công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức, về chất lượng dịch vụ và việc triển khai, hỗ trợ chất lượng dịch vụ trong mạng mpls

1

MỞ ĐẦU
Để đáp ứng nhu cầu phát triển không ngừng của người sử dụng, nhà
cung cấp dịch vụ cần phải có các thiết bị định tuyến và chuyển mạch tốc độ cao.
Mặc dù vậy, mạng lõi của nhà điều hành và nhà cung cấp dịch vụ thường chạy trên
mạng đường trục ATM, nhưng phần lớn các kết nối tới nhà cung cấp vẫn duy trì tốc
độ chuyển mạch chậm và các kiểu kết nối điểm-điểm, dẫn tới trễ và tắc nghẽn tại
các điểm truy cập biên. Các bộ định tuyến lõi cũng góp phần vào trễ đường đi, vì
mỗi bộ định tuyến phải thực hiện các giải pháp độc lập trên đường tốt nhất để
chuyển tiếp gói. Thơng thường IP phải được định tuyến trên ATM bằng việc sử
dụng IP qua ATM qua các kênh ảo hoặc các giao thức trên ATM. Các phương thức
chuyển tiếp này đã được chứng minh là không thuận tiện và phức tạp.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thương mại toàn cầu là sự phát triển
rộng khắp của mạng Internet đã làm ra đời một loạt các ứng dụng mới trong
thương mại. Những ứng dụng này đòi hỏi phải tăng và đảm bảo băng thông trong
mạng đường trục, ôn định chất lượng của các ứng dụng đó. Ngồi ra bên cạnh các
dịch vụ dữ liệu truyền thống, thoại và các dịch vụ đa phương tiện đang được phát
triển và triển khai. Nó đã làm nảy sinh các vấn đề cần phải có một mạng hội tụ
cung cấp đầy đủ các dịch vụ với chất lượng cao.
Nhu cầu về một mạng hội tụ với phương thức chuyển tiếp đơn giản, thơng
minh mà có các đặc tính quản lý lưu lượng và chất lượng dịch vụ là một nhu cầu
cấp thiết. Tất cả các yêu cầu đó có thể được đáp ứng bởi chuyển mạch nhãn đa
giao thức MPLS (Multi Protocol Labed Switching), nó khơng bị hạn chế bởi các
giao thức lớp 2 và lớp 3. Cùng với kĩ thuật điều khiển lưu lượng, MPLS (Multi
Protocol Labed Switching) là một giải pháp quan trọng trong việc định tuyến,
chuyển mạch và cung cấp chất lượng dịch vụ để đáp ứng được sự phát triển của
các ứng dụng cũng như các nhu cầu dịch vụ của khách hang.
Ngồi ra mạng MPLS cịn hỗ trợ các chức năng ưu việt của các mạng
chuyển mạch gói khác như IP, ATM, FR... hội tụ được các ưu điểm của công nghệ

2

chuyển mạch Datagram, VCI, VPI... trong phương thức chuyển mạch gói. Cơng
nghệ MPLS cịn có thể ứng dụng cho các mạng thế hệ sau như NGN (Next
Generation Network-base).
Luận văn của em sẽ trình bày những kiến thức về cơng nghệ chuyển
mạch nhãn đa giao thức, về chất lượng dịch vụ và việc triển khai, hỗ trợ chất lượng
dịch vụ trong mạng MPLS (Multi Protocol Labed Switching).


3

Chương 1

CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS

1.1. TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS
1.1.1 Giới thiệu
Trong một vài năm gần đây, Internet đã phát triển thành một mạng lưới
rộng khắp và tạo ra một loạt các ứng dụng mới trong thương mại. Những ứng dụng
này mang đến đòi hỏi phải tăng và bảo đảm nhu cầu băng thơng trong mạng đường
trục. Thêm vào đó, ngồi các dịch vụ dữ liệu truyền thống được cung cấp qua
Internet, thoại và các dịch vụ đa phương tiện đang được phát triển và triển khai.
Internet đã làm nảy sinh vấn đề hình thành một mạng hội tụ cung cấp đầy đủ các
dịch vụ. Tuy nhiên 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 cho nguồn tài nguyên trên cơ sở
hạ tầng Internet có sẵn
Bên cạnh vấn đề quá tải nguồn tài nguyên mạng. Một thách thức khác liên
quan tới việc truyền các byte và bit qua mạng đường trục để cung cấp các cấp độ

dịch vụ khác nhau đối với người dùng. Sự phát triển nhanh chóng của số người
dùng và lưu lượng đã làm tăng thêm sự phức tạp của vấn đề. Vấn đề cấp độ dịch vụ
( CoS ) và chất lượng dịch vụ ( QoS- Quality of Service) phải được quan tâm để có
thể đáp ứng được những yêu cầu khác nhau của lượng lớn người dùng mạng
Internet.
Nhu cầu về một phương thức chuyển tiếp đơn giản mà các đặc tính quản
lý lưu lượng và chất lượng với phương thức định tuyến, chuyển tiếp thông minh là
một yêu cầu cấp thiết. Tất cả các yêu cầu đó có thể được đáp ứng bởi chuyển mạch
nhãn đa giao thức (MPLS – Multi Protocol Labed Switching), đó là một phương
thức không bị hạn chế bởi các giao thức lớp 2 và lớp 3. Với các đặc tính đó MPLS


