Quản lý lưu lượng trong mạng IP MPLS

Quản lý lưu lượng mạng MPLS

PHẦN I

GIỚI THIỆU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Bộ Môn Điện Tử Viễn Thông

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 07 năm 2013

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Bản nhiệm vụ này được đóng vào trang nhất của cuốn Đồ án)

Họ tên sinh viên 1: Vũ Chiến Thắng

Lớp: 071170C MSSV: 07117060

Họ tên sinh viên 2: Phạm Nguyễn Trọng Thanh

Lớp: 071170A MSSV: 07117059

1 Tên đề tài: Quản lý lưu lượng trong mạng IP-MPLS

2 Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):

3 Ngày giao nhiệm vụ ĐATN:

4 Ngày bảo vệ 50% ĐATN:

5 Ngày hoàn thành và nộp về khoa:

6 Giáo viên hướng dẫn: Phần hướng dẫn: 1

2

3

Nội dung và yêu cầu ĐATN đã thông qua Khoa và Bộ môn

Ngày tháng năm 2011

(Ký và ghi rõ họ và tên) (Ký và ghi rõ họ và tên)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

(Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Bộ Môn Điện Tử Viễn Thông

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 07 năm 2013

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Bản lịch trình này được nộp kèm theo cuốn ĐATN)

Họ tên sinh viên 1: Vũ Chiến Thắng

Lớp: 071170C MSSV: 07117060

Họ tên sinh viên 2: Phạm Nguyễn Trọng Thanh

Lớp: 071170A MSSV: 07117059

Tên đề tài: Quản lý lưu lượng trong mạng IP-MPLS

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TP HCM, ngày tháng 07 năm 2013

Cán bộ hướng dẫn

PGS.TS TRẦN THU HÀ

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN

TP HCM, ngày tháng 07 năm 2013

Cán bộ chấm phản biện

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, mạng Internet đang phát triển rất mạnh và nhu cầu sử dụng nhữngdịch vụ chất lượng cao ngày càng tăng Lưu lượng trên toàn bộ hệ thống mạng chủyếu là lưu lượng IP Giao thức IP thống trị toàn bộ tất cả giao thức lớp mạng, nhưng

nó còn bộc lộ một số hạn chế nên đòi hỏi một công nghệ mạng mới với chi phí thấphơn, chất lượng tốt hơn Một trong những công nghệ đó là công nghệ MPLS

Công nghệ MPLS ra đời với những tính năng vượt trội hơn mạng IP, trong đónổi bật là khả năng điều khiển lưu lượng qua mạng để nhà cung cấp dịch vụ có thểkhai thác hiệu quả tài nguyên mạng, tránh được hiện tượng nghẽn mạng ở một tuyếnliên kết này trong khi các tuyến khác rãnh Và đây cũng chính là đối tượng nghiêncứu chính của đề tài

Đề tài được tổ chức thành 5 chương với nội dung chính như sau:

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ MPLS

Chương 3 KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG MPLS

Chương 4 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập tại trường, nhờ sự giúp đỡ và hướng dẫn của quýthầy cô chúng em đã tích luỹ được một số kiến thức nền tảng cho nghề nghiệp saunày Thực hiện đồ án tốt nghiệp là giai đoạn hoàn tất quá trình học đại học của mộtsinh viên

Với tấm lòng tôn sư trọng đạo và tri ân sâu sắc, nhóm sinh viên thực hiện xinbày tỏ lòng biết ơn đến cô Trần Thu Hà , người đã tận tình hướng dẫn, góp ý, độngviên trong suốt quá trình thực hiện đề tài Với phương pháp làm việc khoa học, kinhnghiệm thực tiễn, thầy đã truyền đạt cho nhóm những lời khuyên quí báu để đồ án tốtnghiệp hoàn thành tốt đẹp

Chúng em, những người thực hiện đề tài xin chân thành biết ơn sâu sắc đến tất

cả các thầy cô trong trường nói chung và thầy cô trong khoa Điện - Điện Tử nóiriêng

Cảm ơn tất cả bạn bè, những người đã luôn động viên, khuyến khích, giúp đỡ

để đồ án này hoàn thành đúng tiến độ

Chân thành cảm ơn !

Nhóm sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN IV

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN V

LỜI NÓI ĐẦU VI

LỜI CẢM ƠN VII

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2

DANH SÁCH HÌNH

DANH MỤC BẢNG

PHẦN II

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, đất nước đã có những bước phát triển vượt bậcnhờ những thành tựu mà các ngành kinh tế quốc dân mang lại, và ngành công nghiệpviễn thông cũng không là ngoại lệ Hiện nay, số người sử dụng các dịch vụ Internettăng lên nhanh chóng qua từng ngày, điều này đã làm cho lưu lượng mạng ngày cànglớn khiến cho hệ thống mạng hiện tại bộc lộ nhiều vấn đề và các nhà cung cấp mạngcũng như các nhà cung cấp dịch vụ cũng đã có nhiều nổ lực để nâng cấp hệ thốngmạng hiện có, xây dựng hệ thống mạng mới nhằm khắc phục những vấn đề nảy sinh

do lưu lượng mạng ngày càng tăng Nhiều công nghệ mạng và công nghệ chuyểnmạch đã ra đời, trong đó phải kể đến công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thứcMPLS (MultiProtocol Label Switching) MPLS đã được triển khai ở nhiều nước vàViệt Nam

Lưu lượng truyền đi trong MPLS có tính bảo mật, chất lượng dịch vụ cao hơnnhiều so với TCP/IP Một trong những ưu điểm nổi bật của MPLS là khả năng thựchiện kỹ thuật lưu lượng

Đứng trước sự phát triển nhanh chóng của công nghệ chuyển mạch nhãn đagiao thức MPLS, việc tìm hiểu các vấn đề về công nghệ MPLS, đặc biệt là vấn đề kỹthuật lưu lượng trong MPLS, là vấn đề quan trọng đối với sinh viên ngành mạng máytính và viễn thông

Xuất phát từ những thực tế đó, nhóm sinh viên đã quyết định chọn đề tài “Quản lý lưu lượng trong mạng IP-MPLS” làm đề tài đồ án tốt nghiệp của mình

 Mục tiêu của đề tài :

Khảo sát công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS: cơ chế hoạt

động và kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

Khảo sát và sử dụng phần mềm NS2: mô phỏng cơ chế hoạt động của công

nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức và các ưu điểm của kỹ thuật lưu lượngtrong MPLS So sánh các ưu điểm của kỹ thuật lưu lượng trong MPLS so vớimạng IP truyền thống và mô phỏng một số cơ chế khôi phục bảo vệ đườngcủa kỹ thuật lưu lượng trong MPLS như: cơ chế khôi phục Makam, Haskin,Shortest Dynamic,…

Thông qua quá trình làm đề tài, nhóm sinh viên mong muốn củng cố lại cáckiến thức mà mình đã được học, rèn luyện thói quen, tác phong nghiên cứu khoa học

và làm nền tảng để tìm hiểu các công nghệ mới trong lĩnh vực mạng máy tính

Với những lý do trên, nhóm sinh viên đã quyết định thực hiện đề tài này

 Giới hạn của đề tài

Công nghệ MPLS là công nghệ tương đối mới mẻ, việc tìm hiểu về các vấn đềcủa công nghệ MPLS đòi hỏi phải có kiển thức sâu rộng và lâu dài

Với kiến thức và thời gian có hạn, nhóm nghiên cứu chỉ tập trung làm rõ một

số đặc điểm hoạt động mạng MPLS và ưu điểm của kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

so với mạng IP truyền thống và mô phỏng một số cơ chế khôi phục bảo vệ đường của

kỹ thuật lưu lượng trong MPLS và mô phỏng 5 trường hợp

 Phương pháp nghiên cứu

Để tiến hành thực hiện đề tài này, nhóm đã thực hiện các phương pháp nghiêncứu như sau:

-Phương pháp phân tích: tham khảo tài liệu qua sách tham khảo, giáo trình,luận văn khoá trước,… ở thư viện trường cũng như mạng internet

-Phương pháp quan sát, học tập theo nhóm và tự học

-Phương pháp mô phỏng bằng cách sử dụng phần mềm NS2 và phân tích kếtquả mô phỏng

 Nội dung

Đề tài được tổ chức thành 5 chương với các nội dung như sau:

- Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP

- Chương 2 TỔNG QUAN VỀ MPLS

- Chương 3 KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MẠNG MPLS

- Chương 4 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ

- Chương 5 KẾT LUẬN

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP

1.1 Chồng giao thức TCP/IP

1.1.1 Mô hình chồng giao thức TCP/IP

TCP/IP là một bộ giao thức mở được xây dựng cho mạng Internet mà tiền thâncủa nó là mạng ARPnet của bộ quốc phòng Mỹ Do đây là một giao thức mở, nên nócho phép bất kỳ một đầu cuối nào sử dụng bộ giao thức này đều có thể được kết nốivào mạng Internet Chính điều này đã tạo nên sự bùng nổ của Internet toàn cầu trongthời gian gần đây Trong bộ giao thức này, hai giao thức được sử dụng chủ yếu đó làgiao thức truyền tải tin cậy TCP và IP Chúng cùng làm việc với nhau để cung cấpphương tiện truyền thông liên mạng

Điểm khác nhau cơ bản của TCP/IP so với OSI đó là tầng liên mạng sử dụnggiao thức không kết nối (connectionless) IP, tạo thành hạt nhân hoạt động của mạngInternet Cùng với các giao thức định tuyến như RIP, OSPF, BGP,… tầng liên mạng

IP cho phép kết nối một cách mềm dẻo và linh hoạt các loại mạng vật lý khác nhaunhư: Ethernet, Token Ring, X25…

TCP/IP có những đặc điểm sau đây đã làm cho nó trở nên phổ biến:

• Độc lập với kến trúc mạng: TCP/IP có thể sử dụng trong các kiến trúcEthernet, Token Ring, trong mạng cục bộ LAN cũng như mạng diện rộngWAN

