Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS - Multiprotocol Label Switching) : là một công nghệ lai kết hợp những đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 (layer 3 routing) và chuyển mạch lớp 2 (layer 2 switching) cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi (core) và định tuyến tốt ở các mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn (label).

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

1.1 Giới thiệu về chuyển mạch đa giao thức (MPLS) 8

1.1.1 Các đặc điểm cơ bản của công nghệ MPLS

2.1.1 Mặt phẳng chuyển tiếp (Forwarding plane)

2.1.2Mặt phẳng điều khiển ( Control Plane) 23

2.3.1 Giao thức phân phối nhãn

3.1 Giới thiệu về MPLS VPN

3.2.1 Hệ thống cung cấp dịch vụ MPLS VPN

3.2.2 Bộ định tuyến biên nhà cung cấp dịch vụ 37

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA MPLS TRONG VIỆC

4.1 Ứng dụng MPLS trong mạng IP core của EVNTelecom

4.1.1 Dịch vụ kênh thuê riêng leased line 61

4.1.2 Dịch vụ IP VPN

4.3 Giớ thiệu về việc cấp kệnh tới khách hàng 69

TỪ VIẾT TẮT

ATM Asynchnorous Tranfer Mode Truyền dẫn không đồng bộBGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên

DiffServ Differentiated Services Dịch vụ khác biệtFEC Forwarding Equivalency Class Lớp chuyển tiếp tương

đươngFTP File Tranfer Protocol Giao thức truyền fileHDLC High Data Link Control Điều khiển kết nối dữ liệu tốcIETF Internet Engineering Task Force Ủy ban tư vấn kỹ thuậtIntServ Integrated Services Dịch vụ tích hợp

IS-IS Intermediate System to

Intermediate System Protocol

Giao thức hệ thống trung giantới hệ thống trung gianLDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãnLER Label Edge Router Bộ định tuyến nhãn biên ra

LFIB Label Forwarding Information

Base Cơ sở thông tin chuyển tiếpLIB Label Information Base Bảng cơ sở dữ liệu nhãnLSP Label Switch Path Tuyến chuyển mạch nhãn

LSR Label Switch Router Bộ định tuyến chuyển mạch

nhãn

MPLS Multiprotool Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao

thứcOSPF Open Shortest Path First Giao thức OSPF

QoS Quanlity of Service Chất lượng dịch vụRSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành sẵn tài nguyênSLA Service Level Agreements Thỏa thuận cấp độ dịch vụVCI Virtual Channel Identifier Định danh kênh ảoVPI Virtual Packet Indentifier Định danh gói ảoVPN Virtual Pravite network Mạng riêng ảo

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ truyềnthông và thông tin, nghành công nghiệp viễn thông đã và đang tìm một phươngthức chuyển mạch có thể kết hợp ưu điểm của IP (như khả năng định tuyến mềmdẻo) và của ATM (khả năng chuyển mạch tốc độ cao) Công nghệ chuyển mạchnhãn đa giao thức (MPLS – Multi Protocol Label Switching) là kết quả phát triểncủa nhiều công nghệ chuyển mạch IP, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn của ATM đểtăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP.MPLS tách chức năng của bộ định tuyến IP (IP router ) ra làm hai phần riêng biệt :chức năng chuyển gói và chức năng điều khiển

Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các bộ địnhtuyến IP, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM Trong MPLS nhãn là mộtthực thể có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng Kỹ thuật hoán đổinhãn thực chất là tìm nhãn của một gói tin trong bảng các nhãn để xác định tuyếncủa gói và nhãn mới của nó Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tintheo kiểu thông thường và do vậy cải thiện được khả năng của thiết bị MPLS cóthể hoạt động được với nhiều giao thức định tuyến khác nhau như OSPF, IS-IS,BGP, ngoài ra nó còn có thể tương thích tốt với các mạng hiện tại như IP, ATM,Frame Relay Ngoài ra MPLS cung cấp khả năng mở rộng mạng lớn, cung cấpviệc quản lý chất lượng dịch vụ theo yêu cầu, khả năng điều khiển lưu lượng Với

ý nghĩa như vậy, mục đích của việc nghiên cứu đề tài bước đầu cung cấp cái nhìntổng quan về công nghệ MPLS và tiến tới đi sâu nghiên cứu để có thể ứng dụng vàtriển khai trong thực tế Với mục tiêu như vậy đề tài gồm các phần như sau:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ MPLS

Chương 2: Công nghệ chuyển mạch MPLS

Chương 3: Mạng riêng ảo MPLS

Chương 4 : Ứng dụng của MPLS

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MPLS

1.1 Giới thiệu về chuyển mạch đa giao thức (MPLS)

Như chúng ta đã biết, hiện nay, Internet đã phát triển thành một mạng lướirộng khắp và tạo ra một loạt các ứng dụng mới trong thương mại Những ứngdụng này mang đến đòi hỏi phải tăng và bảo đảm được yêu cầu băng thông trongmạng đường trục Thêm vào đó, ngoài các dịch vụ dữ liệu truyền thống được cungcấp qua Internet, dịch vụ thoại (voice) và các dịch vụ đa phương tiện đang đượcphát 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 vấn 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 chonguồn tài nguyên trên cơ sở hạ tầng Internet có sẵn

Bên cạnh vấn đề quá tải nguồn tài nguyên mạng Một thách thức khác liênquan tới việc truyền các byte và bit qua mạng đường trục để cung cấp các cấp độdịch vụ khác nhau đối với người dùng Sự phát triển nhanh chóng của số ngườidùng 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 (QoS) phải được quan tâm để có thể đáp ứng đượcnhững yêu cầu khác nhau của lượng lớn người dùng mạng

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

1.1.1 Các đặc điểm cơ bản của công nghệ MPLS

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 Bằng cách sử dụng các giao thức điều

khiển và định tuyến Internet MPLS cung cấp chuyển mạch hướng kết nối ảo quacác tuyến Internet bằng cách hỗ trợ các nhãn và trao đổi nhãn MPLS bao gồmviệc thực hiện các đường chuyển mạch nhãn LSP, nó cũng cung cấp các thủ tục vàcác giao thức cần thiết để phân phối các nhãn giữa các chuyển mạch và các bộđịnh tuyến.

