BÀI TIỂU LUẬN-CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS

I.Lịch sử hình thành mạng MPLSI.1 Mạng IP và lý do ra đời mạng Mpls Hình 1.1: Chuyển tiếp gói tin trong IP Tiến trình chuyển tiếp gói tin gồm 3 - Chuyển tiếp IP yêu cầu hoạt động tìm kiế

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

GVHD : TS LÊ NHẬT THĂNG Sinh viên thực hiện : PHÙNG VĂN SƠN – PHAN THỊ THÚY

ĐỖ MINH TUẤN – NGUYỄN BÁ LINH

VŨ ĐỨC THÀNH

CHUYÊN ĐỀ

CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS

I.Lịch sử hình thành mạng MPLS

I.1 Mạng IP và lý do ra đời mạng Mpls

Hình 1.1: Chuyển tiếp gói tin trong IP

Tiến trình chuyển tiếp gói tin gồm 3

- Chuyển tiếp IP yêu cầu hoạt động tìm

kiếm địa chỉ IP phức tạp ở mỗi router

dọc đường đi của gói tin

- Tốn thời gian tìm kiếm, thời gian cập

nhật, và tốn bộ nhớ xử lý, tốn CPU

I.Lịch sử hình thành mạng MPLS

I.1 Mạng IP và lý do ra đời mạng Mpls

- Tất cả tiến trình định tuyến và chuyển tiếp nói trên

đây diễn ra ở lớp Network

- Các router có thể kết nối trực tiếp với nhau theo

mô hình điểm-điểm, hoặc là có thể kết nối với

nhau bằng các switch mạng LAN hay mạng

WAN (ví dụ mạng Frame Relay, ATM)

- Các vấn đề mà ta có thể gặp phải là:

+ Mỗi lần một router mới kết nối vào mạng WAN

lõi, một kênh ảo phải được thiết lập giữa router

này và router khác (nếu có nhu cầu cần chuyển

tiếp gói tin tối ưu)

+ Kết quả là tạo ra mô hình mạng full-mesh

+ Khó mà biết chính xác bao nhiêu lưu lượng chạy

giữa trên hai router trong mạng

Đó là lý do ra đời của MPLS

(Multiprotocol Label Switching)

công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao

thức.

Hình 1.2: Mạng Frame-relay

II MẠNG MPLS

• MPLS là một công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp ba

và chuyển mạch lớp hai cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng

lõi (core) và định tuyến tốt ở mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn

(label).

• MPLS là một phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng

các nhãn được gắn với mỗi gói IP, tế bào ATM, hoặc frame lớp hai.

• Lợi ích của MPLS

- Làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu như IP, ATM….

- Tương thích với hầu hết các giao thức định tuyến và các công nghệ khác liên

quan đến Internet.

- Hoạt động độc lập với các giao thức định tuyến (routing protocol).

- Tìm đường đi linh hoạt dựa vào nhãn(label) cho trước.

- Hỗ trợ việc cấu hình quản trị và bảo trì hệ thống (OAM).

- Có thể hoạt động trong một mạng phân cấp.

- Có tính tương thích cao

Hình II.1 MÔ HÌNH MẠNG MPLS

Mạng MPLS đầy đủ sẽ gồm có ba loại router CE (Customer Equipment hay

router khách hàng), PE ( Provider Equipment hay router biên nhà cung cấp ) và

P ( Provider hay router bên trong nhà cung cấp dịch cụ ), các router P và một

phần PE sẽ chạy MPLS, các router CE và một phần PE còn lại sẽ chạy các giao

thức khác ( có thể là IP, Frame-Relay, ATM…)

MỐI QUAN HỆ GIỮA MÔ HÌNH OSI, MÔ HÌNH TCP/IP VỚI MPLS

OSI : Mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở (Open Systems Interconnection).