• Chuẩn giao thức mở: vì TCP/IP có thể thực hiện trên bất kỳ phần cứng hay hệđiều hành nào Do đó, TCP/IP là tập giao thức lý tưởng để kết hợp phần cứngcũng như phần mềm khác nhau

• Sơ đồ địa chỉ toàn cầu: mỗi máy tính trên mạng TCP/IP có một địa chỉ xácđịnh duy nhất Mỗi gói dữ liệu được gửi trên mạng TCP/IP có một Headergồm địa chỉ của máy đích cũng như địa chỉ của máy nguồn

• Khung Client - Server: TCP/IP là khung cho những ứng dụng client - servermạnh hoạt động trên mạng cục bộ và mạng diện rộng

• Chuẩn giao thức ứng dụng: TCP/IP không chỉ cung cấp cho người lập trìnhphương thức truyền dữ liệu trên mạng giữa các ứng dụng mà còn cung cấpnhiều phương thức mức ứng dụng (những giao thức thực hiện các chức năngdùng như E-mail, truyền nhận file)

Hệ thống giao thức TCP/IP được phân thành các lớp, mỗi lớp thực hiện các nhiệm

vụ riêng biệt

Hình 1 1 Mô hình TCP/IP và mô hình OSI

Chức năng các lớp:

Lớp truy cập mạng: Cung cấp một giao tiếp với mạng vật lý Các định dạng

dữ liệu cho môi trường truyền và các địa chỉ dữ liệu cho mạng con (subnet) được dựatrên các địa chỉ phần cứng vật lý Cung cấp kiểm soát lỗi cho dữ liệu phân bố trênmạng vật lý Định nghĩa các hàm, thủ tục, phương tiện truyền dẫn đảm bảo sự truyềndẫn an toàn các khung thông tin trên bất kỳ một phương tiện truyền dẫn nào nhưEthernet, ATM, Token-Ring, Frame-Relay,…

Lớp Internet: Cung cấp chức năng đánh địa chỉ luận lý, độc lập phần cứng

mà nhờ đó dữ liệu có thể di chuyển giữa các mạng con có các kiến trúc vật lý khácnhau Cung cấp các chức năng định tuyến để giảm lưu lượng và hỗ trợ phân bố dọctheo Liên mạng (Internetwork-Thuật ngữ liên mạng nói đến một mạng lớn hơn, liênkết giữa các LAN) Liên kết các địa chỉ vật lý (sử dụng ở lớp Truy cập mạng) với cácđịa chỉ luận lý Chuyển tiếp các gói tin từ nguồn tới đích Mỗi gói tin chứa địa chỉđích và IP sử dụng thông tin này để truyền gói tin tới đích của nó

Lớp vận chuyển: Cung cấp các chức năng điều khiển luồng, kiểm soát lỗi và

dịch vụ báo nhận cho liên mạng Hoạt động như một giao tiếp cho các ứng dụngmạng Chịu trách nhiệm truyền thông điệp (message) từ một số tiến trình tới một tiếntrình khác Lớp vận chuyển sẽ đảm bảo thông tin truyền đến nơi nhận không bị lỗi vàđúng theo trật tự Nó có 2 giao thức rất khác nhau là giao thức điều khiển truyền dẫnTCP và giao thức dữ liệu người sử dụng UDP

Lớp ứng dụng: Cung cấp các ứng dụng cho việc xử lý sự cố mạng, truyền tập

tin, điều khiển từ xa, và các hoạt động Internet Lớp này cũng hỗ trợ cho các giao tiếplập trình ứng dụng APIs cho phép các chương trình viết trên một môi trường cụ thể

để truy cập mạng Điều khiển chi tiết từng ứng dụng cụ thể Nó tương ứng với cáclớp ứng dụng, trình diễn trong mô hình OSI Nó gồm các giao thức mức cao, mã hóa,điều khiển hội thoại Các dịch vụ ứng dụng như SMTP, FTP, TFTP…Hiện nay cóhàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn các giao thức thuộc lớp này Các chương trình

ứng dụng giao tiếp với các giao thức ở lớp vận chuyển để truyền và nhận dữ liệu.Chương trình ứng dụng truyền dữ liệu ở dạng yêu cầu đến lớp vận chuyển để xử lýtrước khi chuyển xuống lớp Internet để tìm đường đi.

1.1.2 Các gói dữ liệu

Điều quan trong cần nhớ về chồng giao thức TCP/IP là mỗi lớp đóng một vai tròtrong toàn bộ quá trình truyền thông Mỗi lớp đòi hỏi các dịch vụ cần thiết để thựchiện vai trò của nó Khi truyền, dữ liệu đi xuyên qua từng lớp của chồng giao thức từtrên xuống dưới, mỗi lớp sẽ có một số thông tin thích hợp gọi là tiêu đề (header) gắnvào dữ liệu, tạo thành đơn vị dữ liệu giao thức PDU của lớp tương ứng Khi PDUđược đưa xuống các lớp thấp hơn, nó lại trở thành dữ liệu đối với lớp này và lại đượcđóng gói cùng phần tiêu đề của lớp này

Hình 1 2 Dữ liệu được đóng gói lại với phần tiêu đề tại mỗi lớp

Tiến trình này được thể hiện trong hình 1.2, khi gói dữ liệu đến máy nhận thìtại đây sẽ có một tiến trình ngược lại Khi dữ liệu đi lên qua tứng lớp của chồng giaothức thì các lớp sẽ bỏ phần tiêu đề tương ứng và sử dụng phần dữ liệu

Lớp Internet trên máy nhận sẽ sử dụng thông tin trong phần tiêu đề lớpInternet Lớp Vận chuyển sẽ sử dụng thông tin trong phần tiêu đề lớp Vận chuyển Ởmỗi lớp, gói dữ liệu ở dưới dạng thích hợp sẽ cung cấp thông tin cần thiết cho lớptương ứng trên máy nhận Bởi vì mỗi lớp đảm nhận những chức năng khác nhau nênđịnh dạng của gói dữ liệu cơ bản khác nhau ở mỗi lớp

1.2 Các công nghệ lớp truy cập mạng

1.2.1 Chức năng lớp truy cập mạng

Lớp truy cập mạng quản lý tất cả các dịch vụ và các chức năng cần thiết để chuẩn

bị dữ liệu cho mạng vật lý Các nhiệm vụ này bao gồm :

• Giao tiếp với bộ tương thích mạng (card mạng) của máy tính

• Phối hợp việc truyền dữ liệu với các quy ước của phương thức truy cập thíchhợp.

• Định dạng dữ liệu vào một đơn vị được gọi là một khung và chuyển đổikhung đó thành luồng các xung điện hoặc tương tự để đi qua môi trườngtruyền

• Kiểm tra lỗi trong các khung đến

• Thêm thông tin kiểm tra lỗi vào các khung đi để máy tính nhận có thể kiểmtra các lỗi của khung

• Báo nhận các khung dữ liệu và truyền lại các khung nếu không nhận đượcbáo nhận

Lớp Truy cập mạng định nghĩa các thủ tục để giao tiếp với phần cứng mạng

và truy cập môi trường truyền Trong lớp Truy cập mạng của TCP/IP, có thể thấy sựtác động qua lại phức tạp giữa phần cứng, phần mềm và các chi tiết kỹ thuật môitrường truyền Không may có nhiều loại mạng vật lý khác nhau mà đều có những quyước riêng của chúng, và bất kỳ mạng vật lý nào cũng có thể trở thành nền tảng cholớp Truy cập mạng, ví dụ :

IP với các địa chỉ vật lý của các bộ tương thích mạng trên mạng cục bộ.ARP vàRARP cung cấp một liên kết giữa các địa chỉ IP luận lý mà người dùng nhìn thấy vàcác địa chỉ phần cứng (thực sự không thể trông thấy được) được sử dụng trên LAN

1.2.3 Các công nghệ LAN

1.2.3.1 Ethernet

Ethernet là công nghệ LAN thông dụng nhất được sử dụng hiện nay.Ethernet

đã trở nên phổ biết vì giá cả phải chăng của nó, cáp Ethernet không đắt và dễ cài đặt.Các bộ tương thích mạng Ethernet và các thành phần phần cứng Ethernet cũng tươngđối rẻ

Trên các mạng Ethernet, tất cả các máy tính chia sẻ một đường truyền thôngchung, Ethernet sử dụng một phương thức truy cập được gọi là Đa truy cập cảm nhậnsóng mang (Carrier Sense Multiple Access) với Dò tìm đụng độ (Collision detect) –

CSMA/CD để quyết định khi nào một máy tính có thể truyền dữ liệu trên môi trườngtruy cập Sử dụng CSMA/CD, tất cả các máy tính quan sát môi trường truyền thông

và chờ đến khi môi trường truyền thông sẵn sàng mới truyền Nếu hai máy tính cốtruyền cùng một lúc thì sẽ xảy ra đụng độ Các máy tính sẽ dừng lại,chờ một khoảngthời gian ngẫu nhiên, và thử truyền lại

Ethernet truyền thống làm việc tốt trong trường hợp tải bình thường nhưng tỉ

lệ đụng độ sẽ cao khi mức độ sử dụng tăng Một số biến thể của Ethernet có thể baogồm các hub thông mình hoặc switch, hỗ trợ cho các mức lưu lượng cao hơn

Ethernet có khả năng hoạt động trong nhiều môi trường khác nhau Các mạngEthernet tiêu biểu hoạt động ở các tốc độ băng tần cơ sở 10Mbps, hay 100Mbps Các

hệ thống Ethernet 1000Mbps (Gigabit) hiện nay đã sẵn sàng và có thể sớm trở nênphổ biến Ethernet không dây cũng đang trở nên phổ biến

Kiến trúc Ethernet linh hoạt thậm chí thích hợp với hoạt động mạng khôngdây Ethernet không dây đang trở nên phổ biến, và sẽ trở nên phổ biến hơn nữa trongnhững năm sắp tới khi phần cứng mạng phát triển hỗ trợ cho cuộc cách mạng khôngdây Bạn có thể tự hỏi làm thế nào một kiến trúc quá tập trung trong việc đặc tả cácloại, chiều dài, và cấu hình cáp của Ethernet lại có thể hoạt động trong môi trườngkhông dây Khi nghĩ về Ethernet thì ta thấy tính chất thông tin quảng bá khá tươngthích với hệ thống không dây có đặc tính là truyền dẫn tự do và lưu động

1.2.3.3 FDDI

Fiber Distributed Data Interface (FDDI) là một kỹ thuật LAN đắt tiền hai vòngcáp quang Một vòng được coi là vòng chính và vòng thứ hai để thay thế vòng chínhnếu xảy ra sự cố

Hình 1 5 Mạng FDDI

FDDI sử dụng một phương thức truy cập chuyển token tương tự như Tokenring Giống như Token ring, FDDI cũng có khả năng dò tìm và sửa lỗi Trong mộtvòng FDDI hoạt động thông thường, token luôn truyền bởi mỗi máy.Nếu không thấytoken trong thời gian tối đa luân chuyển quanh một vòng, thì có nghĩa là đã xảy ramột vấn đề gì đó, chẳng hạn như đứt cáp.

