MPLS de tai tot nghiep

Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
LỜI CẢM ƠN
Sau 5 năm học tập tại trường, được sự tận tình dạy dỗ và sự hỗ trợ rất lớn của
thầy cô, gia đình và bạn bè. Em đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài:
”Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng VPN”.
Sau đây, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến:
Các thầy cô trường đại học Giao Thông Vận Tải cơ sở 2 đã tạo một môi
trường thật tốt cho công tác giảng dạy và học tập.
Các thầy trong bộ môn Điện tử -Viễn Thông đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy
trong suốt 5 năm học qua.
Thầy Trần Xuân Trường đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện để em
hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Các bạn trong tập thể lớp Kỉ Thuật Viễn Thông K45 đã tạo nguồn động lực
trong thời gian học cũng như trong thời gian làm đề tài.
Cuối cùng là sự biết ơn xâu sắc với gia đình, nguồn động lực chính trong 5
năm học vừa qua.
Sinh Viên
Nguyễn Văn Nguyên
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 1- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------

Giáo viên hướng dẫn.
MỤC LỤC
MỤC LỤC.................................................................................................................2
1.2Công nghệ chuyển mạch nền tảng................................................................................................6
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 2- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
1.2.1Công ngh chuy n m ch IP.ệ ể ạ .....................................................................6
1.2.2Công ngh chuy n m ch ATM.ệ ể ạ ................................................................8
3.1.3Phát hi n và ng n ng a chuy n ti p vòng i v i MPLS ch ệ ă ừ ể ế đố ớ ở ế độ
ho t ng khung.ạ độ .............................................................................................29
3.1.3.1Phát hi n chuy n ti p vòng d li u.ệ ể ế ữ ệ ..............................................................29
3.1.3.2Ng n ng a chuy n ti p vòng d li u đi u khi n.ă ừ ể ế ữ ệ ề ể .......................................30
3.2.1Phân b và phân ph i nhãn trong mi n ATM-LSR.ổ ố ề ....................................32
3.2.2Chuy n ti p các gói có nhãn qua mi n ATM-LSR.ể ế ề ...................................33
3.2.3H p nh t VCợ ấ .............................................................................................34
3.2.4Phát hi n và ng n ng a chuy n ti p vòng i v i MPLS ch ệ ă ừ ể ế đố ớ ở ế độ
ho t ng t bào.ạ độ ế ...............................................................................................35
3.2.4.1Phát hi n ,ng n ng a chuy n ti p vòng thông tin đi u khi n.ệ ă ừ ể ế ề ể ......................35
3.2.4.2Phát hi n chuy n ti p vòng d li u.ệ ể ế ữ ệ ..............................................................39
4.3.3.1B n tin Notification.ả .....................................................................................51

4.3.3.2B n tin Hello.ả ................................................................................................53
4.3.3.3B n tin Initialization.ả ....................................................................................54
4.3.3.4B n tin KeepAlive.ả .......................................................................................55
4.3.3.5B n tin Address.ả ...........................................................................................55
4.3.3.6B n tin Address Withdraw.ả ..........................................................................56
4.3.3.7B n tin Label Mapping.ả ................................................................................56
4.3.3.8B n tin Label Request.ả .................................................................................57
4.3.3.9B n tin Label Withdraw.ả ..............................................................................58
4.3.3.10B n tin Label Release.ả ...............................................................................59
4.3.3.11B n tin Label Abort Request.ả .....................................................................60
CHƯƠNG 6:CẤU HÌNH VÀ KIỂM TRA..............................................................87
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................116
THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT.........................................................................117
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 3- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
LỜI NÓI ĐẦU
Khi mạng Internet phát triển mở rộng, các nhu cầu về sử dụng mạng Internet
vào mục đích học tập, giải trí, làm việc ngày càng cao. Dẫn đến lưu lượng truyền tải
trong mạng tăng cao. Các ISP (Internet service provide) xử lý bằng cách tăng dung
lượng kết nối và nâng cấp các Router nhưng không tránh khỏi tình trạng nghẽn mạch.
Lý do các phương pháp chuyển mạch như Frame Relay, ATM, IP over ATM, không
đáp ứng kịp thời tốc độ phát triển của mạng. Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao
thức MPLS ra đời đã đáp ứng được nhu cầu của phát triển của mạng hiện nay.
Sau đây em xin trình bày nội dung đề tài của em gồm 6 chương:
Chương 1: Sơ lược lịch sử phát triển MPLS.
Chương 2: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS.
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 4- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
Chương 3: Các chế độ hoạt động MPLS.
Chương 4: Định tuyến và báo hiệu trong MPLS.