Sử dụng MPLS để trao đổi khe thời gian TDM, chuyển mạch không gian vàcác bước sóng quang là những phát triển mới nhất Các nỗ lực này được gọi làGMPLS (Generalized MPLS)

Nhóm làm việc MPLS đã ra danh sách với 8 bước yêu cầu để xác định MPLS

đó là:

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

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

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

4. MPLS phải hỗ trợ mọi khả năng chuyển đổi của bất kỳ nhãn cho trước nào

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

6. MPLS cần xác định và ngăn chặn chuyển tiếp vòng

7. MPLS cần hoạt động trong mạng phân cấp

8. MPLS phải có tính kế thừa

Tám yêu cầu này cính là các nỗ lực phát triển cần tập trung Liên quan đến các yêu cầu này, nhóm làm việc cũng đã ra 8 mục tiêu chính mà MPLS cần đạt được:

1. Chỉ rõ các giao thức được tiêu chuẩn hóa nhằm duy trì và phân phối nhã 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)

2. Chỉ rõ các giao thức được tiêu chuẩn hóa nhằm duy trì và phân phối nhãn

để hỗ trợ định tuyến dựa vào đích multicast mà việc chuyển tiếp được thựchiện bằng cách trao đổi nhãn

3. Chỉ rõ các giao thức được tiêu chuẩn hóa nhằm duy trì và phân phối nhãn

để hỗ trợ phân cấp định tuyến mà việc chuyển tiếp được thực hiện bằngcách trao đổi nhãn, phân cấp định tuyến nghĩa là hiểu biết về topo mạngtrong hệ thống tự trị

4. Chỉ rõ các giaot hức được tiêu chuẩn hóa nhằm duy trì và phân phối nhãn

để hỗ trợ các đường riêng dựa vào trao đổi nhãn Các đường này có thểkhác so với các đường đã được tính toán trong định tuyến IP thông thường(định tuyến trong IP dựa vào chuyển tiếp theo địa chỉ đích) Các đườngriêng rất quan trọng trong các ứng dụng TE

5. Chỉ ra các thủ tục được tiêu chuẩn hóa để mang thông tin về nhãn qua cáccông nghệ lớp 2

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

7. Phải hỗ trợ cho các công nghệ QoS

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

1.1.2 Phương thức hoạt động

Thay thế cơ chế định tuyến lớp ba bằng cơ chế chuyển mạch lớp hai MPLShoạt động trong lõi của mạng IP Các router trong lõi phả enable MLPS trên từnggiao tiếp Nhãn được gắn thêm vào gói IP khi gói đi vào mạng MPLS Nhãn đượctách ra khi gói ra khỏi MPLS Nhãn (Label) được chèn vào giữ header lớp ba vàheader lớp hai Sử dụng nhãn trong quá trình gửi gói sau khi đã thiết lập đường đi.MPLS tập trung vào quá trình hoán đổi nhãn (Label Swapping) Một trong nhữngthế mạnh của kiến trúc MPLS là tự định nghĩa chồng nhãn (Label Stack)

Kỹ thuật chuyển mạch nhãn không phải là kỹ thuật mới Frame relay và

ATM cũng sử dụng công nghệ này để chuyển các khung (frame) hoặc các cell quamạng Trong Frame relay, các khung có độ dài bất kỳ, đối với ATM độ dài của cell

là cố định bao gồm phần mào đầu 5 byte và tải tin là 48 byte Phần mào đầu củacell ATM và khung của Frame Relay tham chiếu tới các kênh ảo mà cell hoặckhung này nằm trên đó Sự tương quan giữa Frame relay và ATM là tại mỗi bướcnhảy qua mạng, giá trị “nhãn” trong phần mào đầu bị thay đổi Đây chính là sựkhác nhau trong chuyển tiếp của gói IP Khi một router chuyển tiếp một gói IP, nó

sẽ không thay đôie giá trị mà gắn liền với đích đến của gói; hay nói cách khác nókhông thay đổi địa chỉ IP đích của gói Thực tế là các nhãn MPLS thường được sửdụng để chuyển tiếp các gói và địa chỉ IP đích không còn phổ biến trong MPLSnữa

1.2 Lịch sử phát triển và các ưu điểm của MPLS

1.2.1 Lịch sử phát triển MPLS

Việc hình thành và phát triển công nghệ MPLS xuất phát từ nhu cầu thực tế,được các nhà công nghiệp viễn thông thúc đẩy nhanh chóng Sự thành công vànhanh chóng chiếm lĩnh thị trường mà công nghệ này có được là nhờ vào việcchuẩn hoá công nghệ Quá trình hình thành và phát triển công nghệ, những giảipháp ban đầu của hãng như Cisco, IBM, Toshiba… Những nỗ lực chuẩn hoá của

tổ chức tiêu chuẩn IETF trong việc ban hành về tiêu chuẩn MPLS….sẽ cung cấpcho chúng ta những nhận định ban đầu về xu hướng phát triển MPLS

MPLS được đề xuất đầu tiên do hãng Ipsilon một hãng rất nhỏ về công nghệthông tin trong triển lãm về công nghệ thông tin, viễn thông tại Texas Sau đóCisco và hàng loạt hãng khác như IBM, Toshiba…công bố các sản phẩm côngnghệ chuyển mạch của họ dưới những tên khác nhau nhưng đều cùng chung bảnchất công nghệ chuyển mạch nhãn

Thiết bị định tuyến chuyển mạch tế bào của Toshiba năm 1994 là tổng đàiATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM Tổngđài của Ipsilon cũng là ma trận chuyển mạch ATM được điều khiển bởi khối xử lý

sử dụng công nghệ IP Công nghệ chuyển mạch thẻ của Cisco cũng tương tự

nhưng có bổ xung thêm một vài kỹ thuật như lớp chuyển tiếp tương đương FEC,giao thức phân phối nhãn Đến năm 1998 nhóm nghiên cứu IETF đã tiến hành cáccông việc để đưa ra tiêu chuẩn và khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức.

Sự ra đời của MPLS được dự báo là tất yếu khi nhu cầu và tốc độ phát triểnrất nhanh của mạng Internet đòi hỏi phải có một giao thức mới đảm bảo chấtlượng dịch vụ theo yêu cầu Có rất nhiều công nghệ xây dựng trên mạng IP:

• IP trên nền ATM (IPoA)

• IP trên nền SDH/SONET (IPOS)

• IP qua WDM

• IP qua cáp quang

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

sử dụng rộng rãi trong các mạng IP đường trục có tốc độ cao và đảm bảo đượcdịch vụ, điều khiển luồng và một số đặc tính khác mà các mạng định tuyến truyềnthống không có được, trong trường hợp đòi hỏi thời gian thực cao thì IpoA là giảipháp tối ưu MPLS được hình thành dựa trên kỹ thuật đó

1.2.2 Ưu điểm của MPLS

- Tốc độ và độ trễ:

Chuyển mạch nhãn được cung cấp để giải quyết vấn đề về tốc độ và độ trễmột cách hiệu quả Chuyển mạch nhãn nhanh hơn nhiều chuyển mạch IP cổ điểnbởi vì giá trị nhãn được đặt trong header của gói đến, được sử dụng để quản lýbảng định tuyến theo cách nhãn sẽ được sử dụng là chỉ mục trong bảng Việc tìmkiếm này yêu cầu chỉ một lần là tìm ra, ngược lại định tuyến cổ điển có thể phảitìm trong bảng đó vài nghìn lần Kết quả, trên luồng vận chuyển, các gói được gửithông qua mạng nhanh hơn thông thường, giảm thời gian trễ và đáp ứng thời giancho người dùng