Cáp sợi quang được sử dụng với FDDI có thể cho phép tải một lượng dữ liệulớn trên các khoảng cách lớn

1.3 Địa chỉ IP

Mục đích của giao thức IP là truyền một gói tin qua một tập các mạng liên kếtvới nhau Việc truyền thực hiện được bằng việc chuyển các gói tin từ một thực thểtrong liên mạng tới thực thể kia cho tới khi gói tin tới đích Thực thể nói ở đây có thể

là một trạm máy tính hay một gateway Các gói tin IP được truyền từ thực thể nàyđến thực thể kia nhờ vào địa chỉ liên mạng IP (IP Internet) Do đó, một trong nhữngvấn đề quan trọng nhất của giao thức IP là địa chỉ Địa chỉ IP là địa chỉ lớp mạng,được sử dụng để định danh các máy trạm (host) trong liên mạng Địa chỉ IP có độ dài

32 bit với IPv4 và 48 bit với IPv6 Nó có thể biểu diễn dưới dạng thập phân, bát phân,thập lục phân, và nhị phân

Có hai cách cấp phát địa chỉ IP phụ thuộc vào cách thức kết nối mạng Nếumạng kết nối vào mạng Internet, địa chỉ mạng được xác nhận bởi NIC (NetworkInformation Center) Nếu mạng không kết nối với mạng Internet, nhà quản trị mạng

sẽ cấp phát địa chỉ IP cho mạng này

Về cơ bản, khuôn dạng địa chỉ IP gồm hai phần: NET ID + HOST ID

• Phần NET ID cho phép định tuyến gói tin đến mạng đích trong môi trườngliên mạng Phần này do tổ chức ARIN (American Registry for InternetNumbers) cấp cho nhà quản trị

• Phần HOST ID cho phép định tuyến đến HOST cụ thể trong một mạng Phầnnày do nhà quản trị mạng quy hoạch cho các HOST trong mạng của họ

Sơ đồ địa chỉ hoá để định danh các trạm trong liên mạng được gọi là địa chỉ

IP Mục đích của địa chỉ IP là để định danh duy nhất cho một host bất kì trong liênmạng

Các dải địa chỉ lớp A, B, C được sử dụng cho gán các phần tử môi trường liênmạng

Dải địa chỉ lớp D được sử dụng vào mục đích multicast

Dải địa chỉ lớp E được sử dụng vào mục đích nghiên cứu

Các bit đầu tiên của byte đầu tiên được dùng để định danh lớp địa chỉ: 0 - lớp

A, 10 - lớp B, 110 - lớp C, 1110 - lớp D, 11110 - lớp E

Địa chỉ lớp A có bit đầu tiên là ‘0’ Địa chỉ lớp A có subnetmask mặc định là255.0.0.0 Dải địa chỉ lớp đầu tiên 0.0.0.0 sử dụng vào mục đích Default network vàDefault route Dải địa chỉ cuối cùng 127.0.0.0/8 sử dụng vào mục đích loopback Tất

cả các địa chỉ IP của lớp A dùng 8 bit đầu tiên để định danh phần mạng của địa chỉ

Ba octet còn lại có thể dùng cho phần host của địa chỉ Mỗi mạng dùng một địa chỉlớp A có thể gán 16.777.214 địa chỉ host khả dụng Các địa chỉ lớp A luôn có giá trịnằm trong khoảng từ 0 đến 126 trong octet đầu tiên

Địa chỉ lớp B có hai bit đầu tiên là ‘10’ Địa chỉ lớp B có subnetmask mặcđịnh là 255.255.0.0 Tất cả địa chỉ của lớp B dùng 16 bit đầu tiên để định danh phầnmạng của địa chỉ Hai octet còn lại dùng cho phần host của địa chỉ Mỗi mạng dùngđịa chỉ lớp B có thể gán 65.534 địa chỉ host khả dụng Các địa chỉ IP lớp B luôn cógiá trị nằm trong khoảng 128 đến 191 trong octet đầu tiên

Địa chỉ lớp C có 3 bit đầu tiên là ‘110’ Địa chỉ lớp C có subnetmask mặc định

là 255.255.255.0 Tất cả địa chỉ của lớp B dùng 24 bit đầu tiên để định danh phầnmạng của địa chỉ Octet còn lại dùng cho phần host của địa chỉ Mỗi mạng dùng địachỉ lớp C có thể gán 254 địa chỉ host khả dụng Các địa chỉ IP lớp C luôn có giá trịnằm trong khoảng 192 đến 223 trong octet đầu tiên

Địa chỉ lớp D dùng để gửi IP Datagram tới một nhóm các host trên một

mạng Tất cả các số lớn hơn 223 trong trường đầu là thuộc lớp D

Lớp E dự phòng để dùng trong tương lai

Một số địa chỉ đặc biệt

• Loopback (Lặp ngược): 127.x.x.x, với x= 0-255 Bất kì một gói dữ liệu nàođược truyền đi bởi một ứng dụng TCP/IP đến địa chỉ 127.x.x.x thì gói dữ liệuđược truyền trở lại ứng dụng đó mà không quan tâm đến một thiết bị trunggian mạng Gói dữ liệu sao chép nơi truyền đến bộ đệm trên cùng một máy.Địa chỉ Loopback được ứng dụng kiểm tra nhanh phần mềm TCP/IP có đượccấu hình thích hợp không

• Nếu trong một địa chỉ IP, giá trị của host chứa tất cả bit 0, đây là địa chỉ mạng

Ví dụ 137.53.0.0 là địa chỉ mạng lớp B 137.53

• Nếu trong một địa chỉ IP, giá trị của host chứa tất cả bit 1, đây là địa chỉBroadcast có định hướng Một địa chỉ Broadcast định hướng được nhìn thấybởi tất cả các node trên mạng đó Ví dụ, với nhóm mạng B: 137.53.255.255 làđịa chỉ Broadcast định hướng của nhóm

• Địa chỉ IP 255.255.255.255 được gọi là Local Broadcast hay LimiteBroadcast, được sử dụng trong các mạng LAN

• Địa chỉ 0.0.0.0 sử dụng bảng định tuyến để trỏ vào mạng cho bộ định tuyếnmặc định

Trong mỗi lớp địa chỉ IP có một số địa chỉ nhất định không được định tuyến trênInternet, như mô tả chi tiết ở RFC 1597 Những địa chỉ này rất thông dụng trongphạm vi các tổ chức Chúng cung cấp các biện pháp bảo mật nhằm ngăn chặn kẻ xâmnhập trái phép từ bên ngoài, giúp tránh tình trạng sơ ý đặt nhầm dữ liệu của tổ chức

đó lên mạng Những địa chỉ này là:

• Lớp A: 10.0.0.0 đến 10.255.255.255

• Lớp B: 172.16.0.0 đến 172.31.255.255

• Lớp C: 192.168.0.0 đến 192.168.255.255

1.4 Định tuyến IP

1.4.1 Khái quát về định tuyến IP

Định tuyến trên Internet được thực hiện dựa trên các bảng định tuyến (Routingtable) được lưu tại các trạm (Host) hay trên các thiết bị định tuyến (Router) Thôngtin trong các bảng định tuyến được cập nhật tự động hoặc do người dùng cập nhật

Các phạm trù dùng trong định tuyến là:

• Tính có thể được (Reachability) dùng cho các giao thức EGP như BGP

• Vectơ kkoảng cách (Vector-Distance) giữa nguồn và đích dùng cho RIP

• Trạng thái kết nối (Link state) như thông tin về kết nối dùng cho OSPF

Nguyên tắc định tuyến:

Trong hoạt động định tuyến, người ta chia làm hai loại là định tuyến trực tiếp

và định tuyến gián tiếp Định tuyến trực tiếp là định tuyến giữa hai máy tính nối vớinhau vào một mạng vật lý Định tuyến gián tiếp là định tuyến giữa hai máy tính ở cácmạng vật lý khác nhau nên chúng phải thực hiện thông qua các Gateway

Để kiểm tra xem máy đích có nằm trên cùng một mạng vật lý với máy nguồnkhông thì người gửi phải tách lấy địa chỉ mạng của máy đích trong phần tiêu đề củagói dữ liệu và so sánh với phần địa chỉ mạng trong phần địa chỉ IP của nó.Nếu trùngthì gói tin sẽ được truyền trực tiếp nếu không cần phải xác định một Gateway đểtruyền các gói tin này thông qua nó để ra mạng ngoài thích hợp

Hoạt động định tuyến bao gồm hai hoạt động cơ bản sau:

• Quản trị cơ sở dữ liệu định tuyến: Bảng định tuyến (bảng thông tin chọn

đường) là nơi lưu thông tin về các đích có thể tới được và cách thức để tớiđược đích đó Khi phần mềm định tuyến IP tại một trạm hay một cổng truyềnnhận được yêu cầu truyền một gói dữ liệu, trước hết nó phải tìm trong bảngđịnh tuyến, để quyết định xem sẽ phải gửi Datagram đến đâu.Tuy nhiên,không phải bảng định tuyến của mỗi trạm hay cổng đều chứa tất cả các thôngtin về các tuyến đường có thể tới được Một bảng định tuyến bao gồm các cặp(N,G) Trong đó:

+ N là địa chỉ của IP mạng đích

+ G là địa chỉ cổng tiếp theo dọc theo trên đường truyền đến mạng N

Bảng 1 1 Minh hoạ bảng định tuyến của một cổng truyền

Như vậy, mỗi cổng truyền không biết được đường truyền đầy đủ để đi đếnđích Trong bảng định tuyến còn có những thông tin về các cổng có thể tới đíchnhưng không nằm trên cùng một mạng vật lý Phần thông tin này được che khuất đi

và được gọi là mặc định (default) Khi không tìm thấy các thông tin về địa chỉ đíchcần tìm, các gói dữ liệu được gửi tới cổng truyền mặc định

• Thuật toán định tuyến: Được mô tả như sau:

+ Giảm trường TTL của gói tin

+ Nếu TTL=0 thì

• Hủy gói dữ liệu

• Gửi thông điệp ICMP báo lỗi cho thiết bị gửi

+ Nếu địa chỉ đích là một trong các địa chỉ IP của các kết nối trên mạng thì xử

lý gói dữ liệu IP tại chỗ

+ Xác định địa chỉ mạng đích bằng cách nhân (AND) mặt nạ mạng (NetworkMask) với địa chỉ IP đích

+ Nếu địa chỉ đích không tìm thấy trong bảng định tuyến thì tìm tiếp trong tuyếnmặc định, sau khi tìm trong tuyến đường mặc định mà không tìm thấy các thôngtin về địa chỉ đích thì huỷ bỏ gói dữ liệu này và gửi thông điệp ICMP báo lỗi

“mạng đích không đến được” cho thiết bị gửi

+ Nếu địa chỉ mạng đích bằng địa chỉ mạng của hệ thống, nghĩa là thiết bị đíchđến được kết nối trong cùng mạng với hệ thống, thì tìm địa chỉ mức liên kếttương ứng với bảng tương ứng địa chỉ IP-MAC, nhúng gói IP trong gói dữ liệumức liên kết và chuyển tiếp gói tin trong mạng

+ Trong trường hợp địa chỉ mạng đích không bằng địa chỉ mạng của hệ thống thìchuyển tiếp gói tin đến thiết bị định tuyến cùng mạng

1.4.2 Phân loại định tuyến

1.4.2.1 Định tuyến tĩnh

Ở phương pháp này, thông tin định tuyến được cung cấp từ nhà quản trị mạngthông qua các thao tác bằng tay vào trong cấu hình của Router Nhà quản trị mạngphải cập nhật bằng tay đối với các mục chỉ tuyến tĩnh này bất cứ khi nào topo liênmạng bị thay đổi

1.4.2.2 Định tuyến động

Ở phương pháp này, thông tin định tuyến được cập nhật một cách tự động.Công việc này được thực hiện bởi các giao thức định tuyến được cài đặt trongRouter Chức năng của giao thức định tuyến là định đường dẫn mà một gói tin truyềnqua một mạng từ nguồn đến đích Ví dụ giao thức thông tin định tuyến RIP, OSPF

1.4.3 Các thuật toán định tuyến động

1.4.3.1 Định tuyến Vector khoảng cách

Định tuyến vector khoảng cách dựa trên thuật toán định tuyến Bellman Ford làmột phương pháp định tuyến đơn giản, hiệu quả và được sử dụng trong nhiều giaothức định tuyến như RIP, OSPF

Vector khoảng cách được thiết kế để giảm tối đa sự liên lạc giữa các Router cũng nhưlượng dữ liệu trong bảng định tuyến Bản chất của định tuyến vector khoảng cách làmột Router không cần biết tất cả các đường đi đến các phân đoạn mạng, nó chỉ cầnbiết phải truyền một datagram được gán địa chỉ đến một phân đoạn mạng đi theohướng nào Khoảng cách giữa các phân đoạn mạng được tính bằng số lượng Router

mà datagram phải đi qua khi được truyền từ phân đoạn mạng này đến phân đoạnmạng khác Router sử dụng thuật toán vector khoảng cách để tối ưu hoá đường đibằng cách giảm tối đa số lượng Router mà datagram đi qua Tham số khoảng cáchnày chính là số chặng phải qua (hop count)

Định tuyến vector khoảng cách dựa trên quan niệm rằng một router sẽ thôngbáo cho các router lân cận nó về tất cả các mạng nó biết và khoảng cách đến mỗimạng này Một router chạy giao thức định tuyến vector khoảng cách sẽ thông báo đếncác router kế cận được kết nối trực tiếp với nó một hoặc nhiều hơn các vector khoảngcách Một vector khoảng cách bao gồm một bộ (network, cost) với network là mạngđích và cost là một giá trị có liên quan nó biểu diễn số các router hoặc link trongđường dẫn giữa router thông báo và mạng đích Do đó cơ sở dữ liệu định tuyến baogồm một số các vector khoảng cách hoặc cost đến tất cả các mạng từ router đó

Khi một router thu được bản tin cập nhật vector khoảng cách từ router kế cận

nó thì nó bổ xung giá trị cost của chính nó (thường bằng 1) vào giá trị cost thu đượctrong bản tin cập nhật Sau đó router so sánh giá trị cost tính được này với thông tinthu được trong bản tin cập nhật trước đó Nếu cost nhỏ hơn thì router cập nhật cơ sở

dữ liệu định tuyến với các cost mới, tính toán một bảng định tuyến mới,nó bao gồmcác router kế cận vừa thông báo thông tin vector khoảng cách mới như next-hop.Hình 1.7 Minh họa hoạt động của định tuyến vector khoảng cách

Hình 1 7 Định tuyến véc tơ khoảng cách

Router C thông báo một vecto khoảng cách (net1,1hop) cho mạng đích net1được nối trực tiếp với nó Router B thu được véc tơ khoảng cách này thực hiện bổsung cost của nó (1hop) và thông báo nó cho router A (net1,2hop) Nhờ đó router Abiết rằng nó có thể đạt tới net1 với 2 hop và qua router B

Mặc dù định tuyến véc tơ khoảng cách đơn giản nhưng một số vấn đề phổbiến có thể xảy ra Ví dụ liên kết giữa 2 router B và C bị hỏng thì router B sẽ cố gắngtái định tuyến các gói qua router A vì router A theo một đường nào đó thông báo chorouter B một véc tơ khoảng cách là (net1,4hop) Router B sẽ thu véc tơ khoảng cáchnày và gửi ngược lại cho router A véc tơ khoảng cách (net1,5hop).Đây là sự cố đếm

vô hạn có thể làm cho thời gian cần thiết để hội tụ kéo dài hơn Giải pháp cho sự cốnày được gọi là “trượt ngang” với nguyên tắc: không bao giờ thông báo khả năng đạttới một đích cho next-hop của nó Như vậy router A sẽ không bao giờ thông báo véc

tơ khoảng cách (net1,4) cho router B vì router B là next-hop của net1

1.4.3.2 Định tuyến theo trạng thái liên kết

Định tuyến vector khoảng cách sẽ không còn phù hợp đối với một mạng lớngồm rất nhiều Router Khi đó mỗi Router phải duy trì một mục trong bảng định tuyếncho mỗi đích, và các mục này chỉ đơn thuần chứa các giá trị vector và hop count.Router cũng không thể tiết kiệm năng lực của mình khi đã biết nhiều về cấu trúcmạng Hơn nữa, toàn bộ bảng giá trị khoảng cách và hop count phải được truyền giữacác Router cho dù hầu hết các thông tin này không thực sự cần thiết trao đổi giữa cácRouter.

Định tuyến trạng thái liên kết ra đời đã khắc phục được các nhược điểm củađịnh tuyến vector khoảng cách

Bản chất của định tuyến trạng thái liên kết là mỗi Router xây dựng bên trong

nó một sơ đồ cấu trúc mạng Định kỳ, mỗi Router cũng gửi ra mạng những thôngđiệp trạng thái Những thông điệp này liệt kê những Router khác trên mạng kết nốitrực tiếp với Router đang xét và trạng thái của liên kết Các Router sử dụng bản tintrạng thái nhận được từ các Router khác để xây dựng sơ đồ mạng Khi một Routerchuyển tiếp dữ liệu, nó sẽ chọn đường đi đến đích tốt nhất dựa trên những điều kiệnhiện tại

Giao thức trạng thái liên kết đòi hỏi nhiều thời gian xử lí trên mỗi Router,nhưng giảm được sự tiêu thụ băng thông bởi vì mỗi Router không cần gửi toàn bộbảng định tuyến của mình Hơn nữa, Router cũng dễ dàng theo dõi lỗi trên mạng vìbản tin trạng thái từ một Router không thay đổi khi lan truyền trên mạng (ngược lại,đối với phương pháp vector khoảng cách, giá trị hop count tăng lên mỗi khi thông tinđịnh tuyến đi qua một Router khác)