Chương 5: Ứng dụng mạng riêng ảo MPLS.
Chương 6: Cấu hình và kiểm tra.
CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
MPLS
1.1Xu hướng phát triển mạng Internet.
Thế giới đang bước vào kỷ nguyên thông tin mới bắt nguồn từ công nghệ, đa
phương tiện, những biến động xã hội, tồn cầu hóa trong kinh doanh và giải trí, phát
triển ngày càng nhiều khách hàng sử dụng phương tiện điện tử. Biểu hiện đầu tiên
của xa lộ thông tin là Internet, sự phát triển của nó là minh họa sinh động cho những
động thái hướng tới xã hội thông tin.
Nền tảng cho xã hội thông tin chính là sự phát triển cao của các dịch vụ viễn
thông. Mềm dẻo, linh hoạt và gần gũi với người sử dụng là mục tiêu hướng tới của
chúng. Nhiều loại hình dịch vụ viễn thông mới đã ra đời đáp ứng nhu cầu thông tin
ngày càng cao của khách hàng. Dịch vụ ngày nay đã có những thay đổi căn bản so
với các dịch vụ truyền thống trước đây (chẳng hạn như thoại). Lưu lượng thông tin
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 5- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
cuộc gọi là sự hòa trộn giữa thoại và phi thoại. Lưu lượng phi thoại liên tục gia tăng
và biến động rất nhiều. Hơn nữa, cuộc gọi số liệu diễn ra trong khoảng thời gian
tương đối dài so với thoại thông thường chỉ vài phút. Chính những điều này gây nên
một áp lực cho mạng viễn thông hiện thời, phải đảm bảo truyền thông tin tốc độ cao
với giá thành hạ. Ở góc độ khác sự ra đời của những dịch vụ mới này đòi hỏi phải có
công nghệ thực thi tiên tiến. Việc chuyển đổi từ công nghệ tương tự sang công nghệ
số đã đem lại sức sống mới cho mạng viễn thông. Tuy nhiên, những loại hình dịch vụ
trên luôn đòi hỏi nhà khai thác phải đầu tư nghiên cứu những công nghệ viễn thông
mới ở cả lĩnh vực mạng và chế tạo thiết bị. Cấu hình mạng hợp lý và sử dụng các
công nghệ chuyển giao thông tin tiên tiến là thử thách đối với nhà khai thác cũng như
nhà sản xuất thiết bị.
Có thể khẳng định giai đoạn hiện nay là giai đoạn chuyển dịch giữa công nghệ
thế hệ cũ (chuyển mạch kênh) sang dần công nghệ thế hệ mới (chuyển mạch gói),

điều đó không chỉ diễn ra trong hạ tầng cơ sở thông tin mà còn diễn ra trong các công
ty khai thác dịch vụ, trong cách tiếp cận của các nhà khai thác thế hệ mới khi cung
cấp dịch vụ cho khách hàng.Sau đây chúng ta sẽ xem xét và đánh giá sự phát triển
của công nghệ chuyển mạch, một điểm trọng yếu trong mạng thông tin, viễn thông
tương lai.
1.2Công 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 của từng loại công nghệ này cũng như một công nghệ mới cho chuyển mạch IP
và MPLS.
1.2.1 Công nghệ chuyển mạch 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 chứa địa chỉ của
bên nhận,địa chỉ là một số duy nhất trong tồn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho
việc chuyển gói tin tới đích.
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 6- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính tốn 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 tốn 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 tốn bảng chuyển tin một cách độc lập. Phương thức này, do
vậy, yêu cầu kết quả tính tốn 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.

