Chuyên đề: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
GVHD : Nguyễn Thị Thu Hằng
Sinh viên thực hiện : Phạm Bảo Long
Trần Hữu Quyết
Lê Thị Phương
Nguyễn Thị Miên
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
CHUYÊN ĐỀ
CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
Nội dung trình bày:
I. Giới thiệu chung
II. Hoạt động của MPLS

III. Các giao thức trong mạng MPLS
IV. Kỹ thuật lưu lượng và ứng dụng
I.GIỚI THIỆU CHUNG
I.GIỚI THIỆU CHUNG
I.1 Mạng IP và lý do ra đời mạng Mpls
I.1 Mạng IP và lý do ra đời mạng Mpls
Hình 1.1: Chuyển tiếp gói tin trong IP
Tiến trình chuyển tiếp gói tin gồm 3
hoạt động sau:
+ Tìm địa chỉ ngõ ra
+ Chuyển để xác định
interface tiếp gói tin

+ Phân lịch.
Đặc điểm:
-
Chuyển tiếp IP yêu cầu hoạt động tìm
kiếm địa chỉ IP phức tạp ở mỗi router
dọc đường đi của gói tin.
-
Tốn thời gian tìm kiếm, thời gian cập
nhật, và tốn bộ nhớ xử lý, tốn CPU.
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
I.1 Mạng IP và lý do ra đời mạng Mpls
I.1 Mạng IP và lý do ra đời mạng Mpls

- Tất cả tiến trình định tuyến và chuyển tiếp nói trên
đây diễn ra ở lớp Network.
-
Các router có thể kết nối trực tiếp với nhau theo
mô hình điểm-điểm, hoặc là có thể kết nối với
nhau bằng các switch mạng LAN hay mạng
WAN (ví dụ mạng Frame Relay, ATM).
-
Các vấn đề mà ta có thể gặp phải là:
+ Mỗi lần một router mới kết nối vào mạng WAN
lõi, một kênh ảo phải được thiết lập giữa router
này và router khác (nếu có nhu cầu cần chuyển

tiếp gói tin tối ưu).
+ Kết xác bao nhiêu lưu lượng chạy giữa trên hâụ
quả là tạo ra mô hình mạng full-mesh.
+ Khó mà biết chính router trong mạng.
Đó là lý do ra đời của MPLS (Multiprotocol Label
Switching)
công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức.
Hình 1.2: Mạng Frame-relay
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
•
MPLS là một công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp ba
và chuyển mạch lớp hai cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng

lõi (core) và định tuyến tốt ở mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn
(label).
•
MPLS là một phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng
các nhãn được gắn với mỗi gói IP, tế bào ATM, hoặc frame lớp hai.
•
Lợi ích của MPLS
- Làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu như IP, ATM….
- Tương thích với hầu hết các giao thức định tuyến và các công nghệ khác liên
quan đến Internet.
- Hoạt động độc lập với các giao thức định tuyến (routing protocol).
- 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.
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
Hình I.3 MÔ HÌNH MẠNG MPLS
Mạng MPLS đầy đủ sẽ gồm có ba loại router CE (Customer Equipment hay
router khách hàng), PE ( Provider Equipment hay router biên nhà cung cấp ) và
P ( Provider hay router bên trong nhà cung cấp dịch cụ ), các router P và một
phần PE sẽ chạy MPLS, các router CE và một phần PE còn lại sẽ chạy các giao
thức khác ( có thể là IP, Frame-Relay, ATM…).
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
MỐI QUAN HỆ GIỮA MÔ HÌNH OSI, MÔ HÌNH TCP/IP VỚI MPLS

OSI : Mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở (Open Systems Interconnection).
TCP/IP : Mô hình giao thức điều khiển giao vận và giao thức liên mạng (Transmission Control
Protocol/ Internet Protocol)
MPLS : Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MultiProtocol Label Switching).
Chuyển mạch nhãn
MPLS
TCP/IP
OSI
Tầng vật lý
Tầng liên kết dữ
liệu
Tầng mạngTầng mạng

