Tải bản đầy đủ

Công nghệ MPLS và ứng dụng.doc

Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
MỤC LỤC
THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT .................................................................................. i
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................. iii
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ MPLS ................................................ 1
1.1 Xu hướng phát triển dịch vụ .................................................................................. 1
1.2 Xu hướng phát triển công nghệ mạng .................................................................... 3
1.2.1 Định tuyến và chuyển mạch gói truyền thống .................................................. 3
1.2.2 Công nghệ mạng dựa trên giao thức IP ............................................................ 3
1.2.3 Công nghệ ATM ............................................................................................. 4
1.2.4 IP và ATM ..................................................................................................... 4
So sánh giữa IP và ATM ...................................................................................... 4
Giải pháp sử dụng mô hình xếp chồng .................................................................. 6
1.3 Sự ra đời công nghệ MPLS ................................................................................... 8
1.3.1 Chuyển mạch nhãn là gì? ................................................................................ 8
1.3.2 Tại sao sử dụng MPLS? ................................................................................ 10
Tốc độ và trễ ...................................................................................................... 10
Khả năng mở rộng mạng .................................................................................... 11
Tính đơn giản ..................................................................................................... 11
Sử dụng tài nguyên ............................................................................................. 12
Điều khiển đường đi ........................................................................................... 12

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ MPLS ............................................................................. 14
2.1 Một số vấn đề cơ bản ........................................................................................... 14
2.1.1 Các thuật ngữ, định nghĩa sử dụng trong MPLS ........................................... 14
2.1.2 Một sồ vấn đề liên quan đến nhãn (Label) ..................................................... 16
Không gian nhãn ............................................................................................... 16
Lưu Anh Tú, D2001VT
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
Sự duy nhất của nhãn trong không gian nhãn ...................................................... 17
Ngăn xếp nhãn ................................................................................................... 19
Sự duy trì nhãn ................................................................................................... 22
Tổng hợp FEC ................................................................................................... 23
Hợp nhất nhãn .................................................................................................... 24
2.1.3 Một số vấn đề liên quan đến ràng buộc nhãn (FEC/Label) ............................. 25
Các phương pháp ràng buộc nhãn với FEC ......................................................... 25
Các chế độ điều khiển ràng buộc nhãn với FEC ................................................. 27
Phân bổ ràng buộc nhãn không theo yêu cầu và theo yêu cầu ............................. 29
2.2 Các loại thiết bị trong mạng MPLS ...................................................................... 30
2.3 Các chế độ hoạt động của MPLS ......................................................................... 31
2.3.1 Chế độ khung ................................................................................................ 31
2.3.2 Chế độ tế bào ................................................................................................ 33
2.4 Các giao thức phân bổ nhãn ................................................................................. 34
2.4.1 Giao thức phân phối nhãn LDP ............................................................... 35
Giới thiệu ........................................................................................................... 35
Các loại bản tin LDP .......................................................................................... 36
Thủ tục thăm dò LSR lân cận ............................................................................. 37
Các bản tin LDP ................................................................................................ 38
Phát hành và sử dụng nhãn ................................................................................. 43
2.4.2 Giao thức RSVP với việc phân bổ nhãn ......................................................... 48
2.4.3 Giao thức BGP với việc phân bổ nhãn ........................................................... 54
2.5 Định tuyến trong mạng MPLS. ............................................................................ 55
2.5.1 Định tuyến cưỡng bức (CR) với CR-LDP .................................................. 56
Khái niệm ........................................................................................................... 56
Định tuyến hiện (ER) và định tuyến cưỡng bức (CR) ......................................... 57
Lưu Anh Tú, D2001VT
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
LDP và định tuyến cưỡng bức (CR) ................................................................... 58
Thuật toán định tuyến cưỡng bức ....................................................................... 58
Các bản tin và các TLV sử dụng trong CR ......................................................... 62
CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ MPLS ............................................ 70
3.1 Mạng thế hệ kế tiếp (NGN) của Tổng công ty BCVT Việt Nam .......................... 70


3.1.1 Mở đầu .......................................................................................................... 70
3.1.2 Cấu trúc phân lớp chức năng NGN ................................................................ 71
3.1.2 Nguyên tắc tổ chức mạng .............................................................................. 71
3.1.3 Tổ chức các lớp chức năng trong NGN ......................................................... 72
Tổ chức lớp ứng dụng và lớp dịch vụ mạng ........................................................ 72
Tổ chức lớp điều khiển ....................................................................................... 73
Tổ chức lớp truyền tải ........................................................................................ 73
Tổ chức lớp truy nhập ........................................................................................ 73
3.1.4 Kết nối NGN với các mạng hiện thời ............................................................. 73
Kết nối với mạng PSTN ..................................................................................... 73
Kết nối với mạng Internet ................................................................................... 74
3.1.5 Lộ trình chuyển đổi sang NGN ...................................................................... 75
3.2 Khả năng ứng dụng MPLS tại Việt Nam .............................................................. 77
3.2.1 Những điểm cơ bản trong định hướng phát triển của ngành viễn thông Việt
Nam ....................................................................................................................... 77
3.2.2 Các công nghệ và triển vọng triển khai .......................................................... 77
1. Công nghệ IP .................................................................................................. 78
2. Công nghệ ATM ............................................................................................. 78