4

đóng một vai trị quan trọng trong việc định tuyến, chuyển mạch và chuyển tiếp gói
thơng qua các mạng thế hệ sau để đáp ứng các yêu cầu của người dùng mạng.
1.1.2 Định tuyến và chuyển mạch gói truyền thống
Bước phát triển khởi đầu của mạng Internet chỉ quan tâm tới những yêu
cầu truyền dữ liệu qua mạng. Internet chỉ cung cấp các ứng dụng đơn giản như
truyền file hay Remote login. Để thực hiện những yêu cầu này, môt định tuyến nền
dựa trên phần mền đơn giản, với giao diện mạng để hỗ trợ mạng đường trục dựa
trên T1/E1- hay T3/E3 đã có là đủ. Với những yêu cầu địi hỏi tốc độ cao và băng
thơng lớn, các thiết bị có khả năng chuyển mạch ở lớp 2 ( Lớp liên kết dữ liệu ) và
lớp 3 ( Lớp mạng ) ở ngay mức phần cứng phải được phát triển. Thiết bị chuyển
mạch lớp 2 quan tâm đến vấn đề nghẽn trong mạng con của môi trường mạng cục
bộ. Thiết bị chuyển mạch lớp 3 giúp giảm bớt nghẽn trong định tuyến lớp 3 bằng
cách chuyển việc tìm kiếm tuyến cho một chuyển mạch phần cứng tốc độ cao.
Các giải pháp trước đây chỉ quan tâm tới tốc độ truyền của các gói khi
chúng truyền qua mạng chứ khơng quan tâm tới thơng tin u cầu dịch vụ có trong
gói. Hầu hết các giao thức định tuyến sử dụng ngày này đều dựa trên thuật toán

được thiết kế để tìm ra con đường ngắn nhất trong mạng với các gói truyền tải mà
khơng quan tâm tới các yếu tố khác ( như trễ, rung pha, nghẽn), mà có thể làm giảm
bớt đáng kể chức năng mạng và chất lượn dịch vụ có trong mạng.
1.1.3 MPLS là gì?
MPLS là một framework do IETF đưa ra, cung cấp thiết kế hiệu quả cho
việc định tuyến, chuyển tiếp, chuyển mạch cho luông lưu lượng qua mạch.
MPLS thực hiện những chức năng sau:
- Định quá trình quản lý lưu l ượng luồng của các mạng khác nhau, như
luồng giữa các máy, phần cứng khác nhau hoặc thậm chí luồng giữa các ứng dụng
khác nhau.
- Duy trì sự độc lập của giao thức lớp 2 và lớp 3.


5

- Cung cấp cách thức để ánh xạ các địa chỉ IP thành các nhãn đơn giản có
độ dài khơng đổi được sử dụng bởi các công nghệ chuyển tiếp gói và chuyển mạch
gói khác nhau.
- Giao diện chung đối với các giao thức định tuyến như RSVP và OSFP.
- Hỗ trợ IP, ATM, Frame Relay.
Trong MPLS, dữ liệu được chuyển theo LSP. LSP là một chuỗi các nhãn ở
mỗi node từ nguồn tới đích. LSP được thiết lập theo chu kỳ để truyền dữ liệu
(control- driven) hoặc dựa trên sự phát hiện có một luồng dữ liệu nào đó
(data-driven). Các nhãn, theo giao thức đã được định sẵn sẽ được phân phối
sử dụng LDP hoặc RSVP hoặc được “cõng” trên một giao thức định tuyến
như BGP và OSFP. Mỗi gói dữ liệu được đóng gói và mang nhãn trong suốt
hành trình từ nguồn tới đích. Tốc độ chuyển mạch cao vì nhãn có chiều dài
cố định được chèn vào đầu gói hay tế bào và có thể được sử dụng bởi phần
cứng để chuyển tiếp gói nhanh chóng giữa các tuyến.
1.1.4. Lợi ích của MPLS

MPLS mang lại nhiều lợi ích như :
- Kỹ thuật lưu lượng: Cung cấp các khả năng thiết lập đường truyền mà
lưu lượng sẽ truyền qua mạng và khả năng thiết lập chất lượng cho các cấp độ dịch
vụ (CoS) và chất lượng dịch vụ (QoS- Quality of Service) khác nhau.
- Cung cấp IP dựa trên các mạng riêng ảo: Bằng việc sử dụng MPLS,
các nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp đường hầm IP đi qua mạng của họ mà
không cần thiết mã hoá hay các ứng dụng đầu cuối - người sử dụng.
- Loại bỏ cấu hình đa lớp: Thơng thường, phần lớn các nhà điều hành
mạng cung cấp mơ hình chồng lấn mà ATM được sử dụng tại lớp 2 và IP được sử
dụng tại lớp 3. Bằng việc sử dụng MPLS, các nhà điều hành mạng có thể mang
chức năng của mặt điều khiển ATM vào lớp 3, do đó sẽ làm đơn giản hóa mạng và
việc quản lý mạng.


6

- Tuyến hiện: Một đặc điểm chính của MPLS là sự hỗ trợ của nó đối với
các tuyến hiện. Các đường chuyển mạch nhãn được định tuyến sẵn hiệu quả hơn so
với tuỳ chọn tuyến nguồn trong IP.
- Hỗ trợ đa liên kết và đa giao thức: Thành phần chuyển tiếp chuyển
mạch nhãn là không xác định với một lớp mạng cụ thể. Ví dụ cùng một thành phần
chuyển tiếp cũng có thể được sử dụng khi đang thực hiện chuyển mạnh nhãn với IP
cũng như IPX. Chuyển mạch nhãn cũng có thể hoạt động ảo trên mọi giao thức liên
kết dữ liệu thơng qua ATM.
- Internet có ba nhóm ứng dụng chính: voice, data, video với các yêu
cầu khác nhau. Voice yêu cầu độ trễ thấp, cho phép thất thoát dữ liệu để tăng hiếu
quả. Video cho phép thất thốt dữ liệu ở mức chấp nhận được, mang tính thời gian
thực (realtime). Data yêu cầu độ bảo mật và chính xác cao. MPLS giúp khai thác tài
nguyên mạng đạt hiệu quả cao. Đó cũng là thế mạnh của MPLS.
- Điểm vượt trội của MPLS so với mơ hình IP over ATM: Khi hợp nhất