Định tuyến trạng thái liên kết làm việc trên quan điểm rằng một router có thểthông báo với mọi router khác trong mạng trạng thái của các tuyến được kết nối đến

nó, cost của các tuyến đó và xác định bất kỳ router kế cận nào được kết nối với cáctuyến này Các router chạy một giao thức định tuyến trạng thái đường sẽ truyền bácác gói trạng thái đường LSP (Link State Paket) khắp mạng Một LSP nói chungchứa một xác định nguồn, xác định kế cận và cost của tuyến giữa chúng Các LSPđược thu bởi tất cả các router được sử dụng để tạo nên một cơ sở dữ liệu cấu hìnhcủa toàn bộ mạng Bảng định tuyến sau đó được tính toán dựa trên nội dung của cơ

sở dữ liệu cấu hình Tất cả các router trong mạng chứa một sơ đồ của cấu hình mạng

và từ đó chúng tính toán đường ngắn nhất (least-cost path) từ nguồn bất kỳ đến đíchbất kỳ Giá trị gắn với các link giữa các router là cost của link đó Các router truyền

bá các LSP đến tất cả các router khác trong mạng, nó được sử dụng để xây dựng cơ

sở dữ liệu trạng thái đường Tiếp theo, mỗi router trong mạng tính toán một cây bắtnguồn từ chính nó và phân nhánh đến tất cả các router khác dựa trên tiêu chí đườngngắn nhất hay đường có chi phí ít nhất

1.4.3.3 Giao thức định tuyến RIP

RIP sử dụng một thuật toán Vector khoảng cách để xác định đường tốt nhấtbằng sử dụng metric bước nhảy Khi được sử dụng trong những mạng cùng loại nhỏ,RIP là một giao thức hiệu quả và sự vận hành của nó là khá đơn giản RIP duy trì tất

cả bảng định tuyến trong một mạng được cập nhật bởi truyền những lời nhắn cậpnhật bảng định tuyến sau mỗi 30s Sau một thiết bị RIP nhận một cập nhật, nó sosánh thông tin hiện tại của nó với những thông tin được chứa trong thông tin cậpnhật

Vào giữa năm 1988, IETF đã phát hành RFC 1058 mô tả hoạt động của hệthống sử dụng RIP Tuy nhiên RFC này ra đời sau khi rất nhiều hệ thống RIP đãđược triển khai thành công Do đó, một số hệ thống sử dụng RIP không hỗ trợ tất cảnhững cải tiến của thuật toán vector khoảng cách cơ bản.

Các đặc tính chức năng cơ bản của RIP

• Sử dụng thuật toán định tuyến véc tơ khoảng cách

• Sử dụng tham số host-count

• Các router broadcast toàn bộ cơ sở dữ liệu định tuyến 30s một lần

• Đường kính mạng cực đại mà RIP hỗ trợ là 15hop

• Nó không hỗ trợ VLSM (Variable Length Subnet Mask)

Hạn chế của RIP:

• Giới hạn độ dài tuyến đường: Trong RIP, cost có giá trị lớn nhất được đặt là

16 Do đó, RIP không cho phép một tuyến đường có cost lớn hơn 15 Tức là,những mạng có kích thước lớn hơn 15 bước nhảy phải dùng thuật toán khác.Lưu lượng cần thiết cho việc trao đổi thông tin định tuyến lớn

• Tốc độ hội tụ khá chậm

• Không hỗ trợ mặt nạ mạng con có độ dài thay đổi (VLSM): Khi trao đổithông tin về các tuyến đường, RIP không kèm theo thông tin gì về mặt nạmạng con Do đó, mạng sử dụng RIP không thể hỗ trợ mặt nạ mạng con có độdài thay đổi

Giao thức thông tin định tuyến phiên bản 2 (RIP-2)

Tổ chức IETF đưa ra hai phiên bản RIP-2 để khắc phục những hạn chế củaRIP-1 RIP-2 có những cải tiến sau so với RIP:

• Cân bằng tải giữa các tuyến cùng cost: Việc sử dụng cùng lúc nhiều tuyến chophép tận dụng có hiệu quả tài nguyên mạng

• Phân chia mạng một cách logic: điều này làm giảm bớt các thông tin phát ratrong những điều kiện bất lợi Nó cũng giúp kết hợp các thông báo về địnhtuyến, hạn chế việc phát đi những thông tin không cần thiết về mạng

• Hỗ trợ nhận thực: OSPF hỗ trợ nhận thực cho tất cả các node phát thông tinquảng cáo định tuyến Điều này hạn chế được nguy cơ thay đổi bảng địnhtuyến với mục đích xấu

• Thời gian hội tụ nhanh hơn: OSPF cho phép truyền các thông tin về thay đổituyến một cách tức thì Điều đó giúp rút ngắn thời gian hội tụ cần thiết để cậpnhật thông tin cấu hình mạng.

• Hỗ trợ CIDR và VLSM: Điều này cho phép nhà quản trị mạng có thể phânphối nguồn địa chỉ IP một cách có hiệu quả hơn

OSPF là một giao thức dựa theo trạng thái liên kết Giống như các giao thứctrạng thái liên kết khác, mỗi bộ định tuyến OSPF đều thực hiện thuật toán SPF để xử

lý các thông tin chứa trong cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết Thuật toán tạo ra một câyđường đi ngắn nhất mô tả cụ thể các tuyến đường nên chọn dẫn tới mạng đích

Tuy nhiên, mục đích của việc định tuyến trong mạng IP là phân bố lưu lượnglưu thông trên mạng một cách hiệu quả nhưng việc định tuyến có thể gây ra tắcnghẽn cục bộ trên một số đường truyền Để giải quyết hạn chế này chương 3 đưa raphương pháp điều khiển lưu lượng dựa trên MPLS Việc tìm hiểu về MPLS sẽ được

mô tả khái quát trong chương2

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ MPLS

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MPLS

2.1 Khái niệm cơ bản về MPLS

Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là kết quả của quá trình phát triểnnhiều giải pháp chuyển mạch IP, đây là công nghệ chuyển mạch được đưa ra bởiIETF và đã nhận được các quan tâm đặc biệt từ các nhà cung cấp dịch vụ InternetISP

MPLS là một công nghệ tích hợp tốt nhất các khả năng hiện tại để phân phátgói tin từ nguồn tới đích qua mạng Internet Có thể định nghĩa MPLS là một tập cáccông nghệ mở dựa vào chuẩn Internet mà kết hợp chuyển mạch lớp 2 và định tuyếnlớp 3 để chuyển tiếp gói tin bằng cách sử dụng các nhãn ngắn có chiều dài cố định

MPLS cho phép các ISP hợp nhất các mạng sử dụng các công nghệ khác nhauvào trong một mạng duy nhất, và đặc biệt quan trọng là cho các nhà ISP đạt đượcviệc điều khiển lưu lượng một cách chính xác tại lớp IP MPLS sử dụng định tuyếncưỡng bức để xác định các đường mà luồng lưu lượng sẽ đi ngang qua đó và xác địnhđích tới của các gói chuyển mạch nhãn sử dụng các đường được xác định trước đó

Bằng cách sử dụng các giao thức điều khiển và định tuyến Internet, MPLScung cấp chuyển mạch hướng kết nối ảo qua các tuyến Internet bằng cách sử dụngcác nhãn và trao đổi nhãn MPLS bao gồm việc thực hiện các đường chuyển mạchnhãn LSP, nó cũng cung cấp các thủ tục và các giao thức cần thiết để phân phối cácnhãn giữa các chuyển mạch và các bộ định tuyến

Nghiên cứu MPLS đang được thực hiện dưới sự bảo trợ của nhóm làm việcMPLS trong IETF MPLS vẫn là một sự phát triển tương đối mới, nó mới chỉ đượctiêu chuẩn hoá theo Internet vào đầu năm 2001 Sử dụng MPLS để trao đổi khe thờigian TDM, chuyển mạch không gian và các bước sóng quang là những phát triển mớinhất Các nỗ lực này được gọi là GMPLS (Generalized MPLS)

Nhóm làm việc MPLS đưa ra danh sách với 8 bước yêu cầu để xác địnhMPLS, đó là:

• MPLS phải làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu

• MPLS phải thích ứng với các giao thức định tuyến lớp mạng và các côngnghệ Internet có liên quan khác

• MPLS cần hoạt động một cách độc lập với các giao thức định tuyến

• MPLS phải hỗ trợ mọi khả năng chuyển tiếp của bất kỳ nhãn cho trước nào

• MPLS phải hỗ trợ vận hành quản lý và bảo dưỡng (OA&M)

• MPLS cần xác định và ngăn chặn chuyển tiếp vòng

• MPLS cần hoạt động trong mạng phân cấp

• MPLS phải có tính kế thừa

Các yêu cầu này chính là các nỗ lực phát triển cần tập trung Liên quan tới cácyêu cầu này, nhóm làm việc cũng đưa ra 8 mục tiêu chính mà MPLS cần đạt được:

• Chỉ rõ các giao thức được tiêu chuẩn hoá nhằm duy trì và phân phối nhãn để

hỗ trợ định tuyến dựa vào đích unicast mà việc chuyển tiếp được thực hiệnbằng cách trao đổi nhãn (Định tuyến unicast chỉ ra một cách chính xác mộtgiao diện, định tuyến dựa vào đích ngụ ý là định tuyến dựa vào địa chỉ đíchcuối cùng của gói tin)

• Chỉ rõ các giao thức được tiêu chuẩn hoá nhằm duy trì và phân phối nhãn để

hỗ trợ định tuyến dựa vào đích multicast mà việc chuyển tiếp được thực hiệnbằng cách trao đổi nhãn

• Chỉ rõ các giao thức được tiêu chuẩn hoá nhằm duy trì và phân phối nhãn để

hỗ trợ phân cấp định tuyến mà việc chuyển tiếp được thực hiện bằng cách traođổi nhãn

• Chỉ rõ các giao thức được tiêu chuẩn hoá nhằm duy trì và phân phối nhãn để

hỗ trợ các đường riêng dựa vào trao đổi nhãn Các đường này có thể khác sovới các đường đã được tính toán trong định tuyến IP thông thường Các đườngriêng rất quan trọng trong các ứng dụng TE

• Chỉ ra các thủ tục được tiêu chuẩn hoá để mang thông tin về nhãn qua cáccông nghệ lớp 2

• Chỉ ra một phương pháp tiêu chuẩn nhằm hoạt động cùng với ATM ở mặtphẳng điều khiển và mặt phẳng người dùng