3. Công nghệ MPLS ........................................................................................... 78
3.2.3 Các giải pháp ứng dụng MPLS ...................................................................... 79
1. Giải pháp 1: MPLS trong mạng lõi ................................................................. 79
Lưu Anh Tú, D2001VT
Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục
2. Giải pháp 2: ATM lõi, MPLS ở các tổng đài đa dịch vụ ................................. 82
3. Giải pháp 3: Mạng MPLS hoàn toàn ............................................................... 85
4. Đánh giá các giải pháp ................................................................................... 87
KẾT LUẬN ..................................................................................................................... 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 89
Lưu Anh Tú, D2001VT
Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ và từ viết tắt
THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT
ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng
bộ
ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ
ATMARP ATM Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ATM
BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng đường biên
CoS Class of Service Lớp dịch vụ
CLIP Classical IP IP trên ATM
CR Constrained Routing Định tuyến cưỡng bức
CR-LDP Constrained Routing-LDP Định tuyến cưỡng bức-LDP
CR-LSP Constrained Routing-LSP Định tuyến cưỡng bức-LSP
CSPF Constrained SPF SPF cưỡng bức
DiffServ Differentiated Service Các dịch vụ được phân biệt
DLCI Data Link Connection Identifer Nhận dạng kết nối liên kết dữ liệu
ER Explicit Routing Định tuyến hiện
FR Frame Relay Chuyển tiếp khung
FEC Fowarding Equivalent Class Lớp chuyển tiếp tương đương
IETF Internet Engineering Task Force Nhóm tác vụ kỹ thuật Internet
IP Internet Protocol Giao thức Internet
IntServ Integrated Service Các dịch vụ được tích hợp
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LANE LAN Emulation Mô phỏng LAN
LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn
LER Label Edge Router Router biên nhãn
LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn
LSP Label Switched Path Đường dẫn chuyển mạch nhãn
LSR Label Switch Router Router chuyển mạch nhãn
MG Media Gateway Cổng đa phương tiện
MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức
MPOA Multiprotocol Over ATM Đa giao thức trên ATM
NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp
NHRP Next Hop Resolution Protocol Giao thức phân giải chặng kế tiếp
OSPF Open Shortest Path First Giao thức đường đi ngắn nhất
đầu tiên
PID Protocol Identifier Nhận dạng giao thức
PNNI Private Network-Network Interface Mạng riêng ảo
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RESV Resevation Bản tin dành trước
RFC Request For Comment Yêu cầu ý kiến
RSVP Resource Resevation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên
Lưu Anh Tú, D2001VT
i
Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ và từ viết tắt
SG Signaling Gateway Cổng báo hiệu
SPF Shortest Path First Đường đi ngắn nhất đầu tiên
STM Synchronous Transmission Mode Chế độ truyền dẫn đồng bộ
SVC Signaling Virtual Circuit Kênh ảo báo hiệu
TCP Transission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền
dẫn
TGW Traffic Gateway Cổng lưu lượng
TLV Time To Live Thời gian sống
TLV Type-Leng-Value Kiểu-Chiều dài-Giá trị
ToS Type of Service Kiểu dịch vụ
UDP User Datagram Protocol Giao thức lược đồ dữ liệu
VC Virtual Circuit Kênh ảo
VCI Virtual Circuit Identifier Nhận dạng kênh ảo
VNPT Vietnam Post & Telecommunications Tổng công ty BCVT Việt Nam
VP Virtual Path Đường ảo
VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo
VPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảo
WAN Wide Area Network Mạng diện rộng
Lưu Anh Tú, D2001VT
ii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của đất nước, những năm gần đây các ngành công nghiệp
đều phát triển mạnh mẽ, và ngành công nghiệp viễn thông cũng không là ngoại lệ. Số
người sử dụng các dịch vụ mạng tăng đáng kế, theo dự đoán con số này đang tăng theo
hàm mũ. Ngày càng có nhiều các dịch vụ mới và chất lượng dịch vụ cũng được yêu cầu
cao hơn. Đứng trước tình hình này, các vấn đề về mạng bắt đầu bộc lộ, các nhà cung cấp
mạng và các nhà cung cấp dịch vụ cũng đã có nhiều nỗ lực để nâng cấp cũng như xây
dựng hạ tầng mạng mới. Nhiều công nghệ mạng và công nghệ chuyển mạch đã được
phát triển, trong số đó chúng ta phải kể đến công nghệ chuyển mạch nhãn (MPLS là tiêu
chuẩn). MPLS cũng đang được nghiên cứu áp dụng ở nhiều nước, Tổng công ty BCVT
Việt Nam cũng đã áp dụng công nghệ này cho mạng thế hệ kế tiếp NGN.
Đứng trước sự phát triển nhanh chóng của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao
thức MPLS, việc tìm hiểu các vấn đề về công nghệ MPLS là vấn đề quan trọng đối với
sinh viên. Nhận thức được điều đó, đồ án tốt nghiệp “Công nghệ MPLS và ứng dụng” giới
thiệu về quá trình phát triển dịch vụ cũng như công nghệ mạng dẫn tới MPLS, tìm hiểu
các vấn đề kỹ thuật của công nghệ, và ứng dụng của công nghệ MPLS trong mạng thế hệ
kế tiếp NGN của Tổng công ty BCVT Việt Nam. Bố cục của đồ án gồm 3 chương.
 Chương I : Giới thiệu về công nghệ MPLS
 Chương II : Công nghệ MPLS
 Chương III : Ứng dụng của công nghệ MPLS
Công nghệ MPLS là công nghệ tương đối mới mẻ, việc tìm hiểu về các vấn đề
của công nghệ MPLS đòi hỏi phải có kiển thức sâu rộng, và lâu dài. Do vậy đồ án không
tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự phê bình, góp ý của các thầy cô giáo
và các bạn.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Trần Hạo Bửu, người đã tận tình hướng
dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án này.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông đã giúp đỡ em
trong thời gian qua.
Xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và người thân - những người đã giúp đỡ
động viên tôi trong quá trình học tập.
Lưu Anh Tú, D2001VT
iii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ MPLS
Trong chương này, đầu tiên chúng ta nêu ra xu hướng phát triển dịch vụ và những
vấn đề nảy sinh với các mạng truyền thống trong quá trình phát triển. Tiếp đến là phần
mô tả quá trình phát triển công nghệ mạng, các ưu nhược điểm của mỗi công nghệ và
cuối cùng là phần giải thích cho việc ra đời của công nghệ chuyển mạch nhãn -tại sao
các mạng chuyển mạch nhãn (MPLS là tiêu chuẩn) đóng vai trò quan trọng trong các
liên mạng riêng và mạng Internet toàn cầu đa dịch vụ? Nội dung chương này có các vấn
đề chính sau.
1.1 Xu hướng phát triển dịch vụ
1.2 Xu hướng phát triển công nghệ mạng
1.3 Sự ra đời của MPLS
1.1 Xu hướng phát triển dịch vụ
Trong phần này chúng ta sẽ xem xét quan điểm đứng từ phía người sử dụng dịch
vụ để thấy được xu hướng phát triển dịch vụ hiện nay.
Chúng ta đang sống trong thời đại mà nhu cầu về trao đổi, tìm kiếm thông tin trở
nên rất cần thiết với con người. Gần như chúng ta có thể tìm kiếm mọi thông tin mà
chúng ta cần trên Internet, do đó nhu cầu truy cập vào mạng Internet để tìm kiếm, trao
đổi thông tin trở nên rất lớn. Trong bối cảnh đó mạng Internet trở thành công cụ hữu ích
đáp ứng một cách đầy đủ nhất và dẫn đến sự bùng nổ về số người sử dụng mạng, người
ta ước tính số ngưòi sử dụng mạng đang tăng theo hàm mũ.
Cùng với sự phát triển của xã hội về nhiều mặt, các ngành công nghiệp không
ngừng phát triển và ngành công nghiệp viễn thông cũng không là ngoại lệ. Nhu cầu sử
dụng của con người ngày càng tăng cả về số lượng và chất lượng: các dịch vụ đa phương
tiện mới xuất hiện ngày càng đa dạng và yêu cầu về chất lượng dịch vụ của người sử
dụng cũng ngày càng cao, khắt khe hơn, các ứng dụng yêu cầu băng thông lớn, thời gian
tương tác nhanh hơn, trễ và biến thiên trễ thấp, mất và lặp gói ít.
Từ những yếu tố này dẫn đến tài nguyên mạng Internet bị cạn kiệt nhanh chóng.
Lúc này mạng Internet bắt đầu biêu hiện rõ các vấn đề như là: tốc độ mạng, khả năng
mở rộng, quản lý chất lượng dịch vụ, và đặc biệt là vấn đề tắc nghẽn xảy ra trong mạng.
Truớc tình trạng như vậy cần có các biện pháp để giải quyết khắc phục. Chúng ta hãy
Lưu Anh Tú, D2001VT
1
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS
xem xét kỹ hơn một vấn đề của mạng IP truyền thống để thấy rõ hơn là thực sự chúng ta
cần cái gì cho công nghệ mạng.