Tầng giao vậnTầng giao vận
Tầng phiên
Tầng trình diễn
Tầng ứng dụng
Tầng ứng dụng
Tầng ứng dụng
Tầng mạng
Tầng giao vận
Tầng liên kết dữ
liệu
Tầng liên kết dữ
liệu

Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
I.2 Các khái niệm cơ bản
I.2 Các khái niệm cơ bản
I
I
.2
.2
Nhãn (Label) trong MPLS
Nhãn (Label) trong MPLS
•
Nhãn là giá trị có chiều dài cố định dùng để nhận diện
một FEC nào đó. Nhãn được “dán ” lên một gói để báo

cho LSR biết gói này cần đi đâu.
•
Một gói lại có thể được “dán chồng” nhiều nhãn, các
nhãn này chứa trong một nơi gọi là stack nhãn (label
stack).
•
Stack nhãn là một tập hợp gồm một hoặc nhiều entry
nhãn tổ chức theo nguyên tắc LIFO.
•
Tại mỗi hop trong mạng chỉ xử lý nhãn hiện hành trên
đỉnh stack. Chính nhãn này sẽ được LSR sử dụng để
chuyển tiếp gói.

Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
I.2 Các khái niệm cơ bản
I.2 Các khái niệm cơ bản
I
I
.2
.2
Nhãn (Label) trong MPLS
Nhãn (Label) trong MPLS

20 bits 3 bits
8 bits

Phần đầu lớp liên
kết dữ liệu
MPLS Phần đầu của lớp
mạng
Các lớp khác và dữ liệu
Nhãn EXP S TTL
Hình I.4 Dạng nhãn MPLS chung
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
I.2Các khái niệm cơ bản
I.2Các khái niệm cơ bản
I.2.1
I.2.1

Kiểu khung (Frame Mode)
Kiểu khung (Frame Mode)


+ Label: Trường này gồm 20 bit, vậy chúdùng để chuyển ng ta sẽ có hơn 1 tỷ nhãn khác nhau sử
dụng, đây là phần quan trọng nhất trong nhãn MPLS nó tiếp gói tin trong mạng.
+ Experimemtal (EXP):bao gồm 3bits dành cho thực nghiệm, sử dụng các bit này để giữ các thông
báo cho QoS; khi các gói MPLS xếp hàng có thể dùng các bit EXP tương tự như các bit IP ưu
tiên (IP Precedence).
+ Stack (S): là bít cuối ngăn xếp nhãn, bao gồm 1 bit. Nhãn cuối chồng bit này được thiết lập lên 1,
các nhãn khác có bít này là 0.
+ Time-to-live (TTL):Thời gian sống là bản sao của IP TTL, bao gồm 8 bits. 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 I.5 Mô tả định dạng tiêu đề của MPLS
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
I.2 Các khái niệm cơ bản
I.2 Các khái niệm cơ bản
I.2
I.2
.
.
2
2

Kiểu tế bào (Cell Mode)
Kiểu tế bào (Cell Mode)


Các thuật ngữ trong hình III.3 được giải thích như sau:
GFC (Generic Flow Control): Điều khiển luồng chung
VPI (Virtual Path Identifier): Nhận dạng đường ảo
VCI (Virtual Channel Idientifier): Nhận dạng kênh ảo
PT (Payload Type): Chỉ thị kiểu trường tin
CLP (Cell Loss Priority): Chức năng chỉ thị ưu tiên hủy bỏ tế bào
HEC (Header Error Check): Kiểm tra lỗi tiều đề
Hình I.6 Vị trí của nhãn trong các dạng khung

Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
I.2 Các khái niệm cơ bản
I.2 Các khái niệm cơ bản
I.2.3 Một số khái niệm khác:
I.2.3 Một số khái niệm khác:
+ Không gian nhãn (Label Space)
+ Con đường chuyển nhãn (LSP – Label Switch Path)
+ Các bảng tra FIB và LFIB
+ Mặt phẳng chuyển tiếp (Forwarding plane)
+ Mặt phẳng điều khiển (Control Plane)
+ Giao thức phân phối nhãn LDP (Label Distribution
Protocol)

+ Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC - Forwarding
Equivalence Class)

Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
II.HOẠT ĐỘNG CỦA MPLS
2.1.Những điểm quan trọng của kỹ thuật chuyển mạch MPLS

Thứ nhất thiết bị sử dụng trong MPLS có tên gọi LSR (Label Switch Router).
LSR có khả năng định tuyến gói tại lớp 3 (lớp mạng) cũng như chuyển mạch
gói tại lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu).