- Khả năng mở rộng (Scalability):

Tốc độ là một mặt quan trọng của chuyển mạch nhãn, nhưng dịch vụ nhanhkhông phải là tất cả mà chuyển mạch nhãn có thể cung cấp Nó cũng có thể cung

cấp khả năng mở rộng, tức là điều tiết một số lượng lớn và ngày càng tăng nhanhchóng các user trên mạng Internet Chuyển mạch nhãn đề nghị một cách giải quyếtcho vấn đề phát triển mạng một cách nhanh chóng như vậy bằng cách cho phépmột số lượng lớn các địa chỉ IP được liên kết với nhau trên một hay một vài nhãn.Cách tiếp cận này sẽ cắt giảm bớt bảng định tuyến và cho phép một router phục vụnhiều người dùng hơn tại một thời điểm và cũng không cần đòi hỏi khả năng xử lýcao của các router.

- Tính đơn giản:

Một ưu điểm nữa của chuyển mạch nhãn đó là, về cơ bản nó chỉ là tập hợpcủa các giao thức định tuyến Nó rất đơn giản, chuyển tiếp một gói dựa trên nhãncủa gói đó Tất cả cơ chế điều khiển trên có thể phức tạp, nhưng chúng không làmảnh hưởng đến hiệu quả của đường dẫn Tức là sẽ có rất nhiều các phương phápkhác nhau để phân phối các nhãn dán do đường truyền, tuy nhiên sau khi các nhãn

đã được phân phối xong, hoạt động chuyển mạch nhãn sẽ được thực hiện một cáchrất nhanh chóng Chuyển mạch nhãn có thể được thực hiện trong một phần mềm,trong các mạch điện tử tích hợp hay trong một vi xử lý đặc biệt

- Mức sử dụng tài nguyên:

Cơ chế điểu khiển để thiết lập một nhãn phải không làm tiêu tốn nhiều tàinguyên Nó không được làm mất nhiều tài nguyên và chuyển mạch nhãn thì hoàntoàn không làm tiêu tốn nhiều tài nguyên để thực thi việc thành lập một con đườngchuyển mạch nhãn cho đường dẫn

1.3 MPLS là gì?

Chuyển mạch nhãn đa giao thức (Multiprotocol Label Switching (MPLS) là mộtloại kỹ thuật phân phát gói tin từ nguồn tới đích cho các mạng viễn thông hiệu suấtcao MPLS gửi dữ liệu từ một nút mạng tới nút tiếp theo dựa trên các nhãn đườngdẫn ngắn hơn là các địa chỉ mạng đường dài, tránh các tra cứu phức tạp trong mộtbảng định tuyến MPLS sử dụng định tuyến cưỡng bức để xác định các đường màluồng lưu lượng sẽ đi ngang qua đó và xác định đích tới của các gói chuyển mạchnhãn sử dụng các đường được xác định trước đó MPLS có thể đóng gói các gói

tin của các giao thức mạng khác nhau, do đó nó có tên "multiprotocol" MPLS hỗtrợ một loạt các công nghệ truy cập, bao gồm T1/E1, ATM, Frame Relay và DSL.

1.3.1 Chức năng của MPLS

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

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

• Cung cấp cách thức để ánh xạ các địa chỉ IP thành các nhãn đơn giản có độ dàikhông đổi được sử dụng bởi các công nghệ chuyển tiếp gói và chuyển mạch góikhác nhau

• Giao diện dùng chung với các giao thức định tuyến RSVP hay OSPF

• Hỗ trợ IP, ATM, Frame Relay

1.3.2 Lợi ích của MPLS

MPLS mang lại nhiều lợi ích như:

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

• Tương thích với hầu hết các giao thức định tuyến và các công nghệ khác liên quanđến Internet

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

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

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

• Có thể hoạt động trong một mạng phân cấp

• Có tính tương thích cao

1.3.2.1 Điều khiển lưu lượng:

Vấn đề quan trọng trong các mạng IP là thiếu khả năng điều khiển linhhoạt các luồng lưu lượng IP để sử dụng hiệu quả dải thông mạng có sẵn Do vậy,thiếu hụt này liên quan đến khả năng gửi các luồng được chọn xuống các đườngđược chọn ví dụ như chọn các đường trung kế được bảo đảm cho các lớp dịch vụriêng MPLS sử dụng các đường chuyển mạch nhãn LSP, đó chính là một dạng của

“lightweight VC” mà có thể được thiết lập trên cả ATM và thiết bị dựa trên gói tin.Khả năng kỹ thuật lưu lượng của MPLS sử dụng thiết lập các LSP để điều khiểnmột cách linh hoạt các luồng lưu lượng IP

1.3.2.2 Mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network)

VPN thiết lập cơ sở hạ tầng cho mạng Intranet và Extranet, đó là các mạng

IP mà các công ty kinh doanh sẽ thiết lập trên cơ sở toàn bộ cấu trúc kinh doanh

của họ Dịch vụ VPN là dịch vụ mạng Intranet và Extranet mà các mạng đó đượccung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ đến nhiều tổ chức khách hàng MPLS kết hợpvới giao thức BGP cho phép một nhà cung cấp mạng hỗ trợ hàng nghìn VPN củakhách hàng Như vậy, mạng MPLS cùng với BGP tạo ra cách thức cung cấp dịch

vụ VPN trên cả ATM và các thiết bị dựa trên gói tin rất linh hoạt, dễ mở rộng quy

mô và dễ quản lý Thậm chí trên các mạng của nhà cung cấp khá nhỏ, khả nănglinh hoạt và dễ quản lý của các dịch vụ BGP/MPLS VPN là ưu điểm chủ yếu

1.3.2.3 Tích hợp IP và ATM

Do “chuyển mạch nhãn” có thể thực hiện được bởi các chuyển mạch ATM,MPLS là một phương pháp tích hợp các dịch vụ IP trực tiếp trên chuyển mạchATM Sự tích hợp này cần phải đặt định tuyến IP và phần mềm LDP trực tiếp trênchuyển mạch ATM Do tích hợp hoàn toàn IP trên chuyển mạch ATM, MPLS chophép chuyển mạch ATM hỗ trợ tối ưu các dịch vụ IP như IP đa hướng (multicast),lớp dịch vụ IP, RSVP và mạng riêng ảo VPN

1 3 4 Hỗ trợ chất lượng dịch vụ Qos (Quality of Service)

