kỹ thuật cân bằng tải trong mpls-te

Lời cam đoan
Đồ án tốt nghiệp là một thước đo đánh giá kết quả học tập sau 5 năm học của
sinh viên tại giảng đường đại học Bách Khoa, mỗi sinh viên lựa chọn cho mình một
đề tài tốt nghiệp phù hợp với hướng nghề nghiệp của mình trong tương lai. Ý thức
được điều này em đã cố gắng lựa chọn cho mình một đề tài phù hợp mình và đã cố
gắng hết sức hoàn thành đề tài của mình.
Trong tình hình rất phổ biến hiện nay nhiều sinh viên sử dụng những đồ án đã
làm trước để đưa vào đồ án của mình, sử dụng các chương trình mô phỏng mã
nguồn mở để đưa vào đề tài của mình mà không tuân theo đúng nguyên tắc về sở
hữu trí tuệ trong khi sử dụng phần mền nguồn mở, xâm phạm quyền sở hữu trí tuệ
của người khác. Là một sinh viên năm cuối, em đã ý thức rõ về vấn đề và quyết tâm
tuân theo đúng quy định về sở hữu trí tuệ, những thông tin em sử dụng trong đồ án
nếu lấy từ bên ngoài đều có trích dẫn đầy đủ nhưng thông tin về tác giả, tuân theo
đúng quy định trên thế giới hiện nay.
Một lần nữa em xin cam đoan nội dung đồ án hoàn toàn không sử dụng bất cứ
tài liệu đồ án, công trình khoa học nào từ trước đến nay, các đoạn mã và chương
trình mô phỏng là hoàn toàn tự làm không lấy từ bất cứ công trình nào trước đây.
Đà Nẵng, ngày 7 tháng 1 năm 2008
Sinh viên thực hiện

Mục lục

Lời cam đoan 1
Mục lục 2
6
Các từ viết tắt 7
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức 1
Phần 1: Lý thuyết 2
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức 2
1.1 Giới thiệu 2
1.2 Sơ lược lịch sử MPLS và nguyên nhân của sự ra đời của MPLS 2

1.3. Đặc tính của chuyển tiếp IP 3
1.3.1 Mô hình định tuyến lớp mạng 3
1.4 MPLS 6
1.4.3 Điểm vượt trội của MPLS so với mô hình IP over ATM 7
1.5 Kiến trúc MPLS 9
1.5.1 Mặt phẳng chuyển tiếp 10
1.5.2 Mặt phẳng điều khiển 10
1.5.3 Các thành phần mặt phẳng dữ liệu và điều khiển của MPLS 12
1.6 Nhãn (Label) trong MPLS 12
1.9 Các hình thức hoạt động của MPLS 15
1.10 Thuật toán chuyển tiếp nhãn (Label Forwarding Algorithm) 16
1.11 Hoạt động chuyển tiếp của MPLS 17
1.12 LDP và các loại thông điệp của LDP 17
1.12.1 Các thông điệp của LDP 17
1.12.2 Phân phối bằng giao thức phân phối nhãn LDP 18
1.14 Kết luận 20
Chương 2. Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS 21
Chương 2. Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS 21
2.2 Tổng quan về quản lý lưu lượng MPLS 21
2.3 Sự cần thiết của kỹ thuật lưu lượng trong Internet 22
2.4 Kỹ thuật lưu lượng trước MPLS 23
2.5 Kỹ thuật lưu lượng với MPLS 26
2.6 So sánh IP-TE với MPLS-TE 27
2.7 Các thành phần kỹ thuật lưu lượng MPLS 30
2.7.1 Đường hầm LSP 30
2.7.2 Phân phối các thông tin định tuyến ràng buộc 31
2.7.3 Gán lưu lượng cho đường hầm 31
2.7.4 Định tuyến lại 32
2.7.5 Định tuyến lại nhanh 32
2.7.6 Định tuyến lại được tối ưu 33

2.8 Các dạng thông tin chính được phân phối 34
2.8.1 Băng thông có sẵn 34
2.8.2 Độ ưu tiên đường hầm 35
2.8.3 Các cờ thuộc tính 36
2.9 Thông tin được phân phối như thế nào ? 36
2.10 Kết luận 37
Chương 3: Cân bằng tải trong MPLS-TE, thuật toán LCM 38
3.1. Giới thiệu 38
3.2 Sự cần thiết của cần bằng tải trong thực tế 39
3.3. Tiếp cận phương pháp cân bằng tải động 40
3.4. Thuật toán LCM cân bằng tải 42
3.5. Bài lab kiểm tra 44
3.6 Kết luận 46
Phần 2: Thực nghiệm 47
Chương 4. Chương trình mô phỏng và bài lab kiểm tra 47
4.1 Giới thiệu 47
4.2 Triển khai bài lab kiểm tra trên thiết bị thực 47
4.3 Chương trình mô phỏng mạng Network Simulator 48
4.4 Các bước tiến hành mô phỏng 52
4.5. Kết quả 61
4.6 Kết luận 68
Kết thúc và hướng phát triển đề tài 69
Tài liệu tham khảo 70
Phụ lục 72
Lời nói đầu
Khi đối mặt với sự phát triển và mở rộng mạng có hai vấn đề cần quan tâm:
kỹ thuật mạng (network engineering) và kỹ thuật lưu lượng (traffic engineering).
Kỹ thuật mạng là tổ chức mạng phù hợp với lưu lượng. Ban đầu phải có dự đoán tốt
nhất về lưu lượng trên mạng để sử dụng các mạch và các thiết bị mạng (router,
switch, …) thích hợp. Kỹ thuật mạng phải được đảm bảo hiệu quả về sau này vì

