LUẬN VĂN CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS

LUẬN VĂN CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS

Đỗ Tiến Dũng

CHUYEN MACH NHAN DA GIAO THUC MPLS

KHOA LUAN TOT NGHIEP DAI HOC HE CHINH QUY

Ngành : Điện tử - Viễn Thông

HA NOI - 2005

MỞ ĐẦU

Đề đáp ứng nhu cầu phát triển không ngừng của người sử dụng, nhà cung cấp

dịch vụ cần phải có các thiết bị định tuyến và chuyển mạch tốc độ cao Mặc dù vậy, mạng lõi của nhà điều hành và nhà cung cấp dịch vụ thường chạy trên mạng đường trục ATM, nhưng phần lớn các kết nối tới nhà cung cấp vẫn duy trì tốc độ chuyển mạch chậm và các kiểu kết nối điểm-điểm, dẫn tới trễ và tắc nghẽn tại các điểm truy cập biên Các bộ định tuyến lõi cũng góp phần vào trễ đường đi, vì mỗi bộ định tuyến phải thực hiện các giải pháp độc lập trên đường tốt nhất để chuyền tiếp gói Thông

thường IP phải được định tuyến trên ATM bằng việc sử dụng IP qua ATM qua các

kênh ảo hoặc các giao thức trên ATM Các phương thức chuyền tiếp này đã được chứng minh là không thuận tiện và phức tạp

Hơn nữa với sự phát triển rộng khắp của mạng Internet đã làm ra đời một loạt

các ứng dụng mới trong thương mại Những ứng dụng này đòi hỏi phải tăng và đảm bảo băng thông trong mạng đường trục Ngoài ra bên cạnh các dịch vụ đữ liệu truyền thống, thoại và các dịch vụ đa phương tiện đang được phát triển và triển khai Nó đã làm nảy sinh vân đê cân phải có một mạng hội tụ cung câp đây đủ các dịch vụ

Nhu cầu về một mạng hội tụ với phương thức chuyền tiếp đơn giản, thông minh mà có các đặc tính quản lý lưu lượng và chất lượng dịch vụ là một nhu cầu cấp

thiết Tất cả các yêu cầu đó có thể được đáp ứng bởi chuyển mạch nhãn đa giao thức

MPLS, nó không bị hạn chế bởi các giao thức lớp 2 và lớp 3 Cùng với kĩ thuật điều khiển lưu lượng, MPLS là một giải pháp quan trọng trong việc định tuyến, chuyển mạch và cung cấp chất lượng dịch vụ để đáp ứng được sự phát triển của các ứng dụng

cũng như các nhu cầu dịch vụ của khách hàng

Luận văn của em sẽ trình bày những kiến thức cơ bản về công nghệ chuyển

mạch nhãn đa giao thức, về chất lượng dịch vụ và việc triển khai, hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong mạng MPLS

MỤC LỤC 27v.) 6:77 1

1.2.4 Tuyén chuyén mach nhn (LSP) 0 cceccceeececueceeeeceeueeceueeees 16 1.2.5 Giao thức phân phối nhãn -¿-¿- c c2 222cc se2 16 1.2.6 Kĩ thuật điều khiển lưu lượng - - ccc- ccc {S312 17 1.2.7 Định tuyến ràng buộc - - - c c2 SE 2221121111111 xseserrred 17 1,3 Hoạt động ctia mang MPLS ccsscsssccsssencssscsvssnensccccssevescesessavevesssecs 17 1.4 Đường hầm trong MMPLS << == 5< c==+ << =5 20 1.5 Kiến trúc hệ thống giao thức MPLS - - ‹ - - «<< =5 < ==<<+ 21

1;6 Cac Une ditie Cia MP US gqgggoaaagưdaGGGGIGGGGGGGiãGGãäGããSããSifSgtiss 23

C2 "Tir Cerrone 24 CHƯƠNG 2 : CHÁT LƯỢNG DỊCH VỤ - << << «<< << << << 25

EJT.iNTN Hit L ( 1,211221-6) ¬<-<s<<<5<<6:1⁄z112-0-108106016000f2aeifskEtrssesoifB2I40538391Ä, 25

2.1.1 Động lực QOS .cQQnSSn n SH nh như, 25

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA

2,2, CC đÌnH RGHÌN CỮ DHÃÍH:vviscsvaivdoidietdgcGLG04016016 0566063 0033966689909689069Ắ 26

2.2.1 QoS là gì ? - sSce St T2 1211211115 1111111 1111111111111 1111.1111 rxee 26

2.2.2 Một số khái niệm cơ bản của QoS -ccc c5 ccseeesee 27 2.2.3 Điều kiện cần thiết cho QoS§ cecececeueceucecuceueceueceueeuees 28

5.3 Kiên trúc cơ bún của QUẾqsoo ái dc 1241144010063663343EGG3634855088902513338ã 29

1.11: Phi bifi vai fDaseaaaaaaaararnrgtrotttttouettrottotpNeooaaaesgese 29

2.3.2 QoS trong các phần tử mạng riêng lẻ - ¿<< 5c << << <ss: 30

2.3.3 Quản lý chất lượng dịch vụ - - -¿¿- cc S121 sss 31 2.4 Mức chất lượng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối - - -<- 32