• Phải hỗ trợ cho các công nghệ QoS

• Chỉ ra các giao thức tiêu chuẩn cho phép các host sử dụng MPLS

2.2 Phương thức hoạt động của MPLS

Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là kết quả của quá trình phát triểnnhiều giải pháp chuyển mạch IP, được chuẩn hoá bởi IETF Tên gọi của nó bắt nguồn

từ thực tế đó là hoán đổi nhãn được sử dụng như là kỹ thuật chuyển tiếp nằm ở bêndưới Sự sử dụng từ “đa giao thức” trong tên của nó có nghĩa là nó có thể hỗ trợnhiều giao thức lớp mạng, không chỉ riêng IP Ngoài ra các nhà cung cấp mạng có thểcấu hình và chạy MPLS trên các công nghệ lớp 2 khác nhau như PPP, Fram Relay …không chỉ riêng ATM Về mặt kiến trúc điều này là đúng, nhưng trong thực tế MPLSthường tập trung vào việc vận chuyển các dịch vụ IP trên ATM

Bất kể kỹ thuật ATM từng được coi là nền tảng của mạng số đa dịch vụ băngrộng (B-ISDN), hay là IP đạt thành công lớn trên thị trường hiện nay, đều tồn tạinhược điểm khó khắc phục được Sự xuất hiện của MPLS - kỹ thuật chuyển mạchnhãn đa giao thức đã giúp chúng ta có được sự chọn lựa tốt đẹp cho cấu trúc mạngthông tin tương lai Phương pháp này đã dung hợp một cách hữu hiệu năng lực điềukhiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch với tính linh hoạt của bộ định tuyến Hiệnnay, càng có nhiều người tin tưởng một cách chắc chắn rằng MPLS sẽ là phương án

lý tưởng cho mạng đường trục trong tương lai

MPLS là giải pháp nhằm liên kết định tuyến lớp mạng và cơ chế hoán đổinhãn thành một giải pháp đơn nhất để đạt được các mục tiêu sau:

• Cải thiện hiệu năng định tuyến

• Cải thiện tính mềm dẻo của định tuyến trên các mô hình xếp chồng truyềnthống

• Tăng tính mềm dẻo trong quá trình đưa và phát triển các loại hình dịch vụmới

Mạng MPLS có khả năng chuyển các gói tin tại lớp 3 bằng việc xử lý từng gói

và chuyển tiếp gói tin tại lớp 2 sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn MPLS dựa trên môhình ngang cấp, vì vậy mỗi một thiết bị MPLS chạy một giao thức định tuyến IP, traođổi thông tin định tuyến với các thiết bị lân cận, và chỉ duy trì một không gian cấuhình mạng và một không gian địa chỉ

MPLS chia tách chức năng bộ định tuyến IP thành hai phần riêng biệt:

• Chức năng chuyển gói tin

• Chức năng điều khiển

Phần chức năng chuyển gói tin: Với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các bộ định

tuyến, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như ATM Trong MPLS, nhãn là một

số có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng Kỹ thuật hoán đổi nhãn vềbản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyếncủa gói và tìm nhãn mới của nó Hay nói cách khác kỹ thuật hoán đổi nhãn là việc tìmchặng kế tiếp của gói tin trong một bảng chuyển tiếp nhãn, sau đó thay thế giá trịnhãn của gói rồi chuyển ra cổng ra của bộ định tuyến Việc này đơn giản hơn nhiều

so với việc xử lý gói tin thông thường và do vậy cải tiến khả năng của thiết bị Các bộđịnh tuyến sử dụng thiết bị này gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR

Phần chức năng điều khiển của MPLS: Bao gồm các giao thức định tuyến

lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin định tuyến giữa các LSR, và thủ tục gánnhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyểnmạch nhãn MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khácnhư OSPF và BGP Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lậptuyến cố định, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi.Đây là một điểm vượt trội của MPLS so với các định tuyến cổ điển

Khi một gói tin vào mạng MPLS, các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn khôngthực hiện chuyển tiếp theo từng gói mà thực hiện phân loại gói tin vào trong các lớptương đương chuyển tiếp FEC, sau đó các nhãn được ánh xạ vào trong các FEC Mộtgiao thức phân bổ nhãn LDP được xác định và chức năng của nó là để ấn định vàphân bổ các ràng buộc FEC/nhãn cho các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR KhiLDP hoàn thành nhiệm vụ của nó, một đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP được xâydựng từ lối vào tới lối ra Khi các gói vào mạng, LSR lối vào kiểm tra nhiều trườngtrong tiêu đề gói để xác định xem gói thuộc về FEC nào Nếu đã có một ràng buộcnhãn/FEC thì LSR lối vào gắn nhãn cho gói và định hướng nó tới giao diện đầu ratương ứng Sau đó gói được hoán đổi nhãn qua mạng cho đến khi nó đến LSR lối ra,lúc đó nhãn bị loại bỏ và gói được xử lý tại lớp 3 Hiệu năng đạt được ở đây là nhờviệc đưa quá trình xử lý lớp 3 tới biên của mạng và chỉ thực hiện 1 lần tại đó thay choviệc xử lý tại từng node trung gian như của IP Tại các node trung gian việc xử lý chỉ

là tìm sự phù hợp giữa nhãn trong gói và thực thể tương ứng trong bảng kết nối LSR

và sau đó hoán đổi nhãn - quá trình này thực hiện bằng phần cứng

Mặc dù hiệu năng và hiệu quả là 2 kết quả quan trọng, song chúng không phải

là các lợi ích duy nhất mà MPLS cung cấp Trong mắt của những nhà cung cấp cácmạng lớn, thì khả năng để thực hiện kỹ thuật lưu lượng tiên tiến mà không phải trảgiá về hiệu năng của MPLS được quan tâm đặc biệt

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

Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến cho việc quản lý mạngđược dễ dàng hơn Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, cácgói tin thuộc một FEC có thể được xác định bởi một giá trị của nhãn Do vậy, trongmiền MPLS, các thiết bị đo lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các góitin Lưu lượng đi qua các tuyến chuyển mạch nhãn LSP được giám sát một cách dễdàng dùng RTFM (Real Time Flow Measurement) Bằng cách giám sát lưu lượng tại

các LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thểđược xác định nhanh chóng Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương pháp nàykhông đưa ra được toàn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ như trễ từ điểm đầuđến điểm cuối của miền MPLS).

Tóm lại, MPLS là một công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng Vớitính chất cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch

vụ của mạng IP truyền thống Bên cạnh đó, thông lượng của mạng sẽ được cải thiệnmột cách rõ rệt Tuy nhiên, độ tin cậy là một vấn đề thực tiễn có thể khiến việc triểnkhai MPLS trên mạng Internet bị chậm lại

MPLS là kỹ thuật chuyển tiếp và trao đổi nhãn, nhưng có kết hợp trao đổinhãn với định tuyến lớp mạng Việc trao đổi nhãn nghĩa là thay đổi giá trị nhãn trongmào đầu gói khi gói di chuyển từ một nút tới nút khác

Ý tưởng này của MPLS cải thiện hoạt động của định tuyến lớp mạng và độđáp ứng của lớp mạng Một mục đích hơn nữa là cung cấp độ linh hoạt lớn hơn trongviệc phân phối dịch vụ định tuyến (bởi việc cho phép thêm vào các dịch vụ địnhtuyến mới mà không thay đổi mô hình chuyển tiếp) MPLS không tạo ra một quyếtđịnh chuyển tiếp với mỗi dữ liệu đồ lớp 3 nhưng dùng một khái niệm là lớp tươngđương chức năng (FEC) Một FEC được kết hợp với một lớp dữ liệu đồ, lớp này phụthuộc vào một số nhân tố như địa chỉ đích và loại lưu lượng trong dữ liệu đồ (voice,data, fax…) Dựa vào FEC, một nhãn khi ấy sẽ thương lượng với các LSR lân cậnnhau từ lối vào đến lối ra của miền định tuyến Nhãn cũng được dùng để chuyển lưulượng qua mạng

Tư tưởng nền tảng không giới hạn MPLS với bất cứ kĩ thuật lớp liên kết đặcbiệt nào, giống như ATM hoặc Frame Relay Cho đến nay, mọi nỗ lực đã được thihành để kết hợp MPLS và ATM nhưng trong tương lai MPLS có thể hoạt động trựctiếp với IP thông qua lớp vật lý mà không cần dùng ATM chút nào

Thêm vào đó, MPLS không yêu cầu một giao thức phân phối nhãn riêng biệt(chấp nhận việc dùng của các giá trị nhãn giữa các LSR cạnh nhau) Các giao thức đó

là RSVP, BGP, LDP Trong đó LDP được chú ý nhất ngay từ khi nó được thiết kế đểcho mạng MPLS, các giao thức còn lại cũng là các phương thức tốt cho việc phân bổnhãn

MPLS là công nghệ chuyển mạch cho phép các nhà cung cấp dịch vụ hợp nhấtcác mạng sử dụng các công nghệ khác nhau vào trong một mạng duy nhất để phânphát gói tin từ nguồn tới đích một cách hiệu quả và có thể điều khiển được MPLS sửdụng các đường chuyển mạch nhãn LSP để chuyển tiếp ở lớp 2 mà đã được thiết lậpbáo hiệu bởi các giao thức định tuyến lớp 3 Tìm hiểu rõ về chuyển tiếp, chuyểnmạch và định tuyến là các vấn đề quan trọng để hiểu MPLS hoạt động như thế nào,

do vậy cần phải xem xét kĩ các khái niệm này

Mỗi bộ định tuyến đều có chức năng chuyển gói tin từ nguồn tới đích bằngcách thu hoặc nhận, chuyển mạch và chuyển tiếp nó tới thiết bị mạng khác cho tới khi

nó tới được đích cuối cùng

Hình 2.1 sau đây mô tả mô hình chung Mặt bằng điều khiển quản lý tập cáctuyến mà một gói có thể sử dụng, trong mô hình này một gói đi vào thiết bị mạng quagiao diện đầu vào, được xử lý bởi một thiết bị mà nó chỉ xử lý thông tin về gói đểđưa ra quyết định logic Quyết định logic này có thông tin được cung cấp từ mặt bằngđiều khiển chứa các tuyến, cho các thông tin về gói được cập nhật tới thiết bị khác đểchuyển tiếp gói thông qua giao diện đầu ra để tới đích của gói tin đó