thời gian lắp đặt mạng có thể diễn ra lâu dài. Kỹ thuật lưu lượng là thao tác trên lưu
lượng để phù hợp với mạng. Dù có cố gắng đến đâu thì lưu lượng mạng cũng không
bao giờ đáp ứng được 100% so với dự tính. Giữa thập niên 90 sự tăng truyển lưu
lượng vượt quá mọi dự tính và không thể tính toán trước được. Do đó có thể tại mọi
nơi nhu cầu băng thông quá nhiều nhưng đồng thời có các đường liên kết khác chưa
được sử dụng. Kỹ thuật lưu lượng là một “nghệ thuật ” chuyển lưu lượng từ các liên
kết bị đầy sang các liên kết rỗi. Kỹ thuật lưu lượng có thể được bổ sung: IP metric
trên giao tiếp, kiểm tra một mắc lưới ATM PVC và xác định lại đường PVC dựa
trên yêu cầu về lưu lượng đi qua nó. Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS nhằm đạt đến
kỹ thuật điều khiển lưu lượng hướng kết nối tốt nhất và kết hợp với định tuyến IP.
Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp, phần lý thuyết trước tiên em đề cập về những
đặc điểm của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS), từ đó đi sâu vô
kỹ thuật lưu lượng trong MPLS (MPLS-TE). Phần thực nghiệm xin giới thiệu về
thuật toán cân bằng tải được dụng trong MPLS-TE.
Đồ án gồm hai phần lý thuyết và thực nghiệm, trong phần lý thuyết em đã cố
gắng trình bày những kiến thức từ tổng quan tới chi tiết, phần thực nghiệm xúc phát
từ cơ sở lý thuyết toán học, em đã cố gắng liên hệ với thực nghiệm để giúp cho đề
tài có sức thiết phục hơn. Mong được thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến xây dựng.
Em xin cảm ơn.
Đồ án này đề cập vấn đề kỹ thuật cân bằng tải trong MPLS- TE. Nội dung đồ
án gồm hai phần 4 chương.
Phần 1: lý thuyết gồm 3 chương, chương 1: giới thiệu tổng quan đặc điểm,
kiến trúc ứng dụng chuyển mạch nhãn đa giao thức, chương 2 và 3: đi sâu vào đặc
điểm kỹ thuật lưu lượng trong MPLS và giới thiệu thuật toán cân bằng tải LCM.
Phần 2: phần thực nghiệm, chương 4: phân tích, thiết lập thử nghiệm thuật
toán cân bằng tải LCM (load balance with congestion and mean utilization
thresholds) trong MPLS-TE.
Phương pháp nguyên cứu xuyên suốt của đồ án là nguyên cứu lý thuyết công
nghệ, thuyết lập hệ thống lab kiểm tra, đo đạt, ghi lại kết quả. Sử dụng toán học để
kiểm tính thuật toán bằng cách so sánh kết quả thu được của hệ thống lab thực với

chương trình mô phỏng. Nhận xét kết quả so sánh rút ra kết luận về tính hiệu quả
của thuật toán.
Đà Nẵng, ngày 9 tháng 6, năm 2007
Sinh viên thực hiện
Các từ viết tắt
MPLS : Multiprotocol Label Switching
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
AS : Autonomous System
ATM : Asynchronous Transfer Mode
BGP : Border Gateway Protocol
CR-LDP : Constraint-based Routing LDP
EGP : Exterior Gateway Protocol
ER : Explicited Routing
FEC : Forwarding Equivalence Class
IGP : Interior Gateway Protocol
ISIS : Intermediate System-to-Intermediate System
ISP : Internet Server Providers
LER : Label Edge Router
LFIB : Label Forwarding Information Base
LIB : Label information base.
LSP : Label Switching Path
LSR : Label Switching Router
MPLS-TE : Multiprotocol Label Switching
OSPF : Open Shortest Path First
QoS : Quality of service
RFC : Request For Comments
RVSP : Resource Reservation Protocol
TCL : Tool Command Language
TDP : Tag Distribution Protocol.
TE : Traffic Engineering

VPN : Virtual private network.

