công nghệ chuyển mạch nhãn – mpls

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

Mục lục
Lời Mở đầu
Chương I: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ CÔNG NGHỆ MPLS 7
I.1. Động lực phát triển 7
I.2. Công nghệ chuyển mạch nền tảng 9
I.2.1. IP 10
I.2.2. ATM 10
I.2.3. MPLS 11
I.3. Quá trình phát triển và giải pháp ban đầu của các hãng 14
I.3.1. IP over ATM 14
I.3.2. Tohsiba’s CSR 14
I.3.3. Cisco’s Tag Switching 15
I.3.4. IBM’s ARIS và Nortel’s VNS 15
I.3.5. Công việc chuẩn hoá MPLS 15
Chương II: NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CỦA CÔNG NGHỆ MPLS
20
II.1. Cấu trúc và thành phần, khái niệm MPLS 20
II.1.1. Giới thiệu chung 20
II.1.2. Các Khái niệm cơ bản của MPLS 20
II.1.3. Thành phần cơ bản của MPLS 24
II.2. Hoạt động của MPLS 26
II.2.1. Các chế độ hoạt động của MPLS 26
II.2.1.1. Chế độ hoạt động khung MPLS 26
II.2.1.1.1 Hoạt động của mảng số liệu 27
II.2.1.2. Chế độ hoạt động tế bào MPLS 30
II.2.2. Hoạt động của MPLS trong mạng ATM-PVC 35
II.3. Các giao thức sử dụng trong mạng MPLS 36

Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 1 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

II.3.1. Giao thức phân phối nhãn(LDP) 36
II.3.1.1. Phát hiện LSR lân cận 37
II.3.1.2. Giao thức truyền tải tin cậy 37
II.3.1.3. Bản tin LDP 38
II.3.2. Giao thức CR-LDP 40
II.3.2.1. Khái niệm định tuyến cưỡng bức 40
II.3.2.2. Các phần tử định tuyến cưỡng bức 43
II.3.2.2.1. Định tuyến cưỡng bức “ chọn đường gắn nhất” 44
II.3.2.2.2. Sử dụng MPLS làm phương tiện chuyển tiếp thông tin 48
II.3.3. Giao thức RSVP 48
II.3.3.1. MPLS hỗ trợ RSVP 50
II.3.3.2. RSVP và khả năng mở rộng 52
II.3.4. So sánh CR-LDP và RSVP 53
II.4. So sánh MPLS và MPOA 54
II.5. Chất lượng dịch vụ 55
II.5.1. Dịch vụ cố gắng tối đa( Best Effort) 56
II.5.2. Dịch vụ tích hợp(Intserv) 56
II.5.3. Dịch vụ Dffserv 58
II.5.4. Chất lượng dịch vụ MPLS 60
II.6. Kỹ thuật lưu lượng trong mạng MPLS 60
II.6.1. Mục tiêu chất lượng của kỹ thuật lưu lượng(TE) 61
II.6.2. Những hạn chế của cơ chế điều khiển IGP hiện tại 61
II.6.3. Quản lý lưu lượng MPLS 61
II.6.3.1. Những vấn đề cơ bản của quản lý lưu lượng qua MPLS 62
II.6.4. Những khả năng tăng cường cho quản lý lưu lượng qua MPLS 62

II.6.5. Các thuộc tính tài nguyên 63
II.6.5.1. Bộ phân bổ lớn nhất 64
II.6.5.2. Thuộc tính lớp tài nguyên 64
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 2 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

II.6.6. Triển khai định tuyến cưỡng bức MPLS 64
II.7. Phát hiện và phòng ngừa trường hợp định tuyến vòng 65
II.7.1. Phát hiện và phòng ngừa chuyển tiếp vòng đối với MPLS ở chế độ khung 65
II.7.2. Phát hiện và phòng ngừa chuyển tiếp vòng đối với MPLS ở chế độ tế bào
66
Chương III: ỨNG DỤNG CỦA MPLS TRONG MẠNG RIÊNG ẢO 73
III.1. Khái niệm mạng riêng ảo(VPN) 73
III.2. Mô hình Overlay 74
III.3. Mô hình ngang cấp 78
III.4. Phân phối cưỡng bức thông tin định tuyến 80
III.5. Bảng đa chuyển tiếp 83
III.6. Địa chỉ IP trong mạng VPN 84
III.7. Chuyển tiếp gói tin bằng MPLS 86
III.8. Khả năng mở rộng 90
III.9. Bảo mật 91
III.10. Hỗ trợ QoS trong MPLS VPN 92
Chương IV: ỨNG DỤNG MPLS TRONG MẠNG NGN 97
IV.1. Mô hình tổng đài đa dịch vụ 97
IV.1.1. Mô hình tổng đài đa dịch vụ MSF 97
IV.1.1.2. Mô hình Softswitch (ISC): 101
IV.1.2. Khả năng triển khai MPLS qua các mô hình 102
IV.1.2.1. Thủ tục điều khiển và truyền tải qua MPLS 102

IV.1.2.1.1. IP/ATM/MPLS 102
IV.1.2.1.2. IP truyền thống 107
Kết luận 112
Thuật ngữ và chữ viết tắt 114
Tài liệu tham khảo 121
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 3 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

LỜI MỞ ĐẦU
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 thông lượng chuyển mạch). Công nghệ MPLS(
MultiPotocol Label Switching) là kết quả phát triển của nhiều công nghệ chuyển
mạch IP ( IP Switching) sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc
độ truyền gói tin mà không cần phải thay đổi các giao thức định tuyến của IP.
MPLS tách chức năng của IP router ra làm hai phần riêng biệt: chức năng
chuyển gói tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin, với
nhiệm vụ gửi gói tin giữa các IP router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự
như của ATM. Trong MPLS, nhãn là một số có độ dài cố định và không phụ
thuộc vào lớp mạng. Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của
một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn mới của
nó. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin theo kiểu thông
thường, và do vậy cải thiện khả năng của thiết bị. Các router sử dụng kỹ thuật
này được gọi là LSR (Label switching router). Phần chức năng điều khiển của
MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối
thông tin giữa các LSR, và chủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến
thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch. MPLS có thể hoạt động được
với các giao thức định tuyến Internet khác như OSPF (Open Shortest Path First)