với chuyển mạch ATM, chuyển mạch nhãn tận dụng những thuận lợi của các tế bào
ATM - chiều dài thích hợp và chuyển với tốc độ cao. Trong mạng đa dịch vụ
chuyển mạch nhãn cho phép chuyển mạch BPX/MGX nhằm cung cấp dịch vụ
ATM, Frame, Replay và IP Internet trên một mặt phẳng đơn trong một đường đi tốc
độ cao. Các mặt phẳng (Platform) công cộng hỗ trợ các dịch vụ này để tiết kiệm chi
phí và đơn giản hóa hoạt động cho nhà cung cấp đa dịch vụ. ISP sử dụng chuyển
mạch ATM trong mạng lõi, chuyển mạch nhãn giúp các các dòng Cisco, BPX8600,
MGX8800 ( xem: Quanlity of Service (QoS). Web
Technology Document), Router chuyển mạch đa dịch vụ 8540 và các chuyển mạch
Cisco ATM giúp quản lí mạng hiệu quả hơn. Chuyển mạch nhãn tránh những rắc
rối gây ra do có nhiều router ngang hàng và hỗ trợ cấu trúc phân cấp (hierarchical
structure) trong một mạng của ISP.


7

- Sự tích hợp: MPLS xác nhập tính năng của IP và ATM chứ không xếp
chồng lớp IP trên ATM. MPLS giúp cho cơ sở hạ tầng ATM thấy được định tuyến
IP và loại bỏ các yêu cầu ánh xạ giữa các đặc tính IP và ATM.
- Độ tin cậy cao hơn: Với cơ sở hạ tầng ATM, MPLS có thể kết hợp hiệu
quả với nhiều giao thức định tuyến IP over ATM thiết lập một mạng lưới (mesh)
dịch vụ công cộng giữ các router xung quanh một đám mây ATM.
- Hỗ trợ hiệu quả cho Mulicast và RSVP: Khác với MPLS, xếp lớp IP
trên ATM nảy sinh nhiều bất lợi, đặc biệt trong việc hỗ trợ các dịch vụ IP như IP
muticast và RSVP ( Resource Reservation Protocol - RSVP). MPLS hỗ trợ các dịch
vụ này, kế thừa thời gian và cơng việc theo các chuẩn và khuyến khích tạo nên ánh
xạ xấp xỉ của các đặc trưng IP&ATM.
- Sự đo lường và quản lí VPN: MPLS có thể tính được các dịch vụ IP
VPN và rất dễ quản lí các dịch vụ VPN quan trọng để cung cấp các mạng IP riêng
trong cơ sở hạ tầng của nó. Khi một ISP cung cấp dịch vụ VPN hỗ trợ nhiều VPN

riêng trên một cơ sở hạ tầng đơn.Với một đường trục MPLS, thơng tin VPN chỉ
được xử lí tại một điểm ra vào. Các gói mang nhãn MPLS đi qua một đường trục và
đến điểm ra đúng của nó. Kết hợp MPLS với MP-BGP (Mutiprotocol Broder
Gateway Protocol) tạo ra các dịch vụ VNP dựa trên nền MPLS (MPLS-based VNP)
dễ quản lí hơn với sự điều hành chuyển tiếp, mở rộng thêm các thành viên VPN.
- Giảm tải trên mạng lõi: Các dịch vụ VPN hướng dẫn cách MPLS hỗ
trợ mọi thông tin định tuyến để phân cấp. Hơn nữa, có thể tách rời các định tuyến
Internet khỏi lõi mạng cung cấp dịch vụ. Giống như dữ liệu VPN, MPSL chỉ cho
phép truy suất bảng định tuyến Internet tại điểm ra vào của mạng. Với MPSL, kĩ
thuật lưu lượng truyền ở biên của AS được gắn nhãn để liên kết với điểm tương
ứng. Sự tách rời của định tuyến nội khỏi định tuyến Internet đầy đủ cũng giúp hạn
chế lỗi, ổn định và tăng tính bảo mật.


8

1.2. MPLS VÀ CÁC THÀNH PHẦN
1.2.1. Kiến trúc MPLS

Hình 1.1: Kiến trúc MPLS-VPN.

Hình 1.2: Cấu trúc VRF


9

Các thành phần cơ bản của MPLS gồm có:
- Mạng khách hàng ( Customer Network): thường là miền điều khiển của
khách hàng gồm cá thiết bị hoặc router trải rộng trên nhiều site của cùng một khách
hang là các router CE.