Hình 2 1 Định tuyến, chuyển mạch, chuyển tiếp

Đây là mô hình đơn giản nhất trong các công nghệ mạng, nhưng nó là sự bắtđầu cho sự thảo luận về MPLS được thực hiện như thế nào Các công nghệ MPLSđưa ra mô hình mới cho việc định tuyến, chuyển mạch và chuyển tiếp để chuyển cácgói tin trong mạng Internet

Hình 2 2 Định tuyến, chuyển mạch, chuyển tiếp

Một mô hình khác thường gặp mô tả luồng các gói tin giữa các thiết bị mạng(ví dụ như là các Bộ định tuyến) được trình bày trên hình 2.2

Lưu lượng trong mạng bao gồm hai loại: Lưu lượng điều khiển và Lưu lượng

dữ liệu

Lưu lượng điều khiển bao gồm các thông tin về quản lý định tuyến

Lưu lượng dữ liệu thì đi theo “đường nhanh” và được xử lý bởi các thiết bịmạng Trong hầu hết các thiết bị mạng hiện đại, đường nhanh được thực hiện bởiphần cứng Bất cứ thiết bị mạng nào nhận một gói tin không phải là dữ liệu thì nóđược xem như tiêu đề của gói, thông tin về gói được gửi lên đường điều khiển để xử

lý Các gói điều khiển bao gồm các thông tin yêu cầu cho việc định tuyến gói, bất cứmột gói nào đều có thể chứa thông tin điều khiển, ví như các gói dữ liệu ưu tiên vàcác gói điều khiển được xử lý chậm, bởi vì chúng cần được kiểm tra bởi phần mềm

Vì lý do này đường xử lý thường được gọi là “đường chậm”

Mô hình này rất quan trọng để hiểu MPLS hoạt động như thế nào bởi vì nó chỉ

ra đường điều khiển và đường chuyển tiếp là riêng biệt MPLS có thể phân biệt cácchức năng quan trọng này để tạo ra một phương pháp mới làm thay đổi phương thứctruyền các gói dữ liệu qua mạng Internet

MPLS chủ yếu làm việc với các giao thức lớp 2 và lớp 3, và cũng hoạt độngtrong nhiều kiểu thiết bị mạng khác “Công nghệ lớp 2.5” là một khía cạnh khác,thường được dùng để mô tả MPLS thực ra là gì? Hình 2.3 trình bày MPLS được xemnhư là một lớp trung gian mà nó được chèn vào giữa lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu

Hình 2 3 Lớp chèn MPLS

Mô hình này ban đầu xuất hiện như là một mô hình không đồng nhất với OSI,

mô hình này chỉ ra rằng MPLS không phải là một lớp mới riêng, mà nó là một phần

ảo của mặt phẳng điều khiển ở dưới lớp mạng với mặt phẳng chuyển tiếp ở đỉnh củalớp liên kết dữ liệu MPLS không phải là một giao thức tầng mạng mới bởi vì nókhông có khả năng tự định tuyến hoặc có sơ đồ địa chỉ, mà yêu cầu phải có tronggiao thức lớp 3 MPLS sử dụng các giao thức định tuyến và cách đánh địa chỉ của IP(với sự điều chỉnh và mở rộng cần thiết), MPLS cũng không phải là một giao thứctầng liên kết dữ liệu bởi vì nó được thiết kế để hoạt động trong nhiều công nghệ liênkết dữ liệu phổ biến mà cung cấp yêu cầu chức năng và địa chỉ lớp

2.3 Mô hình chuyển mạch nhãn

Mô hình chuyển mạch nhãn là cơ chế chủ yếu được triển khai trong mặt phẳngchuyển tiếp dữ liệu từ nguồn tới đích Mạng MPLS chủ yếu dựa vào mô hình ATM,Frame Relay và kĩ 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 củamạng Hình 2.4 chỉ ra mô hình trao đổi nhãn Trong một mạng có một cổng vào, mộtnút trung gian được gọi là nút chuyển tiếp, và một cổng ra Tập hợp các nút tham giavào quá trình trao đổi nhãn được gọi là miền trao đổi nhãn

Chú ý rằng các giá trị của nhãn có thể được gán và phân bố trước khi bất cứquá trình trao đổi nhãn của dữ liệu xảy ra hoặc các nhãn có thể được tạo ra khi các

gói thuộc về một luồng đặc biệt Hai kiểu gán nhãn được gọi là “control driven” và

“traffic driven” Sau khi vùng chuyển mạch nhãn được cấu hình để xử lý lưu lượng

gói được chuyển tiếp bởi trao đổi nhãn, tất cả các gói được xử lý theo cùng một cáchđơn giản và trực tiếp.

Hình 2 4 Mô hình chuyển mạch nhãn

Một nhãn ngắn, chiều dài cố định được mang trong tiêu đề của gói Nhãn nhậndạng đường chuyển tiếp nào mà một gói sẽ đi qua, dựa vào tập các tham số đầu vào(địa chỉ đích, tiền tố, QoS,…) Quá trình xử lý ở đầu vào xác định bất cứ một giá trịnhãn của gói tới dựa vào thông tin về gói để ánh xạ nó tới đường chuyển tiếp của nó.Nút ở cổng đầu vào gán giá trị nhãn ban đầu cho mỗi gói sau đó gửi nó vào trongmạng Các nhãn chỉ có ý nghĩa cục bộ và giá trị thực tế của một nhãn chỉ được hiểugiữa hai nút thông tin với nhau Sau khi một nhãn được thêm vào bởi nút cổng vàđược trao đổi ở nút chuyển tiếp dựa vào bảng nhãn đã được cấu hình của nó tới khinào gói tới được đích Chú ý rằng bảng nhãn-Label Table hướng dẫn gói qua LSP đãđược thiết lập trước khi gói bắt đầu hành trình

Do đó, các đường nhãn tương đương với một kênh ảo (VC) Các đường nhãnluôn luôn không đồng nhất Nếu muốn lưu lượng gói đi theo hướng ngược lại củacùng một tuyến thì phải thiết lập hai đường nhãn

Trao đổi nhãn có nhiều ưu điểm so với định tuyến “từng chặng” đã được triểnkhai trong mạng IP thông thường Nó đơn giản và hiệu quả hơn Việc phân tích góichỉ được thực hiện ở nút cổng Trao đổi nhãn trong vùng trao đổi nhãn nhanh hơn bởi

vì việc hoạt động đơn giản là nhận ra nhãn và ánh xạ nó vào giá trị nhãn tiếp theo.Nút đầu ra nhận ra rằng gói đã đến biên sau đó nó thực hiên xoá và chuyển tiếp góitin dựa vào các thông tin khác như là header ở tầng mạng, và đưa vào vùng đích.Trao đổi nhãn là quá trình chủ yếu của MPLS và nó thể hiện nhiều khái niệm cầnthiết để hiểu công nghệ này hoàn chỉnh hơn và để biết tại sao MPLS không chỉ là sựtrao đổi nhãn

2.4 Các thành phần trong MPLS

2.4.1 Các khái niệm cơ bản trong MPLS

Về nguyên tắc, mỗi nhãn với khuôn dạng cố định được gán vào phía trướcmỗi gói dữ liệu trên đường vào trong mạng MPLS Tại mỗi vị trí Hop ngang quamạng, gói tin được định tuyến dựa trên giá trị của giao diện đầu vào và nhãn, và đượcgửi đi tới giao diện bên trong với một giá trị nhãn mới Tại các bộ định tuyến, nơi xảy

ra việc gán các nhãn cho các gói tin được gọi là các bộ định tuyến biên nhãn LER , vàđối với các bộ định tuyến thay đổi và hệ thống chuyển mạch mà sử dụng các nhãn đó

để truyền lưu lượng đi được gọi là các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR Đường chuyển mạch nhãn LSP là một đường cụ thể mà gói tin hoặc luồng lưu lượngtruyền qua mạng dựa vào các nhãn đã được gán cho các gói tin hoặc luồng trước đó

MPLS mang lại những lợi ích to lớn hỗ trợ cho các phương pháp định tuyến đang tồntại trong mạng được chỉ ra dưới đây:

• Chuyển tiếp đơn giản: chuyển mạch nhãn cho phép chuyển tiếp gói tin mộtcách chính xác dựa trên sự tương hợp đối với từng nhãn có chiều dài cố địnhhiệu quả hơn so với dựa trên sự tương hợp về thuật toán áp dụng cho địa chỉnhư đã được sử dụng trong cơ chế chuyển tiếp dữ liệu thông thường

• Khả năng định tuyến hiệu suất cao: MPLS cho phép bộ định tuyến được thựchiện tại thời điểm mà đường chuyển tiếp nhãn được thiết lập và không ápdụng cho từng gói tin riêng biệt

• Điều khiển lưu lượng: MPLS có khả năng điều khiển tải dựa trên các đườngtruyền và các bộ định tuyến luôn cân băng thông trong mạng Đây là chứcnăng quan trọng trong mạng MPLS, nơi đường truyền luân phiên luôn luônkhả dụng

• Sắp xếp các gói tin IP trong các lớp chuyển tiếp tương đương FEC: MPLScho phép sắp xếp các gói tin IP trong các FEC chỉ thực hiện tại đầu vào củaMPLS Trong trường hợp định tuyến dữ liệu, các gói tin IP sẽ được sắp xếptheo mức dịch vụ và yêu cầu thâm nhập gói tin sẽ dựa trên địa chỉ nguồn vàđịa chỉ đích và giao diện phía đầu vào

2.4.1.1 Nhãn

Nhãn là một thực thể độ dài ngắn, cố định và không có cấu trúc bên trong.Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng như địa chỉ lớp mạng.Nhãn được gán vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho một FEC mà gói tin đó được ấnđịnh