và BGP (Border Gateway Protocol). Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng
và cho phép thiết lập tuyến cố định, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các
tuyến là hoàn toàn khả thi. Đây là một tính năng vượt trội của MPLS so với các
giao thức định tuyến cổ điển. Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế định tuyến lại
nhanh (fast rerouting).
Do MPLS là công nghệ chuyển mạch định hướng kết nối, khả năng bị ảnh
hưởng bởi lỗi đường truyền thường cao hớn các công nghệ khác. Trong khi đó,
các dịch vụ tích hợp mà MPLS phải hỗ trợ lại yêu cầu chất lượng vụ cao, do vậy,
khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng
không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên dưới.
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 4 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến việc quản lý mạng được dễ
dàng hơn. Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các gói tin
thuộc một FEC có để được xác định bởi giá trị của nhãn. Do vậy, trong miền
MPLS, các thiết bị đo lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các gói
tin. Bằng cách giám sát lưu lượng tại các LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát
hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể được xác định nhanh chóng. Tuy
nhiên, giám sát lưu lượng theo phương thức này không đưa ra được toàn bộ
thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ như trễ xuyên suốt của miền MPLS). Việc
đo trễ có thể được thực hiện bởi giao thức lớp 2. Để giám sát tốc độ của mỗi
luồng và đảm bảo các luồng lưu lượng tuân thủ tính chất lưu lượng đã được định
trước, hệ thống giám sát có thể dùng một thiết bị nắn lưu lượng. Thiết bị này sẽ
cho phép giám sát và đảm bảo tuân thủ tính chất lưu lượng mà không cần thay
đổi các giao thức hiện có.
MPLS là một công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng. Với tính
chất của cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng

dịch vụ của mạng IP truyền thống. Bên cạnh đó, thông lượng của mạng sẽ được
cải thiện một cách rõ rệt.
Cùng với sự phát triển của các công nghệ mạng, công nghệ chuyển mạch
cũng tiến thêm một bước. Công nghệ chuyển mạch gói đang dần dần thay thế
công nghệ chuyển mạch kênh, và trong tương lai nó sẽ chiếm vị trí độc tôn trong
mạng NGN. Do sự phân lớp mạng và cũng do sự phong phú về các công nghệ
truyền dẫn nên chuyển mạch được thể hiện dưới nhiều hình thức khác nhau. Ở
mức điều khiển dịch vụ thì sẽ là chuyển mạch mềm – Softswitch – để báo hiệu
và điều khiển kết nối dịch vụ. Ở mức truyền dẫn xuyên suốt thì sẽ là chuyển
mạch gói IP tương ứng với lớp 3, ở mức truyền dẫn điểm điểm thì chuyển mạch
MPLS, DWDM,
Đề tài này nhằm mục tiêu tìm hiểu, nghiên cứu đón đầu công nghệ chuyển
mạch mới áp dụng trong mạng thế hệ sau. Đây là nhu cầu cấp thiết của Việt nam
trong giai đoạn hiên nay khi chúng ta đang chuẩn bị xây dựng mạng trục, mạng
truy nhập cho các dịch vụ mới trên cơ sở công nghệ gói. Đề tài này sẽ góp phần
giải quyết một số vấn đề về mặt công nghệ khi quyết định triển khai MPLS trong
mạng thế hệ mới của Việt nam.
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 5 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của các thây giáo; thây Nguyễn
Văn Thắng, Thầy Nguyễn Xuân Dũng, Tôi đã nghiên cứu thực hiện luận văn:
Công Nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức
( MultiPotocol Label Switching-MPLS)
Nội dung luận án gồm bốn chương:
Chương I: Nghiên cứu cơ sở công nghệ MPLS
Chương II: Nghiên cứu các vấn đề kỹ thuật của công nghệ MPLS
Chương III: Ứng dụng của MPLS trong mạng riêng ảo(VPN)

Chương IV: Ứng dụng của MPLS trong mạng NGN
Đây là một vấn đề kỹ thuật mới, do vậy việc đi sâu nghiên cứu, tìm hiểu
để nắm bắt được công nghệ là rất cần thiết trong điều kiện mạng viễn thông Việt
Nam hiện nay, nhằm góp phần vào việc triển khai, ứng dụng công nghệ mới này
tại Việt Nam trong tương lai. Do thời gian và tài liệu tham khảo còn hạn chế, nên
đồ án này không tránh khỏi một số thiếu sót và có nhiều vấn đề không được trình
bầy giải quyết một cách thoả đáng. Vì vậy tôi rất mong được sự góp ý và giúp đỡ
của thầy cô và các bạn.
Sau cùng cho phép tôi được bầy tỏ lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới các
thầy; thầy Nguyễn Văn Thắng, thầy Nguyễn Xuân Dũng và cán bộ hướng dẫn
TS. Lê Ngọc Giao, cùng gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi
hoàn thành luận án này.
Người thực hiện
Nguyễn Văn Dũng
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 6 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

CHƯƠNG I
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ CÔNG NGHỆ MPLS
I.1. ĐỘNG LỰC PHÁT TRIỂN
Ý tưởng đầu tiên về MPLS được đưa ra bởi hãng Ipsilon, một hãng rất nhỏ về
công nghệ thông tin trong triển lãm về công nghệ thông tin, viễn thông tại Texas. Một
thời gian ngắn sau đó, Cisco và một loạt các hãng lớn khác như IBM, Toshiba công
bố các sản phẩm của họ sử dụng công nghệ chuyển mạch được đặt dưới nhiều tên khác
nhau nhưng đều cùng chung bản chất đó là công nghệ chuyển mạch dựa trên nhãn.
Thiết bị CSR (Cell switch router) của Toshiba ra đời năm 1994 là tổng đài ATM
đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM. Tổng đài IP của
Ipsilon về thực chất là một ma trận chuyển mạch ATM được điều khiển bởi khối xử lý

sử dụng công nghệ IP. Công nghệ Tag switching của Cisco cũng tương tự nhưng có bổ
sung thêm một số điểm mới như FEC (Forwarding equivalence class), giao thức phân
phối nhãn, v.v Cisco phát hành ấn bản đầu tiên về chuyển mạch thẻ (tag switching)
vào tháng 3 năm 1998 và trong thời gian gần đây, nhóm nghiên cứu IETF đã tiến hành
các công việc để đưa ra tiêu chuẩn và khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức
MPLS.
Sự ra đời của MPLS được dự báo là tất yếu khi nhu cầu và tốc độ phát triển rất
nhanh của mạng Internet yêu cầu phải có một giao thức mới đảm bảo chất lượng dịch
vụ theo yêu cầu đồng thời phải đơn giản và tốc độ xử lý phải rất cao. Tồn tại rất nhiều
công nghệ để xây dựng mạng IP, như IPOA (IP qua ATM), IPOS (IP qua
SDH/SONET), IP qua WDM và IP qua cáp quang. Mỗi công nghệ có ưu điểm và
nhược điểm nhất định. Công nghệ ATM được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu trong các
mạng IP xương sống do tốc độ cao, chất lượng dịch vụ QoS, điều khiển luồng và các
đặc tính khác của nó mà các mạng định tuyến truyền thống không có. Nó cũng được
phát triển để hỗ trợ cho IP. Hơn nữa, trong các trường hợp đòi hỏi thời gian thực cao,
IPOA sẽ là sự lựa chọn số một.
IPOA truyền thống là một công nghệ lai ghép. Nó đặt IP (công nghệ lớp thứ 3)
trên ATM (công nghệ lớp thứ 2). Các giao thức của hai lớp là hoàn toàn độc lập. Chúng
được kết nối với nhau bằng một loạt các giao thức (như NHRP, ARP, v.v ). Cách tiếp
cận này hình thành tự nhiên và nó được sử dụng rộng rãi. Khi xuất hiện sự bùng nổ lưu
lượng mạng, phương thức này dẫn đến một loạt các vấn đề cần giải quyết.
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 7 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