1
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
Phần 1: Lý thuyết
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
1.1 Giới thiệu
Trong chương này giới thiệu đặc điểm của chuyển mạch nhãn đa giao thức
MPLS. Chuyển tiếp gói IP truyền thống phân tích địa chỉ IP đích chứa trong tiêu đề
của lớp mạng ở mỗi gói. Mỗi bộ định tuyến phân tích địa chỉ đích độc lập ở mỗi
chặng trong mạng. Giao thức định tuyến động hay tĩnh khi xây dựng cơ sở dữ liệu
cần phải phân tích địa chỉ IP đích tạo ra bảng định tuyến. Quá trình này gọi là định
tuyến unicast từng chặng dựa trên đích đến của các gói tin. Việc định tuyến bằng
các giao thức phi kết nối đáp ứng được nhu cầu đơn giản của khách hàng. Khi mạng
Internet phát triển và mở rộng, lưu lượng Internet trên mạng bùng nổ, phương thức
chuyển tiếp gói hiện tại tỏ ra không hiệu quả, mất tính linh hoạt. Do đó cần một kỹ
thuật mới để gán địa chỉ và mở rộng các chức năng của cấu trúc mạng dựa trên IP.
Trong phần này chỉ ra một số nhược điểm, các hạn chế mô hình cũ và trình bày một
kỹ thuật mới – kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS – nhằm khắc phục
các nhược điểm trên.
1.2 Sơ lược lịch sử MPLS và nguyên nhân của sự ra đời của MPLS
Điểm thành công của Internet ở chỗ các công nghệ của Internet được triển
khai và phát triển theo nhu cầu của thị trường. Internet không đưa ra các tiêu chuẩn
theo kiểu Recommendation như của ITU-T mà đưa ra các RFC (Request For
Comments) với mục đích công bố các giải pháp công nghệ đã đạt được và thu thập
những đóng góp thêm nhằm hoàn thiện, phát triển sản phẩm đó chứ không bắt buộc
phải tuân thủ. Khi mạng Internet phát triển và mở rộng, lưu lượng Internet bùng nổ.
Các ISP xử lý bằng cách tăng dung lượng các kết nối và nâng cấp router nhưng vẫn
không tránh khỏi nghẽn mạch. Lý do là các giao thức định tuyến thường hướng lưu
lượng vào cùng một số các kết nối nhất định dẫn đến kết nối này bị quá tải trong khi

2
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
một số tài nguyên khác không được sử dụng. Đây là tình trạng phân bố tải không
đồng đều và sử dụng lãng phí tài nguyên mạng Internet.
Vào thập niên 90, các ISP phát triển mạng của họ theo mô hình chồng lớp
(overlay) bằng cách đưa ra giao thức IP over ATM. ATM là công nghệ connection-
oriented, thiết lập các kênh ảo (Virtual Circuit), tuyến ảo (Virtual Path) tạo thành
một mạng logic nằm trên mạng vật lý giúp định tuyến, phân bố tải đồng đều trên
toàn mạng. Tuy nhiên, IP và ATM là hai công nghệ hoàn toàn khác nhau, được thiết
kế cho những môi trường mạng khác nhau, khác nhau về giao thức, cách đánh địa
chỉ, định tuyến, báo hiệu, phân bổ tài nguyên. Khi các ISP càng mở rộng mạng theo
hướng IP over ATM, họ càng nhận rọ nhược điểm của mô hình này, đó là sự phức
tạp của mạng lưới do phải duy trì hoạt động của hai hệ thống thiết bị.
Sự bùng nổ của mạng Internet dẫn tới xu hướng hội tụ các mạng viễn thông
khác như mạng thoại, truyền hình dựa trên Internet, giao thức IP trở thành giao thức
chủ đạo trong lĩnh vực mạng. Xu hướng của các ISP là thiết kế và sử dụng các
router chuyên dụng, dung lượng chuyển tải lớn, hỗ trợ các giải pháp tích hợp,
chuyển mạch đa lớp cho mạng trục Internet.
Nhu cầu cấp thiết trong bối cảnh này là phải ra đời một công nghệ lai có khả
năng kết hợp những đặc điểm tốt của chuyển mạch kênh ATM và chuyển mạch gói IP.
Công nghệ MPLS ra đời trong bối cảnh này đáp ứng được nhu cầu của thị trường
đúng theo tiêu chí phát triển của Internet đã mang lại những lợi ích thiết thực, đánh
dấu một bước phát triển mới của mạng Internet trước xu thế tích hợp công nghệ
thông tin và viễn thông (ICT - Information Communication Technology) trong thời
kỳ mới.
1.3. Đặc tính của chuyển tiếp IP
1.3.1 Mô hình định tuyến lớp mạng
Trong môi trường phi kết nối truyền thống không phải sử dụng các bản tin báo
hiệu để thiết lập kết nối, phương thức chuyển tin là chuyển từng chặng một. Tất cả

các gói tin được chuyển đi dựa trên các giao thức định tuyến lớp mạng (như giao

3
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
thức tìm đường dẫn ngắn nhất [OSPF] hay giao thức cổng biên [BGP]), hay định
tuyến tĩnh. Các router xử lí tất cả các gói tin như nhau và có quyền huỷ bỏ các gói
tin mà không cần bất kì thông báo nào cho cả bên gởi và bên nhận. Chính vì vậy, IP
chỉ cung cấp các dịch vụ đặc biệt với “hiệu quả tốt nhất” chứ không thích hợp cho
các dịch vụ có yêu cầu nghiêm ngặt về QoS.
Cơ chế phi kết nối gây khó khăn trong việc điều khiển luồng và phân bổ lưu
lượng mạng làm tắt nghẽn tại các nút mạng. Các nhà cung cấp dịch vụ Internet
(ISP) xử lý bằng cách tăng dung lượng các kết nối và nâng cấp router nhưng hiện
tượng nghẽn mạch vẫn xảy ra. Lý do là các giao thức định tuyến Internet thường
hướng lưu lượng vào cùng một số các kết nối nhất định dẫn tới các kết nối này bị
quá tải trong khi một số khu vực khác tài nguyên không được sử dụng. Đây là tình
trạng phân bố tải không đồng đều và sử dụng lãng phí tài nguyên mạng. Tuy nhiên,
bên cạnh hạn chế như vậy, mô hình phi kết nối cũng có những ưu điểm, đó là :
- Khả năng định tuyến gói tin một cách độc lập.
- Cơ cấu định tuyến và chuyển tin đơn giản, hiệu quả, nên mô hình phi kết
nối rất phù hợp với các luồng có thời gian kết nối chậm.