- Mạng nhà cung cấp ( Provider Network): Miền thuộc phần điều khiển
của nhà cung cấp gồm các router biên (edge) và lõi (core) để kết nối các site trong
cùng một hạ tầng mạng là các router PE.
- Các thành phần định tuyến VRF (VRF-Virtual Routing and
Forwarding Table): Hình sau cho thấy chức năng của VRF trên một router PE thực
hiện tách tuyến khách hàng. Quan sát hình dưới, Cisco IOS hỗ trợ các giao thức
định tuyến khác nhau như những tiến trình định tuyến riêng biệt (OSPF, EIGRP…)
trên router. Tuy nhiên, một số giao thức như RIP và BGP, IOS chỉ hỗ trợ một
instance của giao thức định tuyến. Hiện tại Cisco IOS hỗ trợ RIPv2, EIGRP, BGPv4
(nhiều instance), và OSPFv2 (nhiều tiến trình) được dùng cho VRF để trao đổi
thông tin định tuyến giữa CE và PE.
1.2.2 LSRs và LERs
Thiết bị trong giao thức MPLS có thể được phân loại thành LERs và
LSRs. Một LSR là một thiết bị định tuyến tốc độ cao trong lõi của mạng MPLS
tham gia vào quá trình thiết lập LSP sử dụng giao thức thích hợp và chuyển mạch
tốc cao luồng dữ liệu dựa trên con đường đã được thiết lập.
Một LER là một thiết bị hoạt động ở biên của mạng truy cập và mạng
MPLS. LER hỗ trợ nhiều cổng (port) nối tới các mạng không tương đồng (như
ATM, Fram Relay, Ethenet) và chuyển những luồng lưu lượng này tới mạng MPLS
sau khi thiết lập các LSP, sử dụng giao thức báo hiệu nhãn ở đầu vào và phân phối
lưu lượng trở lại mạng truy cập ở đầu ra. LER đóng vai trò rất quan trọng trong việc
gán và bỏ nhãn khi các luồng lưu lượng vào và tồn tại trong mạng MPLS.


10

Hình 1.3 : Vị trí của LSR và LER trong mạng MPLS.
1.2.3. Lớp chuyển tiếp tương đương FEC
FEC là biểu diễn một nhóm các gói chia sẻ những yêu cầu như nhau về
việc truyền tải. Tất cả các gói trong một nhóm được đối xử như nhau trên tuyến cho

tới đích. Ngược lại so với chuyển tiếp của gói IP, trong MPLS việc gán một nhãn
nhất định cho một FEC nhất định chỉ được thực hiện một lần, khi gói vào mạng.
Các FEC dựa trên yêu cầu dịch vụ đối với một tập các gói cho sẵn. Mỗi LSR xây
dựng một bảng để xác định một gói được chuyển tiếp như thế nào. Bảng này gọi là
bảng cơ sở dữ liệu của nhãn (LIB), gồm các ràng buộc FEC-tới-nhãn.


11

1.2.4. Nhãn
Một nhãn, dạng đơn giản nhất, phân biệt con đường một gói sẽ đi. Nhãn
được mang hoặc đóng gói ở tiêu đề lớp 2 của gói. Bộ định tuyến nhận được sẽ kiểm
tra nội dung nhãn của gói để xác định chặng kế tiếp. Khi một gói được gán nhãn,
cuộc hành trình của gói qua mạng đường trục sẽ dựa trên chuyển mạch nhãn. Giá trị
của nhãn chỉ có giá trị địa phương, nghĩa là chỉ gắn liền với chặng giữa các LSR.
Khi một gói được xếp vào một FEC đã có hay mới, thì nhãn sẽ được gán cho gói.
Giá trị nhãn được lấy từ lớp liên kết dữ liệu. Với lớp liên kế dữ liệu ( như Frame
Relay hay ATM), định danh lớp 2, như DLCI trong trường hợp mạng Frame Relay
hay VPIs/VCIs trong trường hợp mạng ATM có thể được sử dụng trực tiếp như
nhãn. Các gói được chuyển dựa trên giá trị nhãn.


12

Hình 1.4: Mơ hình Giao thức phân bổ nhãn
Nhãn được ràng buộc tới một FEC theo một vài sự kiện hoặc một vài cách
thức chỉ ra sự cần thiết đối với sự ràng buộc. Những sự kiện có thể là ràng buộc
data- driven hay ràng buộc control-driven.
Gán nhãn có thể được quyết định dựa trên tiêu chuẩn chuyển tiếp như:
-

Định tuyến đơn hướng

-

Công nghệ điều khiển lưu lượng (TE)

-

Multicast

-

Chất lượng dịch vụ (QoS- Quality of Service)
Định dạng thông thường của nhãn được cho như Hình 3. Nhãn có thể

được nhúng trong tiêu đề của lớp liên kết dữ liệu ( ATM VCI/VPI như hình 6 và
Frame Relay DLCI như hình 7) hoặc được chèn vào ( giữa tiêu đề lớp 2 và tiêu đề
lớp 3 như trong hình 8)

Hình 1.5: Định dạng chung của nhãn.


13

Hình 1.6: ATM với lớp liên kết dữ liệu.

Hình 1.7 : Frame Relay với lớp liên kết dữ liệu.

Hình 1.8 : Nhãn được chèn vào giữa lớp 2 & lớp 3.

->Tạo nhãn :
Có một vài phương pháp để tạo nhãn
- Phương pháp dựa trên giao thức (topology – base method) sử dụng quá
trình của giao thức định tuyến ( như OSPF & BGP ).
- Phương pháp dựa trên yêu cầu ( Request – base method ) sử dụng quá
trình yêu cầu dụa trên điều khiển chèn.
- Phương pháp dựa trên lưu lượng ( traffic – base method ) sử dụng một
gói để kích hoạt sự gán & phản hồi nhãn.
Phương pháp dựa trên giao thức và dựa trên yêu cầu là ví dụ của rằng
buộc nhãn Control – Driven, trong khi phương pháp dựa trên lưu lượng là ví dụ của
sự rằng buộc của Data – Driven.