Một thiếu sót của mạng IP so với mạng Frame Relay và ATM, là sự bất lựccủa chúng để cung cấp dịch vụ thoả mãn nhu cầu lưu lượng Ví dụ lưu lượng thờigian thực như voice hay video cần dịch vụ chất lượng cao (độ trễ luồng thấp, mấtluồng thấp…) khi truyền qua mạng Tương tự dữ liệu trong kinh tế thương mạiphải được ưu tiên qua trình duyệt web thông thường

Kết nối định hướng mang tính tự nhiên của MPLS cung cấp khung làm việchợp lý để đảm bảo chất lượng lưu lượng IP Trong khi QoS và lớp dịch vụ CoS(Class of Service) không phải là cơ sở đặc biệt của MPLS, chúng có thể ứng dụngtrong mạng MPLS khi kỹ thuật lưu lượng được sử dụng Điều này cho phép nhàcung cấp thiết lập hợp đồng mức dịch vụ SLA (Service Level Agreements) vớikhách hàng để đảm bảo dịch vụ như độ rộng băng, độ trễ, mức thấp thoát Dịch vụgiá trị gia tăng có thể được phân phối bổ sung như truyền tải dữ liệu cơ sở, tăngthu nhập và cuối cùng cho tiến tới mạng hội tụ

Hình 1-1: Các kỹ thuật QoS trong mạng IP

Intserv and Diffserv, qua thời gian một số kỹ thuật được phát triển để thiếtlập QoS/CoS trong một mạng Trong mô hình dịch vụ tích hợp Intserv (IntegratedServices), RSVP đã phát triển thủ tục báo hiệu QoS qua một mạng, cho phép thiết

bị sắp xếp và thiết lập thông số lưu lượng đảm bảo như độ rộng băng và độ trễ đầucuối - đầu cuối Nó sử dụng nguồn tài nguyên tại chỗ, đảm bảo dịch vụ xuống theoluồng cơ sở Mô hình dịch vụ khác nhau Diffserv (Differentiated Services) giảmbớt cứng nhắc, cung cấp phân phối CoS để đối xử như nhau đối với lớp lưu lượng

có mức ưu tiên như nhau, nhưng không có báo hiệu hay đảm bảo dịch vụ đầu cuốiđầu cuối Diffserv định nghĩa lại kiểu dịch vụ ToS (Type of Service) trong tiêu đềgói IP để cung cấp sự phân loại này

Trong khi Intserv đảm bảo độ rộng băng lưu lượng, nó xác nhận không thểtăng hay thực hiện hoạt động qua mạng lớn IETF kết hợp Difserv và kỹ thuật lưulượng MPLS để cung cấp QoS đảm bảo trong mạng MPLS Thông tin Diffservtrong tiêu đề gói IP được ánh xạ trong thông tin nhãn của gói MPLS Bộ địnhtuyến MPLS cập nhật thông tin ưu tiên để truyển tiếp dữ liệu thích hợp Một số cơchế sử dụng gồm chia sẻ lưu lượng, đợi, và phân loại gói

QoS thực hiện ở biên của đám mây MPLS, ở nơi lưu lượng phi nhãn từmạng khách hàng đi vào mạng truyền thông Tại cổng vào này, lưu lượng thời gianthực dễ bị ảnh hưởng như lưu lượng định dạng voice IP hay hội nghị video có thểđược ưu tiên phân phát qua sự chuyển giao dữ liệu lớn

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MPLS

2.1 Cấu trúc của nút MPLS

Một nút của MPLS có hai mặt phẳng: mặt phẳng chuyển tiếp MPLS và mặtphẳng điều khiển MPLS Nút MPLS có thể thực hiện định tuyến lớp ba hoặcchuyển mạch lớp hai Hình sau mô tả cấu trúc cơ bản của một nút MPLS:

2.1.1 Mặt phẳng chuyển tiếp (Forwarding plane)

Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng một cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn Label Forwarding Information Base) để chuyển tiếp các gói Mỗi nút MPLS có haibảng liên quan đến việc chuyển tiếp là: cơ sở thông tin nhãn (LIB - LabelInformation Base) và LFIB LIB chứa tất cả các nhãn được nút MPLS cục bộ đánhdấu và ánh xạ của các nhãn này đến các nhãn được nhận từ láng giềng (MPLS

(LFIB-Giao thức định tuyến IP Giao thức phân phối nhãn

Bảng định tuyến IP (ECF FIB)

Cơ sở định tuyến chuyểntiếp nhãn (LFIB)

Chuyển đổi thông tin định tuyến

Chuyển đổi thông tin liên kết nhãn

Các gói IP ra Các gói IP

neighbor) của nó LFIB sử dụng một tập con các nhãn chứa trong LIB để thực hiệnchuyển tiếp gói.

Nhãn MPLS

Một nhãn MPLS là một trường 32 bit cố định với cấu trúc xác định Nhãnđược dùng để xác định FEC (Forwarding Equivalence Classes – Nhóm chuyểntiếp tương đương)

Đối với ATM, nhãn được đặt cả ở hoặc là trường VCI hoặc VPI của màođầu ATM Tuy nhiên, nếu là khung trong Frame Relay, nhãn lại được đặt ở trườngDLCI của mào đầu Frame Relay

Kỹ thuật lớp 2 như Ethernet, Token Ring, FDI, và kết nối point-to-pointkhông thể tận dụng được trường địa chỉ lớp 2 của chúng để mang nhãn đi Những

kỹ thuật này mang nhãn trong những mào đầu đệm (shim) Đối với các dạng góitin không có cấu trúc nhãn, thì một khung 4 bytes được chèn vào như trong hìnhvẽ:

Hình 2-2: Cấu trúc của một nhãn MPLS

• 20 bit đầu (0-> 19): Giá trị của nhãn, giá trị này nằm trong khoảng từ 0 đến220-1 hoặc 1.048.575 giá trị nhãn khác nhau Tuy nhiên, 16 giá trị đầu tiên khôngđược dùng để sử dụng; nó được sử dụng với những ý nghĩa đặc biệt

• 3 bit( 20-> 22) bit thực nghiệm (EXP- experimental) Những bit này chỉ được sửdụng trong chất lượng của dịch vụ (QoS); khi các gói MPLS xếp hàng có thể dùngcác bit EXP tương tự như các bit IP ưu tiên (IP Precedence) Những bit được đặttên là “thực nghiệm” là có lý do lịch sử Trong quá khứ, không ai biết cách sửdụng

• Bit 23: 1 bit, bit 23 là bit cuối của ngăn xếp Bit này sẽ được lập là 1 khi đây lànhãn cuối cùng của ngăn xếp, còn đối với các nhãn khác nó là 0 (bit BoS) Chồngnhãn là sự tập trung của những nhãn mà được đặt phía trên của gói Chồng nhãn

có thể chỉ gồm một nhãn, hoặc nhiều nhãn Số lượng các nhãn (ở đây là trường 32bit) mà ta có thể tìm thấy trong ngăn xếp là vô hạn, mặc dù ta ít khi nhìn thấy mộtngăn xếp có bốn nhãn hoặc hơn