Vấn đề với mạng IP truyền thống và nhu cầu cần phải có một mạng
Internet dựa trên QoS
Mạng Internet truyền thống không có cơ chế phân loại dòng lưu lượng, và bởi vì
tính phức tạp của nó, mạng xử lý lưu lượng của tất cả các ứng dụng theo một lối như
nhau và phân phối lưu lượng trên cơ sở nỗ lực tối đa. Nghĩa là, lưu lượng được phân
phối nếu mạng có đủ tài nguyên. Tuy nhiên, nếu mạng trở nên tắc nghẽn, thì lưu lượng
sẽ bị loại bỏ ra ngoài. Một số mạng đã cố gắng để thiết lập một số phương pháp phản hồi
(điều khiển tắc nghẽn) tới người sử dụng để yêu cầu người sử dụng giảm lượng dữ liệu
gửi vào mạng. Nhưng thực tế thì kỹ thuật này không hiệu quả bởi vì nhiều dòng lưu
lượng trong mạng có thời gian hoạt động rất ngắn rất ngắn, chỉ có một vài gói. Vì vậy,
khi mà người sử dụng nhận được phản hồi thì đã không còn gửi dữ liệu. Các gói phản
hồi như vậy trở nên vô nghĩa và chính nó lại còn làm tăng lưu lượng trên mạng.
Khái niệm nỗ lực tối đa có nghĩa là lưu lượng bị huỷ bỏ một cách ngẫu nhiên;
không có cách nào để loại bỏ lưu lượng một cách thông minh trong mạng Internet truyền
thống. Chúng ta thử hình dung ra tình huống sau: khi 2 người sử dụng đang cùng gửi lưu
lượng vào mạng, một người có ứng dụng cần băng thông cao, dung lượng dữ liệu lớn và
một người có ứng dụng cần băng thông thấp hơn. Giả sử mạng bị nghẽn, ai cũng biết là
nếu để cho chúng ta phải loại bỏ một số lưu lượng thì nên loại bỏ dòng lưu lượng của
ứng dụng có độ ưu tiên thấp hơn trước (thường thì đó là ứng dụng có yêu cầu băng
thông thấp hơn), song mạng thì không làm như vậy, nó không phân biệt người sử dụng
và không dành quyền ưu tiên cho người sử dụng nào.
Vậy chúng ta có thể nói rằng giải pháp nỗ lực tối đa không phải là mô hình quá
tốt. Những gì chúng ta cần là có một cách để quản lý QoS phù hợp với sự đầu tư và yêu
cầu của người sử dụng.
Qua việc phân tích sơ bộ quan điểm đứng từ phía người sử dụng, chúng ta thấy
được xu hướng phát triển dịch vụ và một số vấn đề đang gặp phải với các mạng truyền
thống. Vậy thì các nhà cung cấp mạng và các nhà cung cấp dịch vụ cần phải làm gì để
đáp ứng yêu cầu của người sử dụng. Sau đây, chúng ta xem xét quá trình phát triển công
nghệ mạng mà các nhà cung cấp mạng đã thực hiện.
Lưu Anh Tú, D2001VT
2
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS
1.2 Xu hướng phát triển công nghệ mạng
1.2.1 Định tuyến và chuyển mạch gói truyền thống
Sự triển khai đầu tiên của mạng Internet nhằm vào các yêu cầu truyền số liệu qua
mạng. Các mạng này phục vụ cho các ứng dụng đơn giản như là truyền file và đăng
nhập từ xa. Để thực hiện các yêu cầu này, một bộ định tuyến dựa trên phần mềm đơn
giản, với các giao diện mạng T1/E1 hay T3/E3 để hỗ trợ các mạng xương sống, là có thể
đáp ứng được yêu cầu. Khi các dịch vụ yêu cầu tốc độ cao và khả năng để hỗ trợ tốc độ
truyền dẫn băng tần lớn xuất hiện thì các thiết bị với khả năng chuyển mạch tạo lớp 2 và
lớp 3 bằng phần cứng phải được triển khai. Các thiết bị chuyển mạch lớp 2 nhằm vào tắc
nghẽn tại cổ chai chuyển mạch trong các mạng con của môi trường mạng cục bộ (LAN).
Các thiết bị chuyển mạch lớp 3 giúp làm giảm nhẹ tắc nghẽn cổ chai trong việc định
tuyển lớp 3 bằng việc đưa tuyến đường đã tìm kiếm ở lớp 3 tới phần cứng chuyển mạch
tốc độ cao.
Những giải pháp đầu tiên này đã đáp ứng được yêu cầu về tốc độ truyền bằng với
tốc độ trên đường truyền (nghĩa là tốc độ chuyển mạch bằng với tốc độ truyền trên dây)
của các gói khi chúng đi qua mạng, nhưng cũng chưa đáp ứng được các yêu cầu dịch vụ
của thông tin chứa trong các gói.
Ngoài ra, hầu hết các giao thức định tuyến được triển khai ngày nay dựa trên các
thuật toán được thiết kế để đạt được đường dẫn ngắn nhất trong mạng mà không tính các
metric bổ sung như là: trễ, biến thiên trễ và tắc nghẽn lưu lượng, những yếu tố này lại là
nguy cơ có thể làm giảm hiệu năng mạng. Kỹ thuật lưu lượng là một thách thức cho các
nhà quản lý mạng.
1.2.2 Công nghệ mạng dựa trên giao thức IP
Đây là giao thức liên mạng phi kết nối. Từ khi giao thức IP ra đời, nó nhanh
chóng trở thành giao thức liên mạng thông dụng nhất, ngày nay gần như các liên mạng
công cộng sử dụng giao thức IP. Mạng IP có mặt ở khắp mọi nơi, đặc biệt mạng Internet
toàn cầu chúng ta hiện nay cũng đang sử dụng giao thức IP.
Bên cạnh những ưu điểm tuyệt vời của giao thức IP (như khả năng định tuyến),
nhưng cũng không ít nhược điểm (như khả năng quản lý chất lượng dịch vụ) (chúng ta
không nói chi tiết ở đây), các nhà cung cấp mạng trong quá trình phát triển đã liên tục bổ
sung các giao thức, thuật toán mới (chẳng hạn các giao thức QoS như: RSVP, IntServ,
Lưu Anh Tú, D2001VT
3
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS
DiffServ; giao thức IPSec, RTP/RTCP hay là các thuật toán tăng tốc độ tìm kiếm địa chỉ
trong bảng định tuyến) để có thể khắc phục các nhược điểm của mạng IP. Nhưng cái gì
cũng có giới hạn của nó, khi nhu cầu sử dụng dịch vụ của người sử dụng tăng lên cả về
hình loại lẫn chất lượng dịch vụ thì mọi sự bổ sung là không đủ và cần có những công
nghệ mạng mới có bản chất khác (không là giải pháp phi kết nối) đáp ứng yêu cầu QoS tốt
hơn. Và thế là nhiều công nghệ mạng đã ra đời, điển hình là FR và ATM.
1.2.3 Công nghệ ATM
Song song với sự phát triển chóng mặt của Internet và tăng tốc độ xử lý của bộ
định tuyến là sự phát triển mạnh trong lĩnh vực chuyển mạch. Mạng số dịch vụ tích hợp
băng rộng (B-ISDN) là một kỹ thuật cho phép truyền thông thời gian thực giữa các thiết
bị truyền thông đầu cuối, sử dụng kỹ thuật ATM. ATM có thể mang mọi dòng thông tin
như thoại, dữ liệu, video; phân mảnh nó thành các gói có kích thước cố định (gọi là cell),
và sau đó truyền tải các cell trên đường dẫn đã được thiết lập trước, gọi là kết nối ảo.