Thường thì một gói tin được ấn định cho một FEC (hoàn toàn hoặc một phần)dựa trên địa chỉ đích lớp mạng của nó Tuy nhiên nhãn không bao giờ là mã hoá củađịa chỉ đó

Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương tiện truyền mà gói tin được đóng gói

Ví dụ các gói ATM (tế bào) sử dụng giá trị VPI/VCI như nhãn, FR sử dụng DLCIlàm nhãn Đối với các phương tiện gốc không có cấu trúc nhãn, một đoạn đệm đượcchèn thêm để sử dụng cho nhãn Khuôn dạng đoạn đệm 4 byte có cấu trúc như sau:

Hình 2 5 Định dạng cấu trúc nhãn

MPLS định nghĩa một tiêu đề có độ dài 32 bit và được tạo nên tại LSR vào

Nó phải được đặt ngay sau tiêu đề lớp 2 bất kì và trước một tiêu đề lớp 3, ở đây là IP

và được sử dụng bởi LSR lối vào để xác định một FEC, lớp này sẽ được xét lại trongvấn đề tạo nhãn Sau đó các nhãn được sử lí bởi LSR chuyển tiếp

Khuôn dạng và tiêu đề MPLS được chỉ ra trong hình 2.5 Nó bao gồm cáctrường sau:

• Nhãn: Giá trị 20 bit, giá trị này chứa nhãn MPLS

• S: bit ngăn xếp, sử dụng để xắp xếp đa nhãn

• TTL: Thời gian sống, 8bit, đặt ra một giới hạn mà các gói MPLS có thể điqua

Đối với các khung PPP hay Ethernet giá trị nhận dạng giao thức P-ID (hoặcEthertype) được chèn thêm vào mào đầu khung tương ứng để thông báo khung làMPLS unicast hay multicast

2.4.1.2 Ngăn xếp nhãn

Một tập hợp có thứ tự các nhãn gắn theo gói để truyền tải thông tin về nhiềuFEC mà gói nằm trong đó để nói về các LSP tương ứng mà gói sẽ đi qua Ngăn xếpnhãn cho phép MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và một nhãncho IGP) và tổ chức đa LSP trong một trung kế LSP

Chuyển mạch nhãn được thiết kế để co dãn các mạng lớn và MPLS hỗ trợchuyển mạch nhãn với hoạt động phân cấp, hoạt động phân cấp này dựa trên khảnăng của MPLS có thể mang nhiều hơn một nhãn trong gói Ngăn xếp nhãn cho phépthiết kế các LSR trao đổi thông tin với nhau và hành động này giống như việc tạođường viền node để tạo ra một miền mạng rộng lớn và các LSR khác Có thể nói rằngcác LSR này là các node bên trong một miền và không liên quan đến đường viềnnode Sự xử lí một gói nhãn được hoàn thành độc lập với từng mức của sự phân cấp

2.4.1.3 LSR Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn

Là thiết bị (Bộ định tuyến hay Switch) sử dụng trong mạng MPLS để chuyểncác gói tin bằng thủ tục phân phối nhãn Có một số loại LSR cơ bản sau: LSR biên,ATM–LSR, ATM-LSR biên

2.4.1.4 FEC Lớp chuyển tiếp tương đương

Là khái niệm được dùng để chỉ một nhóm các gói được đối xử như nhau quamạng MPLS ngay cả khi có sự khác biệt giữa các gói tin này thể hiện trong mào đầulớp mạng

Thuật ngữ FEC được sử dụng trong hoạt động chuyển mạch nhãn FEC đượcdùng để miêu tả sự kết hợp của các gói riêng biệt với một địa chỉ đích thường là điểmnhận lưu lượng cuối cùng chẳng hạn như một tổng đài host FEC cũng có thể liên kếtmột giá trị FEC với một địa chỉ đích và một lớp lưu lượng Lớp lưu lượng được liênkết với một chỉ số cổng đích

Tại sao phải dùng FEC? Thứ nhất, nó cho phép nhóm các gói vào các lớp Từnhóm này, giá trị FEC trong một gói có thể được dùng để thiết lập độ ưu tiên choviệc xử lý các gói FEC cũng có thể được dùng để hỗ trợ hiệu quả hoạt động QoS Ví

dụ, FEC có thể liên kết với độ ưu tiên cao, lưu lượng thoại thời gian thực, lưu lượngnhóm mới ưu tiên thấp…

Sự kết hợp một FEC với một gói được thực hiện bởi việc dùng một nhãn đểđịnh danh một FEC đặc trưng Với các lớp dịch vụ khác nhau, phải dùng các FECkhác nhau và các nhãn liên kết khác nhau Đối với lưu lượng Internet, các định danh

sử dụng là các tham số ứng cử cho việc thiết lập một FEC Trong một vài hệ thống,chỉ địa chỉ đích IP được sử dụng.

FEC là một sự biểu diễn của nhóm các gói, các nhóm này chia sẻ cùng yêu cầutrong sự vận chuyển của chúng Tất cả các gói trong một nhóm như vậy được cungcấp cùng một cách chọn đường tới đích Ngược với chuyển tiếp IP truyền thống,trong MPLS việc gán một gói cụ thể vào một FEC cụ thể được thực hiện chỉ một lầnkhi các gói vào trong mạng Các FEC dựa trên các yêu cầu dịch vụ đối với một tậpcác gói cho trước hay đơn giản chỉ là đối với địa chỉ cho trước Mỗi LSR xây dựngmột bảng để xác định xem gói được chuyển tiếp như thế nào Bảng này được gọi làbảng thông tin nhãn cơ bản LIB, nó là tổ hợp ràng buộc FEC với nhãn (FEC- to-label)

2.4.1.5 Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn

Label Switching Forwarding Table, là bảng chuyển tiếp nhãn có chứa thôngtin về nhãn đầu vào, nhãn đầu ra, giao diện đầu ra và địa chỉ điểm tiếp theo

2.4.1.6 Đường chuyển mạch nhãn LSP

Là tuyến tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để chuyển tiếpgói của một FEC nào đó sử dụng cơ chế chuyển đổi nhãn (label-swappingforwarding)

Đường đi qua một mạng chuyển mạch nhãn được quyết định bởi một trong haicách Thứ nhất, các giao thức định tuyến truyền thống (như OSPF hay BGP) được sửdụng để phát hiện các địa chỉ IP Thông tin này, từ nút tiếp theo đến địa chỉ là tươngđương với một nhãn, một đường chuyển mạch nhãn mềm dẻo Thứ hai, LSP có thểđược thiết lập dựa trên ý tưởng của định tuyến cưỡng bức Cách này có thể dùng mộtgiao thức định tuyến để hỗ trợ việc thiết lập LSP nhưng LSP cũng bị cưỡng bức bởimột số nhân tố khác như sự cần thiết phải cung cấp một mức độ QoS tốt Thực vậy,lưu lượng nhạy cảm với thời gian thực là thử thách đầu tiên của định tuyến cưỡngbức

2.4.1.7 Cơ sở dữ liệu nhãn LIB

Là bảng kết nối trong LSR có chứa các giá trị nhãn/FEC được gán vào cổng racũng như thông tin về đóng gói phương tiện truyền

2.4.1.8 Gói tin dán nhãn

Một gói tin dán nhãn là một gói tin mà nhãn được mã hoá Trong một vàitrường hợp, nhãn nằm trong mào đầu của gói tin dành riêng cho mục đích dán nhãn.Trong các trường hợp khác, nhãn có thể được đặt chung trong mào đầu lớp mạng vàlớp liên kết dữ liệu miễn là ở đây có trường có thể dùng được cho mục đích dãn nhãn.Công nghệ mã hoá được sử dụng phải phù hợp với cả thực thể mã hoá nhãn và thựcthể giải mã nhãn

2.4.1.9 Ần định phân phối nhãn

Trong mạng MPLS, quyết định để kết hợp một nhãn L cụ thể với một FEC F

cụ thể là do LSR phía trước thực hiện LSR phía trước sau khi kết hợp sẽ thông báovới LSR phía sau về kết hợp đó Do vậy các nhãn được LSR phía trước ấn định vàkết hợp nhãn được phân phối theo hướng từ LSR phía trước tới LSR phía sau

2.4.2 Thành phần cơ bản củaMPLS

Các thiết bị tham gia trong một mạng MPLS có thể được phân loại thành các

bộ định tuyến biên nhãn LER và các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR

2.4.2.1 Thiết bị LSR

Thành phần quan trọng nhất của mạng MPLS là thiết bị định tuyến chuyểnmạch nhãn LSR (Label Switch Router) Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển tiếpgói thông tin trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn

LSR là 1 thiết bị định tuyến tốc độ cao trong lõi của 1 mạng MPLS, nó thamgia trong việc thiết lập các đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP bằng việc sử dụng giaothức báo hiệu nhãn thích ứng và thực hiện chuyển mạch tốc độ cao lưu lượng số liệudựa trên các đường dẫn được thiết lập

Căn cứ vào vị trí và chức năng của LSR có thể phân thành các loại chính sauđây:

• LSR biên: nằm ở biên của mạng MPLS LSR tiếp nhận hay gửi đi các thôngtin từ mạng này đến mạng khác (IP, Frame Relay,…) LSR biên gán hay loại

bỏ nhãn cho các gói thông tin đến hoặc đi khỏi mạng MPLS Các LSR có thể

là Ingress Bộ định tuyến (Bộ định tuyến lối vào ) hay Egress Bộ định tuyến(bộ định tuyến lối ra)

• ATM-LSR: là các tổng đài ATM có thể thực hiện chức năng như LSR CácATM-LSR thực hiện chức năng định tuyến gói IP và gán nhãn trong mảngđiều khiển và chuyển tiếp số liệu trên cơ chế chuyển mạch tế bào ATM trongmảng số liệu Như vậy các tổng đài chuyển mạch ATM truyền thống có thểnâng cấp phần mềm để thực hiện chức năng của LSR