượng chứa một trường để xác địnhgiao thức lớp cao hơn sẽ sử dụng LSP Trường này được sử dụng tương tự như mãphân kênh để xác định giao thức lớp cao hơn (IPv4, IPX, v.v ), vì vậy sẽ không cótrường phân kênh trong mào đầu MPLS nữa Do vậy, một LSP có thể cần được thiếtlập cho mỗi giao thức lớp cao hơn nhưng ở đây không giới hạn những giao thức nàođược hỗ trợ Đặc biệt, không yêu cầu các gói tin mang trong LSP được thiết lập sửdụng RSVP phải là các gói tin IP

RSVP và khả năng mở rộng

Một trong những điều chắc chắn về RSVP là nó có thể chịu tổn thất về khả năng mởrộng ở một mức nào đấy Trong thực tế, đặc tính này không chính xác hoàn toàn

RSVP khởi đầu được thiết kế để hỗ trợ dự trữ tài nguyên cho các luồng ứng dụng riêng

và đây là nhiệm vụ với những thách thức về khả năng mở rộng vốn có

Nói chung thuật ngữ này được sử dụng để chỉ giới hạn sử dụng tài nguyên tăngnhanh như thế nào khi mạng tăng trưởng Ví dụ, trong mạng IP quy mô lớn như mạngxương sống, chúng ta có thể quan tâm đến việc liệu một bảng định tuyến sẽ chiếm bộnhớ của bộ định tuyến lớn đến mức nào, khả năng bộ xử lý và băng thông liên kết rasao Vì thế, bảng định tuyến tăng chậm hơn nhiều so với số người sử dụng kết nối vàomạng

Dự trữ tài nguyên cho các luồng ứng dụng riêng rõ ràng là ảnh hưởng xấu đến khảnăng mở rộng Chúng ta có thể cho rằng mỗi người sử dụng sẽ dự trữ tài nguyên tạimột vài tốc độ trung bình, vì thế số tài nguyên dự trữ được tạo ra trên mạng quy môlớn có khả năng tăng nhanh bằng số người sử dụng của mạng Điều này sẽ dẫn đến chiphí lớn nếu mỗi bộ định tuyến phải lưu trữ trạng thái và tiến trình một vài bản tin chocho luồng ứng dụng riêng

Nói tóm lại, sẽ chính xác hơn nếu nói rằng mức dự trữ tài nguyên cho các luồng ứngdụng là kém hơn so với RSVP Sự khác nhau này đặc biệt quan trọng khi chúng taxem xét rằng RSVP không những cần thiết cho việc dự trữ tài nguyên cho các luồngứng dụng riêng mà còn cần để dự trữ tài nguyên cho lưu lượng tổng hợp

2.6 Hoạt động của MPLS

2.6.1 Hoạt động cơ bản

Cơ chế chuyển tiếp của MPLS được thực hiện bằng cách tra cứu trong một bảngLIB đã định trước (là ánh xạ giữa giá trị nhãn và các địa chỉ của bước tiếp theo) MộtPHB (Per Hop Behavior) có thể được xác định ở mỗi LSR cho một FEC nào đó PHBxác định mức ưu tiên khi xếp hàng gói tương ứng với FEC và xác định chính sách hủygói (khi nghẽn mạch)

Các gói tin có thể có cùng LER lối vào và ra nhưng FEC khác nhau Khi đó, chúngđược đánh nhãn khác nhau, được sử lý theo PHB khác nhau ở các LSR, và có thể đượcvận chuyển qua mạng theo các LSP khác nhau

Về cơ bản MPLS phân lưu lượng vào các loại FEC Lưu lượng thuộc một FEC sẽđược chuyển qua miền MPLS theo một đường LSP Từng gói dữ liệu sẽ được xemnhư thuộc một FEC bằng cách sử dụng các nhãn cục bộ

MPLS thực hiện bốn bước sau đây để chuyển gói tin qua một miền MPLS:

Hình 2.13:Hoạt động của MPLS

Bước 1-Báo hiệu

Với bất kỳ loại lưu lượng nào vào mạng MPLS, các bộ định tuyến sẽ xác định mộtliên kết giữa nhãn với lớp chuyển tiếp FEC của lưu lượng đó Sau khi thực hiện thủ tụcliên kết nhãn, mỗi bộ định tuyến sẽ tạo các mục trong bảng cơ sở thông tin nhãn LIB.Tiếp đó, MPLS thiết lập một đường chuyển mạch nhãn LSP và các tham số QoS của

vậy giao thức định tuyến phải có khả năng thu thập và sử dụng thông tin để hỗ trợ cácyêu cầu QoS của FEC