14

->Phân phối nhãn:
Kiến trúc MPLS không giao chỉ tiêu cho một phương pháp báo hiệu nào
mà dựa vào việc phân bổ nhãn. Các giao thức định tuyến đang tồn tại như LDP,
BGP đã được nâng cao để có thể “ cõng “ thông tin nhãn trong nội dung của giao
thức. RSVP cũng đã được mở rộng để hỗ trợ chuyển giao. IETF đã định nghĩa một
giao thức mới được gọi là giao thức phân bổ nhãn LDP để thực hiên báo hiệu và
quản lý khơng gian nhãn. Nó được mở rộng dựa trên các yêu cầu của QoS và CoS.
Sự mở rộng này tạo ra giao thức CR-LDP. MPLS dùng các phương thức phân phối
nhãn như sau:
+ Yêu cầu xuôi dịng (Downstream on demand).
+ Tự nguyện xi dịng (Unsolicited downstream).
->Khơng gian nhãn:
Cisco Express Forwarding (CEF) là nền tảng cho MPLS và hoạt động trên
các router của Cisco. Do đó, CEF là điều kiện tiên quyết trong thực thi MPLS trên
mọi thiết bị của Cisco ngoại trừ các ATM Switch chỉ hỗ trợ chức năng của mặt

phẳng chuyển tiếp dữ liệu. CEF là một cơ chế chuyển mạch thuộc sở hữu của Cisco
nhằm làm tăng tính đơn giản và khả năng chuyển tiếp gói IP. CEF tránh việc viết lại
overhead của cache trong môi trường lõi IP bằng cách sử dụng một cơ sở thông tin
chuyển tiếp (FIB – Forwarding Information Base) để quyết định chuyển mạch. Nó
phản ánh tồn bộ nội dung của bảng định tuyến IP (IP routing table), ánh xạ 1-1
giữa FIB và bảng định tuyến. Khi router sử dụng CEF, nó duy trì tối thiểu 1 FIB,
chứa một ánh xạ các mạng đích trong bảng định tuyến với các trạm kế tiếp (nexthop adjacencies) tương ứng. FIB ở trong mặt phẳng dữ liệu, nơi router thực hiện cơ
chế chuyển tiếp và xử lý các gói tin. Trên router cịn duy trì hai cấu trúc khác là cơ
sở thông tin nhãn (LIB – Label Information Base) và cơ sở thông tin chuyển tiếp
nhãn (LFIB – Label Forwarding Information Base). Nhãn được sử dụng LSR cho
ràng buộc FEC có thể được phân chia như sau:


15

+ Per platform : Giá trị nhãn là độc nhất qua toàn bộ LSR. Nhãn được
phân cấp phát từ một quỹ chung. Khơng có hai nhãn trên hai giao diện khác nhau có
cùng giá trị.
+ Per interface : Phạm vi của nhãn kết hợp với giao diện. Những quỹ nhãn
được định nghĩa cho mỗi giao diện, và các nhãn được cung cấp ở những giao diện
đó được cấp phát từ những quỹ tách biệt.
-> Kết hợp nhãn:
Luồng đầu vào của lưu lượng từ các giao diện khác nhau có thể được kết
hợp lại với nhau và thực hiện chuyển mạch dựa trên một nhãn chung nếu nó được
truyền qua mạng tới cùng đích cuối cùng. Nếu mạng truyền tải lớp dưới là mạng
ATM, các LSR có thể thực hiện việc kết hợp VP và VC.
-> Cầm giữ nhãn:
MPLS định nghĩa cách đối xử với ràng buộc nhãn nhận được từ các LSR
mà khơng có chặng tiếp với một FEC đã cho. Có hai mode được định nghĩa:
- Conservative : Trong mode này, ràng buộc giữa nhãn và FEC nhận được

từ các LSR mà khơng có chặng tiếp với một FEC đã cho sẽ bị bỏ. Mode này yêu
cầu các LSR duy trì ít nhãn hơn. Đây là mode được khuyến cáo cho ATM-LSRs.
- Liberal : Trong mode này, ràng buộc giữa nhãn và FEC nhận được từ
các LSR mà không có chặng tiếp với một FEC đã cho được giữ lại. Mode này địi
hỏi thích ứng nhanh hơn với sự thay đổi topo mạng và cho phép chuyển lưu lượng
tới các LSP khác trong trường hợp thay đổi.


16

Hình 1.9 : Quá trình báo hiệu.
-> Điều khiển nhãn:
Bộ chuyển nhãn sử dụng một thuật toán chuyển tiếp dựa vào việc hoán
đổi nhãn. Nút MPLS lấy giá trị trong nhãn của gói vừa đến làm chỉ mục đến LFIB.
Khi giá trị nhãn tương ứng được tìm thấy, MPLS sẽ thay thế nhãn trong gói đó bằng
nhãn ra (outgoing label) từ mục con (subentry) và gửi gói qua giao tiếp ngõ ra
tương ứng đến trạm kế đã được xác định. Nếu nút MPLS chứa nhiều LFIB trên mỗi
giao tiếp, nó sử dụng giao tiếp vật lý nơi gói đến để chọn một LFIB cụ thể phục vụ
chuyển tiếp gói. Các thuật tốn chuyển tiếp thơng thường sử dụng như: Unicast,
Multicast. Tuy nhiên MPLS chỉ dùng một trong hai thuật toán chuyển tiếp dựa trên
sự hoán đổi nhãn (Label Swapping). MPLS định nghĩa các mode cho việc phân
phối nhãn tới các LSR bên cạnh gồm:
- Độc lập (Independent) : Trong mode này, một LSR nhận một FEC nào
đó và quyết định ràng buộc một nhãn tới một FEC độc lập với với sự phân phối
ràng buộc. FEC mới được nhận ra khi nào tuyến mới trở nên xác định đối với
router.
- Thứ tự (Ordered) : Trong mode này, một LSR ràng buộc một nhãn tới
một FEC nào đó khi và chỉ khi nó là router phía biên vào hay nó nhận một ràng
buộc nhãn với FEC từ LSR chặng tiếp theo. Mode này được khuyến cáo dùng cho
ATM-LSR.