Bởi vì khả năng hỗ trợ truyền dữ liệu, thoại, và video với chất lượng cao trên một số các
công nghệ băng tần cao khác nhau, ATM từng được xem như là công nghệ chuyển mạch
hứa hẹn nhất và thu hút nhiều sự quan tâm. Tuy nhiên, hiện nay cũng như trong tương lai
hệ thống toàn ATM sẽ không phải là sự lựa chọn phù hợp nữa.
Song đối với các ứng dụng có thời gian kết nối ngắn, thì môi trường hướng kết
nối dường như lại không thích hợp do thời gian để thiết lập kết nối cũng như tỷ lệ phần
thông tin mào đầu lại quá lớn. Với các loại lưu lượng như vậy thì môi truờng phi kết nối
với phương thức định tuyến đơn giản, tránh phải sử dụng các giao thức báo hiệu phức
tạp sẽ phù hợp hơn.
1.2.4 IP và ATM
So sánh giữa IP và ATM
ATM khác với kỹ thuật định tuyến IP ở nhiều điểm. ATM là một kỹ thuật kết nối
có hướng tức là hai hệ thống phải thiết lập đường truyền trước khi diễn ra quá trình
truyền dữ liệu. ATM yêu cầu các kết nối được thiết lập bằng nhân công hay được thiết
lập động bởi các giao thức báo hiệu. Một điểm khác nhau nữa là ATM không thực hiện
định tuyến theo từng gói tại mỗi node trung gian (cách mà IP thực hiện) mà đường dẫn
ATM qua mạng giữa hai thực thể phải được tính toán từ trước và cố định trong thời gian
liên lạc. Khi thiết lập kết nối, mỗi chuyển mạch ATM gán một giá trị nhận dạng hay một
Lưu Anh Tú, D2001VT
4
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS
nhãn cho chuyển mạch, kết nối và các cổng ra/vào của chuyển mạch. Kỹ thuật này cho
phép hệ thống dành riêng tài nguyên cố định cho một đường kết nối cụ thể và mỗi
chuyển mạch ATM riêng cần thiết phải xây dựng một bảng chuyển tiếp chỉ bao gồm các
thực thể về các kết nối đang hoạt động qua chuyển mạch. Ngược lại, với IP một bộ định
tuyến phải sử dụng một bảng định tuyến chứa tất cả các đích đến có thể caca, trong số
này có nhiều đường địa chỉ mà gói tin không bao giờ đi qua.
Quá trình chuyển tiếp một tế bào qua một chuyển mạch ATM tương tự như quá
trình chuyển tiếp một gói tin IP qua một bộ định tuyến. Cả hai đều sử dụng thông tin
trong tiêu đề gói (hay tế bào) làm khoá tìm kiếm trong bảng định tuyến hoặc bảng
chuyển tiếp để tìm địa chỉ chặng tiếp theo cho gói tin. Tuy nhiên, tốc độ chuyển tiếp tế
bào ATM nhanh hơn tốc độ chuyển tiếp gói tin IP rất nhiều lần bởi vì các bộ định tuyến
IP sử dụng các giao thức định tuyến được thực hiện trên cơ sở phần mềm và tiêu đề IP
có độ dài thay đổi và lớn hơn tiêu đề của tế bào ATM nhiều lần. Ngược lại tiêu đề của tế
bào ATM rất nhỏ và có độ dài cố định, bảng chuyển tiếp chứa các kết nối ảo nhỏ hơn
nhiều so với bảng định tuyến của IP và việc chuyển tiếp được thực hiện đơn giản bằng
cách “hoán đổi nhãn”. Một đặc điểm quan trọng làm tăng tốc độ chuyển tiếp ATM lên
đáng kể là cơ chế chuyển tiếp của nó được thực hiện bằng phần cứng, điều này cho phép
thực hiện nhiệm vụ một cách đơn giản và với tốc độ cực nhanh. Bảng sau so sánh các
đặc điểm cơ bản giữa IP và ATM.
Thuộc tính IP ATM
Hướng kết nối Không Có
Kích cỡ gói tin Thay đổi Không đổi (53B)
Hỗ trợ QoS Không Có
Quyết định chọn đường Theo từng gói tin Thiết lập kết nối trước
Trạng thái chuyển tiếp Tất cả mạng có thể Kết nối chuyển tiếp tích cực
nội bộ
Cơ sở chuyển tiếp Sự phù hợp dài nhất của tiến
tố địa chỉ mạng
Nhãn có chiều dài cố định
Thực hiện báo hiệu Không Có
Lưu Anh Tú, D2001VT
5
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS
Giải pháp sử dụng mô hình xếp chồng
Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp viễn thông đã và đang tìm một
phương thức chuyển mạch có thể phối hợp ưu điểm của IP (như cơ cấu định tuyến) và
của ATM (như phưng thức chuyển mạch). Mô hình IP-over-ATM (IP qua ATM) của
IETF coi IP như một lớp nằm trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con IP trên nền
mạng ATM. Phương thức tiếp cận xếp chồng này cho phép IP và ATM hoạt động với
nhau mà không cần thay đổi giao thức của chúng. Tuy nhiên cách này không tận dụng
hết khả năng của ATM. Ngoài ra cách này không thích hợp với mạng có nhiều router và
không hiệu quả trên một số mặt, chẳng hạn như có sự chồng chéo về chức năng, quản lý
mạng phức tạp. Tổ chức ATM-Forum dựa trên mô hình này đã phát triển công nghệ
LANE và MPOA. Các công nghệ này sử dụng các máy chủ để chuyển đổi địa chỉ nhưng
đều không tận dụng được khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ của ATM. Chúng ta hãy
xem xét kỹ hơn vấn đề này.
Từ sự so sánh IP và ATM trên ta thấy mỗi kỹ thuật đều có ưu và nhược điểm
riêng. Nhưng một điều chắc chắn là IP sẽ có mặt trong tất cả các mạng trong tương lai
bởi vì ưu điểm tuyệt vời nhất của của IP đó là nó có thể chạy trên bất kỳ công nghệ lớp
liên kết dữ liệu nào, kể cả ATM. Do vậy, ATM được xem như là công nghệ lớp 2 mạnh
mẽ cho IP có thể triển khai trên đó. Khi việc này thực hiện, lược đồ chuyển tiếp từng
chặng, phi kết nối của IP không bị thay đổi. Thực tế IP không có ý tưởng rằng, nó đang
chạy trên 1 mạng có khả năng dành trước tài nguyên và ràng buộc trễ. Từ quan điểm
ATM, một tập các giao thức đánh địa chỉ, định tuyến và báo hiệu đã được phát triển cho
ATM có thể hoạt động mà không cần phải thay đổi.