1.3.2 Công nghệ ATM và mô hình hướng kết nối
ATM là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, tức là kết nối từ điểm đầu
đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được gởi đi. Việc tạo kết nối
mạch ảo có thể đạt hiệu quả trong mạng nhỏ, nhưng đối với mạng lớn thì những vấn
đề có thể xảy ra. Mỗi khi một router mới đưa vào mạng lõi WAN thì mạch ảo phải
được thiết lập giữa router này với các router còn lại để đảm bảo việc định tuyến tối
ưu. Điều này lưu khiến lượng định tuyến trong mạng tăng. Thông thường việc thiết
lập kết nối này được thực hiện bởi giao thức báo hiệu. Giao thức này cung cấp các
thông tin trạng thái liên quan đến kết nối cho các chuyển mạch nằm trên đường đã

định tuyến. Chức năng điều khiển chấp nhận kết nối CAC (Connection Admission
Control) đảm bảo rằng các tài nguyên liên quan đến kết nối hiện tại sẽ không được
đưa vào để sử dụng cho các kết nối mới. Điều này buộc mạng phải duy trì trạng thái

4
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
của từng kết nối (bao gồm thông tin về sự tồn tại của kết nối và tài nguyên mà kết
nối đó sử dụng) tại các n có dữ liệu đi qua. Việc lựa chọn tuyến được thực hiện dựa
trên các yêu cầu về QoS đối với kết nối và dựa trên khả năng của thuật toán định
tuyến trong việc tính toán các tuyến có khả năng đáp ứng các yêu cầu QoS đó. Do
khả năng nhận dạng mạng, khả năng cô lập từng kết nối với các tài nguyên liên
quan đến kết nối trong suốt thời gian tồn tại của kết nối mà môi trường hướng kết
nối có thể đảm bảo chất lượng cho từng luồng thông tin. Mạng sẽ giám sát từng kết
nối, thực hiện định tuyến lại trong trường hợp có sự cố và việc thực hiện định tuyến
lại này cũng phải thông qua báo hiệu.
Từ cơ chế truyền tin ta thấy mạng hướng kết nối thích hợp với :
- Các ứng dụng yêu cầu phải đảm bảo QoS một cách nghiêm ngặt.
- Các ứng dụng có thời gian kết nối lớn.
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 tỉ lệ phần thông
tin header lại quá lớn. Với các loại lưu lượng như vậy thì môi trường 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.
Như vậy ta cần tìm một phương thức chuyển mạch có thể phối hợp ưu điểm
của IP (như cơ cấu định tuyến) và của ATM (như phương thức chuyển mạch) và để
thực sự phù hợp với mạng đa dịch vụ cả hai công nghệ ATM và IP đều phải có
những thay đổi, cụ thể là đưa thêm khả năng phi kết nối vào công nghệ ATM, và
khả năng hướng kết nối vào công nghệ IP.
1.3.3 Quá trình điều khiển và chuyển tiếp độc lập
Với chuyển tiếp gói IP thông thường, mọi thay đổi về thông tin điều khiển

truyền gói được tất cả các thiết bị liên lạc với nhau trong cùng một vùng. Sự thay
đổi này đòi hỏi một thời gian hội tụ trong thuật toán chuyển tiếp. Vì vậy ta mong
muốn có một cơ chế có thể thay đổi cách chuyển tiếp gói, mà không ảnh hưởng đến
các thiết bị trong mạng. Để thực hiện được cơ chế như vậy, các thiết bị mạng
(router) không dựa trên thông tin tiêu đề IP mà dựa trên một nhãn thêm vào gói tin

5
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
để quyết định quá trình chuyển tiếp. Với cách thức chuyển tiếp như vậy bất kỳ sự
thay đổi quyết định nào có thể thông tin đến các thiết bị bằng cách phân phối một
nhãn mới, các thiết bị này chuyển tiếp lưu lượng dựa trên nhãn một sự thay đổi diễn
ra sẽ không ảnh hưởng tới các thiết bị còn lại.
Công nghệ MPLS ra đời đáp ứng được nhu cầu của thị trường đúng theo tiêu
chí phát triển của Internet, kết hợp những đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp thứ
3 và chuyển mạch lớp thứ 2 cho phép chuyển các gói rất nhanh trong mạng lõi và
định tuyến tốt ở các mạng biên bằng cách dựa vào nhãn.
1.4 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). MPLS (Multi-Protocol Label Switching) kết hợp đặc tính tốc
độ và hiệu suất của các mạng chuyển gói (packet-switched network) với đặc tính
thông minh các mạng chuyển mạch (circuit-switched network) nhằm cung cấp giải
pháp tốt nhất cho việc tích hợp voice, video and data. Giống như các mạng chuyển
mạch, MPLS thiết lập con đường kết nối end-to-end trước khi vận chuyển thông tin,
và các con đường này được chọn dựa vào yêu cầu của ứng dụng (vd: băng
thông, ). Mặt khác, giống như các mạng gói, các ứng dụng và người dùng có thể
chia sẻ chung một kết nối. Các ứng dụng MPLS có thể thay đổi rất rộng, từ mạng
phân phát dữ liệu "best effort" đơn giản tới các mạng nâng cao với khả năng đảm bảo