• 8 bit cuối (24-> 31): TTL (time to love) có chức năng chống lặp bằng vòng bằngcách định thời gian tồn tại của gói tin trong mạng MPLS tương tự như thành phầnTTL trong header gói tin IP

• Nhãn Aggregate: với nhãn này, khi gói MPLS đến nó bị bóc tất cả nhãntrong chồng nhãn ra để trở thành một gói IP và thực hiện tra cứu trong FIB

để xác định giao tiếp ngõ ra cho nó

Ngăn xếp (Label Stack)

Ngăn xếp nhãn là kỹ thuật sử dụng trong việc đóng gói IP Nó cho phép mộtgói có thể mang nhiều hơn một nhãn Nó được cung cấp bởi việc đưa vào mộtnhãn mới (mức 2) bên trên nhãn đã tồn tại (mức 1), gói được chuyển tiếp qua

mạng dựa trên cơ sở các nhãn ở mức 2, sau khi qua mạng này thì nhãn mức 2 bịloại ra và việc chuyển tiếp này hoạt động dựa trên các nhãn mức 1 Nhãn trên cùngđứng sau header lớp 2, còn nhãn cuối đứng trước header 3 Tại mỗi bước nhảyđịnh tuyến chỉ xử lý nhãn trên cùng ngăn xếp nhãn.

Hình 2-3: Ngăn xếp nhãn

Chuyển mạch nhãn được thiết kế để co giãn 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 chophép thiết kế các LSR trao đổi thông tin với nhau và hành động này giống nhưviệc tạo đường viền node để tạo ra một miền mạng rộng lớn và các LSR khác

Trong ngăn xếp nhãn thì nhãn cuối luôn có giá trị S là 1, các nhãn còn lại S

- MPLS TE: sử dụng kỹ thuật trafic engineering và phương pháp phân phối nhãnRSVP dùng để xác định LSP cần dùng Nhãn còn lại được dùng để hội tụ đầu cuốivới từng LSP

Mã hóa MPLS

Ngăn xếp nhãn được đặt trước gói lớp 3- trước header của giao thức vậnchuyển, nhưng sau header của lớp 2 Ngăn xếp MPLS thường được gọi là header

đệm (shin header) bởi vị trí của nó.

Hình 2-4 : Vị trí của ngăn xếp nhãn cho gói được gán nhãn

Có nhiều khiểu đóng gói mà lớp 2 có thể đáp ứng hoặc liên kết được có sự

hỗ trợ của Cisco IOS như: PPP, HDLC, Ethernet …Do ngăn xếp nhãn trong khungLớp 2 được đặt trước header của Lớp 3 hoặc những giao thức truyền tải khác, ta cóthể có những giá trị mới trong trường giao thức lớp kết nối dữ liệu, những giá trịnày chỉ ra được phần tiếp theo của header lớp 2 sẽ là gói được dán nhãn MPLS.Trường giao thức lớp kết nối dữ liệu là một giá trị chỉ ra loại tải mà khung lớp 2truyền đi

Bảng 2.1: Giá trị xác định giao thức MPLS cho các dạng đóng gói lớp 2

Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB)

LFIB được duy trì bởi một nút MPLS chứa một chuỗi các ennty (mụcnhập) Như hình dưới đây, mỗi đường nhập vào chứa một nhãn tới và một hoặcvài mục phụ LFIB được lập bảng chứa các giá trị trong nhãn tới

Transported Protocol MPS Label Stack

Layer 2 Header

Layer 2 Frame

No subentryFirst subentry

Incoming Label

Hình 2-5 : Cấu trúc của LFIB

Thuật toán chuyển tiếp gói

Chuyển mạch nhãn sử dụng thuật toán chuyển tiếp dựa trên việc trao đổinhãn Nút MPLS mà duy trì một LFIB đơn lấy giá trị nhãn từ trường nhãn tìm thấytrong gói tới và sử dụng giá trị này như chỉ số trong LFIB Sau khi một nhãn ra từmục phụ và gửi gói qua giao diện ra cụ thể tới nút tiếp cụ thể theo bởi mục phụ.Nếu mục phụ chỉ ra một hàng đợi ra, nút MPLS đặt trong hàng đợi cụ thể

Nếu nút MPLS duy trì nhiều LFIB cho mỗi giao diện của nó, nó sử dụnggiao diện vật lý nơi gói đến để chọn một LFIB cụ thể phục vụ để chuyển tiếp gói.Thông thường, thuật toán chuyển tiếp sử dụng nhiều loại thuật toán để chuyển tiếpunicast, multicast và gói unicast với bit ToS được thiết lập Tuy nhiên, MPLS chỉ

sử dụng một thuật toán chuyển tiếp dựa trên trao đổi nhãn

Một nút MPLS có thể lấy ra tất cả thông tin nó cần để chuyển tiếp cũng như

để xác định tài nguyên dành riêng cần thiết bằng việc truy nhập bộ nhớ đơn Tracứu tốc độ cao và khả năng chuyển tiếp làm cho chuyển mạch nhãn thành kỹ thuậtchuyển mạch có tính thực thi cao MPLS cũng có thể được sử dụng để vận chuyểngiao thức lớp 3 khác như: Ipv6, IPX hoặc Apple Talk từ Ipv4 Đặc tính này giúpMPLS có thể tương thích tốt với việc chuyển đổi các mạng từ Ipv4 sang Ipv6

Outgoing labelOutgoing interfaceNext hop address

Incoming label Outgoing label

Outgoing interfaceNext hop address

Outgoing label Outgoing interfaceNext hop address

Outgoing labelOutgoing interfaceNext hop addressIncoming labe

Incoming labe

Outgoing label Outgoing interfaceNext hop address

Outgoing label Outgoing interfaceNext hop address

2.1.2 Mặt phẳng điều khiển ( Control Plane)

Mặt phẳng điều khiển MPLS chịu trách nhiệm tạo ra và lưu trữ LIB Tất cảcác nút MPLS phải chạy một giao thức định tuyến IP để trao đổi thông tin địnhtuyến đến các nút MPLS khác trong mạng Các nút MPLS enable ATM sẽ dùngmột bộ điều khiển nhãn (LSC–Label Switch Controller) như router 7200, 7500hoặc dùng một module xử lý tuyến (RMP – Route Processor Module)

• Các giao thức định tuyến Link-state như OSPF và IS-IS là các giao thứcđược chọn vì chúng cung cấp cho mỗi nút MPLS thông tin của toàn mạng Trongcác bộ định tuyến thông thường, bản định tuyến IP dùng để xây dựng bộ lưu trữchuyển mạch nhanh (Fast switching cache) hoặc FIB Tuy nhiên với MPLS, bảnđịnh tuyến IP cung cấp thông tin của mạng đích và subnet prefix Các giao thứcđịnh tuyến link-state gửi thông tin định tuyến (flood) giữa một tập các router nốitrực tiếp, thông tin liên kết nhãn chỉ được phân phối giữa các router nối trực tiếpvới nhau bằng cách dùng giao thức phân phối (LDP hoặc TDP)