192.0.0.34
192.0.0.34
DA
DANext hop
Routing table
192.0.0.34
192.0.0.34
DA
DANext hop
Routing table
Hình 1-1: Định tuyến IP truyền thống.
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…
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 7- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
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 cố 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 tốn định tuyến đều do các nút tự
thực hiện, mạng có thể 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.
1.2.2 Công nghệ chuyển mạch 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 nhỏ 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 tồn 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
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 8- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
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.
Hình 1-2: Định tuyến IP qua ATM.
1.2.3 Công nghệ chuyển mạch 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. Ngồi ra, cách tiếp cận này không thích hợp với 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.
Công nghệ MPLS ( MultiProtocol Label Switching ) là kết quả phát triển của
nhiều công nghệ chuyển mạch IP ( IP switching ) sử dụng cơ chế chuyển gói 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
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 9- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
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 hốn 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 hốn 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, do vậy cải thiện khả năng của thiết
bị. Các router sử dụng 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 thủ 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
nên việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các tuyến là hồn tồn 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 hơn 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.
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 10- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
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 luồn 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. Lưu lượng
đi qua các đường chuyển 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 tồn 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
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 11- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
CHƯƠNG 2:CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO
THỨC MPLS
2.1Tổng quan.
MPLS là viết tắt của “Multi_Protocol Label Switching”. Thuật ngữ
Mulit_Protocol để nhấn mạnh rằng công nghệ này áp dụng được tất cả các giao thức
lớp mạng chứ không chỉ riêng IP. MPLS cũng hoạt động tốt trên bất kỳ các giao thức
lớp liên kết. Đây là một công nghệ lai kết hợp những đặc tính tốt nhất của định tuyến
lớp 3 (Layer 3 Routing) và chuyển mạch lớp 2 (Layer 2 Switching).
2.1.1 Tính thông minh phân tán.
Trong mạng chuyển mạch kênh, tính thông minh chủ yếu tập chung ở các
mạng lõi (Core). Tất cả những thiết bị thông minh nhất đều đặt ở mạng lõi như các
tổng đài Toll, Transit, MSC… Các thiết bị kém thông minh hơn thì đặt ở mạng biên
(Edge). Ví dụ: như các tổng đài nội hạt, truy nhập…
Trong mạng gói IP, tính thông minh gần như được chia đều cho các thiết bị
trong mạng. Tất cả các Router đều phải làm hai nhiệm vụ định tuyến và chuyển
mạch. Đây là ưu điểm và cũng là nhược điểm của IP.
Quan điểm của MPLS là tính thông minh càng đưa ra biên thì mạng càng hoạt
động tốt. Lý do là những thành phần ở mạng lõi phải chịu tải rất cao. MPLS phân
tách hai chức năng định tuyến và chuyển mạch. Các Router ở biên thực hiện định
tuyến và gắn nhãn (Label) cho gói (Packer). Còn các Router ở mạng lõi chỉ nhận
nhiệm vụ chuyển tiếp gói tốc độ cao dựa vào nhãn. Tính thông minh được đẩy ra
ngồi biên là một ưu điểm của MPLS.
2.1.2 Mô hình tham chiếu OSI.

GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 12- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
Hình 2-1: Mô hình tham chiếu OSI, TCP/IP và MPLS.
MPLS được xem như là công nghệ lớp điệm (Shim Layer), nó nằm trên lớp 2
nhưng dưới lớp 3.Nguyên lý của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được gán nhãn (Lable)
và chuyển tiếp theo một đường dẫn LSP (Label Switched Path). Các Router trên
đường dẫn chỉ căn cứ vào nội dung của nhãn để thực hiện quyết định chuyển tiếp gói
mà không cần phải kiểm tra Header IP.
2.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS.
2.2.1 Miền MPLS (MPLS Domain).
RFC 3031 mô tả miền MPLS là “một tập hợp các nút mạng thực hiện hoạt
động định tuyến và chuyển tiếp MPLS”. Một miền MPLS thường được quản lý và
điều khiển bởi một nhà quản trị.
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 13- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
- Hình 2- 2: miền MPLS (MLPS Domain).
Miền được chia ra là hai phần: phần mạng lõi (Core) và phần mạng biên
(Edge). Các nút thuộc miền MPLS được gọi là Router chuyển mạch nhãn LSR (Label
Switching Router). Các nút thuộc mạng lõi được gọi là Transit_LSR hay Core_LSR.
Các nút ở biên gọi là LER (Label Edge Router).
Nếu một LER là nút đầu tiên trên đường đi của một gói đi qua miền MPLS thì
nó gọi là LER lối vào (Ingress_LER), còn nếu là nút cuối cùng thì nó gọi là LER lối
ra (Egress_LER). Lưu ý các thuật ngữ này được áp dụng theo chiều của luồng lưu
lượng trong mạng, do vậy một LER có thể là Ingress-LER vừa là Egress-LER tùy
theo luồng lưu lượng đang sét.
- Hình 2-3: Ingress LER và Egress LER.
2.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC).
Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class): mô tả sự
kết hợp các gói tin có cùng địa chỉ đích thành các lớp để có chính sách xử lý tương
ứng. Giá trị FEC trong gói tin có thể thiết lập mức độ ưu tiên cho việc điều khiển gói

GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 14- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
nhằm hỗ trợ hiệu quả hoạt động của QoS (Quality of Service). Đối với những dịch vụ
khác nhau thì các FEC khác nhau với các thông số ánh xạ khác nhau. Việc ánh xạ
một gói vào một FEC có thể nhờ vào các thông số sau:
• Địa chỉ IP nguồn (IP Source), IP đích (IP Destination).
• Cổng nguồn (Port Source), cổng đích (Port Destination).
• V.v….v.
- Hình 2-4: Forwarding Equivanlence Class.
FEC được ấn định ngay từ đầu vào của mạng MPLS và phụ thuộc vào LSR
ngõ vào và ngõ ra. Vì vậy các Router ngõ vào và ra có khả năng xử lý mạnh.
2.2.3 Nhãn và ngăn xếp nhãn (Label and Label Stack).
Nhãn (Label):” là một bộ phận nhận dạng gói tin có độ dài ngắn nhấn định,
mang ý nghĩa cục bộ để nhận biết một FEC”. Nhãn được gán lên một gói tin để báo
cho LSR biết gói này cần đi đâu. Phần nội dung nhãn có độ dài 20 bit không cấu trúc,
như vậy số giá trị nhãn có thể là 2
20
giá trị. Giá trị nhãn định nghĩa chỉ mục (Index) để
dùng trong bảng chuyển tiếp.
- Hình 2-5: Packet MPLS
Ngăn xếp nhãn (Label Stack): Một tập hợp có thứ tự các nhãn gắn theo các
gói tin để truyền tải thông tin về nhiều FEC 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.
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 15- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
- Hình 2- 6: Ngăn xếp nhãn (Label Stack).
Nếu gói tin chưa có nhãn thì Stack nhãn là rỗng (độ sâu của Stack nhãn bằng
0). Nếu Stack có chiều sâu là d thì mức 1 sẽ ở đáy Stack (bit S trong Entry nhãn đặt
lên 1) và mức d sẽ ở đỉnh của Stack. Một Entry nhãn có thể đặt thêm vào (Push) hoặc