 Thứ nhất, trong phương thức lai ghép, cần phải thiết lập các kết nối PVC cho tất
cả các nút nghĩa là để thiết lập mạng với tất cả các kết nối như được biểu diễn
trong hình I-1. Điều này sẽ tạo ra hình vuông N. Khi thiết lập, duy trì và ngắt kết
nối giữa các nút, các mào đầu liên quan (như số kênh ảo, số lượng thông tin điều

khiển) sẽ chỉ thị về độ lớn của hình vuông N của số các nút. Khi mạng mở rộng,
mào đầu sẽ ngày càng lớn và tới mức không thể chấp nhận được.
 Phương thức lai ghép phân chia toàn bộ mạng IPOA thành rất nhiều các LIS
(Mạng con IP Logic), thậm chí với các LIS trong cùng một mạng vật lý. Các
LIS được kết nối nhờ các bộ định tuyến trung gian được biểu diễn trong hình I-
2. Cấu hình multicast giữa các LIS khác nhau trên một mặt và giữa các bộ định
 tuyến này sẽ trở nên hạn chế khi luồng lưu lượng lớn. Cấu hình như vậy chỉ áp
dụng cho các mạng nhỏ như mạng doanh nghiệp, mạng trường sở, v.v và không
phù hợp với nhu cầu cho các mạng xương xống Internet trong tương lai. Cả hai
đều khó mở rộng.
Không phải tất cả mọi cân nhắc được đưa ra trong quá trình thiết kế IP và ATM.
Điều này tạo nên sự liên kết giữa chúng phụ thuộc vào một loạt các giao thức phức tạp
và các bộ định tuyến xử lý các giao thức này. Sự phức tạp sẽ gây ra các hiệu ứng bất lợi
đến độ tin cậy của các mạng xương sống.
Hình I – 1:Sự mở rộng mạng IPOA
Các công nghệ như MPOA, và LANE đã được hình thành để giải quyết các tồn
tại này. Tuy nhiên các giải pháp đó không thể giải quyết được tất cả các tồn tại. Trong
khi ấy, nổi bật lên trên một loạt các công nghệ IPOA khác với phương thức lai ghép là
chuyển mạch nhãn theo phương thức tích hợp. Chúng cung cấp giải pháp hợp lý để giải
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 8 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

quyết những tồn tại này. Các khả năng cơ bản mà MPLS cung cấp cho việc phân phối
các dịch vụ thương mại IP bao gồm:
 Hỗ trợ VPN
 Định tuyến hiện (cũng được biết đến như là định tuyến có điều tiết hay điều
khiển lưu lượng)
 Hỗ trợ cục bộ cho định tuyến IP trong các tổng đài chuyển mạch ATM.

Hình I –2: Nút cổ chai trong mạng IPOA
Khái niệm chuyển mạch nhãn xuất phát từ quá trình nghiên cứu hai thiết bị cơ
bản trong mạng IP: tổng đài chuyển mạch và bộ định tuyến. Chúng ta có thể thấy rằng
chỉ xét trong các yếu tố tốc độ chuyển mạch, phương thức điều khiển luồng, tỉ lệ giữa
giá cả và chất lượng thì tổng đài chuyển mạch chắc chắn tốt hơn nhiều so với bộ định
tuyến. Tuy nhiên, các bộ định tuyến có các chức năng định tuyến mềm dẻo mà tổng đài
không thể so sánh được. Do đó chúng ta không thể không nghĩ rằng chúng ta có thể có
một thiết bị có khả năng điều khiển luồng, tốc độ cao của tổng đài cũng như các chức
năng định tuyến mềm dẻo của bộ định tuyến. Đó là động cơ then chốt để phát triển
chuyển mạch nhãn.
Nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch nhãn là sử dụng một thiết bị tương tự như bộ
định tuyến để điều khiển thiết bị chuyển mạch phần cứng ATM, do vậy công nghệ này
có được tỉ lệ giữa giá thành và chất lượng có thể sánh được với tổng đài. Nó cũng có
thể hỗ trợ thậm chí rất nhiều chức năng định tuyến mới mạnh hơn như định tuyến hiện
v.v Công nghệ này do đó kết hợp một cách hoàn hảo ưu điểm của các tổng đài chuyển
mạch với ưu điểm của các bộ định tuyến, và trở thành điểm nóng thu hút sự tập trung
của ngành công nghiệp.
I.2. CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NỀN TẢNG:
Trong các công nghệ chuyển mạch hiện nay, IP và ATM đang được sự quan tâm
đặc biệt do tính năng riêng của chúng. Các phần sau sẽ tóm lược một số điểm chính
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 9 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

của từng loại công nghệ này cũng như một công nghệ mới cho chuyển mạch IP là
MPLS.
I.2.1. IP
IP là thành phần chính của kiến trúc của mạng Internet. Trong kiến trúc này, IP đóng
vai trò lớp 3. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các

chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận; địa chỉ
là một số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói
tin tới đích.
Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng. Do
vậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin về
nguyên tắc chuyển tin (như trong BGP) và nó phải có khả năng hoạt động trong môi
trường mạng gồm nhiều nút. Kết quả tính toán của cơ cấu định tuyến được lưu trong
các bảng chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi
gói tin tới hướng đích.
Dựa trên các bảng chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói IP hướng
tới đích. Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một. ở cách này, mỗi
nút mạng tính toán bảng chuyển tin một cách độc lập. Phương thức này, do vậy, yêu
cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán với nhau. Sự
không thống nhất của kết quả sẽ dẫn tới việc chuyển gói tin sai hướng, điều này đồng
nghĩa với việc mất gói tin.
Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng. Ví dụ, với phương
thức này, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ mà đi qua cùng một nút thì chúng
sẽ được truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích. Điều này khiến mạng không thể thực
hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo loại dịch vụ, v.v
Tuy nhiên, bên cạnh đó, phương thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao độ
tin cậy cũng như khả năng mở rộng của mạng. Giao thức định tuyến động cho phép
mạng phản ứng lại với sự cỗ bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được sự thay đổi
về topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối. Với các phương
thức như CIDR (Classless Interdomain Routing), kích thước của bảng chuyển tin được
duy trì ở mức chấp nhận được, và do việc tính toán định tuyến đều do các nút tự thực
hiện, mạng có thể được mở rộng mà không cần thực hiện bất kỳ một thay đổi nào.
Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng
cao. Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến
theo từng chặng. Ngoài ra, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ.
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 10 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