• Các nhãn được trao đổi giữa các nút MPLS kế cận để xây dựng nên LFIB.MPLS dùng một mẫu chuyển tiếp dựa trên sự hoán đổi nhãn để kết nối với cácnode điều khiển khác nhau Mỗi node điều khiển chịu trách nhiệm đánh dấu vàphân phối một tập các nhãn cũng như lưu trữ các thông tin điều khiển có liên quankhác Các giao thức cổng nội IGP – Interior Gateway Potocols-được dùng để xácnhận khả năng đến được, sự liên kết, và ánh xạ giữa FEC và địa chỉ trạm kế (next-hop address)

Thông tin liên kết nhãn chỉ được phân phối giữa các router nối trực tiếp vớinhau bằng cách dùng giao thức phân phối LDP

Các môđun điều khiển MPLS gồm:

• Định tuyến Unicast (Unicast Routing)

• Định tuyến Multicast (Multicast Routing)

• Kỹ thuật lưu lượng (Trafic Engineer)

• Mạng riêng ảo (VPN - Vitural private Network)

• Chất lượng dịch vụ (QoS- Quality of Service)

Hình 2-6: Các thành phần mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển của MPLS

Điều khiểnđịnh tuyếnMPLS/VPN

Điều khiểnLưu lượng(MPLS TE)

Điều khiểnđịnh tuyếnMPLS IP

Cơ sở thông tin chuyển tiếp

nhãn LFIB

Mặt phẳng dữ liệu tại một nút

mạng

• LSR trung gian (intermediate LSR) – các LSR trung gian này sẽ nhận cácgói có nhãn tới, thực hiện các thao tác trên nó, chuyển mạch gói và truyềngói đến đường kết nối dữ liệu đúng

Một LSR có 3 chức năng chính: trao đổi thông tin định tuyến, trao đổi nhãn

và chuyển tiếp gói dữ liệu đi dựa vào nhãn Hoạt động trao đổi thông tin đinhtuyến và trao đổi nhãn xảy ra trên mặt phẳng điều khiển, còn việc chuyển gói dữliệu đi là hoạt động của mặt phẳng dữ liệu

Chức năng chính của một LSR là chuyển mạch nhãn Bởi vậy, một LSR cần

có một giao thức định tuyến (OSPF, RIP, EIGRP, IS-IS) và một giao thức phânphối nhãn

Hình 2-7: Sơ đồ nguyên lý chức năng của một LSR

Incoming

labeled

packets

LFIB

trên lớp chuyển tiếp tương đương FEC.

Thứ hai, LSP có thể được thiết lập dựa trên ý tưởng của định tuyến cưỡng bức.Cách này có thể dùng một giao thức định tuyến để hỗ trợ việc thiết lập LSP nhưngLSP cũng bị cưỡng bức bởi một số nhân tố khác như sự cần thiết phải cung cấpmột mức độ QoS tốt (lưu lượng nhạy cảm với thời gian thực là thử thách đầu tiêncủa định tuyến cưỡng bức)

2.2.3 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC)

Forwarding Equivalence Class: Là khái niệm được dùng để chỉ một nhóm cácgói được đối xử như nhau qua mạng MPLS ngay cả khi có sự khác biệt giữa cácgói tin này thể hiện trong mào đầu lớp mạng Thuật ngữ FEC được sử dụng tronghoạt động chuyển mạch nhãn FEC được dùng để miêu tả sự kết hợp của các góiriêng biệt với một địa chỉ đích thường là điểm nhận lưu lượng cuối cùng chẳnghạn như một tổng đài host

FEC cũng có thể liên kết một giá trị FEC với một địa chỉ đích và một lớplưu lượng Lớp lưu lượng được liên kết với một chỉ số cổng đích

Tại sao phải dùng FEC?

Vì nó cho phép nhóm các gói vào các lớp Từ nhóm này, giá trị FEC trongmột gói có thể được dùng để thiết lập độ ưu tiên cho việc 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 lượng nhóm mới ưu tiên thấp…

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

FEC là một sự biểu diễn của nhóm các gói, các nhóm này chia sẻ cùng yêucầu trong sự vận chuyển của chúng Tất cả các gói trong một nhóm như vậy đượccung cấp cùng một cách chọn đường tới đích Ngược với chuyển tiếp IP truyềnthống, trong MPLS việc gán một gói cụ thể vào một FEC cụ thể được thực hiệnchỉ một lần khi các gói vào trong mạng Các FEC dựa trên các yêu cầu dịch vụ đốivới một tập các gói cho trước hay đơn giản chỉ là đối với địa chỉ cho trước

Mỗi LSR xây dựng một bảng để xác định xem gói được chuyển tiếp nhưthế nào Bảng này được gọi là bảng thông tin nhãn cơ bản LIB, nó là tổ hợp ràngbuộc FEC với nhãn ( FEC- to- label)

2.3 Các giao thức sử dụng trong MPLS

2.3.1 Giao thức phân phối nhãn

Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho cácgói tin Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các LSR sử dụng đểtrao đổi và điều phối quá trình gián nhãn/ FEC Giao thức này là một tập hợp thủtục trao đổi các nhãn bản tin cho phép các LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FECnhất định để truyền gói tin

Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bảntin LDP được truyền theo đúng thứ tự Các bản tin LDP có thể xuất phát từ bất kỳmột LSR (điều khiển đường chuyển mạch LSP độc lập ) hay từ LSR biên lối ra(điều khiển LSP theo lệnh ) và chuyển từ LSR phía trước đến LSR phía sau cận

kề

Việc trao đổi các bản tin LDP có thể được khởi phát bởi sự xuất hiện của

luồng số liệu đặc biệt, bản tin lập dự trữ RSVP hay cập nhật thông tin định tuyến.Khi một cặp LSR đã trao đổi bản tin LDP cho một FEC nhất định thì một đườngchuyển mạch LSP từ đầu vào đến đầu ra được thiết lập sau khi mỗi LSR ghépnhãn đầu vào nới đầu ra tương ứng trong LIB của nó.

Phát hiện LSR lân cận: Thủ tục LSR lân cận của LDP chạy trên UDP và thực hiệnnhư sau:

Một LSR định kỳ gửi bản tin Hello tới tất cả giao diện của nó Những bảntin này được gửi trên UDP, với địa chỉ multicast của tất cả router trên mạng con

- Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin Hello này trên cổng UDP Như vậy, tạimột thời điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có kếtnối trực tiếp

- Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì

nó sẽ thiết lập kết nối TCP đến LSR đó

- Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR Phiên LDP là phiên hai chiều

có nghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi ràng buộcnhãn

Trong trường hợp các LSR không kết nối trực tiếp trong một mạng con,người ta sử dụng một cơ chế bổ sung như sau:

- LSR định kỳ gửi bản tin Hello trên UDP đến địa điạ chỉ IP đã được khaibáo khi lập cấu hình Phía nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tinHELLO khác truyền ngược lại đến LSR gửi và việc thiết lập các phiên LDPđược thực hiện như trên

Hình 2-9: Thủ tục phát hiện LSR lân cận.