lấy ra (Pop) khỏi Stack. Hình 2-7 mô tả Label Stack trong các gói tin MPLS.
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 16- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
- Hình 2-7: Label Stack MPLS.
2.2.4 Hốn đổi nhãn (Label Swapping).
Hốn đổi nhãn là cách dùng các thủ tục để chuyển tiếp gói. Để chuyển tiếp gói
có nhãn, LSR kiểm tra nhãn trên đỉnh Stack và ánh xạ ILM (Incoming Lable Map) để
ánh xạ nhãn này tới một Entry chuyển tiếp nhãn NHLFE (Next Hop Lable
Forwarding Entry). Sử dụng thông tin trong HNLFE, LSR xác định ra nơi chuyển
tiếp gói và thực hiện một tác vụ trên Stack nhãn. Rồi nó mã hóa Stack nhãn mới vào
gói và chuyển đi.
Chuyển tiếp gói chưa có nhãn cũng tương tự nhưng xảy ra ở Ingress_LER.
LER phải phân tích Header lớp mạng để xác định FEC rồi sử dụng ánh xạ FTN (FEC
to NHLFE) để ánh xạ FEC vào một NHLFE.
2.2.5 Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Swithed Path).
Đường chuyển mạch nhãn được thiết lập từ Ingress LSR (dữ liệu đầu vào là
gói IP truyền thống, Ingress LSR sẽ ấn định nhãn cho gói thông tin này) đến Egress
LSR (sẽ gỡ bỏ nhãn cho gói dữ liệu khi đi ra khỏi miền MPLS). LSP được xây dựng
bằng các giao thức LDP (Lablel Distributed Protocol), RSVP(Resource Reservation
Protocol).
Một LSP nối từ đầu đến cuối gọi là đường hầm (LSP Tunnel), liên kết các
đoạn LSP giữa các nút.
- Hình 2-8: Đường chuyển mạch nhãn LSP.
Kiến trúc MPLS cho phép nâng cấp các LSP, tương tự như ATM sử dụng VPI
và VCI để tạo ra phân cấp kênh ảo (VC) nằm trong đường ảo (VP). Tuy nhiên ATM
chỉ có thể hỗ trợ 2 mức phân cấp, trong khi với MPLS thì số mức phân cấp cho phép
rất lớn nhờ khả năng chứa được nhiều Entry nhãn trong Stack nhãn. Về lý thuyết,
giới hạn số lượng nhãn trong Stack phụ thuộc giá trị MTU (Maximum Transfer Unit)
của các giao thức liên kết được dùng dọc theo một LSR.
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 17- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên

Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
- Hình 2-9: Phân cấp LSP trong MPLS.
2.2.6 UpStream và DownStream.
Khái niệm UpStream và DownStream được hiểu biết trong hoạt động phân
phối nhãn và chuyển tiếp dữ liệu trong một miền MPLS và phụ thuộc vào chiều của
luồng dữ liệu.Ví dụ như hình 10.
- Hình 2-10: Upstream và Downstream.
2.2.7 Chuyển gói qua miền MPLS.
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 18- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
Hình 2-11: Chuyển gói qua miền MPLS.
Hình 2-11, là ví dụ minh họa quá trình truyền gói IP đi qua miền MPLS. Gói
tin IP khi đi từ Customer 1 vào miền MPLS được Router A đóng vai trò là một
Ingress-LER sẽ gán nhãn có giá trị là 6 cho gói IP rồi chuyển tiếp tới Router B.
Router B dựa vào bảng hốn đổi nhãn để kiểm tra nhãn của gói tin. Nó thay giá trị
nhãn mới là 3 và chuyển tiếp tới Router C. Tại Router C, việc kiểm tra cũng tương tự
như ở Router B và sẽ hốn đổi nhãn, gán cho gói tin một nhãn mới là 9 và tiếp tục
được đưa đến Router D.
Router D đóng vai trò Egress-LER sẽ kiểm tra trong bảng hốn đổi nhãn và gỡ
bỏ nhãn 9 ra khỏi gói tin rồi định tuyến gói IP một cách bình thường đi ra khỏi miền
MPLS. Với kiểu làm việc này thì các LSR trung gian như Router B và C sẽ không
phải thực hiện việc kiểm tra tồn bộ Header IP của gói tin mà nó chỉ kiểm tra giá trị
của nhãn, so sánh trong bảng và chuyển tiếp. Vì vậy tốc độï xử lý trong miền MPLS
sẽ nhanh hơn nhiều so với định tuyến IP truyền thống. Đường đi từ RouterA đến D
gọi là đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path).
2.3 Mã hóa Stack nhãn.
Khi một nhãn được gắn lên gói, bản thân giá trị nhãn 20 bit sẽ được mã hóa
cùng với một số thông tin cộng thêm để phụ trợ trong quá trình chuyển tiếp gói để
hình thành một Entry nhãn. Hình 12 minh họa định dạng một Entry nhãn trong Stack
nhãn.

GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 19- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
- Hình 2-12: Định dạng một Entry nhãn trong Stack nhãn MPLS.
Nhóm 32 bit ở hình trên là một Entry trong Stack nhãn, trong đó phần giá trị
nhãn thực sự chỉ có 20 bit. Tuy nhiên người ta thường gọi chung cho cả Entry 32 bit
nói trên là một nhãn. Vì vậy khi thảo luận về nhãn cần phân biệt là đang xem xét giá
trị nhãn 20 bit hay nói về Entry 32 bit trong Stack nhãn. Phần thông tin 12 bit thêm
gồm các trường sau đây:
• EXP (Class os Service): Gồm 3 bit, có thể là một hàm của trường TOS
(Type of Service) hoặc Difserv trong gói IP. Đa số các nhà sản xuất sử
dụng bit này để mang chỉ thị QoS, thường là copy trực tiếp từ các bit TOS
trong gói IP. Khi gói MPLS vào hàng đợi, có thể sử dụng các bit EXP theo
cách giống như các bit ưu tiên trong IP.
• S: Gồm 1 bit, chỉ thị đáy của Stack nhãn. Khi một nhãn nằm ở đáy Stack
nhãn, thì bit S đặt lên 1; còn các nhãn khác có bit S đặt về 0. Bit S là
phương tiện để xác định đáy của stack nhãn nằm ở đâu.
• TTL (Time To Live): Gồm 8 bit, thường là copy trực tiếp từ trường TTL
của Header IP, được giảm đi một qua mỗi Hop để chặn Loop định tuyến
giống như IP. Tuy nhiên, các bit TTL cũng có thể được đặt khác nhau với
TTL trong gói IP, thường dùng khi nhà khai thác mạng muốn che giấu
Topology mạng MPLS.
MPLS có thể hoạt động ở các chế độ: chế độ khung (Frame Mode) và chế độ
tế bào (Cell Mode).
2.4 Cấu trúc chức năng MPLS.
2.4.1 Kiến trúc một nút MPLS (LER và LSR).
Hình 2-13, minh họa mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng chuyển tiếp của LSR
và LER. Mặt phẳng điều khiển có chức năng định tuyến IP dùng để giao tiếp với các
LSR, LER khác hoặc các Router IP thông thường bằng các giao thức định tuyến IP.
Kết quả là một cơ sở thông tin định tuyến RIB( Routing Information Base) được tạo
lập gồm các thông tin miêu tả các Router khả thi để tìm đến các Prefix địa chỉ IP.

GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 20- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
LER sẽ sử dụng các thông tin này để xây dựng cơ sở thông tin chuyển tiếp
FIB(Forwarding Information Base) trong mặt phẳng chuyển tiếp.
- Hình 2-13: Kiến trúc nút MPLS (LER và LSR).
Mặt phẳng điều khiển còn có chức năng báo hiệu MPLS dùng để giao tiếp với
các LSR khác bằng một giao thức phân phối nhãn. Kết quả là một cơ sở thông tin
nhãn LIB (Label Information Base) gồm các thông tin liên quan đến cách gán nhãn
đã được thương lượng với các Router MPLS khác. Thành phần báo hiệu MPLS nhận
thông tin từ chức năng định tuyến IP và LIB để xây dựng cơ sở thông tin chuyển tiếp
nhãn LFIB ( Lable Forwarding Information Base) trong mặt phẳng chuyển tiếp. Một
LER có thể chuyển tiếp các gói IP, gán nhãn vào gói ( Lable Push), hoặc gỡ nhãn ra
khỏi gói (Lable Pop), trong khi đó một Transit-LSR chỉ có khả năng chuyển tiếp gói
có nhãn, thêm hoặc bỏ bớt nhãn.
2.4.2 Mặt phẳng chuyển tiếp (mặt phẳng dữ liệu).
Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS chịu trách nhiệm chuyển tiếp dữ liệu của User.
Nó sử dụng LFIB để thực hiện chuyển tiếp các gói có gắn nhãn căn cứ vào giá trị của
nhãn nằm trên đỉnh stack nhãn.
2.4.2.1 Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB.
Trong mạng IP, quyết định chuyển tiếp gói được xác lập bằng cách thực hiện
tra cứu địa chỉ đích trong bảng FIB để xác định Hop kế và giao diện ra. Trong mạng
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 21- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
MPLS, mỗi LSR duy trì một bảng LFIB riêng rẽ và tách biệt với FIB. Bảng LFIB có
hai loại Entry là ILM (Incoming Lable Map) và FTN (FEC-To-NHLFE).
NHLFE (Next Hop Lable Forwarding Entry) là Subentry chứa các trường như
địa chỉ Hop kế, các tác vụ Stack nhãn, giao diện ra và thông tin Header lớp 2. ILM
ánh xạ một nhãn đến một hoặc nhiều NHLFE. Nhãn trong gói đến sẽ dùng để chọn
một Entry ILM cụ thể nhằm xác định NHLFE. Còn FTN ánh xạ mỗi FEC vào một
hoặc nhiều NHLFE. Nhờ các Entry FTN, gói chưa có nhãn được chuyển thành gói có