I.2.2. ATM
ATM (Asynchronous Transfer Mode) là một kỹ thuật truyền tin tốc độ cao. ATM
nhận thông tin ở nhiều dạng khác nhau như thoại, số liệu, video và cắt ra thành nhiều
phần nhở gọi là tế bào. Các tế bào này, sau đó, được truyền qua các kết nối ảo VC
(virtual connection). Vì ATM có thể hỗ trợ thoại, số liệu và video với chất lượng dịch
vụ trên nhiều công nghệ băng rộng khác nhau, nó được coi là công nghệ chuyển mạch
hàng đầu và thu hút được nhiều quan tâm.
ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm. Nó là công nghệ chuyển mạch hướng
kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được
gửi đi. ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập một cách
tự động thông qua báo hiệu. Một điểm khác biệt nữa là ATM không thực hiện định
tuyến tại các nút trung gian. Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi
dữ liệu và được giữ cố định trong thời gian kết nối. Trong quá trình thiết lập kết nối,
các tổng đài ATM trung gian cấp cho kết nối một nhãn. Việc này thực hiện hai điều:
dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổng đài.
Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đang hoạt
động đi qua tổng đài. Điều này khác với thông tin về toàn mạng chứa trong bảng
chuyển tin của router dùng IP.
Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc chuyển gói tin
qua router. Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên các cell có
kích thước cố định (nhỏ hơn của IP), kích thước của bảng chuyển tin nhỏ hơn nhiều so
với của IP router, và việc này được thực hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng.
Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP router
truyền thống.
I.2.3. MPLS
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 thông lượng chuyển mạch). Mô hình IP-over-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 được hết
khả năng của ATM. Ngoài ra, cách tiếp cận này không thích hợp với mạng nhiều router
và không thật hiệu quả trên một số mặt. 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.
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 11 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

Công nghệ MPLS (Multiprotocol label switching) là kết quả phát triển của nhiều
công nghệ chuyển mạch IP (IP switching) sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM
để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP.
Thiết bị CSR (Cell switch router) của Toshiba ra đời năm 1994 là tổng đài ATM đầu
tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM. Tổng đài IP của Ipsilon
về thực chất là một ma trận chuyển mạch ATM được điều khiển bởi khối xử lý sử dụng
công nghệ IP. Công nghệ Tag switching của Cisco cũng tương tự nhưng có bổ sung
thêm một số điểm mới như FEC (Forwarding equivalence class), giao thức phân phối
nhãn, v.v
Từ những kết quả trên, nhóm làm việc về MPLS được thành lập năm 1997 với
nhiệm vụ phát triển một công nghệ chuyển mạch nhãn IP thống nhất mà kết quả của nó
là công nghệ MPLS.
MPLS tách chức năng của IP router ra làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển
gói tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi gói
tin giữa các IP router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như của ATM. Trong

MPLS, nhãn là một số có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng. Kỹ thuật
hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để
xác định tuyến của gói và nhãn mới của nó. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử
lý gói tin theo kiểu thông thường, và do vậy cải thiện khả năng của thiết bị. Các router
sử dụng kỹ thuật này được gọi là LSR (Label switching router). Phần chức năng điều
khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối
thông tin giữa các LSR, và chủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các
bảng định tuyến cho việc chuyển mạch. MPLS có thể hoạt động được với các giao thức
định tuyến Internet khác như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border
Gateway Protocol). Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập
tuyến cố định, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi. Đây
là một tính năng vượt trội của MPLS so với các giao thức định tuyến cổ điển.
Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến (fast rerouting). Do MPLS là công
nghệ chuyển mạch hướng kết nối, khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền thường
cao hớn các công nghệ khác. Trong khi đó, các dịch vụ tích hợp mà MPLS phải hỗ trợ
lại yêu cầu chất lượng vụ cao. Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng
cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý
bên dưới.
Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến việc quản lý mạng được dễ
dàng hơn. Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các gói tin thuộc
một FEC có để được xác định bởi giá trị của nhãn. Do vậy, trong miền MPLS, các thiết
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 12 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

bị đo lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các gói tin. Lưu lượng đi qua
các tuyến chuyển mạch nhãn (LSP) được giám sát một cách dễ dàng dùng RTFM
(Real-time flow measurement). Bằng cách giám sát lưu lượng tại các LSR, nghẽn lưu
lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể được xác định nhanh

chóng. Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương thức này không đưa ra được toàn bộ
thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ như trễ từ điểm đầu đến điểm cuối của miền
MPLS). Việc đo trễ có thể được thực hiện bởi giao thức lớp 2. Để giám sát tốc độ của
mỗi luồng và đảm bảo các luồng lưu lượng tuân thủ tính chất lưu lượng đã được định
trước, hệ thống giám sát có thể dùng một thiết bị nắn lưu lượng. Thiết bị này sẽ cho
phép giám sát và đảm bảo tuân thủ tính chất lưu lượng mà không cần thay đổi các giao
thức hiện có.
Tóm lại, MPLS là một công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng. Với tính
chất của cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ
của mạng IP truyền thống. Bên cạnh đó, thông lượng của mạng sẽ được cải thiện một
cách rõ rệt. Tuy nhiên, độ tin cậy là một vấn đề thực tiễn có thể khiến việc triển khai
MPLS trên mạng Internet bị chậm lại.
Có thể tóm tắt những ưu nhược điểm của MPLS trong một số nội dung chính sau
đây:
Ưu điểm của MPLS là:
1.Tích hợp các chức năng định tuyến, đánh địa chỉ, điều khiển, v.v để tránh mức
độ phức tạp của NHRP, MPOA và các công nghệ khác trong IPOA truyền thống.
2.Có thể giải quyết vấn đề độ phức tạp và nâng cao khả năng mở rộng đáng kể.
3.Tỉ lệ giữa chất lượng và giá thành cao.
4.Nâng cao chất lượng. Có thể thực hiện rất nhiều chức năng định tuyến mà các
công nghệ trước đây không có khả năng, như định tuyến hiện, điều khiển lặp, v.v Khi
định tuyến thay đổi dẫn đến khoá một đường nào đó, MPLS có thể dễ dàng chuyển
mạch luồng dữ liệu sang một đường mới. Điều này không thể thực hiện được trong
IPOA truyền thống.
5.Sự kết hợp giữa IP và ATM cho phép tận dụng tối đa thiết bị, tăng hiệu quả đầu
tư.
6.Sự phân cách giữa các đơn vị điều khiển với các đơn vị chuyển mạch cho phép
MPLS hỗ trợ đồng thời MPLS và B-ISDN truyền thống (biểu diễn trong hình III-8). Và
để thêm các chức năng mạng sau khi triển khai mạng MPLS, chỉ đòi hỏi thay đổi phần
mềm đơn vị điều khiển.

Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 13 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

Nhược điểm của MPLS
1.Hỗ trợ đa giao thức sẽ dẫn đến các vấn để phức tạp trong kết nối.
2.Khó thực hiện hỗ trợ QoS xuyên suốt trước khi thiết bị đầu cuối người sử dụng
thích hợp xuất hiện trên thị trường.
Việc hợp nhất các kênh ảo đang còn tiếp tục nghiên cứu. Giải quyết việc chèn tế
bào sẽ chiếm nhiều tài nguyên bộ đệm hơn. Điều này chắc chắn sẽ dẫn đến phải đầu tư
vào công việc nâng cấp phần cứng cho các thiết bị ATM hiện tại.
I.3. QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN VÀ GIẢI PHÁP BAN ĐẦU CỦA CÁC HÃNG
I.3.1. IP over ATM
Mặc dù các ứng dụng MPLS hoàn toàn không giới hạn bởi IPOA, sự cải tiến
IPOA đầu tiên sinh ra MPLS. Công việc tiêu chuẩn hoá ATM bắt đầu rất sớm vào
khoảng năm 1980, và ngay sau đó phạm vi ứng dụng của IP dẫn tới việc nghiên cứu
xem việc triển khai IP trên ATM như thế nào. Một số nhóm làm việc IETF đã giải
quyết câu hỏi này, và đưa đến kết quả trong hai tài liệu RFC là RFC 1483 và RFC 1577
vào năm 1993 và 1994.
RFC1483 mô tả cách đóng gói bản tin IP trong các tế bào ATM trong khi
RFC1577 định nghĩa CIPOA và ATMARP (ATM Address Resolution Protocol).
CIPOA thiết kế ATM bằng công nghệ mạng con IP logic, máy chủ và các bộ định tuyến
IP đặt trong các LIS khác nhau. Khi cả hai phần liên lạc đều nằm trong cùng một LIS
giống nhau, chúng có thể liên lạc trực tiếp. Nếu không chúng không thể liên lạc trực
tiếp với nhau và cần sử dụng thiết bị router trung gian.
Vì những nhược điểm của CIPOA được đề cập ở trên, trong khi nó lại được sử
dụng rất rộng rãi, các nhà nghiên cứu đang xúc tiến để tìm kiếm một công nghệ IPOA
hiệu quả hơn.
I.3.2. Toshiba’s CSR

Toshiba đưa ra mô hình chuyển mạch nhãn dựa trên công nghệ CSR (Cell
Switching Router). Mô hình này đầu tiên đề xuất ý tưởng đặt cấu trúc chuyển mạch
ATM dưới sự điều khiển của giao thức IP (như giao thức định tuyến IP và giao thức
RSVP) mà không phải là giao thức ATM (Q.2931). Bởi vậy mô hình này có thể loại trừ
toàn bộ thủ tục báo hiệu cuộc gọi ATM và việc xắp xếp địa chỉ phức tạp. Mạng CSR có
thể chấp nhận tổng đài chuyển mạch ATM và các tổng đài chuyển mạch CSR tại cùng
một thời điểm. CSR có thể thay thế các bộ định tuyến giữa các LIS trong CIPOA, do
đó giải phóng nhu cầu cho NHRP.
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 14 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

CSR xem như là công nghệ chuyển mạch nhãn đầu tiên được đệ trình tại cuộc
họp IETF BOF vào cuối năm 1994 và đầu năm 1995. Tuy nhiên, không có những
nghiên cứu chuyên sâu vào mô hình này. Định nghĩa của công nghệ này không rõ ràng
và hoàn chỉnh. Và các sản phẩm thương mại chưa có.
I.3.3. Cisco’s Tag Switching
Chỉ một vài tháng sau khi Ipsion thông báo về công nghệ chuyển mạch IP, Cisco
đã phổ biến công nghệ chuyển mạch thẻ của mình. Mô hình này khác rất nhiều so với
hai công nghệ ở trên. Ví dụ, nó không sử dụng điều khiển luồng nhưng sử dụng
phương thức điều khiển theo sự kiện trong thiết lập bảng định tuyến, và nó không giới
hạn với các ứng dụng trong hệ thống chuyển mạch ATM. Không giống như Ipsilon,
Cisco tiêu chẩn hoá quốc tế công nghệ này. Các tài liệu RFC được ban hành cho nhiều
khía cạnh của công nghệ, và các nỗ lực của Cisco đã mang lại kết quả trong việc thiết
lập nên nhóm làm việc MPLS IETF. Chính Cisco là nhà đi tiên phong và thiết lập nền
móng cho các tiêu chuẩn MPLS. Các sản phẩm MPLS chủ yếu của Cisco vẫn tập trung
trong dòng các Router truyền thống. Các hệ thống Router này hỗ trợ đồng thời 2 giao
thức TDP (Tag Distribution Protocol) là LDP (label Distribution Protocol).
I.3.4. IBM’s ARIS và Nortel’s VNS

Ngay sau khi Cisco thông báo về công nghệ của mình, IBM bắt kịp với ARIS
(aggregate Route-based IP Switching) của mình và đóng góp vào các tiêu chuẩn RFC.
Mặc dầu ARIS khá giống với chuyển mạch thẻ, chúng cũng có rất nhiều các điểm khác
biệt. Các công ty lớn khác trong công nghiệp, như Nortel, cũng sử dụng chúng trong
các sản phẩm VNS chuyển mạch nhãn của mình. Có thể thấy rằng nghiên cứu về
chuyển mạch nhãn đã nhận được sự chú ý rộng rãi trong công nghiệp.
Không chỉ có một số hãng hàng đầu về công nghệ thông tin quan tâm đến MPLS
mà các nhà sản xuất thiết bị viễn thông truyền thống như Alcatel, Eicsson, Siemens,
NEC đều rất quan tâm và phát triển các sản phẩm MPLS của mình. Các dòng sản phẩm
thiết bị mạng thế hệ mới (chuyển mạch, router) của họ đều hỗ trợ MPLS.
I.3.5. Công việc chuẩn hoá MPLS
Với sự hỗ trợ từ nhiều công ty, IETF triệu tập cuộc họp BOF trong năm 1996.
Đây là một trong những cuộc họp thành công nhất trong lịch sử IETF. MPLS đi vào
con đường chuẩn hoá một cách hợp lý, mặc dầu nó còn được cân nhắc xem liệu có
những bộ định tuyến đủ nhanh hay công nghệ này liệu có còn cần thiết. Trong
thực tế, không có một bộ định tuyến nào đảm bảo được tốc độ cao hơn và các công
nghệ chuyển mạch nhãn cần phải được chuẩn hoá.
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 15 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

 Vào đầu năm 1997, hiến chương MPLS được thông qua.
 Vào tháng 4 năm 1997 nhóm làm việc MPLS tiến hành cuộc họp đầu tiên.
 Vào tháng 11 năm 1997, tài liệu MPLS được ban hành.
 Vào tháng 7 năm 1998, tài liệu cấu trúc MPLS được ban hành.
 Trong tháng 8 và tháng 9 năm 1998, 10 tài liệu Internet bổ xung được ban hành,
bao gồm MPLS LDP (Label Distribution Protocol), Mark Encoding, các ứng
dụng ATM, v.v MPLS hình thành về căn bản.
 IELF hoàn thiện các tiêu chuẩn MPLS và đưa ra các tài liệu RFC trong năm