?,Š, Tấm LÃC ChHUNlBtoeaarstavoanoirgitiirad6i0001G000600090XE/369630010003886000085 33 CHƯƠNG 3 : CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG MPLS 34

kh n ri n —— 34 3.2 Mô hình QoS va TE ban đầu - - - - «<< << = + s<<s + *<sss++s2 34 3.2.1 IntServ với RSVP -cc Q2 n HS HH HH cv ve 34

5:2: D THÍ GÊY túc 06021L16250.69004)60N 10506ã'0632'005/006 1098 0N 856/85G000050W/5/358201'6304 8160088 35

3.2.3 MPL - c1 2011122111112 11115511111 5 11k 1n cgrgrgrhg 36 3.3 MPLS với DiffSerV - - - - «<< S13 130335 1155 511555 se 39

3.3.1 MPLS hỗ trợ DiffServV - - -c-cc 2121121111211 11 1x seg 39

3.3.2 Kĩ thuật điều khiến lưu lượng DiffServ-Aware MPLS 42

3.4 Thực hiện quản lý hàng đợi trong MPLS-DiffServ - 45

3.5 Các thành phần QoS trong MPLS UNI - -‹ - «<< - << 47 3.6 Tóm tắt chương - - - ‹ - « < ‹ == + «s35 18 1555155 55 s5 49

KT TẤN kg gỹga ng ggaatggaGG000010000000 020000 8 0VG00D20SGTGNGW8SGDV89AAS8B 51

Tí pees cere 52

Class Type

Differentiated Services DiffServ Code Point DiffServ-aware MPLS Traffic

Giao thức công biên

Vốn chỉ

Biên phía khách hàng

Cấp độ dịch vụ Hàng đợi tuỳ ý Định tuyến ràng buộc Giao thức phân phối nhãn- định tuyến ràng buộc Kiểu cấp độ

Lớp chuyên tiếp tương đương Giao thức truyền file

Uỷ ban tư vấn kĩ thuật

Internet

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA

Intermediate System to Intermediate System Protocol

Local Area Network Label Distribution Protocol

Label Edge Router

Label-only-Infered-PSC-LSP

Label Information Base Label Switch Path Label Switch Router

Media Access Control

Maximun Allocation Model

Multiprotool Label Switching

Orded Aggregate Operating Expenditure Open Shortest Path First

Giao thức định tuyến trong phạm vi miền

LSR biên vào

Dịch vụ tích hợp

Giao thức Internet

Giao thức hệ thống trung gian-tới-hệ thống trung gian

Mạng địa phương Giao thức phân phối nhãn

Bộ định tuyến nhãn biên ra LSP có PSC chỉ được suy ra

từ nhãn Bảng cơ sở dữ liệu nhãn

Thứ tự toàn thê Chi phi hoạt động Giao thức OSPF

Private network-to-network Interface

Point-to-Point Protocol

Priority Queue PHB Scheduling Class Permanent Virtual Circuit

Quanlity of Service down-stream Router

Russian Doll Model

Request for comment

Resource Reservation Protocol

up-stream Router

Service Level Agreements Synchronous Optical Network Service Provider

Switch Virtual Connection

Traffic Aggregate

Tranmission Control Protocol

Bién nha cung cap

Chất lượng dịch vụ

Bộ định tuyến luồng xuống

Mô hình búp bê Liên Xô Các tài liệu chuẩn do IETF

đưa ra Giao thức dành sẵn tài

nguyên

Bộ định tuyến luồng lên

Thoả thuận cấp độ dịch vụ Mạng quang đồng bộ Nhà cung cấp

Chuyên mạch kết nối ảo Lưu lượng toàn thể Giao thức điều khiển truyền dan

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA

Time To Live

User Datagram Protocol

User-to-Network Interface

Virtual Channel

Virtual Channel Identifier

Voice over ATM Voice over IP Virtual Path Virtual Packet Indentifier

Virtual Pravite network

Kĩ thuật điều khién luu luong Kiểu giá trị độ dai

Tuyến lưu lượng

Thời gian sống Giao thức UDP Giao diện ngưòi dùng tới

mạng Kênh ảo Định danh kênh ảo Thoại qua ATM

Thoại qua IP

Tuyến ảo Định danh gói ảo Mạng riêng ảo

CHUONG 1: CHUYEN MACH NHAN DA GIAO THUC MPLS

1.1 Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

1.1.1 Giới thiệu

Trong một vài năm gần đây, Internet đã phát triển thành một mạng lưới rộng khắp và tạo ra một loạt các ứng dụng mới trong thương mại Những ứng dụng này mang đến đòi hỏi phải tăng và bảo đảm được yêu cầu băng thông trong mạng đường trục Thêm vào đó, ngoài các dịch vụ dữ liệu truyền thống được cung cấp qua Internet, thoại và các dịch vụ đa phương tiện đang được phát triển và triển khai Internet đã làm nảy sinh vấn đề hình thành một mạng hội tụ cung cấp đầy đủ các dịch vụ Tuy nhiên

vẫn đề đặt ra đối với mạng bởi các dịch vụ và ứng dụng mới là yêu cầu về băng thông

và tốc độ lại đặt gánh nặng cho nguồn tài nguyên trên cơ sở hạ tầng Internet có sẵn

Bên cạnh vấn đề quá tải nguồn tài nguyên mạng Một thách thức khác liên quan tới việc truyền các byte và bit qua mạng đường trục để cung cấp các cấp độ dịch

vụ khác nhau đối với người dùng Sự phát triển nhanh chóng của số người dùng và lưu lượng đã làm tăng thêm sự phức tạp của vấn đề Vấn đề cấp độ dịch vụ ( CoS ) và chất lượng dịch vụ ( GoS ) phải được quan tâm đề có thê đáp ứng được những yêu cầu khác nhau của lượng lớn người dùng mạng