nhãn.
- Hình 2-14: FTN, ILM và NHLFE.
Như vậy, khi một gói không nhãn thuộc một FEC đi vào miền MPLS, Ingress-
LER sẽ sử dụng một entry LFIB loại FTN để chuyển gói không nhãn thành gói có
nhãn. Sau đó, tại các Transit-LSR sử dụng một loại entry LFIB loại ILM để hốn đổi
nhãn vào bằng nhãn ra. Cuối cùng, tại Egress-LER sử dụng một entry LFIB loại ILM
để gỡ bỏ nhãn đến và chuyển vào gói không nhãn đến router kế tiếp.
2.4.2.2 Thuật tốn chuyển tiếp nhãn.
Các nút MPLS sử dụng giá trị nhãn trong các gói đến làm chỉ mục để tra bảng
LFIB. Khi tìm thấy entry tương ứng với nhãn đến, nút MPLS thay thế nhãn trong gói
bằng nhãn ra và gửi gói đi giao diện ra để đến Hop kế được đặc tả trong Subentry
NHLFE. Nếu Subentry có chỉ định hàng đợi ra, nút MPLS sẽ đặt gói trên hàng đợi đã
chỉ định. Trường hợp nút MPLS duy trì một LFIB rêng cho mỗi giao diện, nó sẽ dùng
LFIB của giao diện mà gói đến để tra cứu chuyển tiếp gói.
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 22- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
- Hình 2-15: Thuật tốn chuyển tiếp nhãn.
Nút MPLS có thể lấy, định vị được các thông tin chuyển tiếp cần thiết trong
LFIB chỉ trong một lần truy xuất bộ nhớ, tốc độ thực thi rất cao nhờ các chip ASCI.
2.4.2.3 NHLFE (Next Hop Lable Forwarding Entry).
- NHLFE là Subentry của ILM hoặc FTN, nó chứa các thông số sau:
• Hop kế (chặng tiếp theo của gói).
• Tác vụ sẽ được tiến hành trên stack nhãn của gói như sau:
 Swap: Thay nhãn ở đỉnh của Stack nhãn bằng một nhãn mới được chỉ định.
 Pop: lấy một nhãn ra khỏi Stack
 Push: Chồng thêm một nhãn vào Stack.
- Hình 2-16: ví dụ NHLFE.
- Ngoài ra, NHLFE cũng có thể chứa những thông tin sau:
• Đóng góp lớp Datalink để sử dụng khi truyền gói.
• Cách thức mã hóa stack nhãn khi truyền gói