TCP/IP : Mô hình giao thức điều khiển giao vận và giao thức liên mạng (Transmission Control

Protocol/ Internet Protocol)

MPLS : Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MultiProtocol Label Switching).

Chuyển mạch nhãn

MPLS TCP/IP

Tầng giao vậnTầng giao vận

Tầng phiênTầng trình diễn

Tầng ứng dụng

Tầng ứng dụng Tầng ứng dụng

Tầng mạngTầng giao vận

Tầng liên kết dữ

liệu Tầng liên kết dữ liệu

II MẠNG MPLS

III.Các khái niệm cơ bản

III.1 Nhãn (Label) trong MPLS

• Nhãn là giá trị có chiều dài cố định dùng để

nhận diện một FEC nào đó Nhãn được “dán ”

lên một gói để báo cho LSR biết gói này cần

đi đâu.

• Một gói lại có thể được “dán chồng” nhiều

nhãn, các nhãn này chứa trong một nơi gọi là

stack nhãn (label stack)

• Stack nhãn là một tập hợp gồm một hoặc

nhiều entry nhãn tổ chức theo nguyên tắc

LIFO

• Tại mỗi hop trong mạng chỉ xử lý nhãn hiện

hành trên đỉnh stack Chính nhãn này sẽ được

LSR sử dụng để chuyển tiếp gói

III.Các khái niệm cơ bản

III.1 Nhãn (Label) trong MPLS

III.Các khái niệm cơ bản

III.1.1 Kiểu khung (Frame Mode)

+ Label: Trường này gồm 20 bit, vậy chúng ta sẽ có hơn 1 tỷ nhãn khác nhau sử dụng, đây là phần

quan trọng nhất trong nhãn MPLS nó dùng để chuyển tiếp gói tin trong mạng.

+ Experimemtal (EXP):bao gồm 3bits dành cho thực nghiệm, sử dụng các bit này để giữ các thông

báo cho QoS; khi các gói MPLS xếp hàng có thể dùng các bit EXP tương tự như các bit IP ưu

tiên (IP Precedence)

+ Stack (S): là bít cuối ngăn xếp nhãn, bao gồm 1 bit Nhãn cuối chồng bit này được thiết lập lên 1, các nhãn khác có bít này là 0

+ Time-to-live (TTL):Thời gian sống là bản sao của IP TTL, bao gồm 8 bits Giá trị của nó được

giảm tại mỗi chặng để tránh lặp (giống như trong IP) Thường dùng khi người điều hành mạng

muốn che dấu cấu hình mạng bên dưới khi tìm đường từ mạng bên ngoài.

Hình III.2 Mô tả định dạng tiêu đề của MPLS

III.Các khái niệm cơ bản

Các thuật ngữ trong hình III.3 được giải thích như sau:

GFC (Generic Flow Control): Điều khiển luồng chung VPI (Virtual Path Identifier): Nhận dạng đường ảo VCI (Virtual Channel Idientifier): Nhận dạng kênh ảo

PT (Payload Type): Chỉ thị kiểu trường tin CLP (Cell Loss Priority): Chức năng chỉ thị ưu tiên hủy bỏ tế bào HEC (Header Error Check): Kiểm tra lỗi tiều đề

Hình III.3 Vị trí của nhãn trong các dạng khung

III.Các khái niệm cơ bản

III.2 Cấu trúc nút của MPLS+ Một nút của MPLS có hai mặt phẳng: mặt phẳng chuyển tiếp MPLS

và mặt phẳng điều khiển MPLS

+ Nút MPLS có thể thực hiện chuyển mạch lớp 2 hoặc định tuyến lớp 3

+ Kiến trúc cơ bản của một nút MPLS như Bảng 2.1

Bảng III.1 Cấu trúc một nút mạng

III.Các khái niệm cơ bản

III.3 Một số khái niệm khác:

+ Không gian nhãn (Label Space)

+ Con đường chuyển nhãn (LSP – Label Switch

Path)