Nhu cầu về một phương thức chuyền tiếp đơn giản mà các đặc tính quản lý lưu lượng và chất lượng với phương thức định tuyến, chuyên tiếp thông minh là một yêu cầu cấp thiết Tất cả các yêu cầu đó có thể được đáp ứng bởi chuyển mạch nhãn đa giao thức, là một phương thức không bị hạn chế bởi các giao thức lớp 2 và lớp 3 Với các đặc tính đó MPLS đóng một vai trò quan trọng trong việc định tuyến, chuyên mạch và chuyên tiếp gói thông qua các mạng thế hệ sau để đáp ứng các yêu cầu của

người dùng mạng

1.1.2.Định tuyến và chuyển mạch gói truyền thống

Bước phát triển khởi đầu của mạng Internet chỉ quan tâm tới những yêu cầu truyền dữ liệu qua mạng Internet chỉ cung cấp các ứng dụng đơn giản như truyền file hay remote login Đề thực hiện những yêu cầu này , môt định tuyến nền dựa trên phần mén đơn giản, với giao diện mạng để hỗ trợ mạng đường trục dựa trên T1/E1- hay T3/E3 đã có là đủ Với những yêu cầu đòi hỏi tốc độ cao và băng thông lớn, các thiết

bị có khả năng chuyên mạch ở lớp 2 ( Lớp liên kết đữ liệu ) và lớp 3 ( Lớp mạng ) ở ngay mức phần cứng phải được phát triển Thiết bị chuyển mạch lớp 2 quan tâm đến vấn đề nghẽn trong mạng con của môi trường mạng cục bộ Thiết bị chuyển mạch lớp

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA

3 giúp giảm bớt nghẽn trong định tuyến lớp 3 bằng cách chuyền việc tìm kiếm tuyến

cho một chuyền mạch phần cứng tốc độ cao

Các giải pháp trước đây chỉ quan tâm tới tốc độ truyền của các gói khi chúng

truyền qua mạng chứ không quan tâm tới thông tin yêu cầu dịch vụ có trong gói Hầu

hết các giao thức định tuyến sử dụng ngày nay đều dựa trên thuật toán được thiết kế để

tìm ra con đường ngắn nhất trong mạng với các gói truyền tải mà không quan tâm tới

các yếu tố khác ( như trễ, rung pha, nghẽn), mà có thê làm giảm bớt đáng kế chức năng mạng

1.1.3 MPLS là gì?

MPLS là một framework do IETF đưa ra , cung cấp thiết kế hiệu quả cho việc định tuyến, chuyền tiếp, chuyền mạch cho luồng lưu lượng qua mạch

MPLS thực hiện những chức năng sau:

o Định quá trình quản lý lưu lượng luồng của các mạng khác nhau, như luồng giữa các máy, phần cứng khác nhau hoặc thậm chí luồng giữa các ứng dụng khác nhau

o Duy tri su độc lập của giao thức lớp 2 và lớp 3

o Cung cấp cách thức để ánh xạ các địa chỉ IP thành các nhãn đơn giản có độ dài không đổi được sử dụng bởi các công nghệ chuyển tiếp gói và chuyền mạch gói khác nhau

o Giao diện chung đối với các giao thức định tuyến như RSVP và OSFP

o Hỗ trợ IP, ATM, Frame Relay

Trong MPLS, dữ liệu được chuyên theo LSP LSP là một chuỗi các nhãn ở mỗi node từ nguồn tới đích LSP được thiết lập theo chu kì dé truyền đữ liệu (control-

driven) hoặc dựa trên sự phát hiện có một luồng dữ liệu nào đó (data-driven) Các nhãn, theo giao thức đã được định sẵn sẽ được phân phối sử dụng LDP hoặc RSVP hoặc được “cõng” trên một giao thức định tuyến như BGP và OSFP Mỗi gói dữ liệu

được đóng gói và mang nhãn trong suốt hành trình từ nguồn tới đích Tốc độ chuyển mạch cao vì nhãn có chiều dài cố định được chèn vào đầu gói hay tế bào và có thể được sử dụng bởi phần cứng đề chuyển tiếp gói nhanh chóng giữa các tuyến

1.1.4 Lợi ích của MPLS

MPLS mang lại nhiều lợi ích như :

o Kỹ thuật lưu lượng : Cung cấp các khả năng thiết lập đường truyền mà lưu lượng sẽ truyền qua mạng và khả năng thiết lập chất lượng cho các cấp độ dich vu (CoS) va chat lượng dịch vụ (QoS) khác nhau MPLS la su phat triển chủ yếu trong các công nghệ Internet mà hỗ trợ việc bổ sung các khả năng cần thiết cho mạng IP ngày nay

o Cung cấp IP dựa trên các mạng riêng ảo : Bằng việc sử dụng MPLS, các nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp đường hầm IP đi qua mạng của họ mà không cần thiết mã hoá hay các ứng dụng đầu cuối-người sử dụng

o Loại bỏ cấu hình đa lớp : Thông thường, phần lớn các nhà điều hành mạng cung cấp mô hình chồng lấn mà ATM được sử dụng tại lớp 2 và IP được sử