phân phát dữ liệu có kèm thông tin re-routing dành cho con đường phụ (trong trường
hợp liên kết mạng bị hỏng ở đâu đó trên đường chính) trong vòng 50 milli giây.
1.4.1 Lợi ích của MPLS
- Làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu.
- Tương thích với hầu hết các giao thức định tuyến và các công nghệ khác liên quan
đến Internet.

6
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
- Hoạt động độc lập với các giao thức định tuyến .
- 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.
1.4.2 Đặc điểm mạng MPLS
- Không có MPLS API, cũng không có thành phần giao thức phía host.
- MPLS chỉ nằm trên các router.
- MPLS là một giao thức độc lập nên có thể hoạt động với các giao thức mạng khác
IP như IPX, ATM, Frame-Relay, PPP hoặc trực tiếp với tầng Data Link.
- Định tuyến trong MPLS được dùng để tạo các luồng băng thông cố định tương tự
như kênh ảo của ATM hay Frame Relay.
- MPLS đơn giản hoá quá trình định tuyến, đồng thời tăng cường tính linh động với
các tầng trung gian.
1.4.3 Điểm vượt trội của MPLS so với mô hình IP over ATM
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 tần của ATM thấy được định tuyến IP và loại bỏ các yêu
cầu ánh xạ giữa các đặc tính IP và ATM. MPLS không cần địa chỉ atm và kỹ thuật
định tuyến (như PNNI).
Độ tin cậy cao:

Với cơ sở hạ tầng ATM, MPSL 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. Tuy nhiên có nhiều vấn đề xảy ra do các
PCV link giữa các router xếp chồng trên mạng ATM. Cấu trúc ATM không thể thấy
bộ định tuyến. Một link ATM bị hỏng làm hỏng nhiều liên kết router-to-router gây
khó khăn cho lượng cập nhật thông tin định tuyến và nhiều tiến trình xử lí kéo theo.
Trực tiếp thực thi các loại dịch vụ:

7
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
Khác với MPLS, xếp lớp IP trên ATM này sinh nhiều bất lợi, đặt biệt trong
việc hỗ trợ các dịch vụ IP như IP multicast và RSVP ( Resource Reservation
Protocol - RSVP). MPLS hổ trợ các dịch vụ này, kết thừa thời gian và công 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 quản lí các dịch vụ VPN
quan trọng để cung cấp các mạng IP riêng trên một cơ sở hạ tầng đơn. Với một
đường trục MPLS đi qua một trục và đến điểm ra đúng cả nó.Kết hợp MPLS với
MP-BGP (Multiprotocol Broder Gateway Protocol) tạo ra các dịch vụ VPN dựa trên
nền MPLS VPN dễ quản lý hơn với sự điều hành chuyển tiếp quản lí phía VPN và
các thành viên VNP, dịch vụ MPLS-base VNP còn có thể mở rộng để hổ trợ hành
ngàn VPN.
Giãm tải trên mạng lõi :
Các dịch vụ VPN hướng dẫn cách MPLS hỗi trợ mọi thông tin định tuyến
phân cấp, hơn nữa có thể tách rời các định tuyến internet tại điểm ra vào của mạng.
Với MPLS, kỹ thuật lưu lượng truyền ở biên của AS được gắn nhãn để liên kết vơi
điểm tương ứng. Sự tách rời của định tuyến nội khỏi định tuyến internet đầy đủ
cũng giứp hạn chế lỗi, ổn định và tăng tính bảo mật
Khả năng điều khiển lưu lượng :
MPLS cung cấp các khả năng điểu khiển lưu lượng để sử dụng hiệu quả tài

nguyên mạng. Kỹ thuật lưu lượng giúp chuyển tải từ các phần quá tải sang các phần
còn rỗi của mạng dựa vào điểm đích, loại lưu lượng tải, thời gian.