17

->Quá trình báo hiệu nhãn.
+ Yêu cầu nhãn : Sử dụng quá trình này, LSR yêu cầu nhãn từ luồng
xuống cạnh nó vì thế nó có thể ràng buộc tới một FEC nhất định. Q trình này có
thể được giao xuống cho một chuỗi các LSR cho tới khi tới LER biên ra.
+ Ánh xạ nhãn : Để đáp ứng lại yêu cầu nhãn, luồng xuống LSR sẽ gửi
một nhãn tới khởi đầu luồng lên sử dụng quá trình ánh xạ nhãn.
+ Ngăn xếp nhãn. Quá trình ngăn xếp nhãn cho phép hoạt động một cách
phân cấp trong miền MPLS. Nó cho phép MPLS được sử dụng đồng thời cho việc
định tuyến ở mức nhân (ví dụ: giữa các router riêng biệt trong một ISP và ở mức
domain-by-domain cao hơn). Mỗi mức trong ngăn xếp nhãn gắn liền với mức phân
cấp nào đó. Nó tạo điều kiện thuận lợi cho chế độ đường hầm trong MPLS.

1.2.5. Tuyến chuyển mạch nhãn (LSPs)
Tập hợp các thiết bị MPLS biểu diễn một miền MPLS. Trong miền
MPLS, một tuyến được tạo cho một gói có sẵn dựa trên một FEC. LSP được thiết
lập theo chu kì để truyền dữ liệu. MPLS cung cấp 2 tùy chọn cho việc thiết lập một
LSP:
- Định tuyến chặng tiếp chặng (hop-by-hop): Mỗi LSR chọn chặng tiếp
theo một cách độc lập với một FEC đã cho. Phương pháp này tương tự như phương
pháp đang được sử dụng trong mạng IP. LSR sử dụng bất kì giao thức định tuyến
nào như OSPF, PNNI…
- Định tuyến hiện (Explicit Routing): Định tuyến hiện tương tự như định
tuyến nguồn. LSR đầu vào sẽ quyết định các danh sách các node mà ER- LSR đi
qua. Con đường được chọn có thể khơng tối ưu. Dọc theo tuyến, các tài nguyên có
thể được phục vụ để đảm bảo QoS với lưu lượng dữ liệu. Cách này dễ dàng điều
khiển lưu lượng qua mạng, và các dịch vụ khác có thể được cung cấp sử dụng các

18

luồng dựa trên các điều kiện hay phương pháp quản lý mạng. LSP được thiết lập
với FEC chỉ theo một chiều. Lưu lượng trở lại phải do LSP khác.
1.2.6. Giao thức phân phối nhãn (LDP)
LDP là một giao thức mới cho việc phân phối thông tin ràng buộc nhãn tới
các LSR trong mạng MPLS. Nó được sử dụng như ánh xạ FEC tới nhãn, tạo các
LSP. Các phiên LDP được thiết lập giữa các LDP ngang hàng trong mạng MPLS
(không nhất thiết kề nhau). Các LDP ngang hàng trao đổi các loại thông báo LDP
sau :
- Discovery message: Thông báo và duy trì sự có mặt của một LSR trong
mạng.
- Session message: Thiết lập, duy trì, kết thúc phiên giữa các LDP ngang
hàng.
- Advertisement message: Tạo, thay đổi, và xoá ánh xạ nhãn cho các FEC.
- Notification message: Cung cấp thông tin tham khảo và thông tin báo
hiệu lỗi.
MPLS không yêu cầu phải có giao thức phân bổ nhãn riêng, vì một vài
giao thức đinh tuyến được sử dụng trong OSPF, tuy nhiên IETF đã phát triển một
giao thức mới để bổ xung cho MPLS, đó được coi là giao thức phân bổ nhãn LDP.
LDP cưỡng bức CR-LDP cho phép các nhà quản lý thiết lập các đường đi chuyển
mạch nhãn LSP một cách rõ ràng. CR-LDP là sự mở rộng của LDP. Nó hoat động
độc lập với mọi giao thức cổng đường biên bên trong IGP khác. Nó được sử dụng
trong các dòng lưu lượng nhạy cảm với trễ và mơ phỏng chuyển mạch kênh.
RSVP cũng có thể được sử dụng để phân phối nhãn bằng việc sử dụng các
bản tin Reservation và PATH (mở rộng), nó hỗ trợ các hoạt động rằng buộc phân bổ
nhãn.
1.2.7. Giao thức RSVP ( giao thức dành trước tài nguyên).

19

Đây là giao thức chiếm trước tài nguyên RSVP, giao thức RSVP cổ điển
cho phép các bộ định tuyến hoạt đọng mềm dẻo để lưu giữ lại trạng thái truyền dẫn
kết nối của chúng, tất nhiên RSVP sẽ tăng khi số lượng phiên tăng dần trong mạng.
Để làm cho RSVP có thể triển khai trong phạm vi mơi trường MPLS, giao thức này
cần phải tăng thêm.
Như tên gọi của nó giao thức dành trước tài nguyên RSVP dùng để dành
trước tài nguyên cho một phiên làm việc ( dòng lưu lượng) trong mạng Internet.
RSVP được sử dụng để đảm bảo hiệu năng làm việc băng các tài nguyên đã được
chiếm trước tại các node tham ra hỗ trợ truyền tải lưu lượng ( trẳng hạn như hội
nghị video hay audio...). Lưu ý rằng IP không phải là giao thức hướng kết nối, nên
nó khơng thiết lập được tuyến truyền trước, trong khi đó RSVP lại thiết lập được
đường đi trước điều này đảm bảo cung cấp đủ băng thông cho đường đi đó.
RSVP khơng cung cấp các hoạt động định tuyến như IPv4 hay IPv6 mà nó
hoạt động giống như các giao thức bản tin điều khiên trong Internet (ICMP) và giao
thức bản tin nhóm Internet (IGMP).
Hình 1.10: Sự mở rộng cho RSVP để thiết lập một ER-LDP.