dụng tại lớp 3 Bằng việc sử dụng MPLS, các nhà điều hành mạng có thé

mang chức năng của mặt điều khiển ATM vào lớp 3, do đó sẽ làm đơn giản hóa mạng và việc quản lý mạng

o Tuyến hiện : Một đặc điểm chính của MPLS là sự hỗ trợ của nó đối với các

tuyến hiện Các đường chuyển mạch nhãn được định tuyến sẵn hiệu quả

hơn so với tuỳ chọn tuyến nguồn trong IP Chúng cũng có thể cung cấp một vài chức năng cần thiết cho kĩ thuật lưu lượng

o Hỗ trợ đa liên kết và đa giao thức : Thành phần chuyền tiếp chuyền mach nhãn là không xác định với một lớp mạng cụ thể Ví dụ cùng một thành phần chuyên tiếp cũng có thể được sử dụng khi đang thực hiện chuyển mạnh nhãn với IP cũng như IPX Chuyên mạch nhãn cũng có thê hoạt động

ảo trên mọi giao thức liên kết dữ liệu thông qua ATM

1.2.MPLS và các thành phần

1.2.1 LSRs va LERs

Thiết bị trong giao thức MPLS có thê được phân loại thành LERs và LSRs

Một LSR là một thiết bị định tuyến tốc độ cao trong lõi của mạng MPLS tham

gia vào quá trình thiết lập LSP sử dụng giao thức thích hợp và chuyên mạch tốc cao

luồng dữ liệu dựa trên con đường đã được thiết lập

Một LER là một thiết bị hoạt động ở biên của mạng truy cập và mạng MPLS

LER hỗ trợ nhiều cổng (port) nối tới các mạng không tương đồng ( như ATM, Frame

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA

10

Relay, Ethenet) và chuyên những luồng lưu lượng này tới mạng MPLS sau khi thiết

lập các LSP, sử dụng giao thức báo hiệu nhãn ở đầu vào và phân phối lưu lượng trở lại

mạng truy cập ở đầu ra LER đóng vai trò rất quan trọng trong việc gán và bỏ nhãn khi

các luồng lưu lượng vào và tồn tại trong mạng MPLS

Hình 1 : Vi tri cua LSR va LER trong mang MPLS

1.2.2 Lớp chuyền tiếp tương đương FEC

FEC là biểu diễn một nhóm các gói chia sẻ những yêu cầu như nhau về việc truyền tải Tất cả các gói trong một nhóm được đối xử như nhau trên tuyến cho tới đích Ngược lại so với chuyền tiếp của gói IP, trong MPLS việc gán một nhãn nhất định cho một FEC nhất định chỉ được thực hiện một lần, khi gói vào mạng Các FEC dựa trên yêu cầu dịch vụ đối với một tập các gói cho sẵn Mỗi LSR xây dựng một bảng

để xác định một gói được chuyên tiếp như thế nào Bảng này gọi là bảng cơ sở dữ liệu nhãn (LIB), gồm các ràng buộc FEC-tới-nhãn

1.2.3 Nhãn

Một nhãn, dạng đơn giản nhất, phân biệt con đường một gói sẽ đi Nhãn được mang hoặc đóng gói ở tiêu đề lớp 2 của gói Bộ định tuyến nhận được sẽ kiểm tra nội dung nhãn của gói để xác định chặng kế tiếp Khi một gói được gán nhãn , cuộc hành trình của gói qua mạng đường trục sẽ dựa trên chuyển mạch nhãn Giá trị của nhãn chỉ

có giá trị địa phương, nghĩa là chỉ gắn liền với chặng giữa các LSR

Một khi một gói được xếp vào một FEC đã có hay mới, thì nhãn sẽ được gán cho gói Giá trị nhãn được lấy từ lớp liên kết dữ liệu Với lớp liên kết dữ liệu ( như

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA

11

Frame Relay hay ATM), định danh lớp 2, như DLCI trong trường hợp mạng Frame Relay hay VPIs/VCIs trong trường hợp mạng ATM có thê được sử dụng trực tiếp như

nhãn Các gói được chuyên dựa trên giá trị nhãn

Nhãn được ràng buộc tới một FEC theo một vài sự kiện hoặc một vài cách thức chỉ ra sự cân thiệt đôi với sự ràng buộc.Những sự kiện có thê là ràng buộc data-

driven hay ràng buộc control-driven

Gán nhãn có thể được quyết định dựa trên cơ sở tiêu chuẩn chuyền tiếp như:

o Định tuyến đơn hướng

o_Công nghệ điều khiến lưu lượng (TE)

o Multicast

o Chất lượng dịch vụ (QoS)

Định dạng thông thường của nhãn được cho như hình 2 Nhãn có thể được nhúng trong tiêu đề của lớp liên kết dữ liệu ( ATM VCI/VPI như hình 3 và Frame Relay DLCI như hình 4) hoặc được chèn vào ( giữa tiêu đề lớp 2 và tiêu đề lớp 3 như

Hinh 2 : Dinh dang chung cua nhan MPLS

Goi IP

Đánh nhãn gói Shim header | Tiêu đề IP Data

Hình 3 : ATM với lớp liên kết dữ liệu

D6 Tién Diing-Lép K46DA

12

Hình 4 : Frame Relay với lớp liên kết dữ liệu

Tiêu đề PPP

(gói qua | PPP header Shim header Tiêu đề lớp 3

SONET/SDH)