1999.
Chúng ta có thể thấy rằng MPLS đã phát triển rất nhanh chóng và hiệu quả. Điều
này cũng chứng minh những yêu cầu cấp bách trong công nghiệp cho một công nghệ
mới.
Hầu hết các tiêu chuẩn MPLS hiện tại đã được ban hành dưới dạng RFC. Các tiêu
chuẩn MPLS được xây dựng trên cơ sở một tập các RFC, khi toàn bộ các RFC được
hoàn thiện chúng sẽ được tập hợp với nhau cho phép xây dựng một hệ thống tiêu chuẩn
MPLS.
Đối với các công nghệ chuyển mạch mới đề cập đến trong phần trên, việc tiêu
chuẩn hoá là một khía cạnh quan trọng quyết định khả năng chiếm lĩnh thị trường
nhanh chóng của công nghệ đó.
Các tiêu chuẩn liên quan đến IP và ATM đã được xây dựng và hoàn thiện trong
một thời gian tương đối dài đặc biệt là ATM đã được các tổ chức tiêu chuẩn lớn như
ITU-T, ATM-F, IETF quan tâm nghiên cứu và xây dựng tiêu chuẩn. Nói chung cho
đến thời điểm hiện nay, các tiêu chuẩn về IP, ATM đã tương đối hoàn chỉnh kể cả tiêu
chuẩn MPOA ( Đa giao thức qua ATM) hay IPv6.
Các tiêu chuẩn về MPLS chủ yếu được IETF phát triển (các tiêu chuẩn RFC) hiện
đang tiếp tục hoàn thiện. Nhóm làm việc MPLS là một tập các nhóm làm việc bao gồm
các phạm vi ‘sub-IP’ mà IESG thành lập gần đây. Tất cả các nhóm làm việc sub-IP tạm
thời đang được đặt trong General Area cho đến khi IESG quyết định cấu trúc quản lý
cuối cùng cho việc quản lý các nhóm này.
Nhóm làm việc MPLS chịu trách nhiệm chuẩn hoá các công nghệ cơ sở cho sử
dụng chuyển mạch nhãn và cho việc thi hành các đường chuyển mạch nhãn trên các
loại công nghệ lớp liên kết, như Frame Relay, ATM và các công nghệ LAN (Ethernet,
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 16 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

Token Ring, v.v ). Nó bao gồm các thủ tục và các giao thức cho việc phân phối nhãn

giữa các bộ định tuyến, xem xét về đóng gói và multicast.
Các mục tiêu khởi đầu của nhóm làm việc đã gần như hoàn thành. Cụ thể, nó đã
xây dựng một số các RFC (xem liệt kê phía dưới) định nghĩa Giao thức phân phối nhãn
cơ sở (LDP), kiến trúc MPLS cơ sở và đóng gói gói tin, các định nghĩa cho việc truyền
MPLS qua các đường liên kết ATM, Frame Relay.
Các mục tiêu gần đây của nhóm làm việc là:
1. Hoàn thành các chỉ mục còn tồn tại;
2. Phát triển các tiêu chuẩn đề nghị của nhóm làm việc MPLS thành các bản Dratf
Standard. Bao gồm: LDP, CR-LDP, và các tiêu chuẩn kỹ thuật RSVP-TE cũng như vấn
đề đóng gói;
3. Định rõ các mở rộng phù hợp với LDP và RSVP cho việc xác nhận LSP nguồn;
4. Hoàn thành các công việc trên MPLS-TE MIB;
5. Xác định các cơ chế chấp nhận lỗi cải tiến cho LDP;
6. Xác định các cơ chế phục hồi MPLS cho phép một đường chuyển mạch nhãn
có thể được sử dụng như là một bản dự trữ cho một tập các đường chuyển mạch nhãn
khác bao gồm các trường hợp cho phép sửa cục bộ;
7. Cung cấp tài liệu về các phương thức đóng gói MPLS mở rộng cho phép hoạt
động trên các đường chuyển mạch nhãn trên các công nghệ lớp thấp hơn, như phân
chia theo thời gian (SONET ADM), độ dài bước sóng và chuyển mạch không gian;
8. Hoàn tất các công việc đang tiến hành cho việc xác định cơ cấu với IP
Multicast qua các đường chuyển mạch nhãn;
Bảng sau mô tả các tiêu chuẩn RFC đã được IETF công bố:
Bảng I –1: Các Tiêu chuẩn RFC về MPLS
STT Tên RFC
1 Carrying Label Information in BGP-4
2 Definitions of Managed Objects for the Multiprotocol Label Switching, Label
Distribution Protocol (LDP)
3 LDP State Machine
4 RSVP-TE: Extensions to RSVP for LSP Tunnels
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 17 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

5 Constraint-Based LSP Setup using LDP
6 MPLS Traffic Engineering Management Information Base Using SMIv2
7 MPLS Support of Differentiated Services
8 Framework for IP Multicast in MPLS
9 MPLS Label Switch Router Management Information Base Using SMIv2
10 ICMP Extensions for MultiProtocol Label Switching
11 Applicability Statement for CR-LDP
12 Applicability Statement for Extensions to RSVP for LSP-Tunnels
13 LSP Modification Using CR-LDP
14 LSP Hierarchy with MPLS TE
15 Link Management Protocol (LMP)
16 Framework for MPLS-based Recovery
17 Multiprotocol Label Switching (MPLS) FEC-To-NHLFE (FTN) Management
Information Base Using SMIv2
18 Fault Tolerance for LDP and CR-LDP
19 Generalized MPLS - Signaling Functional Description
20 MPLS LDP Query Message Description
21 Signalling Unnumbered Links in CR-LDP
22 LDP Extensions for Optical User Network Interface (O-UNI) Signaling
23 Signalling Unnumbered Links in RSVP-TE
24 Requirements for support of Diff-Serv-aware MPLS Traffic Engineering
25 Extensions to RSVP-TE and CR-LDP for support of Diff-Serv-aware
MPLS Traffic Engineering
26 Generalized MPLS Signaling - CR-LDP Extensions
27 Generalized MPLS Signaling - RSVP-TE Extensions
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 18 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