Các nhãn được gán cho các gói ứng với FEC của nó Vì giá trị của nhãn chỉ mangtính cục bộ giữa hai bộ định tuyến kề nhau nên cần phải có cơ chế đảm bảo tính xuyênsuốt giữa các bộ định tuyến trên cùng LSP nhằm thống nhất về việc liên kết giá trịnhãn với FEC Như vậy cần có một giao thức để phân bổ nhãn giữa các LSR

Bước 2- Dán nhãn

Khi một gói đến bộ định tuyến LER đầu vào, LER sau khi xác định các tham sốQoS sẽ phân gói này vào một loại FEC, tương ứng với một LSP nào đó Sau đó, LERgán cho gói này một nhãn phù hợp và chuyển tiếp gói dữ liệu vào trong mạng NếuLSP chưa có sẵn thì MPLS phải thiết lập một LSP mới như ở bước 1

Bước 3- Vận chuyển gói dữ liệu

Sau khi đã vào trong mạng MPLS, tại mỗi LSR gói dữ liệu sẽ được xử lý như sau:

- Bỏ nhãn các gói đến và gán cho chúng một nhãn mới ở đầu ra (đổi nhãn)

- Chuyển tiếp gói dữ liệu đến LSR kế tiếp dọc theo LSP

Bước 4- Tách nhãn

Bộ định tuyến biên LER ở đầu ra của miền MPLS sẽ cắt bỏ nhãn, phân tích tiêu đề

IP (hoặc xử lý nhãn tiếp theo trong ngăn xếp) và chuyển tiếp gói dữ liệu đó đến đích

2.6.2 Định tuyến

Khái niệm định tuyến trong mạng MPLS đề cập đến việc chọn LSP cho một FECnào đó Nói chung các LSP có thể được thiết lập bằng một trong ba cách: Định tuyếntừng chặng (hop-by-hop), định tuyến hiện (ER-Explicit Routing) hoặc định tuyến ràngbuộc (CR-Constrained Routing) Dưới đây sẽ giới thiệu về các phương pháp địnhtuyến này

 Định tuyến từng chặng

Phương pháp này là tương đương với phương pháp được sử dụng hiện nay trong cácmạng IP truyền thống Các giao thức định tuyến truyền thống chẳng hạn như OSPF,BGP hay PNNI được sử dụng để thăm dò địa chỉ IP Trong phương pháp này mỗi LSR

định nội dung của LIB bằng việc tham chiếu tới bảng định tuyến IP của nó Với mỗilối vào trong bảng định tuyến, mỗi node sẽ thông báo một ràng buộc (chứa 1 địa chỉmạng và 1 nhãn) tới các node lân cận.

Phương pháp định tuyến này hỗ trợ vài ưu điểm của MPLS như chuyển mạch nhãnnhanh, có thể dùng ngăn xếp nhãn và các xử lý khác nhau với các FEC trên cùng mộttuyến Tuy nhiên, do có hạn chế về các tham số trong giao thức định tuyến nên địnhtuyến từng chặng không hỗ trợ tốt xử lý lưu lượng và các chính sách quản trị

 Định tuyến hiện (ER)

Định tuyến hiện tương tự với định tuyến nguồn Trong phương pháp này không mộtnode nào được cho phép lựa chọn chặng kế tiếp Thay vào đó một LSR được lựa chọntrước, thường là LSR lối vào hay LSR lối ra, sẽ xác định danh sách các node mà ER-LSP đi qua Đường dẫn đã được xác định có thể là không tối ưu Song do các tuyến cóthể chọn trước nên định tuyến hiện cho phép đơn giản hóa công việc quản trị Dọcđường dẫn các tài nguyên có thể được đặt trước để đảm bảo QoS cho lưu lượng dữliệu Điều này làm cho kĩ thuật lưu lượng thực hiện dễ dàng hơn, các dịch vụ đượcphân biệt có thể được cung cấp bằng cách sử dụng các luồng dựa trên các chính sáchhay các phương pháp quản lý mạng

Hình 2.14 thể hiện ví dụ về định tuyến hiện Các đường đi được xác định bắt đầu

tại bộ định tuyến lối vào A, sau đó tới B và D rồi ra tại F Trong trường hợp này địnhtuyến hiện không cho phép đường đi qua các LSR C và E Các đường đi trong địnhtuyến hiện được mã hóa trong bản tin yêu cầu nhãn và có thể được thiết lập bằng việc

sử dụng các bản tin LDP