Tạo nhãn Tiêu đê MAC Shim header Tiêu đê lớp 3

Hình 5 : Nhãn được chèn vào giữa lớp 2 và lớp 3 Tạo nhãn

Có một vài phương pháp đề tạo nhãn:

o Phương pháp dựa trên giao thức ( topology-base method) sử dụng quá trình của các giao thức định tuyến ( như OSPF và BGP)

o Phương pháp dựa trên yêu cầu (Request-base method) sử dụng quá trình yêu cầu dựa trên điều khiển lưu lượng

o Phương pháp dựa trên lưu lượng (Traffic-base method) sử dụng một gói để kích hoạt sự gán và phân phối nhãn

Phương pháp dựa trên giao thức và dựa trên yêu cầu là ví dụ của ràng buộc nhãn control-driven, trong khi phương pháp dựa trên lưu lượng là ví dụ của ràng buộc data-driven

Phân phối nhãn

Kiến trúc MPLS không giao chỉ một phương pháp báo hiệu cho việc phân phối

nhãn Các giao thức định tuyến đang tồn tại, như BGP đã được nâng cao đề có thể

“cõng” thông tin nhãn trong nội dung của giao thức RSVP cũng đã được mở rộng để

hỗ trợ chuyên giao nhãn IETF đã định nghĩa một giao thức mới gọi là giao thức phân

phối nhãn (LDP) đề thực hiện báo hiệu và quản lý không gian nhãn Mở rộng dựa trên

cơ sở giao thức LDP có thể hỗ trợ thực hiện định tuyến dựa trên các yêu cầu QoS và

CoS Sự mở rộng này tạo ra giao thức CR-LDP

© per interface : Pham vi của nhãn kết hợp với giao diện Những quỹ nhãn

được định nghĩa cho mỗi giao diện, và các nhãn được cung cấp ở những giao diện đó được cấp phát từ những quỹ tách biệt Giá trị nhãn ở các giao diện khác nhau có thể giống nhau

Kết hợp nhãn

Luông đâu vào của lưu lượng từ các giao diện khác nhau có thê được kêt hợp

lại với nhau và thực hiện chuyên mạch dựa trên một nhãn chung nêu nó được truyên

qua mạng tới cùng đích cuôi cùng

Nếu mạng truyền tải lớp dưới là mạng ATM, các LSR có thể thực hiện việc kết hợp VP và VC

©o Liberal : Trong mode này, ràng buộc giữa nhãn và FEC nhận được từ các

LSR mà không có chặng tiếp với một FEC đã cho được giữ lại Mode này đòi hỏi thích ứng nhanh hơn với sự thay đổi topo mạng và cho phép chuyển lưu lượng tới các LSP khác trong trường hợp thay đổi

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA

14

đối với router

o Thứ tự (Ordered) : Trong mode này, một LSR ràng buộc một nhãn tới một FEC nào đó khi và chỉ khi nó là router phía biên vào hay nó nhận một ràng

buộc nhãn với FEC từ LSR chặng tiếp theo Mode này được khuyến cáo dùng cho ATM-LSR

Quá trình báo hiệu

o Yêu cầu nhãn : Sử dụng quá trình này, LSR yêu cầu nhãn từ luồng xuống cạnh nó vì thế nó có thể ràng buộc tới một FEC nhất định Quá trình này có thể được giao xuống cho một chuỗi các LSR cho tới khi tới LER biên ra

o Ánh xạ nhãn : Để đáp ứng lại yêu cầu nhãn, luồng xuống LSR sẽ gửi một nhãn tới khởi đầu luồng lên sử dụng quá trình ánh xạ nhãn

Ingwes (LER) Router A (cho dich C) Router B LSR (cho ance Egress (LER) Router C

Hinh 6 : Qua trinh bao hiéu Ngan xép nhan

Quá trình ngăn xếp nhãn cho phép hoạt động một cách phân cấp trong miền MPLS Nó cho phép MPLS được sử dụng đồng thời cho việc định tuyến ở mức nhân (ví dụ giữa các router riéng biệt trong một ISP và ở mức domain-by-domaIn cao hơn) Mỗi mức trong ngăn xếp nhãn gắn liền với mức phân cấp nào đó Nó tạo điều kiện thuận lợi cho chế độ đường hầm trong MPLS

1.2.4 Tuyến chuyển mạch nhãn (LSPs)

Tập hợp các thiết bị MPLS biểu diễn một miền MPLS Trong miền MPLS,

một tuyến được tạo cho một gói có sẵn dựa trên một FEC LSP được thiết lập theo chu

ki dé truyén dữ liệu MPLS cung cấp 2 tùy chọn cho việc thiết lập một LSP

o Định tuyến chặng tiếp chặng (hop-by-hop): Mỗi LSR chọn chặng tiếp theo một cách độc lập với một FEC đã cho Phương pháp này tương tự như phương pháp đang được sử dụng trong mạng IP LSR sử dụng bất kì giao

thức định tuyến nào như OSPF, PNNI

o Định tuyến hiện (explicit routing) : Định tuyến hiện tương tự như định

tuyến nguồn LSR đầu vào sẽ quyết định các danh sách các node mà ER-

LSR qua.Con đường được chọn có thể không tối ưu Dọc theo tuyến, các tài nguyên có thể được phục vụ để đảm bảo QoS với lưu lượng đữ liệu Cách

này dễ dàng điều khiển lưu lượng qua mạng, và các dịch vụ khác có thé

được cung cấp sử dụng các luồng dựa trên các điều kiện hay phương pháp quản lý mạng