1.2.8. Giao thức MPLS-BGP ( giao thức cổng đường biên).
Giao thức này cũng được huy động để hỗ trợ việc phân bổ nhãn. Trong
phần này chúng ta chỉ khái quát các chức năng chính trong việc hỗ trợ phân bổ nhã.


20

BGP được sử dụng để phân bổ một tuyến dường nào đó, hay phân bổ nhãn nào đó
nằm trên tuyến đó. Thơng tin ràng nhãn của một tuyến nào đó được mạng cung cấp

với bản tin Update BGP, bản tin này được dùng để phân bổ tuyến đường.
Phân bổ nhãn có thể được màng cùng trong thơng tin Update BGP thông
qua việc mở rộng đa giao thức BGP-4 (xem RFC 2283 tài liệu Cisco). Lúc này nhãn
được mã hòa vào trong trường thuộc tính NLRI và trường SAFI . Mơt node BGP có
thể khơng sử dụng BGP để gửi nhãn tới một đối tượng mạng cấp BGP khác, trừ khi
đối tượng mạng BGP đó chỉ ra rằng nó có thể xử lý bản tin Update BGP với trường
SAFI xác định (thơng qua thỏa thuận trước).
1.3. HOẠT ĐỘNG CỦA MẠNG MPLS

Hình 1.11: Tạo LSP và chuyển tiếp gói tin qua miền MPLS
Phải tiến hành những bước sau đây để có thể truyền gói tin quan miền
MPLS:
- Tạo nhãn và phân phối.
- Tạo bảng ở mỗi router.
- Tạo LSP.
- Chèn nhãn/ tìm kiếm bảng.


21

- Chuyển tiếp gói.
Nguồn gửi dữ liệu của nó tới đích. Trong miền MPLS, khơng phải tất cả
các nguồn lưu lượng phải nhất thiết truyền qua cùng một đường. Phụ thuộc vào
đặc tính lưu lượng, các LSP khác nhau có thể được tạo ra cho các gói với các yêu
cầu cấp độ dịch vụ khác nhau. Bảng biểu diễn từng bước hoạt động của mạng
MPLS xảy ra khi có gói dữ liệu.
Bảng 1.1: Các bước hoạt động
MPLS actions

Mô tả

- Trước khi bắt đầu truyền bất cứ lưu lượng nào
Router tạo quyêt định ràng buộc nhãn với một FEC
nhất

định

cả

xây

dựng

bảng

của

nó.

- Trong LDP , luồng xuống Router khởi phát sự
Tạo nhãn và phân phối nhãn

phân bố nhãn và ràng buộc FEC nhãn.
- Ngoài ra các đặc tính liên quan tới lưu lượng và
khả năng của MPLS được dàn xếp để xử dụng LDP.
- Một giao thức truyển tải tin cậy và trật tự được
sử dụng để làm giao thức báo hiệu. LDP sử dụng
TCP.
- Khi nhận được rằng buộc nhãn, mỗi một LSRS
tạo các đầu vào trong bảng cơ sở dữ liệu nhãn.
- Nội dung của bảng sẽ xác định ánh xạ giữa nhãn

Tạo bảng

và FEC, ánh xạ giữa cổng vào và bảng nhãn đầu
vào tới cổng đầu ra và bảng nhãn đầu ra.
- Các lối vào được cập nhật bất cứ khi nào nhận ra
có rằng buộc nhãn xẩy ra.
- Như đường đưt đoạn trong hình 11, các LSP được

Tạo tuyến chuyển mạch nhãn

tạo theo hướng ngược lại với sự tạo ra các lối vào


22

trong LIB.
- Router đầu tiên ( LER1 trong hình 11 ) sử dung
bảng LIB để tìm chặng tiếp theo theo yêu cầu nhãn
với một FEC nhất định.
- Chuỗi Router còn sử dụng nhãn để tìm chặng tiếp

Chèn nhãn / Tìm kiems bảng

theo.
- Khi một gói tới LSP biên lối ra ( LSR4) nhãn sẽ bị
bỏ và gói được cấp tới đích.
- Từ hình 11: chúng ta hãy xem con đường một gói
tin khi no đi từ LSR1 tới LSR4. LER1 có thể khơng
có bất kỳ nhãn nào cho gói này khi có yêu cầu lần

đầu tiên. Trong mạng IP, nó sẽ tìm ra địa chỉ dài
nhất để tìm các bước tiếp theo.
- LER1 sẽ khởi phát các yêu cầu nhãn tới LSR1, yêu
cầu này sẽ được phát trên toàn bộ mạng như hình
11. LDP sẽ xác định đương dẫn ảo đảm bảo QoS và

Chuyển gói

CoS.
Một bộ định tuyến trung gian LSR2 & LSR3 sẽ
nhận gói tin gán nhãn thay đổi nhãn và truyền đi.
- Gói tin đến LER4 loại bỏ nhãn vì gói ra khỏi miền
hoạt động của MPLS và phân phát tới đích . Đường
truyền gói tin được chỉ ra trên hình 11.