• Bất kỳ các thông tin khác cần thiết để xử lý gói một cách chính xác
2.4.3 Mặt phẳng điều khiển.
Nhiệm vụ của các giao thức trong mặt phẳng điều khiển là phân phối các
thông tin cần thiết cho mỗi LER và LSR để cấu hình bảng FIB và LFIB. Trong hình
19, một giao thức định tuyến sử dụng bảng thông tin định tuyến RIB hoạt động kết
hợp với một giao thức báo hiệu MPLS sử dụng bảng thông tin nhãn LIB để phân phối
các nhãn. Việc phân tách mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng chuyển tiếp cho phép
cài đặt một giao thức điều khiển MPLS trên một ATM switch.
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 23- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
Tại sao MPLS cần giao thức báo hiệu, trong khi các Router IP cổ điển chỉ cần
định tuyến IP? Một lý do quan trọng phải dùng giao thức báo hiệu MPLS kết hợp với
giao thức định tuyến xuất phát từ sự cần thiết phải thực hiện định tuyến ràng buộc
của đường chuyển mạch nhãn MPLS.
2.5 Hoạt động chuyển tiếp MPLS.
2.5.1 Hoạt động trong mặt phẳng chuyển tiếp.
FEC là một tập con các gói căn cứ theo một số thông tin trong Header IP được
dùng bởi FIB. Một FEC được dùng thường dựa theo luật “Longest Prefix Match” trên
địa chỉ địch. Ví dụ: các địa chỉ IP so trùng 16 bit đầu có dạng “a.b.*.*” (trong đó *
biểu thị cho giá trị hợp lệ bất kì) được biễu diễn là “a.b/16” cho FEC đầu tiên trong
bảng FIB. FEC còn có thể căn cứ bổ sung theo các trường khác nhau trong Header IP
như ToS hay Diffserv. FIB sử dụng FEC để xác định ra giao tiếp đi đến hop kế cho
các gói IP, cách thực hiện giống như các Router cổ điển.
- Hình 2-17: Hoạt động trong mặt phẳng chuyển tiếp.
Cho các ví dụ từng hoạt động LFIB ở hình 2-16. Phần ILM (Incoming Lable
Map) của LFIB thao tác trên một gói có nhãn và ánh xạ một nhãn vào (Incoming
Lable) tới một tập các entry NHLFE. ILM được thể hiện trong hình bởi các cột IN-IF
và IN-LBL, nhưng cũng có thể là một bảng riêng rẽ cho một giao tiếp, FTN ( FEC-to-
NHLFE) của FIB ánh xạ một FEC tới một tập hợp gồm một hoặc nhiều NHLFE. Như
ví dụ trong hình, nhãn A được gán (push) lên các gói IP thuộc FEC”d.e/16”. Lưu ý là

GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 24- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên
Đề tài tốt nghiệp Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng
ILM hoặc FTN có thể ánh xạ tới nhiều NHLFE, chẳng hạn chế để dùng trong cân
bằng tải.
2.5.2 Gỡ nhãn ở Hop áp cuối PHP (Penultimate Hop Popping)
Một tối ưu hóa quan trọng mà MPLS hỗ trợ là tránh việc tra cứu nhãn (Lable
Lookup) phải xử lý ở Egress-LER trong trường hợp một gói đi trên một LSR mà yêu
cầu tra cứu IP (IP lookup) tiếp ngay sau đó. Ơû trong hình 23, một gói tin đến có
nhãn A được gỡ nhãn (Pop) và chuyển sang FIB để tra cứu tiếp trên Header IP. Để
tránh việc xử lý phát sinh thêm này, MPLS định nghĩa một tiến trình gọi là gỡ nhãn ở
Hop áp cuối PHP (Penultimate Hop Popping), trong đó Router áp cuối trên LSP sẽ
gỡ nhãn thay vì Egress-LER phải làm việc đó. Nhờ vậy cắt giảm được việc xử lý ở
Router cuối cùng trên LSP.
2.5.3 Ví dụ hoạt động chuyển tiếp gói.
Trong ví dụ này thể hiện đường đi và hoạt động chuyển tiếp được thực hiện ở
mỗi nút cho 2 LSP là LSP-1 và LSP-2.
LSP-1 bắt đầu từ LER E1, tại đó có một gói IP đến với địa chỉ đích là
“a.b.c.d” LER E1 kiểm tra bảng FIB của nó và xác định rằng gói này thuộc về FEC “
a.b.c/24”, nó gán nhãn A lên gói và xuất ra trên giao tiếp số 2. Tiếp theo, LSR S1
thấy có gói gắn nhãn A đến giao tiếp số 1, LFIB của nó chỉ thị rằng gói sẽ xuất ra trên
giao tiếp số 4 và nhãn sẽ được thay thế bằng nhãn D. Gói có nhãn đi ra trên giao tiếp
số 4 trên LSR S1 nối đến giao tiếp số 1 trên LSR S4.
GVHD: Th.S Trần Xuân Trường - 25- SVTH: Nguyễn Văn Nguyên