+ Các bảng tra FIB và LFIB

+ Mặt phẳng chuyển tiếp (Forwarding plane)

+ Mặt phẳng điều khiển (Control Plane)

+ Giao thức phân phối nhãn LDP (Label

Distribution Protocol)

+ Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC -

Forwarding Equivalence Class)

IV.Hoạt động của MPLS

IV.1.Mô hình chuyển mạch nhãn:

Mô hình chuyển mạch nhãn là cơ chế chủ yếu được triển khai trong mặt

phẳng chuyển tiếp dữ liệu từ nguồn tới đích Mạng MPLS chủ yếu dựa vào

mô hình ATM, Frame Relay và kỹ thuật nhãn, các nhãn được gán cho mỗi

gói khi chúng vào mạng, được trao đổi nhãn khi chúng qua mạng và sau

đó, được chuyển tới cổng đầu ra của mạng.

Hình IV.1 Mô hình chuyển mạch nhãn

- Các đường nhãn tương đương với một kênh ảo.

- Luôn luôn không đồng nhất.

- Nếu muốn lưu lượng gói đi theo hướng ngược lại của cùng một tuyến, thì

phải thiết lập hai đường nhãn

Trao đổi nhãn Xóa

nhãn

Gán nhãn Nút cổng vào Nút chuy n ti p ếp ển Nút c ng ra ổng ra

Gói tin Gói tin đã gán nhãn

cao trong lõi của 1 mạng MPLS.

-Căn cứ vào vị trí và chức năng của

LSR có thể phân thành 2 loại

chính:

+ LSR biên: nằm ở biên của

mạng MPLS

+ ATM-LSR: là các tổng đài ATM

có thể thực hiện chức năng như

LSR Các ATM-LSR thực hiện chức

năng định tuyến gói IP và gán

nhãn trong mảng điều khiển và

chuyển tiếp số liệu trên cơ chế

chuyển mạch tế bào ATM trong

IV.3 Cơ cấu báo hiệu:

• Yêu cầu nhãn: Một LSR yêu cầu một nhãn từ dòng xuống lân cận

nên nó có thể liên kết đến FEC xác định Cơ cấu này có thể dùng

để truyền đến các LSR tiếp theo cho đến LER lối ra

• Đáp ứng nhãn: Để đáp ứng một yêu cầu nhãn, LSR luồng xuống

sẽ gửi một nhãn đến các bộ khởi động luồng lên sử dụng cơ cấu

ánh xạ nhãn

Đáp ứng nhãn

Ví dụ nhãn 2

Đáp ứng nhãn

Ví dụ nhãn 5

Yêu cầu nhãn Cho đích C

Yêu cầu nhãn Cho đích C

LSR Lối vào LER

Bộ định tuyến B

Bộ định tuyến C

Hình IV.3 Cơ cấu báo hiệu

IV.4 Các hoạt động của MPLS:

Để gói tin truyền qua mạng MPLS, mạng sẽ thực hiện 5 bước sau :

- Tạo và phân phối nhãn

- Tạo bảng

- Tạo đường chuyển mạch nhãn

- Gán nhãn dựa trên bảng tra cứu

- Chuyển tiếp gói tin

IV.4.1 Chế độ hoạt động khung:

Chế độ hoạt động này xuất hiện khi sử dụng MPLS trong môi

trường các thiết bị định tuyến thuần điều khiển các gói tin IP điểm Các gói tin dán nhãn được chuyển tiếp trên cơ sở khung lớp

điểm-2

LIB: Bảng thông tin nhãn

FIB: Bảng thông tin chuyển tiếp

LFIB: Bảng thông tin chuyển tiếp

nhãn

THIẾT LẬP BẢNG LIB VÀ BẢNG LFIB

XÂY DỰNG BẢNG ĐỊNH TUYẾN TRÊN CÁC LSR

E

Network X

Bảng định tuyến trên Router A Bảng định tuyến trên Router B Bảng định tuyến trên Router C