Một câu hỏi đặt ra là: phải làm gì để kết hợp hai kỹ thuật này với nhau? Và câu trả
lời nằm ở vấn đề phân gỉải địa chỉ. Để liên lạc với 1 trạm ngang cấp khác trong cùng một
mạng con, một trạm IP nguồn cần phân giải địa chỉ IP của trạm đích với địa chỉ lớp 2
tương ứng. Điều này cho phép trạm IP nguồn đánh địa chỉ cho các gói tin với địa chỉ IP
đích và sau đó đóng gói gói tin IP vào trong một khung thông tin lớp 2 với địa chỉ đích
lớp 2 tương ứng. Theo kỹ thuật ATM, địa chỉ ATM đích chỉ được sử dụng khi chuyển
tiếp yêu cầu thiết lập SVC (kênh ảo báo hiệu) trước khi thiết lập kết nối. Tuy nhiên, trạm
IP nguồn vẫn cần phân gii địa chỉ địa chỉ IP đích thành địa chỉ ATM để nó có thể khởi tạo
một kết nối ATM SVC đến đích. Quan điểm này được thể hiện như hình 1.1. Hình vẽ
minh hoạ một trạm IP nguồn được gắn vào mạng ATM, nó yêu cầu server phân giải địa
Lưu Anh Tú, D2001VT
Shortcut
SVC
6
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS
chỉ (ARS) phân giải địa chỉ ATM của trạm IP đích. ARS gửi địa chỉ ATM của trạm IP
đích cho trạm IP nguồn và sau đó trạm IP thiết lập một SVC đến đích.
IETF lần đầu tiên đưa ra giải pháp kết hợp IP và ATM trong RFC1577, Classical
IP over ATM (CLIP). Trong RFC1577, một Server phân giải địa chỉ ATM (ATMARP)
được định nghĩa để duy trì một bảng các địa chỉ IP và ATM. Sau đó ATM Forum tổng
quát hoá giải pháp này để phân giải địa chỉ MAC với địa chỉ ATM và cũng bổ sung chức
năng quảng bá. Mục đích là phát triển một hệ thống cho phép các ứng dụng của mạng
LAN có thể chạy trên mạng ATM mà không cần bất cứ sự thay đổi nào. Nỗ lực của họ
được đặt tên là mô phỏng LAN (LANE), LANE được ứng dụng khá phổ biến vì nó cho
phép các ứng dụng LAN đa giao thức chạy một cách trong suốt trên các LAN kế thừa và
LANE. Cả hai giải pháp trên đều tương tự nhau ở chỗ chúng tách hoàn toàn chức năng của
LAN và IP lớp mức cao khỏi lớp các dịch vụ nằm bên được hỗ trợ bởi ATM.
Một điểm tương tự nữa giữa 2 giải pháp này đó là về phạm vi của các kết nối
ATM. CLIP chỉ hạn chế việc truyền thông ATM ở giữa các Host (hoặc Router) trên cùng
một mạng con IP logic (LIS). Ngay cả khi 2 host ở trên các mạng con khác nhau được
kết nối cùng một mạng ATM, thì vẫn phải cần 1 router để chuyển tiếp các gói. Điều này
lại sinh ra các thông tin bổ sung và trễ do định tuyến từng chăng. LANE cũng có sự hạn
chế tương tự, trong đó 2 host trên cùng một mạng ATM nhưng ở khác mạng IP logic
cũng không thể giao tiếp trực tiếp bằng việc sử dụng các kết nối ATM mà phải sử dụng
bộ định tuyến để trao đổi thông tin.
Lưu Anh Tú, D2001VT
Hình 1.1. Sử dụng Server phân giải địa chỉ cho mạng ATM

SVC
ATM Network
Server phân
giải địa chỉ
Server phân
giải địa chỉ
Yêu cầu
Trả lời

Nguồn
Đích
Shortcut
SVC
7
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS
Sự phát triển tiếp theo cho phép 2 host ở trên hai mạng khác nhau có thể liên lạc
ATM trực tiếp với nhau. Điều này yêu cầu sự nới lỏng mô hình mạng nối tiếp đang tồn
tại. Giải pháp này tiếp tục hỗ trợ định tuyến từng chặng truyền thống nhưng cũng cung
cấp một phương tiện, theo đó thiết bị IP nguồn có thể thiết lập một kết nối ATM trực
tiếp tới thiết bị IP đích trên một mạng khác. Do đó, mạng có thể cung cấp một đường
dẫn với định tuyến từng chặng thông thường cho các luồng lưu lượng dung lượng nhỏ,
nỗ lực tối đa và một đường dẫn chuyển mạch cho lưu lượng lớn, thời gian truyền dài.
Kỹ thuật này được thực hiện lần đầu tiên ở giao thức phân giải chặng kế tiếp
(NHRP) do IETF đưa ra, sau đó nó được phối hợp cùng với đa giao thức ATM trên
ATM (MPOA) của ATM forum. Cả hai giải pháp này đã mở rộng cơ chế Server phân
giải địa chỉ được sử dụng bởi CLIP và LANE để phân giải địa chỉ ở biên mạng con. Bởi
vậy xuất hiện một kiểu định tuyến hiệu năng cao mới gọi là định tuyến đường tắt (cut
through hay shortcut). Nó bổ sung cho định tuyến IP một dịch vụ phân giải địa chỉ cùng
với các giao thức định tuyến và báo hiệu cần thiết để quản lý các SVC động. Khái niêm
định tuyến đường tắt được minh hoạ như hình 1.2.
1.3 Sự ra đời công nghệ MPLS
1.3.1 Chuyển mạch nhãn là gì?
Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là kết quả của quá trình phát triển nhiều
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 bên dưới. Sự sử
dụng từ “đa giao thức” trong tên của nó có nghĩa là nó có thể hỗ trợ nhiều giao thức lớp
mạng, không chỉ riêng IP. Ngoải ra các nhà cung cấp mạng có thể cấu hình và chạy
MPLS trên các công nghệ lớp 2 khác nhau như PPP, Fram Relay … không chỉ riêng
Lưu Anh Tú, D2001VT
 
Shortcut
SVC
Router
Router
Query
Responsse
Data
Data
Data
Query
Responsse
Router
Router
LIS1 LIS3
LIS2
Nguồn Đích
Hình 1.2. Khái niệm định tuyến đường tắt
8
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS
ATM. Về mặt kiến trúc điều này là đúng, nhưng trong thực tế MPLS thường tập trung
vào việc vận chuyển các dịch vụ IP trên ATM.
MPLS là giải pháp nhằm liên kết định tuyến lớp mạng và cơ chế hoán đổi nhãn
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 truyền thống.
 Tăng tính mềm dẻo trong quá trình đưa và phát triển các loại hình dịch vụ mới.
Mạng MPLS có khả năng chuyển các gói tin tại lớp 3 bằng việc sử dụng xử lý
từng gói và chuyển tiếp gói tin tại lớp 2 sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. MPLS dựa trên
mô hình ngang cấp, vì vậy mỗi một thiết bị MPLS chạy một giao thức định tuyến IP,
trao đổi thông tin định tuyến với các thiết bị lân cận, và chỉ duy trì một không gian cấu
hình mạng và một không gian địa chỉ.
MPLS chia bộ định tuyến làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và
chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. Kỹ
thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm chặng kế tiếp của gói tin trong một bảng
chuyển tiếp nhãn, sau đó thay thế giá trị nhãn 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 bộ định 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 gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành bảng định tuyến chuyển mạch nhãn.
MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet như OSPF và BGP
hay PNNI của ATM.