8
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
1.4.4 Một số khái niệm thường gặp
- FEC (Forwarding Equivalence Class) là một nhóm các gói tin ở lớp mạng được
dán nhãn giống nhau và gửi đi đồng nhất theo một đường đi xác định.
- LSR (Label Switching Router) là bộ định tuyến có hỗ trợ MPLS, bao gồm các
giao thức điều khiển MPLS, các giao thức định tuyến lớp mạng và cách thức xử lý
nhãn MPLS.
- LER (Label Edge Router) là các LSR ở biên mạng MPLS trong MPLS domain,
gồm có LER vào (Ingress LER) và LER ra (Egress LER).
- LSP (Label Switching Path) là đường đi xuất phát từ một LSR và kết thúc tại một
LSR khác. Tất cả các gói tin có cùng giá trị nhãn sẽ đi trên cùng một LSP.
- MPLS domain là tập các nút mạng MPLS.
1.5 Kiến trúc MPLS
Label: Nhãn được sử dụng trong tiến trình gửi gói tin sau khi đã thiết lập đường
đi. MPLS tập trung vào quá trình hoán đổi nhãn (Label Swapping). Một trong
những thế mạnh của kiến trúc MPLS là tự định nghiã các chồng nhãn (label stack).
Công thức để dán nhãn gói tin là: Network Layer Packet + MPLS Label Stack.
Label Spaces: chia làm 2 loại
Per-Platform Label Space: các interface dùng chung giá trị nhãn.
Per-Interface Label Space: mỗi interface mang giá trị nhãn riêng.
Một nút của MPLS có hai mặt phẳng điều khiển: mặt phẳng chuyển tiếp MPLS và
mặt phẳng điều khiển MPLS. Nút MPLS có thể thực hiện định tuyến ba lớp hoặc
chuyển mạch lớp hai. Kiến trúc cơ bản của một nút MPLS như sau:

9
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức

Hình 1.1: Kiến trúc MPLS
1.5.1 Mặt phẳng chuyển tiếp
Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng một cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB-
Label Forwarding Information Base) để chuyển đổi gói. Mỗi nút MPLS có hai bảng
liên quan đến việc chuyển tiếp là: cơ sở thông tin nhãn và LFIB. LIB chứa tất cả các
nhãn được nút MPLS cục bộ đánh dấu và ánh xạ. Điều này đến các nhãn được nhận
từ láng giềng (MPLS neighbor) của nó. LFIB sử dụng một tập con các nhãn chứa
trong LFIB để thực hiện chuyển tiếp gói.
1.5.2 Mặt phẳng điều khiển
Mặt phẳng điều khiển MPLS chịu trách nhiệm tạo ra và lưu trữ LFIB. Tất cả
các nút MPLS phải chạy một giao thức định tuyến IP để trao đổi thông tin định
tuyến đến các nút MPLS khác trong mạng. Các giao thức định tuyến Link-State như
OSPF và IS-IS là các giao thức được chọn vì chúng cung cấp cho mỗi nút MPLS
thông tin của toàn mạng. Trong các bộ định tuyến thông thường, bản định tuyến IP
cung cấp thông tin của mạng đích và subnet prefix. Các giao thức định tuyến link-
state gửi thông tin định tuyến giữa một tập các router nối trực tiếp (adjacent), thông
tin liên kết nhãn chỉ được phân phối giữa router nối trực tiếp với nhau bằng cách

10
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
dùng giao thức phân phối nhãn (Label Distribution Protocol), hoặc TDP (cisco’s
Tag Distribution Protocol).
Các mô đun điều khiển MPLS gồm:
Định tuyến Unicast (Unicast Routing)
Định tuyến Multicast (Multicast Routing)
Kỹ thuật lưu lượng (TE)
Mạng riêng ảo (VPN), Chất lượng dịch vụ (QoS)
Hình 1.2 Cấu trúc nút MPLS

11

Mặt phẳng điều khiển một nút mạng
Mặt phẳng dữ liệu tại một nút mạng
Mặt phẳng dữ liệu tại một nút mạng
Điều khiển định
tuyến MPLS
Multicast IP
Điều khiển
định tuyến
( MPLS/VPN)
Điều khiển
lưu lượng
(MPLS TE)
Điều khiển
định tuyến
MPLS IP
Cơ sở thông tin chuyển
tiếp nhãn LFIB
Chất lượng
dịch vụ
(QoS)
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
1.5.3 Các thành phần mặt phẳng dữ liệu và điều khiển của MPLS
Hình 1.3 Thành phần mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng
1.6 Nhãn (Label) trong MPLS
Kiểu khung (Frame mode) là thuật ngữ khi chuyển tiếp một gói với nhãn gắn trước
tiêu đề lớp ba. Một nhãn được mã hoá với 20 bit, nghĩa là có thể 2
20
giá trị khác
nhau. Một gói có nhiều nhãn, được gọi là ngăn xếp nhãn (label stack). Ở mỗi chặng
trong mạng chỉ có một nhãn bên ngoài được xem xét. Hình sau mô tả định dạng tiêu

đề của MPLS:
Hình 1.4 Định dạng tiêu đề của MPLS

12


Data Plane
Incoming Labeled outgoing labeled
(MPLS) packet
Data Plane
Data Plane
Control Plane
IP Routing protocols
(IGP/BGP)
IP Routing table-
RIB
Lable Informations Base
LIB
IP Forwarding Table-
Forwarding
Information Base FIB
Label Forwarding
Information Base LFIB
Outgoing IP Packet
Incomming
IP Packet
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
Trong đó
- EXP=Experimental (3 bit): dành cho thực nghiệm. Cisco IOS sử dụng các bít này
dùng để giữ các thông báo cho QoS, khi các gói MPLS xếp chồng có thể dùng các