Như vậy có thể nhận thấy công việc tiêu chuẩn hoá MPLS để các hãng có thể đưa
ra các thiết bị thương mại đã được tiến hành rất nhanh chóng và thuận lợi. Các sản
phẩm thương mại MPLS đã xuất hiện nhiều trên thị trường và bảo đảm độ tương thích
tuân theo các tiêu chuẩn RFC.
ITU-T cũng không đứng ngoài cuộc trong quá trình xây dựng và phát triển các
tiêu chuẩn MPLS. Bảng sau chỉ ra những nghiên cứu và kế hoạch của ITU trong việc
xây dựng các tiêu chuẩn MPLS.
Bảng I – 2: Các nghiên cứu đón đầu của ITU-T về MPLS
Tiêu đề Cập nhật
N1/Q.20: Mô tả và tiêu chuẩn đo cho IP qua ATM trong B-ISDN 06/98
N2/Q.20: Cấu trúc IP qua ATM trong B-ISDN 06/98
N3/Q.20: Hỗ trợ IP QoS 06/98
N4/Q.20: Hỗ trợ IP Multicast 06/98
N5/Q.20: Hỗ trợ VPN 06/98
N6/Q.20: Sử dụng dịch vụ tên miền IP qua ATM trong B-ISDN 06/98
N7/Q.20: Bản tin cấu trúc giao thức lõi. 06/98
N8/Q.20: Mô tả sơ bộ về giao thức lõi 09/98
N9/Q.20: Sử dụng cấu trúc MPLS trong IP qua ATM trong B-ISDN 09/98
CH ƯƠNG II
NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CỦA CÔNG NGHỆ MPLS
II.1. CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN, KHÁI NIỆM MPLS :
II.1.1. Giới thiệu chung
Công nghệ Chuyển mạch nhãn đa giao thức - MPLS (MultiProtocol Label
Switching) là kết quả phát triển của nhiều công nghệ chuyển mạch IP (IP switching) sử
dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần
thay đổi các giao thức định tuyến của IP.

Ý tưởng khi đưa ra MPLS là:
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 19 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

Định tuyến tại biên, chuyển mạch ở lõi
Trong các mạng MPLS, các gói được gán nhãn tại biên của mạng và chúng
được định tuyến xuyên qua mạng dựa trên các nhãn đơn giản. Phương pháp này cho
phép định tuyến rõ ràng và đối xử phân biệt các gói trong khi vẫn giữ được các bộ định
tuyến ở lõi đơn giản.
Mặc dù thực tế rằng MPLS ban đầu được phát triển với mục đích để giải quyết
việc chuyển tiếp gói tin, nhưng lợi điểm chính của MPLS trong môi trường mạng hiện
tại lại từ khả năng điều khiển lưu lượng của nó.
Một số lợi ích của MPLS là:
 Hỗ trợ mềm dẻo cho tất cả các dịch vụ (hiện tại và sắp tới) trên một mạng đơn,
 Đơn giản hoá tôpô và cấu hình mạng khi so với giải pháp IP qua ATM,
 Hỗ trợ tất cả các công nghệ Lớp 2 bên dưới mạng MPLS,
 Có các công cụ điều khiển lưu lượng mạnh mẽ bao gồm cả định tuyến dựa trên
cưỡng ép và chuyển mạch bảo vệ.
Một cách ngắn gọn, MPLS cho phép cung cấp các dịch vụ mềm dẻo, tận dụng
mạng tốt hơn, và đơn giản hoá kiến trúc mạng.Thêm vào đó, GMPLS (Generalized
MPLS) đang được nghiên cứu và phát triển sẽ cho phép MPLS chạy trực tiếp trên
DWDM mà không cần lớp trung gian nào.
II.1.2. Các khái niệm cơ bản MPLS:
Nhãn(Label):
Nhãn là một thực thể độ dài ngắn và cố định không có cấu trúc bên trong. Nhãn
không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng như điạ chỉ lớp mạng. Nhãn
được gán vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho FEC (Forwarding Equivalence Classes
- Nhóm chuyển tiếp tương đương) mà gói tin đó được ấn định.

Thường thì một gói tin được ấn định cho một FEC (hoàn toàn hoặc một phần) dựa
trên địa chỉ đích lớp mạng của nó. Tuy nhiên nhãn không bao giờ là mã hoá của địa chỉ
đó.
Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương tiện truyền mà gói tin được bọc vỏ. Ví dụ
các gói ATM (tế bào) sử dụng giá trị VPI/VCI như nhãn, FR sử dụng DLCI làm nhãn.
Đối với các phương tiện gốc không có cấu trúc nhãn, một đoạn đệm được chèn thêm để
sử dụng cho nhãn. Khuôn dạng đoạn đệm 4 byte có cấu trúc như trong hình sau:
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 20 -
Tải
Mào đầu
IP
Đệm
MPLS
Mào đầu lớp 2
Nhãn (20)
COS(3)
S(1)
TTL(8)

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

Hình II-1:Cấu trúc mào đầu MPLS
Nhãn MPLS được ấn định cho gói IP được mang đi bên trong mào đầu MPLS
và mào đầu này được truyền đi cùng với gói IP. Mào đầu MPLS được chèn vào giữa
gói IP (bao gồm cả mào đầu IP) và mào đầu L2 như hìnhII-1 :
Mào đầu MPLS bao gồm 4 trường như miêu tả trong bảng II-1:
Bảng II-1: Các trường của mào đầu MPLS
Trường Độ dài Giải thích
Label 20 bit Nhãn: Giá trị thực sự của nhãn MPLS được ấn định cho gói.

CoS 3 bit Lớp dịch vụ: xác định thuật toán xếp hàng và loại bỏ áp dụng
cho gói khi gói đi qua mạng.
S 1 bit Trường ngăn xếp: xác định sử dụng ngăn xếp nhãn có cấu
trúc.
TTL 8 bit Thời gian tồn tại: giống như trường TTL của IPv4 hay Hop
Limit của IPv6.
Đối với các khung PPP hay Ethernet giá trị nhận dạng giao thức P-Id (hoặc
Ethertype) được chèm thêm vào mào đầu khung tương ứng để thông báo khung là
MPLS Unicast hay multicast.
Ngăn sếp nhãn (Label stack)
Một tập hợp có thứ tự các nhãn gắn theo gói để truyền tải thông tin về nhiều FEC
mà gói nằm trong và về các LSP tương ứng mà gói sẽ đi qua. Ngăn xếp nhãn cho phép
MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và một nhãn cho IGP) và tổ
chức đa LSP trong một trung kế LSP.
LSR(Label switch Router):
Là thiết bị (Router hay Switch) sử dụng trong mạng MPLS để chuyển các gói tin
bằng thủ tục phân phối nhã. Có một số loại LSR cơ bản sau: LSR biên, ATM-LSR,
ATM-LSR biên.
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 21 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

FEC(Forwarding Equivalence Classes):
Là khái niệm được dùng để chỉ một nhóm các gói được đối xử như nhau qua
mạng MPLS ngay cả khi có sự khác biệt giữa các gói tin này thể hiện trong mào đầu
lớp mạng.
Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn(Label Switching Forwarding Table):
Là bảng chuyển tiếp nhãn có chứa thông tin về nhãn đầu vào, nhãn đầu ra, giao
diện đầu ra và địa chỉ điểm tiếp theo.