Bảng định tuyến trên Router E

47 cho mạng X

Bảng LIB trên B

QUẢNG BÁ NHÃN VÀ HÌNH THÀNH LFIB

TRÊN TOÀN MẠNG

Cơ chế hoạt động của MPLS trong chế độ này được mô tả bằng hình

Bước 2: kiểm tra lớp 3 gán nhãn, chuyển gói IP đến LSR lõi 1

Bước 3: Kiểm tra nhãn, chuyển đổi nhãn, chuyển gói IP tới LSR lõi 3

Bước 4 : Kiểm tra nhãn, chuyển đổi nhãn,chuyển gói

IP tới LsR biên 4

Bước 5: Kiểm tra nhãn, xóa bỏ nhãn, di chuyển gói

IP tới đích

III.8.2 Chế độ hoạt động tế bào

MPLS:

Để triển khai MPLS qua mạng ATM cần phải giải quyết một số vấn

đề sau:

- Các số liệu trao đổi qua giao diện ATM phải được thực hiện qua

kênh ảo ATM

- Các tổng đài ATM không thể thực hiện kiểm tra nhãn và địa chỉ

lớp 3

-Các gói tin IP trong mảng điều khiển không thể trao đổi trực tiếp

qua giao diện ATM Một kênh ảo VC phải được thiết lập giữa 2 nút

lân cận để trao đổi gói thông tin điều khiển

-Nhãn trên cùng trong ngăn xếp nhãn phải được sử dụng cho các

giá trị VPI/VCI

-Các thủ tục gán và phân phối nhãn được sửa đổi để đảm bảo các

tổng đài ATM không phải kiểm tra địa chỉ lớp 3

Cấu trúc MPLS đòi hỏi liên kết thuần IP giữa các mảng điều khiển của các LSR lân cận để trao đổi liên kết nhãn cũng như các

gói điều khiển khác

Ở chế độ hoạt động MPLS khung yêu cầu này được đáp ứng một cách

đơn giản bởi các thiết bị định tuyến có thể gửi nhận các gói IP và các gói có

nhãn qua bất kỳ giao diện chế độ khung nào dù LAN hay WAN Còn tổng

đài ATM không có khả năng đó Để cung cấp kết nối IP thuần giữa các

ATM-LSR có hai cách thức sau:

- Thông qua kết nối ngoài băng như kết nối Ethernet giữa các tổng đài.

- Thông qua kênh ảo quản lý trong băng

Bước 5: ATM-LSR3 gán giá trị VPI/VCI nội vùng chuyển đổi vào sang VPI/Vci ra và gửi VPI/VCI mới đến ATM-LSR1

gán bởi ATM-LSR1 co LSR biên 1 trả lời cho yêu cầu

LSR biên 2

III.9 Hoạt động của MPLS khung trong mạng

- Đối với hạ tầng cơ sở như

Frame-Relay hoặc ATM-PVC

thì rất khó triển khai chế độ

hoạt động tế bào của MPLS

- Việc sử dụng chế độ khung qua

nghiên cứu sâu hơn để giải

quyết vấn đề chèn gói tin khi

trùng nhãn ( Interleave )

VPI 08

Chuyển mạch ATM

Ứng Dụng:

- Tích hợp IP và ATM: MPLS là một phương pháp tích hợp các dịch

vụ IP trực tiếp trên chuyển mạch ATM

- Dịch vụ mạng riêng ảo IP ( VPN ) : mạng MPLS cùng với các BGP

tạo ra cách thức cung cấp dịch vụ VPN trên cả ATM và các thiết bị

dựa trên gói tin rất linh hoạt, dễ mở rộng quy mô và dễ quản lý

- Điều khiển lưu lượng và định tuyến IP : Khả năng điều

khiển lưu lượng IP của MPLS sử dụng thiết lập đặc biệt các

LSP để điều khiển một cách linh hoạt các luồng lưu lượng

IP.