Bảng 1.2: ví dụ về LIB
Cổng vào

Nhãn cổng vào

Cổng ra

Nhãn cổng ra

1

3

3

6


23

2

9

1

7

Xem xét ví dụ về 2 luồng gói tin vào một miền MPLS:
- Một luồng gói tin là sự trao đổi dữ liệu theo quy tắc giữa các server (ví
dụ FTP-file transfer protocol).
- Một luồng gói tin khác là luồng video chất lượng cao yêu cầu các kỹ
thuật lưu lượng QoS.
- Các luồng gói tin này được phân ra thành 2 FEC riêng biệt tại LSR lối
vào.
- Các nhãn tương ứng được kết hợp với luồng gói tin lần lượt là 3 và 9
một cách tương ứng.
- Các cổng vào tại LSR là 1 và 2.
- Giao diện lối ra cùng đáp ứng lần lượt là 3 và 1.
- Ánh xạ nhãn được thực hiện, các nhãn trước đó lần lượt được trao đổi
cho 6 và 7.
1.4. ĐƯỞNG HẦM TRONG MPLS
Đặc tính duy nhất của MPLS là có thể điều khiển tồn bộ đường truyền
gói tin mà khơng cần xác định cụ thể các bộ định tuyến trung gian. Điều đó được
tạo ra bởi các đường hầm thơng qua các bộ định tuyến. Khái niệm này được sử

dụng trong VPN dựa trên MPLS. Khảo sát hình 12. Các LER (LER1, LER2, LER3
và LER4) tất cả sử dụng BGP và tạo LSP giữa chúng (LSP1). LER1 thông báo
bước tiếp theo là LER2 khi nó đang truyền dữ liệu nguồn phải đi qua hai phần của
mạng. Cũng vậy, LER2 thông báo bước tiếp theo là LER3, v.v… Các LER này sẽ
sử dụng giao thức BGP để nhận và lưu trữ nhãn từ LER egress (LER4 trong dự
đốn đích) theo tồn bộ đường đi tới LER lối vào (LER1). Tuy nhiên, để LER1 gửi


24

dữ liệu đến LER2 nó phải đi qua một vài LSR (trong trường hợp này là ba). Do vậy,
một LSP riêng được tạo ra giữa hai LER (LER1 và LER2) qua LSR1, LSR2 và
LSR3. Điều này thể hiện đường hầm giữa hai LER. Nhãn trong đường này khác
nhãn các LER tạo cho đường truyền LSP1. Điều đó đúng cho cả LER3 và LER4
cũng như các LSR giữa chúng. Trong phần này có đường truyền LSP3. Để có cấu
trúc này, khi gói tin truyền qua hai phần mạng, các khái niệm ngăn xếp nhãn được
sử dụng. Khi truyền qua LSP1, LSP2 và LSP3, gói tin sẽ mang hai nhãn hồn chỉnh
cùng lúc là:
(1) phần đầu tiên - nhãn cho LSP1 và LSP2
(2) phần thứ hai - nhãn cho LSP1 và LSP3.
Khi các LER3 nhận các gói tin tồn tại trong mạng đầu tiên, các gói tin sẽ
loại bỏ nhãn của LSP2 và thay bằng nhãn LSP3 trong khi quá trình trao đổi nhãn
LSP1 bên trong gói tin với nhãn của đường đi tiếp theo. LER4 sẽ loại bỏ cả hai
nhãn trước khi gửi gói tin đến đích.


25

Hình 1.12: Đường hầm trong MPLS.

1.5. KIẾN TRÚC HỆ THỐNG GIAO THỨC MPLS
Trong kiến trúc mạng MPLS VPN, các router biên mang thông tin định
tuyến khách hàng, cung cấp định tuyến tối ưu cho lưu lượng giữa các site của khách
hàng. Mơ hình MPLS-based VPN cũng giúp cho khách hàng sử dụng không gian
địa chỉ trùng lắp không giống như mơ hình peer-to-peer truyền thống trong việc
định tuyến lưu lượng khách hàng yêu cầu nhà cung cấp phải gán địa chỉ IP riêng
cho mỗi khách hàng (hoặc khách hàng phải thực hiên NAT) để tránh trùng lắp
không gian địa chỉ. MPLS VPN là một dạng thực thi đầy đủ của mơ hình peer-topeer; MPLS VPN backbone và các site khách hàng trao đổi thông tin định tuyến lớp
3, và dữ liệu được chuyển tiếp giữa các site khách hàng sử dụng MPLS-enable SP
IP backbone. Miền (domain) MPLS VPN, giống như VPN truyền thống, gồm mạng
của khách hàng và mạng của nhà cung cấp. Mơ hình MPLS VPN giống với mơ hình
router PE dành riêng (dedicated PE router model) trong các dạng thực thi VPN
ngang cấp peer-to-peer VPN. Tuy nhiên, thay vì triển khai các router PE khác nhau
cho từng khách hàng, lưu lượng khách hàng được tách riêng trên cùng router PE
nhằm cung cấp khả năng kết nối vào mạng của nhà cung cấp cho nhiều khách hàng.
Các thành phần của một MPLS VPN được trình bày trong hình 13. Thành phần
MPLS lõi có thể chia thành các phần sau:
- Giao thức định tuyến lớp mạng (IP).
- Biên chuyển tiếp lớp mạng.
- Chuyển mạch dựa trên nhãn mạng lõi.
- Độ chi tiết và lược đồ nhãn.
- Giao thức báo hiệu cho phân phối nhãn.
- Điều khiển lưu lượng.