Đường chuyển mạch nhãn (LSP):
Là tuyến tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để chuyển tiếp gói
của một FEC nào đó sử dụng cơ chế chuyển đổi nhãn (label-swapping forwarding).
Cơ sở dữ liệu nhãn(LIB):
Là bảng kết nối trong LSR có chứa giá trị nhãn/FEC được gán và cổng ra cũng
như thông tin về đóng gói phương tiện truyền.
Gói tin dán nhãn
Một gói tin dán nhãn là một gọi tin mà nhãn được mã hoá trong đó. Trong một vài
trường hợp, nhãn nằm trong mào đầu của gói tin dành riêng cho mục đích dán nhãn.
Trong các trường hợp khác, nhãn có thể dược đặt chung trong mào đầu lớp mạng và
lớp liên kết dữ liệu miễn là ở đây có trường có thể dùng được cho mục đích dán nhãn.
Công nghệ mã hoá được sử dụng phải phù hợp với cả thực thể mã hoá nhãn và thực thể
giải mã nhãn.
Ấn định và phân phối nhãn
Trong mạng MPLS, quyết định để kết hợp một nhãn L cụ thể với một FEC F cụ
thể là do LSR xuôi thực hiện. LSR xuôi sau khi kết hợp sẽ thông báo với LSR ngược
về kết hợp đó. Do vậy các nhãn được LSR xuôi ấn định và các kết hợp nhãn được phân
phối theo hướng từ LSR xuôi tới LSR ngược.
Topo mạng MPLS
Miền MPLS (MPLS domain) là một “tập kế tiếp các nút hoạt động định tuyến
và chuyển tiếp MPLS”. Miền MPLS có thể chia thành Lõi MPLS (MPLS Core) và
Biên MPLS (MPLS Edge) như Hình II-4
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 22 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

Hình II-2 Topo mạng MPLS
Khi một gói tin IP đi qua miền MPLS, nó đi theo một tuyến được được xác định
phụ thuộc vào FEC mà nó được ấn định cho khi đi vào miền. Tuyến này gọi là Đường

chuyển mạch nhãn (LSP – Label Switched Path). LSP chỉ một chiều, tức là cần hai
LSP cho một truyền thông song công.
Các nút có khả năng chạy giao thức MPLS và chuyển tiếp các gói tin gốc IP được
gọi là Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR – Label Switching Router).
 LSR lối vào (Ingress LSR) xử lý lưu lượng đi vào miền MPLS;
 LSR chuyển tiếp (Transit LSR) xử lý lưu lượng bên trong miền MPLS;
 LSR lối ra (Egress LSR) xử lý lưu lượng rời khỏi miền MPLS;
 LSR biên (Edge LSR) thường được sử dụng như là tên chung cho cả LSR lối
vào và LSR lối ra.
Ví dụ về chuyển tiếp MPLS
Hình dưới (Hình II-3) chỉ ra một ví dụ gồm miền 18.0.0.0/8 kết nối với miền
130.233.0.0/16 qua một mạng MPLS. Lưu lượng từ miền 18.0.0.0/8 đến miền
130.233.0.0/16 sẽ được ánh xạ vào LSP đi qua các LSR A, B, C, D, và E.
Hình II-3: Ví dụ về cấu hình miền MPLS
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 23 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

Tại LSR lối vào A, gói tin IP sẽ được phân tích để xác định FEC và sau đó gắn
một nhãn tương ứng và chuyển đến LSR kế tiếp. Như trong hình (Hình), gói tin có địa
chỉ đích là 130.233.0.0 sẽ được gán nhãn là 2.
Trong lõi MPLS, gói tin sẽ đi qua các LSR B, C, và D. Tại các nút này nhãn của
gói sẽ được tráo đổi dựa vào bảng tra LFIB đế chuyển tiếp gói đến LSR kết tiếp.
Tại LSR lối ra E, nhãn sẽ được lấy ra và gói tin sẽ được chuyển tiếp đến bộ định
tuyến tiếp theo. Như trong hình, gói tin có nhãn là 4 sẽ được chuyển đến bộ định tuyến
kế tiếp có địa chỉ 130.233.x.x.
Hình II-4: Các bảng chuyển tiếp nhãn
Hình II-5: Hành trình của một gói tin IP trong miền MPLS
II.1.3.Thành phần cơ bản của MPLS

Thiết bị LSR
Thành phần quan trọng cơ bản của mạng MPLS là thiết bị định tuyến chuyển
mạch nhãn LSR (Label Switch Router). Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển tiếp
gói thông tin trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn.
Căn cứ vào vị trí và chức năng của LSR có thể phân thành các loại chính sau đây:
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 24 -

Đồ án tốt nghiệp khoá 44
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN – MPLS

LSR biên: Nằm ở biên của mạng MPLS. LSR này tiếp nhận hay gửi đi các gói
thông tin từ hay đến mạng khác (IP, Frame Relay, ). LSR biên gán hay loại bỏ nhãn
cho các gói thông tin đến hoặc đi khỏi mạng MPLS. Các LSR này có thể là Ingress
Router (router lối vào) hay egress router (router lối ra).
ATM-LSR: Là các tổng đài ATM có thể thực hiện chức năng như LSR. Các
ATM-LSR thực hiện chức năng định tuyến gói IP và gán nhãn trong mảng điều khiển
và chuyển tiếp số liệu trên cơ chế chuyển mạch tế bào ATM trong mảng số liệu. Như
vậy các tổng đài chuyển mạch ATM truyền thống có thể nâng cấp phần mềm để thực
hiện chức năng của LSR.Bảng II-2 sau đây mô tả các loại LSR và chức năng của chúng
Bảng II- 2: Các loại LSR trong mạng MPLS
Loại LSR Chức năng thực hiện
LSR Chuyển tiếp gói có nhãn
LSR biên Nhận gói IP, kiểm tra lại lớp 3 và đặt vào ngăn xếp nhãn trước khi
gửi gói vào mạng LSR
Nhận gói tin có nhãn, loại bỏ nhãn, kiểm tra lại lớp 3 và chuyển
tiếp gói IP đến nút tiếp theo.
ATM-LSR Sử dụng giao thức MPLS trong mảng điều khiển để thiết lập kênh
ảo ATM. Chuyển tiếp tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo
ATM-LSR biên Nhận gói có nhãn hoặc không nhãn, phân vào các tế bào ATM và
gửi các tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo.

NHận các tế bào ATM từ ATM-LSR cận kề, tái tạo các gói từ các
tế bào ATM và chuyển tiếp gói có nhãn hoặc không nhãn.
II.2. HOẠT ĐỘNG CỦA MPLS
II.2.1. Các chế độ hoạt động của MPLS
Có hai chế độ hoạt động tồn tại với MPLS: chế độ khung (Frame- mode) và chế
độ tế bào (Cell-mode). Các chế độ hoạt động này sẽ được phân tích chi tiết trong phần
sau đây:
II.2.1.1. Chế độ hoạt động khung MPLS
Nguyễn Văn Dũng CĐ 1A - K44 - 25 -