 Phân phối nhãn với LDP

Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các LSR sử dụng đểtrao đổi và điều phối quá trình gán nhãn/FEC Giao thức này là tập hợp các thủ tụctrao đổi các bản tin cho phép các LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC nhất định đểtruyền các gói thông tin

Hình 2-10: Quan hệ giữa các LDP với các giao thức khác

Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bảntin LDP được truyền một cách trung thực theo đúng thứ tự Các bản tin LDP có thểxuất phát từ trong bất cứ một LSR (điều khiển đường chuyển mạch nhãn LSP độclập) hay từ LSR biên lối ra (điều khiển LSP theo lệnh) và chuyển từ LSR phíatrước đến LSR bên cạnh phía sau Việc trao đổi các bản tin LDP có thể được khởiphát bởi sự xuất hiện của luồng số liệu đặc biệt, bản tin lập dự trữ RSVP hay cập

nhật thông tin định tuyến

 Các tính chất cơ bản của giao thức phân phối nhãn LDP

LDP có các tính chất cơ bản như sau:

• Cung cấp cơ chế nhận biết LSR cho phép các LSR ngang cấp tìm kiếmnhau và thiết lập kết nối

 Các bản tin NOTIFICATION, sử dụng để cung cấp các thông tin trợ giúp

và thông tin lỗi tín hiệu

• Chạy trên TCP cung cấp phương thức phân phối bản tin đáng tin cậy (ngoạitrừ các bản tin DISCOVERY)

• Thiết kế cho phép khả năng mở rộng dễ dàng, sử dụng các bản tin được xácđịnh như một tập hợp các đối tượng mã hóa TLV (kiểu, độ dài, giá trị)

 Thủ tục phát hiện LSR lân cận

Thủ tục phát hiện LSR lân cận của LDP chạy trên UDP và thực hiện nhưsau:

• Một LSR định kỳ gửi đi bản tin HELLO tới các cổng UDP đã biết trong tất

cả các bộ định tuyến trong mạng con của nhóm multicast

• Tất cả các LSR tiếp nhận bản tinh HELLO này trên cổng UDP Như vậy, tạimột thời điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có kếtnối trực tiếp

• Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ

2. Thông thường trường hợp này hay được áp dụng khi giữa 2 LSR có mộtnhãn LSP cho điều khiển lưu lượng và nó yêu cầu phải gửi các gói có nhãnqua đường LSP đó.

 Giao thức truyền tải tin cậy

Việc quyết định sử dụng TCP để truyền các bản tin LDP là một vấn đề cầnxem xét Yêu cầu về độ tin cậy là rất cần thiết: nếu việc liên kết nhãn hay yêu cầuliên kết nhãn được truyền một cách không tin cậy thì lưu lượng cũng không đượcchuyển mạch theo nhãn Một vấn đề quan trọng nữa đó là thứ tự các bản tin phảibảo đảm đúng Như vậy liệu việc sử dụng TCP để truyền LDP có bảo đảm haykhông và có nên xây dựng luôn chức năng truyền tải này trong bản thân LDP haykhông?

Việc xây dựng các chức năng bảo đảm độ tin cậy trong LDP không nhấtthiết phải thực hiện toàn bộ các chức năng của TCP trong LDP mà chỉ cần dừng lại

ở những chức năng cần thiết nhất ví dụ như chức năng điều khiển tránh tắc nghẽn

được coi là không cần thiết trong LDP Tuy nhiên việc phát triển thêm các chứcnăng đảm bảo độ tin cậy trong LDP cũng có nhiều vấn đề cần xem xét ví dụ nhưcác bộ định thời cho các bản tin ghi nhận và không ghi nhận, trong trường hợp sửdụng TCP chỉ cần 1 bộ định thời của TCP cho toàn phiên LDP.

Khi LSR hoạt động ở chế độ duy trì bảo thủ, nó sẽ chỉ giữ những giá trịNhãn/FEC mà nó cần tại thời điểm hiện tại Các chuyển đổi khác được giải phóng.Ngược lại trong chế độ duy trì tiên tiến LSR giữ tất cả các chuyển đổi mà nó đượcthông báo ngay cả khi một số không được sử dụng tại thời điểm hiện tại Hoạtđộng của chế độ này như sau:

- LSR1 gửi gắn kết nhãn vào một số FEC đến một trong các LSR lân cận(LSR 2) nó cho FEC đó

- LSR2 nhận thấy LSR1 hiện tại không phải là nút tiếp theo đối với FEC đó

và nó không thể sử dụng gắn kết này cho mục đích chuyển tiếp tại thờiđiểm hiện tại nhưng nó vẫn lưu việc gắn kết này lại

- Tại thời điểm nào đó sau này có sự xuất hiện thay đổi định tuyến và LSR 1trở thành nút tiếp theo của LSR2 đối với FEC đó thì LSR2 sẽ cập nhật thôngtin trong bảng định tuyến tương ứng và có thể chuyển tiếp các gói có nhãn đếnLSR1 trên tuyến mới của chúng Việc này được thực hiện một cách tự động màkhông cần đến báo hiệu LDP hay quá trình phân bổ nhãn mới

2.3.2 Giao thức đặt trước tài nguyên

Sau khi đã xem xét những thành phần chính trong cấu trúc dịch vụ tích hợp,phần này chúng ta sẽ tập trung vào giao thức báo hiệu RSVP là giao thức báo hiệuđóng vai trò rất quan trọng trong MPLS RSVP là giao thức cho phép các ứngdụng thông báo các yêu cầu về QoS với mạng và mạng sẽ đáp ứng bằng nhữngthông báo thành công hoặc thất bại RSVP phải mang các thông tin sau:

• Thông tin phân loại, nhờ nó mà các luồng lưu lượng với các yêu cầu QoS

cụ thể có thể được phân biệt trong mạng Thông tin này bao gồm địa chỉ IPphía gửi và phía nhận, số cổng UDP

• Chỉ tiêu kỹ thuật của luồng lưu lượng và các yêu cầu QoS, theo khuôn dạngTSpec và RSpec, bao gồm các dịch vụ yêu cầu (có bảo đảm hoặc tải điềukhiển)

Rõ ràng là RSVP phải mang những thông tin này từ các máy chủ tới tất cảcác tổng đài chuyển mạch và các bộ định tuyến dọc theo đường truyền từ bộ gửiđến bộ nhận, vì vậy tất cả các thành phần mạng này phải tham gia vào việc đảmbảo các yêu cầu QoS của ứng dụng

RSVP mang các thông tin trong hai loại bản tin cơ bản là: PATH và RESV.Các bản tin PATH truyền từ bộ gửi tới một hoặc nhiều bộ nhận có chứa TSpec vàcác thông tin phân loại do bộ gửi cung cấp Một lý do cho phép có nhiều bộ nhận

là RSVP được thiết kế để hỗ trợ multicast

Khi bộ nhận nhận được bản tin PATH, nó có thể gửi bản tin RESV trở lạicho bộ gửi Bản tin RESV xác nhận phiên có chứa thông tin về số cổng dành riêng

và RSpec xác nhận mức QoS mà bộ nhận yêu cầu Nó cũng bao gồm một vàithông tin xem xét những bộ gửi nào được phép sử dụng tài nguyên đang được cấpphát

Hình 2- 12: Thủ tục báo hiệu trong RSVP.