Khi một gói tin vào mạng MPLS, các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn không
thực hiện chuyển tiếp theo từng gói mà thực hiện phân loại gói tin vào trong các lớp
tương đương chuyển tiếp FEC, sau đó các nhãn được ánh xạ vào trong các FEC. Một
giao thức phân bổ nhãn LDP được xác định và chức năng của nó là để ấn định và phân
bổ các ràng buộc FEC/nhãn cho các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR. Khi LDP
hoàn thành nhiệm vụ của nó, một đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP được xây dựng từ
lối vào tới lối ra. Khi các gói vào mạng, LSR lối vào kiểm tra nhiều trường trong tiêu đề
gói để xác định xem gói thuộc về FEC nào. Nếu đã có một ràng buộc nhãn/FEC thì LSR
Lưu Anh Tú, D2001VT
9
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS
lối vào gắn nhãn cho gói và định hướng nó tới giao diện đầu ra tương 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 nhờ việc đưa quá trình xử lý lớp 3
tới biên của mạng và chỉ thực hiện 1 lần tại đó thay cho việc 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 các mạng
lớn, thì khả năng để thực hiện kỹ thuật lưu lượng tiên tiến mà không phải trả giá về hiệu
năng của MPLS được quan tâm đặc biệt.
1.3.2 Tại sao sử dụng MPLS?
Sau đây chúng ta nêu ra các sở cứ để lựa chọn công nghệ MPLS.
Tốc độ và trễ
Chuyển tiếp dựa trên IP truyền thống là quá chậm để xử lý tải lưu lượng lớn trong
mạng toàn cầu (the Internet) hay trong các liên mạng. Thậm chí với các kỹ thuật tăng
cường, như là tìm kiếm bảng nhanh cho các datagram nào đó, thì tải trên các router thường
nhiều hơn lượng tải mà router có thể xử lý. Dẫn đến kết quả là lưu lượng và các kết nối có
thể bị mất và hiệu năng toàn mạng giảm sút trong một mạng dựa trên IP.
Ngược lại với chuyển tiếp IP, chuyển mạch nhãn đang chứng tỏ là một giải pháp
hiệu quả để giải quyết vấn đề này. Chuyển mạch nhãn nhanh hơn nhiều bởi vì giá trị
nhãn được đặt ở header của gói được sử dụng để truy nhập bảng chuyển tiếp tại router,
nghĩa là nhãn được sử dụng để tìm kiếm trong bảng. Việc tìm kiếm này chỉ yêu cầu một
lần truy nhập tới bảng, khác với truy nhập bảng định tuyến truyền thống việc tìm kiếm
có thể cần hàng ngàn lần truy nhập.
Kết quả của hoạt động hiệu quả này là ở chỗ lưu lượng người sử dụng trong gói
được gửi qua mạng nhanh hơn nhiều so với chuyển tiếp IP truyền thống.
Jitter. Với các mạng máy tính, ngoài các yếu tố về: tốc độ và sự đáp ứng của nó,
trễ, còn có một thành phần khác, đó là độ biến thiên trễ của lưu lượng người sử dụng, nó
được gây ra bởi việc các gói đi qua nhiều node mạng trước khi chạm tới đích. Ngoài ra
sự tích luỹ của các trễ biến thiên khi các gói tạo ra đường đi từ nguồn đến đích. Tại mỗi
Lưu Anh Tú, D2001VT
10
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS
node, địa chỉ đích trong gói phải được kiểm tra và so sánh với một tập dài các địa chỉ
đích có thể trong bảng định tuyến của node.
Khi gói đi qua những node này, nó gặp phải cả trễ và biến thiên trễ, phụ thuộc
vào việc nó cần thời gian bao lâu để tìm kiếm trong bảng định tuyến và tất nhiên là phụ
thuộc vào cả số các gói phải được xử lý trong một khoảng thời gian cho trước. Kết quả
cuối cùng là tại node nhận xảy ra hiện tượng biến thiên trễ, nó được là kết quả của sự
tích luỹ biến thiên trễ tại mỗi node và giữa nguồn với đích.
Tình huống này là phiền hà với các gói thoại vì người nghe có thể nghe các câu
nói của ngưòi nói không theo đúng thứ tự như ngưòi nói đã nói.
Một lần nữa, hoạt động chuyển mạch nhãn sẽ làm cho lưu lượng được gủi qua
mạng nhanh hơn và biến thiên trễ ít hơn so với hoạt động định tuyến IP truyền thống.
Khả năng mở rộng mạng
Rõ ràng, tốc độ là khía cạnh quan trọng của chuyển mạch nhãn, và xử lý lưu
lượng nhanh cũng rất quan trọng. Nhưng chuyển mạch nhãn không chỉ cung cấp các
dịch vụ tốc độ cao mà nó còn có thể cung cấp cho mạng khả năng mở rộng. Khả năng
mở rộng liên quan đến khả năng mà một hệ thống, trong trường hợp chúng ta quan tâm
là Internet, có khả năng điều chỉnh để phù hợp với một lượng lớn người sử dụng đang
tăng lên từng ngày. Hàng ngàn người sử dụng mới và các node hỗ trợ như là router và
server đang được đưa vào trong mạng Internet mỗi ngày. Chúng ta thử hình dung nhiệm
vụ của router nếu nó phải theo kịp lượng người sử dụng này. Chuyển mạch nhãn cung
cấp các giải pháp cho sự phát triển nhanh chóng và xây dựng các mạng lớn bằng việc
cho phép một lượng lớn các địa chỉ IP được kết hợp với một hay vài nhãn. Giải pháp này
giảm đáng kể kích cỡ bảng địa chỉ và cho phép router hỗ trợ nhiều người sử dụng hơn.
Tính đơn giản
Một khía canh hấp dẫn khác của chuyển mạch nhãn là ở chỗ nó là một giao thức
chuyển tiếp cơ bản. Nó đơn giản đến tuyệt vời: chuyển tiếp gói chỉ dựa vào nhãn. Nhãn
được xác nhận thế nào là một vấn đề khác; nghĩa là, các kỹ thuật điều khiển được thực
hiện như thế nào để ràng buộc nhãn với lưu lượng người sử dụng là không liên quan tới
hoạt động chuyển tiếp thực sự. Những kỹ thuật điều khiển này là một cái gì đó phức tạp,
nhưng chúng không ảnh hưởng đến hiệu quả của dòng lưu lượng người sử dụng.
Lưu Anh Tú, D2001VT
11
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS
Tại sao khái niệm này lại quan trọng? Nó có nghĩa rằng nhiều phương pháp khác
nhau có thể được sử dụng để thiết lập các ràng buộc nhãn với lưu lượng người sử dụng.
Nhưng sau khi ràng buộc được thực hiện, các hoạt động chuyển mạch nhãn để chuyển tiếp
lưu lượng là đơn giản. Các hoạt động chuyển mạch nhãn có thể được thực hiện bằng phần
mềm, bằng các mạch tích hợp chuyên dung, hay bằng các bộ xử lý đặc biệt.
Sử dụng tài nguyên
Các kỹ thuật điều khiển để thiết lập nhãn không được là gánh nặng cho mạng.
Chúng không nên tiêu tốn nhiều tài nguyên. Nếu chúng làm như vậy, thì lợi ích của nó bị
phủ nhận. May mắn thay, các mạng chuyển mạch nhãn không cần nhiều tài nguyên
mạng để thực hiện các công cụ điều khiển trong việc thiết lập các đường đi chuyển mạch
nhãn cho lưu lượng người sử dụng (nếu chúng tiêu tốn nhiều tài nguyên thì là do chúng
được thiết kế không tốt).