LSP được thiết lập với FEC chỉ theo một chiều Lưu lượng trở lại phải do LSP khác

1.2.5 Giao thức phân phối nhãn (LDP)

LDP là một giao thức mới cho việc phân phối thông tin ràng buộc nhãn tới các

LSR trong mạng MPLS Nó được sử dụng dé ánh xạ các FEC tới nhãn, tạo các LSP

Các phiên LDP được thiết lập giữa các LDP ngang hàng trong mạng MPLS (không nhất thiết kề nhau) Các LDP ngang hàng trao đôi các loại thông báo LDP sau :

© Discovery message : Thông báo và duy trì sự có mặt của một LSR trong mạng

o Session message : Thiết lập, duy trì, kết thúc phiên giữa các LDP ngang hàng

o Advertisement message : Tạo, thay đổi, và xoá ánh xạ nhãn cho các FEC o_Notiñcation message : Cung cấp thông tin tham khảo và thông tin báo hiệu lỗi

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA

l6

1.2.6 Kĩ thuật điều khiến lưu lượng

Kĩ thuật điều khiển lưu lượng là một quá trình nâng cao, tận dụng toàn bộ khả năng của mạng băng cách cố gắng tạo một sự đồng đều hoặc phân bố thông lượng lưu

lượng khác nhau qua mạng Một kết quả quan trọng của quá trình này là tránh được tắc nghẽn ở bất kì tuyến nào Một chú ý quan trọng là điều khiển lưu lượng không nhất

thiết phải chọn con đường ngắn nhất giữa hai thiết bị Có thể với hai luồng tải các gói

dữ liệu, các gói có thể theo những con đường khác nhau thậm chí qua điểm gốc của chúng và điểm đích cuối cùng là như nhau Theo cách này các phân đoạn mạng ít sử dụng hay ít biết tới có thê được sử dụng và có thể cung cấp các dịch vụ khác nhau 1.2.7 Định tuyến ràng buộc

Định tuyến ràng buộc mang thêm một vài tham số, như đặc tính tuyến (băng thông, trễ ), hoạch định chặng, và QoS Các LSP được thiết lập có thể là CR-LSP, nơi

mà ràng buộc có thể là các chặng hiện hay các yêu cầu QoS Tuyến hiện chỉ định các tuyến, hàng đợi, hay các quá trình sắp xếp phải được chiếm dụng cho luồng

Khi sử dụng CR, rõ ràng rằng tuyến dài hơn ( trong phạm trù giá cả) nhưng

chọn được tuyến ít tải hơn Tuy nhiên, trong khi CR tăng được sự tận dụng mạng thì

nó thêm sự phức tạp trong tính toán định tuyến, khi mà tuyến được chọn phải thoả mãn

các yêu cầu về QoS của LSP CR có thể được sử dụng ở điểm tiếp giáp với MPLS để thiết lập các LSP IETF đã định nghĩa một thành phần CR-LDP để phù hợp với định tuyến ràng buộc

1.3 Hoạt động của mạng MPLS

Các yêu cầu nhãn

Phân phối nhãn

Hình 7 : Tạo LSP và chuyên tiếp gói tin qua miền MPLS

Phải tiến hành những bước sau đây đề có thể truyền gói tin quan miền MPLS

o Tạo nhãn và phân phối

o Tao bang ở mỗi router

o Tao LSP

o_Chèn nhãn/ tìm kiếm bảng

o Chuyên tiếp gói

Nguồn gửi dữ liệu của nó tới đích Trong miền MPLS, không phải tất cả các nguồn lưu lượng phải nhất thiết truyền qua cùng một đường Phụ thuộc vào đặc tính lưu lượng, các LSP khác nhau có thể được tạo ra cho các gói với các yêu cầu cấp độ dịch vụ khác nhau

Bảng I biểu diễn từng bước hoạt động của mạng MPLS xảy ra khi có gói đữ liệu trong miền MPLS

Trước khi bắt đầu truyền bất cứ lưu lượng nào, router tạo

quyết định ràng buộc nhãn với một FEC nhất định và xây dựng bảng của nó

Trong LDP, luồng xuống router khởi phát sự phân bố nhãn

và ràng buộc FEC/nhãn

Ngoài ra, các đặc tính liên quan tới lưu lượng và khả năng

MPLS được dàn xếp sử dụng LDP Một giao thức truyền tải tin cậy và trật tự được sử dụng đề làm giao thức báo hiệu LDP sử dụng TCP

Tạo bảng

Khi nhận được ràng buộc nhãn, mỗi LSRs tạo các đầu vào

trong bảng cơ sở dữ liệu nhãn (LIB) Nội dung của bảng sẽ xác định ánh xạ giữa nhãn và FEC Ánh xạ giữa port lỗi vào và bảng nhãn đầu vào tới port lối

Tạo tuyến chuyển Như đường đứt đoạn trong hình 7, các LSP được tạo theo

mạch nhãn hướng ngược lại với sự tạo thành các lối vào trong LIB

Chèn nhãn/tìm Router đầu tiên (LERI trong hình 7) sử dụng bảng LIB dé kiếm bảng tìm chặng tiếp theo và yêu cầu nhãn với một FEC nhất định

Chuỗi router con sử dụng nhãn để tìm chặng tiếp theo Khi một gói tới LSR biên lối ra (LSR4), nhãn sẽ bị bỏ và gói được cấp tới đích