bit EXP tương tự như các bit IP ưu tiên (IP Precedence).
- S=Bottom of stack (1 bit): là bít cuối chồng. Nhãn cuối chồng bít này được thiết
lập lên 1, các nhãn khác có bit này là 0.
- TTL=Time to Live (8 bit): thời gian sống là bản sao của IP TTL Giá trị của nó
được giảm tại mỗi chặng để tránh lặp (giống như trong IP). Thường dùng khi người
điều hành mạng muốn che dấu cấu hình mạng bên dưới khi tìm đường từ mạng bên
ngoài
Hình 1.5 Định dạng nhãn
Trong đó:
GFC (Generic Flow Control): điều khiển luồng chung
VPI (Virtual Path Identifier): nhận dạng đường ảo
VCI (Virtual Channel Identifier): nhận dạng kênh ảo
PT (Payload Type): chỉ thị kiểu trường tin
CLP (Cell Loss Priority): chứa năng chỉ thị ưu tiên huỷ bỏ tế bào
HEC (Header error check): kiểm tra lỗi tiêu đề

13
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
1.7 LSPs (Label Switch Path)
Một kết nối end-to-end MPLS được gọi là Label Switch Path (LSP). Kết nối
này có thể được thiết lập dành cho nhiều mục đích khác nhau, như để bảo đảm một
vài cấp độ hiệu suất, để route theo nhiều hướng trong một mạng bị nghẽn, hay để
tạo các IP tunnel cho các mạng kiểu như VPN. Theo nhiều khía cạnh, LSPs không
khác gì so với các con đường chuyển mạch (switched path) trong mạng ATM hay
Frame Relay, ngoại trừ LSPs không phụ thuộc vào một công nghệ L2 nào.
Thông tin về LSP được thâu tóm vào trong MPLS label, nhãn này được chèn
vào giữa tiêu đề lớp 2 và 3 của gói tin. Các nhãn cho phép thiết lập các con đường
khác nhau giữa các nơi (khách hàng) khác nhau, hoặc thậm chí cho các ứng dụng
khác nhau của cùng một khác hàng. Các nhãn được gán và phân phối qua nghi thức
riêng dành cho việc này (vd: LDP, hay TDP).

1.8 LER, LSR và hoạt động của LSR
Gói đến vùng MPLS được gắn nhãn đầu tiên bởi một router gọi là Label Edge
Router (LSR) hay còn gọi là Edge Label Switch Router. Các nhãn thực ra chỉ là một
cơ chế đánh chỉ số đơn giản làm cho kỹ thuật chuyển mạch nhanh hơn, đơn giản
hơn cách làm truyền thống của kỹ thuật chuyển tiếp gói (packet forwarding) trên L2
(Ethernet/ATM) hoặc L3 (IP).
Tại mỗi chặng (hop) trên mạng MPLS, một router sẽ xem xét nhãn đến để tính
ra chặng chuyển tiếp tiếp theo cho gói tin. Điều này loại bỏ việc tiêu tốn khá nhiều
tài nguyên cho việc tra cứu địa chỉ mà vốn dĩ thường làm giảm toàn bộ thông lượng
gói tin và hạn chế tính linh hoạt.
Dọc trên đường đi, mỗi LSR sẽ ra quyết định chuyển tiếp dựa trên mỗi nội
dung của nhãn. Tại mỗi chặng, LSR sẽ lột bỏ nhãn đã có và gắn vào nhãn mới nhằm
thông báo cho LSR của chặng kế cách chuyển tiếp gói tin. Tất cả MPLS router
trong mạng thường xuyên trao đổi nhãn và thông tin tầm với tới (reachability) để
xây dựng một một sơ đồ hoàn chỉnh của mạng, mà sau đó được dùng để xác định
các con đường cũng như thông tin nhãn mới đặt vào trong gói tin.

14
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
Hoạt động của LSR:
- Ý tưởng chính của MPLS là sử dụng nhãn để quyết định chặn kế tiếp, nên router
làm việc ít hơn và hoạt động gần giống như bộ chuyển mạch. Vì các nhãn thể hiện
các tuyến đường trong mạng nên ta có thể điều khiển chính xác quá trình xử lý lưu
lượng bằng cách dùng các chính sách gán nhãn.
+ Ở chặng router đầu tiên, router chuyển gói tin dựa vào địa chỉ đích, xác
định nhãn thích hợp tùy vào FEC để gán nhãn cho gói và chuyển gói đi tiếp.
+ Ở chặng kế tiếp, LSR dùng giá trị nhãn để xác định nút tiếp theo cần
chuyển gói, gán nhãn mới rồi chuyển gói đi tiếp.
- Đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP): LSP xác định đường đi gói tin MPLS, chia
làm 2 loại:

+ Hop by hop signaled LSP: xác định đường đi khả thi nhất
+ Explicit route signaled LSP (ER-LSP): xác định các tuyến đường đi bắt
nguồn từ nút gốc.
- ER-LSP có các ưu điểm sau: khả năng định tuyến linh hoạt, xác định nhiều đường
đi đến đích, quản lý lưu lượng linh hoạt, việc tìm đường dựa trên quan hệ ràng buộc
như mạng ATM.
1.9 Các hình thức hoạt động của MPLS
Mạng MPLS dùng các nhãn để chuyển tiếp các gói. Khi một gói đi vào mạng,
nút MPLS ở lối vào đánh dấu một gói đến lớp chuyển tiếp tương đương (FEC –
Forwarding Equivalence Class) cụ thể. Trong mạng MPLS nhãn điều khiển mọi
hoạt động chuyển tiếp. Điều này có nhiều thuận lợi hơn sự chuyển tiếp thông
thường:
- Sự chuyển tiếp MPLS có thể thực hiện bằng các bộ chuyển mạch, có thể tra cứu
thay thế nhãn mà không ảnh hưởng đến header lớp mạng. Các bộ chuyển ATM thực
hiện các chức năng chuyển các tế bào dựa trên giá trị nhãn. ATM-Switch cần được
điều khiển bởi một thành phần điều khiển MPLS dựa vào IP (IP-base MPLS control

15
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
element) như bộ điều khiển chuyển mạch nhãn (LSC- Label Switch Controller).
Đây là dạng cơ bản của sự kết hợp IP với ATM.
- Khi một gói vào mạng nó được chuyển đến lớp chuyển tiếp tương đương (FEC
-Forwarding Equivalence Class). Router có thể sử dụng thông tin gói, như cổng vào
(ingress) hay giao tiếp (interface). Các gói đi vào mạng được gán các nhãn khác
nhau. Quyết định chuyển tiếp được thực hiện dễ dàng bởi router ngõ vào. Điều này
không có trong sự chuyển tiếp thông thường, vì sự xác định lộ trình của router khác
với thông tin lộ trình trên gói.
- Mạng được quản lý lưu lượng buộc gói đi theo con đường cụ thể, một con đường
chưa được sử dụng, con đường đó được chọn trước hoặc ngay khi gói đi vào mạng
tốt hơn sự lựa chọn bởi các thuật toán định tuyến thông thường. Trong MPLS, một

nhãn có thể được dùng để đại diện cho tuyến, không cần kèm trong gói. Đây là dạng
cơ bản của MPLS TE.
- “Lớp dịch vụ (Class of Service)” của gói được xác định bởi nút MPLS đầu vào.
Một nút MPLS vào có thể huỷ tuyến hay sửa đổi lịch trình để điều khiển các gói
khác nhau. Các trạm sau có thể định lại ràng buộc dịch vụ bằng các thiết lập PBH
(per-hop behavior). MPLS cho phép độ ưu tiên một phần hoặc hoàn toàn của lớp
dich vụ từ nhãn. Trường hợp này nhãn đại diện cho sự kết hợp của một FEC với độ
ưu tiên hoặc lớp dịch vụ. Đây là dạng cơ bản của MPLS QoS
1.10 Thuật toán chuyển tiếp nhãn (Label Forwarding Algorithm)
Bộ chuyển mạch 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 gió đó bằng
nhãn ra từ mục con 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 toán
chuyển tiếp thông thường sử dụng nhiều thuật toán như unicast, multicast và các gói
unicast có thiết lập bit ToS (term of service). Tuy nhiên, MPLS chỉ dùng một thuật

16
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
toán chuyển tiếp dựa trên sự hoán đổi nhãn (label swapping). Một nút MPLS truy
xuất bộ nhớ đơn để lấy thông tin như quyết đinh dành ra tài nguyên cần thiết để
chuyển tiếp gói. Khả năng chuyển tiếp và tra cứu tốc độ nhanh giúp chuyển tiếp
nhãn trở thành công nghệ chuyển mạch có tính thực thi cao. MPLS còn có thể dùng
để chuyển vận các giao thức lớp ba khác như Ipv6, IXP hoặc apple talk. Các thuộc
tính này giúp MPLS có thể tương thích tốt với việc chuyển đổi các mạng từ Ipv4
lên Ipv6.
1.11 Hoạt động chuyển tiếp của MPLS
Thực hiện chuyển tiếp dữ liệu với MPLS gồm các bước sau:
- Gán nhãn MPLS trên LSR

- Giao thức phân phối nhãn thực hiện gán nhãn và trao đổi nhãn giữa các LSR
trong miền MPLS để thiết lập các phiên làm việc. Việc gán nhãn có thể gán cục bộ
trên router hoặc trên giao tiếp của router.
- Thiết lập LDP/TDP giữa LSR/ELSR
- Mặc định trên router sử dụng LDP
1.12 LDP và các loại thông điệp của LDP
1.12.1 Các thông điệp của LDP
Discovery: quảng cáo và chấp nhận sự có mặt của LSR trong mạng.
Session: thiết lập bảo dưỡng và huỷ phiên làm việc giữa các LSR.
Advertisement :quảng cáo ánh xạ nhãn tới FEC.
Notification: báo hiệu lỗi.

17
Chương 1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
Hình 1.6 Quá trình thiết lập
Hình 1.7 Quá trình di trì
1.12.2 Phân phối bằng giao thức phân phối nhãn LDP
Trong một miền MPLS, một nhãn gán tới một địa chỉ (FIB) đích được phân phối tới
các láng giềng ngược dòng sau khi thiết lập phiên. Việc kết nối giữa mạng cụ thể
với nhãn cục bộ và một nhãn trạm kế (nhận từ router xuôi dòng) được lưu 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).

18