Điều khiển đường đi
Trừ một số ngoại lệ, định tuyến trong các liên mạng được thực hiện bằng việc sử
dụng địa chỉ đích IP (hay trong một LAN là địa chỉ MAC đích). Hiện tại cũng có nhiều
sản phẩm đang sử dụng các thông tin khác, chẳng hạn như trường kiểu dịch vụ IP (TOS)
và số cổng là một phần trong việc quyết định chuyển tiếp. Nhưng định tuyến dựa theo
địa chỉ đích là phương pháp chuyển tiếp phổ biến nhất trong mạng IP.
R2
R3
R1
R4
R6
R5
Hình 1.3. Định tuyến dựa trên địa chỉ đích
Định tuyến dựa theo địa chỉ đích không luôn luôn là hoạt động hiệu quả. Để thấy
tại sao, chúng ta xem xét hình 1.3. Router 1 nhận lưu lượng từ các router 2 và router 3.
Nếu địa chỉ đích IP trong gói IP đến là địa chỉ của router 6, bảng định tuyến tại router 1 sẽ
Lưu Anh Tú, D2001VT
12
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS
chỉ đạo router này chuyển tiếp lưu lượng đi theo router 4 hoặc router 5. Trừ một số ngoại
lệ, không có yếu tố nào khác được tính đến ở đây.
Chuyển mạch nhãn cho phép các đường đi qua một liên mạng được điều khiển tốt
hơn. Chẳng hạn, một gói tin được dán nhãn xuất phát từ router 2 dự định đi đến router 6
và một gói tin nhãn khác cũng định đi đến router 6 nhưng xuất phát từ router 3. Trong
mạng chuyển mạch nhãn, các giá trị nhãn khác nhau của các gói có thể hướng dẫn router
1 gửi gói đã được dán nhãn tới router 4 và một gói với một giá trị nhãn khác đi đến
router 5 rồi sau đó mới đến router 6.
Khái niệm này cung cấp một công cụ để điều khiển các node và các tuyến xử lý
lưu lượng hiệu quả hơn, cũng như đưa ra các lớp lưu lượng nào đó với mức dịch vụ khác
nhau (dựa trên các yêu cầu về QoS). Có thể tuyến giữa router 1 và router 4 là DS3; tuyến
giữa router 1 và router 5 là SONET. Nếu ứng dụng của người sử dụng cần nhiều băng
tần hơn, nhãn của người sử dụng có thể được dùng để hướng dẫn router chuyển lưu
lượng vào tuyến SONET chứ không vào tuyến DS3. Giải pháp dựa trên chính sách này
sử dụng chuyển mạch nhãn để cho mạng đáp ứng các yêu cầu của các lớp lưu lượng -
khái niệm này được gọi là kỹ thuật lưu lượng (TE).
Lưu Anh Tú, D2001VT
13
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2. Công nghệ MPLS
CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ MPLS
2.1 Một số vấn đề cơ bản
2.1.1 Các thuật ngữ, định nghĩa sử dụng trong MPLS
Đường lên (Upstream): Hướng đi dọc theo đường dẫn từ đích đến nguồn. Một
router đường lên có tính chất tương đối so với một router khác, nghĩa là nó gần
nguồn hơn router được nói đến đó dọc theo đường dẫn chuyển mạch nhãn.
Đường xuống (Downstream): Hướng đi dọc theo đường dẫn từ nguồn đến đích.
Một router đường xuống có tính chất tương đối so với một router khác, nghĩa là
nó gần đích hơn router được nói đến đó dọc theo đường dẫn chuyển mạch nhãn.
Mặt phẳng điều khiển: Là nơi mà các thông tin điều khiển như là thông tin về
nhãn và định tuyến được trao đổi với nhau.
Mặt phẳng dữ liệu/Mặt phẳng chuyển tiếp: Là nơi mà hoạt động chuyển tiếp
thực sự được thực hiện. Điều này chỉ có thể được thực hiện sau khi mặt phẳng
điều khiển đã được thiết lập.
Nhãn: Là thực thể có độ dài cố định dùng làm cơ sở cho việc chuyển tiếp. Thuật
ngữ nhãn có thể được dùng trong 2 ngữ cảnh khác nhau. Một thuật ngữ liên quan
tới nhãn có độ dài 20 bit, ứng với việc MPLS được triển khai trên các công nghệ
lớp 2 sử dụng cấu trúc nhãn trong địa chỉ MAC, như ATM, hay FR. Thuật ngữ
khác liên quan tới tiêu đề nhãn, có độ dài 32 bit, ứng với việc MPLS được triển
khai trên các công nghệ lớp 2, mà địa chỉ MAC không có cấu trúc nhãn. Chúng ta
sẽ còn đề cập về nhãn trong phần sau. Một điểm cần chú ý là trong MPLS nhãn
có quan hệ với QoS.
Ràng buộc nhãn: Là một sự kết hợp của một FEC với một nhãn.
Ngăn xếp nhãn: Một tập các nhãn có thự tự được chỉ định cho gói. Việc xử lý
các nhãn này cũng tuân theo một thứ tự.
Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC): FEC là một nhóm các gói, nhóm các gói
này chia sẻ cùng yêu cầu trong sự chuyển tiếp chúng qua mạng. Tất cả các gói
trong một nhóm như vậy được cung cấp cùng cách chọn đường tới đích. Khác với
chuyển tiếp IP truyền thống, trong MPLS việc gán một gói cụ thể vào một FEC
Lưu Anh Tú, D2001VT
14
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2. Công nghệ MPLS
cụ thể chỉ được thực hiện một lần khi các gói vào trong mạng. MPLS không ra
quyết định chuyển tiếp với mỗi datagram lớp 3 mà sử dụng khái niệm FEC. FEC
phụ thuộc vào một số các yếu tố, ít nhất là phụ thuộc vào địa chỉ IP và có thể là
phụ thuộc cả vào kiểu lưu lượng trong datagram (thoại, dữ liệu, fax…). Sau đó
dựa trên FEC, nhãn được thoả thuận giữa các LSR lân cận từ lối vào tới lối ra
trong một vùng định tuyến. Mỗi LSR xây dựng một bảng để xác định xem một
gói phải được chuyển tiếp như thế nào. Bảng này được gọi là cơ sở thông tin
nhãn (LIB: Label Information Base), nó là tổ hợp các ràng buộc FEC với nhãn
(FEC-to-label). Và nhãn lại được sử dụng để chuyển tiếp lưu lượng qua mạng.
Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR): Thiết bị trong mạng MPLS chỉ thực
hiện chuyển tiếp các gói dựa trên giá trị nhãn mà chúng mang theo.
Bộ định tuyến biên nhãn (LER): Là một LSR thực hiện thêm chức năng đó là
nhận các gói chưa được dãn nhãn (gói IP) và chỉ định một nhãn cho chúng tại lối
vào. LER cũng thực hiện loại bỏ nhãn tại lối ra.
Đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP): là một đường đi để gói tin qua mạng
chuyển mạch nhãn trọn vẹn từ điểm bắt đầu dãn nhãn đến điểm nhãn bị loại bỏ
khỏi gói tin. Các LSP được thiết lập trước khi truyền dữ liệu
LSP từ đầu tới cuối được gọi là đường hầm LSP, nó là chuỗi liên tiếp các
đoạn LSP giữa 2 node kề nhau. Các đặc trưng của đường hầm LSP, chẳng hạn
như phân bổ băng tần, được xác định bởi sự thoả thuận giữa các node, nhưng sau
khi đã thoả thuận, node lối vào (bắt đầu của LSP) xác định dòng lưu lượng bằng
việc chọn lựa nhãn của nó. Khi lưu lượng được gửi qua đường hầm, các node
trung gian không kiểm tra nội dung của tiêu đề mà chỉ kiểm tra nhãn. Do đó, phần
lưu lượng còn lại được xuyên hầm qua LSP mà không phải kiểm tra. Tại cuối
đường hầm LSP, node lối ra loại bỏ nhãn và chuyển lưu lượng IP tới node IP.