Chuyên tiếp gói Từ hình 7 chúng ta hãy xem con đường của một gói khi nó

đi tới đích từ LSRI1, LSR biên lối vào, tới LSR4, LSR biên lỗi ra

LERI có thể không có bắt kì nhãn nào cho gói này khi xảy

ra yêu cầu này lần đầu tiên Trong mạng IP, nó sẽ tìm địa

chỉ dài nhất để tìm các bước tiếp theo LSRI là bước tiếp theo của LERI

LERI sẽ khởi phát các yêu cầu nhãn tới LSRI

Yêu cầu này sẽ được phát trên toàn mạng như hình 7 LDP

sẽ xác định đường dẫn ảo đảm bảo QoS, CoS

Mỗi bộ định tuyến trung gian LSR2 và LSR3 sẽ nhận gói tin gán nhãn thay đổi nhãn và truyền đi

Gói tin đến LER4, loại bỏ nhãn vì gói ra khỏi miền hoạt

động của MPLS và phân phát tới đích Đường truyền gói tin được chỉ ra trong hình 7

Xem xét ví dụ về 2 luồng gói tin vào một miền MPLS:

o Một luồng gói tin là sự trao đôi đữ liệu theo quy tắc giữa các server (ví dụ

FTP-file transfer protocol )

o Một luồng gói tin khác là luồng video chất lượng cao yêu cầu các kỹ thuật

lưu lượng QoS

o Các luồng gói tin này được phân ra thành 2 FEC riêng biệt tại LSR lối vào o_Các nhãn tương ứng được kết hợp với luồng gói tin lần lượt là 3 và 9 một

cách tương ứng

o Các công vào tại LSR là 1 va 2

o Giao diện lối ra cùng đáp ứng lần lượt là 3 va 1

o Anh xa nhan được thực hiện, các nhãn trước đó lần lượt được trao đổi cho 6

và 7

1.4 Đường hầm trong MPLS

Đặc tính duy nhất của MPLS là có thê điều khiển toàn bộ đường truyền gói tin

mà không cần xác định cụ thể các bộ định tuyến trung gian Điều đó được tạo ra bởi

các đường hầm thông qua các bộ định tuyến trung gian có thể cách nhiều đoạn Khái niệm này được sử dụng trong VPN dựa trên MPLS

Khao sat hinh 8 Cac LER (LER1, LER2, LER3 va LER4) tat ca sir dung BGP

va tao LSP gitra ching (LSP1) LERI thông báo bước tiếp theo là LER2 khi nó đang truyền đữ liệu nguồn phải đi qua hai phần của mạng Cũng vậy, LER2 thông báo bước tiếp theo là LER3 và v.v Các LER này sẽ sử dụng giao thức BGP đề nhận và lưu trữ nhãn từ LER egress (LER4 trong dự đoán đích) theo toàn bộ đường đi tới LER lối vào (LERI)

Tuy nhiên, để LERI gửi đữ liệu đến LER2 nó phải đi qua một vài LSR (trong trường hợp này là ba) Do vậy, một LSP riêng được tạo ra giữa hai LER (LERI và LER2) qua LSR1, LSR2 và LSR3 Điều này thể hiện đường hầm giữa hai LER Nhãn trong đường này khác nhãn các LER tạo cho đường truyền LSP1 Điều đó đúng cho cả LER3 và LER4 cũng như các LSR giữa chúng Trong phần này có đường truyền LSP3

Đề có cấu trúc này, khi gói tin truyền qua hai phần mạng , các khái niệm ngăn xếp nhãn được sử dụng Khi truyền qua LSPI, LSP2 và LSP3, gói tin sẽ mang hai

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA

20

nhãn hoàn chỉnh cùng lúc Hai nhãn được sử dụng cho mỗi phân là (1) phần đầu tiên —

nhãn cho LSP1 và LSP2 và (2) phần thứ hai — nhãn cho LSPI1 và LSP3

Khi các LER3 nhận các gói tin ton tại trong mạng đầu tiên, các gói tin sẽ loại

bỏ nhãn của LSP2 và thay bằng nhãn LSP3 trong khi quá trình trao đổi nhãn LSPI1 bên

trong gói tin với nhãn của đường đi tiếp theo LER4 sẽ loại bỏ cả hai nhãn trước khi

gửi gói tin đến đích

Thành phần MPLS lõi có thể chia thành các phần sau:

o Giao thức định tuyến lớp mạng (IP)

o Biên chuyên tiếp lớp mạng

oO Chuyén mạch dựa trên nhãn mạng lõi

o Điêu khiên lưu lượng

o Khả năng tương thích với các loại chuyền tiếp lớp 2 khác nhau (ATM,

Frame Relay, PPP)

Hình 9 miêu tả các giao thức có thể sử dụng trong hoạt động MPLS Phương

thức định tuyến có thể là bất kỳ một trong các giao thức phố biến Phụ thuộc vào môi trường hoạt động, các giao thức định tuyến có thể là OSPF, BGP, hay PNNI của ATM, v.v Module LDP tận dụng giao thức điều khiến truyền tin (TCP) để đảm bảo quá trình truyền đữ liệu điều khiển từ một LSR đến LSR khác trong suốt một phiên LDP cũng duy trì LIB LDP sử dụng giao thức UDP trong suốt giai đoạn vận hành tìm kiếm của nó Trong trường hợp này, LSR cố gắng xác định các phần tử lân cận và đồng thời

báo hiệu sự có mặt của chúng trong mạng Điều này được thực hiện thông qua một

trao đổi các gói tin hello

IP Fwd là phương thức chuyên tuyến lớp IP dé tìm đường tiếp theo bằng cách khớp địa chỉ dài nhất trong bảng của chúng Với MPLS, điều này được thực hiện bởi các LER MPLS Fwd là phương thức chuyên tiếp đề kết nối một nhãn với một cổng lối

ra cho các gói tin Các lớp với miêu ta trong hình hộp với đường nét đứt có thể thực hiện bằng phần cứng tạo nên hoạt động nhanh và hiệu quả