 MPLS hỗ trợ RSVP

Khi nhận được bản tin RESV chứa đối tượng LABEL, một LSR thiết lậpLFIB của nó với nhãn này là nhãn lối ra Sau đó nó cấp phát một nhãn để sử dụngnhư là nhãn lối vào và chèn nó vào bản tin RESV trước khi gửi nó đi

Hình 2- 13: Nhãn phân phối trong bản tin RESV.

Để hỗ trợ một vài cách sử dụng tăng cường của RSVP, MPLS định nghĩamột đối tượng RSVP, MPLS định nghĩa một đối tượng RSVP mới có thể mangtrong bản tin PATH là: đối tượng LABEL_REQUEST Đối tượng này thực hiện haichức năng Thứ nhất, nó được sử dụng để thông báo cho một LSR tại phía cuốicủa LSP gửi RESV trở về để thiết lập LSP Thứ hai, khi LSP được thiết lập chomột tập các gói tin, không chỉ là một luồng ứng dụng riêng, đối tượng chứa mộttrường để xác định giao thức lợp cao hơn sẽ sử dụng LSP

 RSVP và khả năng mở rộng

Một trong những điều chắc chắn về RSVP là nó có thể chịu tổn thất về khảnăng mở rộng ở một mức nào đấy Trong thực tế, đặc tính này không chính xáchoàn toàn RSVP khởi đầu được thiết kế để hỗ trợ dự trữ tài nguyên cho các luồngứng dụng riêng và đây là nhiệm vụ với những thách thức về khả năng mở rộng vốncó

Trong một miền MPLS, một nhãn gán tới một địa chỉ (FIB) đích được phânphối tới các láng giềng ngược dòng sau khi thiết lập session Việc kết nối giữamạng cụ thể với nhãn cục bộ và một nhãn trạm kế (nhận từ router xuôi dòng) đượclưu trữ trong LFIB và LIB MPLS dùng các phương thức phân phối nhãn như sau:

- Yêu cầu xuôi dòng (Downstream on demand)

- Tự nguyện xuôi dòng (Unsolicited downstream)

Hình 2-14: Phương thức phân phối nhãn.

CHƯƠNG 3: MẠNG RIÊNG ẢO MPLS

3.1 Giới thiệu về MPLS VPN

MPLS-VPN được coi là sự kết hợp các ưu điểm của cả hai mô hình mạngriêng ảo chồng lấn và ngang hàng Việc thiết lập các mạng riêng ảo trên nền MPLScho phép đảm bảo định tuyến tối ưu giữa các site khách hàng, phân biệt địa chỉkhách hàng thông qua nhận dạng tuyến và hỗ trợ xây dựng các mô hình VPN phứctạp trên cơ sở đích định tuyến Chương này trình bày những vấn đề cơ bản nhất vềmạng riêng ảo trên nền MPLS, nguyên lí hoạt động cũng như những khả năng màMPLS-VPN mang lại Các đặc điểm chính của hai loại hình mạng riêng ảo trênnền IPSec và MPLS cũng được so sánh để qua đó làm nổi bật những ưu điểm củagiải pháp MPLS-VPN Nội dung chương này bao gồm:

3.2.1 Hệ thống cung cấp dịch vụ MPLS VPN

Một khái niệm quan trọng cần nhắc lại khi nghiên cứu về mạng riêng ảo trênnền MPLS là site VPN là một tập hợp nhiều site chia sẻ cùng thông tin định tuyếnchung Như vậy, một site có thể thuộc về nhiều hơn một VPN nếu nó nắm giữ cáctuyến từ mỗi VPN riêng Điều này cung cấp khả năng xây dựng các VPN cục bộ,

mở rộng cũng như các VPN truy nhập từ xa Khi các site của VPN thuộc về mộtdoanh nghiệp thì VPN đó được coi là cục bộ, còn nếu các site của VPN thuộc vềnhững doanh nghiệp khác nhau thì VPN đó là VPN mở rộng mở rộng

Một cách khái quát, mô hình hệ thống cung cấp dịch vụ MPLS-VPN được thể hiệntrên hình 4.1

Hình 4.1 Hệ thống cung cấp dịch vụ MPLS-VPN và các thành phần

Như trên hình vẽ có thể thấy, các thành phần cơ bản trong MPLS-VPN bao gồm:

- Mạng lõi IP/MPLS được quản trị bởi nhà cung cấp dịch vụ;

- Bộ định tuyến lõi của mạng nhà cung cấp;

- Bộ định tuyến biên của mạng, cung cấp thông tin định tuyến của kháchhàng và thực hiện đáp ứng dịch vụ cho khách hàng từ phía nhà cung cấp;

- Bộ định tuyến biên của các hệ tự trị AS (Autonomous System), thực hiệnvai trò kết nối với các AS khác Những AS này có thể có cùng hoặc khácnhà điều hành;

- Mạng khách hàng, được coi là mạng truy nhập tới vùng mạng lõi;

- Bộ định tuyến khách hàng, đóng vai trò là cầu nối giữa mạng khách hàng

và mạng của nhà cung cấp Những bộ định tuyến này có thể được quản trịbởi khách hàng hoặc nhà cung cấp dịch vụ

3.2.2 Bộ định tuyến biên nhà cung cấp dịch vụ

Như đã giới thiệu ở trên, thành phần rất quan trọng và không thể thiếu khitriển khai MPLS-VPN là các thiết bị định tuyến biên của nhà cung cấp dịch vụ.Các bộ định tuyến biên PE trong MPLS-VPN có kiến trúc giống như kiến trúcVPN ngang hàng dùng chung bộ định tuyến chia sẻ, chỉ có sự khác biệt là toàn bộmọi thứ được tập trung trong một thiết bị vật lý (hình 4.2)

Hình 4.2 Bộ định tuyến PE và sơ đồ kết nối các site khách hang