Các đường hầm LSP có thể sử dụng để thực hiện các chính sách kỹ thuật lưu
lượng liên quan tới việc tối ưu hiệu năng mạng. Chẳng han, các đường hầm LSP
có thể được di chuyển tự động hay thủ công ra khỏi vùng mạng bị lỗi, tắc nghẽn,
hay là node mạng bị nghẽn cổ chai. Ngoài ra, nhiều đường hầm LSP song song có
thể được thiết lập giữa 2 node, và lưu lượng giữa 2 node đó có thể được chuyển
vào trong các đường hầm này theo các chính sách cục bộ.
Lưu Anh Tú, D2001VT
15
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2. Công nghệ MPLS
Trong mạng MPLS các LSP được thiết lập bằng một trong 3 cách đó là: Định
tuyến từng chặng, định tuyến hiện (ER) và định tuyến cưỡng bức (CR). Chúng ta
sẽ đề cập đến các giao thức này chi tiết hơn trong phần sau.
Cơ sở thông tin nhãn (LIB): Bảng chứa các ràng buộc nhãn/FEC mà LSR nhận
được từ các giao thức phân bổ nhãn.
Giao thức phân bổ nhãn (LDP): Một trong các giao thức dùng để phân bổ nhãn
giữa LSR và các LSR lân cận. Các công cụ phân bổ nhãn khác gồm có: RSVP
dùng trong MPLS-TE và MG-BGP sử dụng trong VPN. LDP thường sử dụng
cùng với định tuyến từng chặng.
Giao thức đặt trước tài nguyên (RSVP): Giao thức này khởi đầu được dự định
là một giao thức báo hiệu cho chất lượng dịch vụ của các dịch vụ được tích hợp
(IntServ), trong đó 1 host yêu cầu một mức QoS nào đó từ mạng. Sự đặt trước
này có thể là bên trong một mạng doanh nghiệp hay trên mạng toàn cầu. RSVP
với một chút sửa đổi đã tương thích với MPLS để trở thành một giao thức báo
hiệu hỗ trợ MPLS-TE trong lõi. RSVP được mô tả chi tiết trong RFC 2205 và
RFC 3209.
Định tuyến cưỡng bức-LDP (CR-LDP): Đây là một giải pháp khác với RSVP
dùng như một giao thức báo hiều để thực hiện MPLS-TE. CR-LDP thường sử
dụng để phân bổ nhãn với định tuyến hiện và định tuyến cưỡng bức.
2.1.2 Một sồ vấn đề liên quan đến nhãn (Label)
Không gian nhãn
Nhãn có thể được ấn định giữa các LSR được lấy từ không gian nhãn. Có 2 dạng
không gian nhãn đó là: Không gian nhãn theo từng giao diện và Không nhãn theo từng
node (theo tất cả các giao diện). Cả 2 loại không gian nhãn này được minh hoạ trong
hình 2.1.
Dạng không gian nhãn thứ nhất là Không gian nhãn theo từng giao diện. Nhãn
được kết hợp với một giao diện nào đó trên một LSR, chẳng hạn như giao diện DS3 hay
SONET. Không gian nhãn này thường được sử dụng với các mạng ATM và FR, trong
đó các nhãn nhận dạng kênh ảo được kết hợp với 1 giao diện. Không gian nhãn loại này
được sử dụng khi 2 thực thể đồng cấp được kết nối trực tiếp trên một giao diện, và nhãn
được sử dụng chỉ để nhận dạng lưu lượng gửi trên giao diện. Nếu LSR sử dụng một giá
Lưu Anh Tú, D2001VT
16
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2. Công nghệ MPLS
trị giao diện để giữ một bản ghi các nhãn trên mỗi giao diện, thì một giá trị nhãn có thể
được tái sử dụng tại mỗi giao diện. Theo một nghĩa nào đó, bộ nhận dạng giao diện này
trở thành một nhãn bên trong tại LSR, khác với nhãn bên ngoài được gửi giữa các LSR.

Không gian nhãn theo t ừng node (t ất cả giao diện)
LSR
a-giao diện
b-giao diện
Không gian nhãn
1-5000
Không gian nhãn
1-5000
Không gian nhãn theo t ừng giao di ện
LSR
Tất cả các giao diện
Không gian nhãn
1-5000
Hình 2.1. Các loại không gian nhãn
Dạng không gian nhãn thứ 2 là Không gian nhãn theo từng node. Trong không
gian nhãn này, nhãn đến được dùng chung với tất cả các giao diện ở trên node. Điều này
có nghĩa là node (host hay LSR) phải ấn định nhãn trên tất cả giao diện.
Sự duy nhất của nhãn trong không gian nhãn
Một yêu cầu cần thiết với nhãn đó là một nhãn phải nhận dạng một FEC sao cho
không có sự nhầm lẫn. Điều này nghe có vẻ đơn giản nhưng cũng không quá dễ để thực
hiện. Chẳng hạn, một node nào đó có thể nhận được 1 nhãn giống nhau từ 2 node khác
đến, hay một ví dụ khác đó là một nhãn có thể nhận được từ một node không kết nối trực
tiếp.
Lưu Anh Tú, D2001VT
17
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2. Công nghệ MPLS
Bất cứ trường hợp nào xảy ra thì một LSR không được ràng buộc nhãn với 2 FEC
khác nhau trừ khi nó có phương pháp nào đó để nhận biết rằng gói đang đến là của LSR
nào. Vì vậy, mặc dù MPLS có nhiều qui tắc trong việc ràng buộc các nhãn với các FEC,
song ý tưởng chính phải nhớ đó là: mỗi LSR phải có khả năng hiểu và thông dịch nhãn
với FEC tương ứng của nó.
Hình 2.2 đưa ra 4 kịch bản về việc MPLS thiết lập các qui tắc về tính duy nhất
của nhãn trong không gian nhãn như thế nào. Trong các kịch bản này, chúng ta sử dụng
kí hiệu Ru và Rd cho LSR đường lên và LSR đường xuống.
FEC F
LSR- Ru1
LSR- Rd
FEC F
LSR- Ru1
LSR- Rd
L1
L2
FEC F1
LSR- Ru2
LSR- Rd
FEC F2
LSR- Ru2
LSR- Rd
L
L
(1)
(2)
(3)
(4)
Kh«ng gian
nh·n 1-5000
Hình 2.2. Sự duy nhất của nhãn trong không gian nhãn
 Kịch bản 1: LSR Rd ràng buộc nhãn L1 với FEC F và gửi ràng buộc này tới LSR
đồng cấp Ru1.
 Kịch bản 2: LSR Rd ràng buộc nhãn L2 với FEC F và gửi ràng buộc này tới LSR
đồng cấp Ru2.
 Kịch bản 3: LSR Rd ràng buộc nhãn L với FEC F1 và gửi ràng buộc này tới LSR
đồng cấp Ru1.
Lưu Anh Tú, D2001VT
18

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×