1.6 Các ứng dụng của MPLS

MPLS quan tâm một cách có hiệu quản các đòi hỏi của mạng đường trục ngày nay bằng cách cung cấp giải pháp chuẩn cơ sở thực hiện những mục đích sau:

o Cải thiện chức năng chuyên tiếp gói trong mạng

> MPLS tăng cường và đơn giản hoá chuyền tiếp gói qua router sử dụng

mô hình chuyển mạch lớp 2

> MPLS đơn giản, cho phép triển khai một cách dễ dàng

> MPLS tăng chức năng mạng bởi vì nó cho phép việc định tuyến bởi chuyên mạch ở tốc độ đường dây

o Hỗ trợ QoS va CoS với các dịch vụ khác nhau

> MPLS sử dụng thiết lập tuyến có điều khiển lưu lượng và giúp đạt được

các mức dịch vụ đảm bảo

> MPLS kết hợp thiết lập tuyến ràng buộc và lập tuyến hiện

o Hỗ trợ sự linh hoạt của mạng

> MPLS có thể được sử dụng để tránh vấn đề chồng phủ NŸ kết hợp với mạng lưới IP-ATM

©o_ Tích hợp IP và ATM vào mạng

> MPLS cung cấp cầu nối giữa mạng truy cập IP và lõi ATM

> MPLS có thể sử dụng lại các chuyển mạch cứng/ router có sẵn của ATM, kết hợp một cách có hiệu quả hai mạng riêng biệt

o Xây dựng khả năng vận hành liên mạng

> MPLS là một giải pháp chuẩn mà có thể đạt được sự hợp lực giữa mạng

1.7 Tóm tắt chương

Trong chương 1, đã trình bày những vấn đề cơ bản của chuyển mạch nhãn đa

giao thức MPLS với các vấn đề được đề cập tới như : các thuật ngữ, các thành phân, các giao thức sử dụng trong mạng MPLS cũng như nguyên tắc hoạt động của mạng

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA

24

CHƯƠNG 2 : CHÁT LƯỢNG DỊCH VỤ

2.1 Mở đầu

Chất lượng dịch vụ (QoS) liên quan tới khả năng cung cấp các dịch vụ tốt hơn của một mạng đối với một lưu lượng mạng đã chọn với những công nghệ khác nhau bao gồm Frame Relay, ATM, Ethernet và các mạng 802.1, SONET, IP Muc dich chính của QoS là cung cấp thứ tự ưu tiên bao gồm cấp băng thông, điều khiển rung pha và trễ (cần thiết đối với các ứng dụng thời gian thực và lưu lượng tương tác), cải thiện sự mất mát Một điều quan trọng nữa là cung cấp sự ưu tiên cho một hay nhiều

luồng mà không làm cho các luồng khác bị lỗi Công nghệ QoS cung cấp những khối

cơ sở xây dựng sẵn có thể dùng trong các ứng dụng thương mại trong tương lai trong các mạng WAN và đối với các nhà cung cấp dịch vụ mạng

2.1.1 Dong luc QoS

Lúc khởi đầu, mạng IP không có bắt cứ quá trình nào thực hiện QoS Internet dựa trên TCP/IP không được hoạch định cho việc cung cấp thoại hay các dịch vụ khác

mà đòi hỏi rất chặt chẽ về băng thông, trễ và rung pha TCP được định nghĩa với FTP, SMTP, TELNET và các kiểu truyền dữ liệu khác Nó đặc trưng bởi cửa số trượt với kích cỡ thay đối, khởi phát chậm, tránh tắc nghẽn bằng cách giảm nửa mọi mất mát,

điều chỉnh khoảng thời gian timeout cho việc nhận được xác nhận Quá trình cơ bản

liên quan tới giải quyết tắc nghẽn, ví dụ khi tải lưu lượng lớn hơn băng thông cho

phép là loại bỏ gói Trong “môi trường chất lượng dịch vụ”, nhà cung cấp dịch vụ

thêm băng thông để giảm mức tắc nghẽn khi lượng lưu lượng trên Internet tăng lên Kết quả kéo theo là vốn của nhà cung cấp dịch vụ sẽ bị chỉ cho dung lượng lưu lượng,

mà điều này không cần thiết liên quan tới thu nhập từ dịch vụ, dẫn tới khó khăn trong

lỗi của node/ tuyến có thể dẫn tới kiểu tắc nghẽn không đoán trước, và sự vượt trội dự

trữ đáng kể qua toàn bộ mạng trở nên đắt ghê gớm Thứ hai, nút cô chai vẫn thỉnh thoảng xảy ra khi truy cập, trong khi vượt quá dự trữ là không kinh tế Thứ ba, sự suy sụp trong nền kinh tế hiện nay trong ngành công nghiệp mạng đã dẫn tới các công ty phải cắt giảm vôn mới cân thiệt cho yêu câu thêm băng thông, và thay vào đó là việc