Thứ hai là nhãn. Giá trị nhãn chứa trong vùng có chiều dài cố định và căn cứ vào
giá trị này, các LSR sẽ chuyển gói dữ liệu đi trong mạng

Thứ ba là kỹ thuật chuyển mạch nhãn. Các LSR sẽ chỉ xử lý thông tin
chứa trong nhãn thay vì toàn bộ thông tin chứa trong IP header

Cuối cùng là kỹ thuật xây dựng LSP từ igress LSR đến egress LSR. Các gói
dữ liệu có gắn nhãn sẽ di chuyển trong mạng trên LSP này. Quá trình này được
thực hiện bằng giao thức LDP hoặc các giao thức điều khiển khác như: RSVP
hoặc BGP
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
II.HOẠT ĐỘNG CỦA MPLS

2.2.Các thành phần của mạng MPLS

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:

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, gán nhãn trong mảng điều
khiển và chuyển tiếp số liệu trên cơ chế chuyển mạch tế bào ATM trong mảng số
liệu.
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
II.HOẠT ĐỘNG CỦA MPLS
2.3.Chuyển tiếp gói tin trong MPLS

Quá trình chuyển tiếp một gói IP qua mạng MPLS được thực hiện qua một số
bước cơ bản sau đây:


Gói dữ liệu khi đến ingress LSR. Căn cứ vào thông tin trong tiêu đề IP và
bảng định tuyến nhãn LIB LSR sẽ ấn định một giá trị nhãn thích hợp cho gói dữ
liệu và chuyển nó đến LSR tiếp theo.

LSR lõi nhận gói có nhãn và sử dụng bảng chuyển tiếp nhãn để thay đổi nhãn lối
vào trong gói đến với nhãn lối ra tương ứng cùng với vùng FEC

Egress LSR tháo bỏ nhãn cuối cùng của gói dữ liệu và từ đây gói dữ liệu sẽ được
định tuyến như một gói IP thông thường
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
II.HOẠT ĐỘNG CỦA MPLS
2.3.Chuyển tiếp gói tin trong MPLS

Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
II.HOẠT ĐỘNG CỦA MPLS
2.4.Bảng chuyển mạch nhãn LIB và FLIB

Cơ sở thông tin nhãn FIB sẽ ánh xạ từ một gói tin IP không nhãn thành gói
tin MPLS có nhãn ở ngõ vào của router biên hoặc từ gói tin MPLS có nhãn
thành gói tin IP không nhãn ở ngõ ra của router biên, bảng này được hình
thành từ bảng routing table, từ giao thức phân phối nhãn LDP và từ bảng tra
LFIB

Bảng tra LFIB (Label Forwarding Information Based) là bảng chứa đựng
thông tin các nhãn đến các mạng đích, một gói tin có nhãn khi đi vào một

router nó sẽ sử dụng bảng tra LFIB để tìm ra hop kế tiếp, ngõ ra của gói tin
này có thể là gói tin có nhãn cũng có thể là gói tin không nhãn.
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
II.HOẠT ĐỘNG CỦA MPLS

Có hai cơ chế hoạt đông trong MPLS là:
a) Cơ chế hoạt động khung
Cơ chế này được sử dụng với các mạng IP thông thường, trong cơ chế này nhãn của
MPLS là nhãn thực sự được thiết kế và gán cho các gói tin, mặt phẳng điều khiển
sẽ đảm nhiệm vai trò gán nhãn và phân phối nhãn cho các route giữa các router
chạy MPLS, và trong cơ chế này các router sẽ kết nối trực tiếp với nhau
2.5. CẤU TRÚC MPLS

Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
II.HOẠT ĐỘNG CỦA MPLS
2.5. CẤU TRÚC MPLS
Hình 2.5.Mạng MPLS trong chế độ hoạt động khung
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
II.HOẠT ĐỘNG CỦA MPLS
b)Cơ chế hoạt động tế bào
Thuật ngữ này dùng khi có một mạng gồm các ATM LSR dùng MPLS trong
mặt phẳng điều khiển để trao đổi thông tin VPI/VCI thay vì dùng báo hiệu
ATM. Trong kiểu tế bào, nhãn là trường VPI/VCI của tế bào. Sau khi trao đổi
nhãn trong mặt phẳng điều khiển, ở mặt phẳng chuyển tiếp, router ngõ vào
(ingress router) phân tách gói thành các tế bào ATM, dùng giá trị VCI/CPI

tương ứng đã trao đổi trong mặt phẳng điều khiển và truyền tế bào đi. Các ATM
LSR ở phía trong hoạt động như chuyển mạch ATM – chúng chuyển tiếp một tế
bào dựa trên VPI/VCI vào và thông tin cổng ra tương ứng. Cuối cùng, router
ngõ ra (egress router) sắp xếp lại các tế bào thành một gói.
2.5. CẤU TRÚC MPLS
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
III. Các giao thức trong mạng MPLS
- Giao thức phân phối nhãn (LDP)
- Giao thức CR-LDP
- Giao thức RSVP
III.1 Giao thức phân phối nhãn
- Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho

các gói thông tin yêu cầu. Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt
được các LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình gán nhãn/FEC.
Giao thức này là một tập hợp các thủ tục trao đổi các bản tin cho phép các
LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC nhất định để truyền các gói thông tin.
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
III.1.1 Phát hiện LSR lân cận
Thủ tục phát hiện LSR lân cận của LDP chạy trên UDP và thực hiện như
sau:
1. Một LSR định kỳ gửi đi bản tin HELLO tới các cổng UDP đã biết trong
tất cả các bộ định tuyến trong mạng con của nhóm multicast.
2. Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin HELLO này trên cổng UDP. Như vậy,
tại một thời điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có

kết nối trực tiếp.
3. Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó
sẽ thiết lập kết nối TCP đến LSR đó.
4. Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR. Phiên LDP là phiên hai
chiều có nghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi
liên kết nhãn.
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
III.1.2 Giao thức truyền tải tin cậy
Việc xây dựng các chức năng bảo đảm độ tin cậy trong LDP
không nhất thiết phải thực hiện toàn bộ các chức năng của TCP
trong LDP mà chỉ cần dừng lại ở những chức năng cần thiết nhất
ví dụ như chức năng điều khiển tránh tắc nghẽn được coi là

không cần thiết trong LDP Tuy nhiên việc phát triển thêm các
chức năng đảm bảo độ tin cậy trong LDP cũng có nhiều vấn đề
cần xem xét ví dụ như các bộ định thời cho các bản tin ghi nhận
và không ghi nhận, trong trường hợp sử dụng TCP chỉ cần 1 bộ
định thời của TCP cho toàn phiên LDP.
III.1.3 Bản tin LDP
Có 7 dạng bản tin cơ bản sau đây:

Bản tin Initialization
Bản tin KeepAlive
Bản tin Label Mapping
Bản tin Release

Bản tin Label Withdrawal
Bản tin Request
Bản tin Request Abort
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
III.2 Giao thức CR-LDP
Giao thức CR-LDP được sử dụng để điều khiển cưỡng bức LDP. Giao thức này
là phần mở rộng của LDP cho quá trình định tuyến cưỡng bức của LSP
Các phần tử định tuyến cưỡng bức
- ĐỊnh tuyến cưỡng bức chọn đường ngắn nhất SPF
Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
-
Sử dụng MPLS làm phương tiện chuyển tiếp thông tin

Cho phép tách các thông tin sử
dụng để chuyển tiếp (nhãn) từ các
thông tin có trong mào đầu của
gói IP
Việc chuyển đổi giữa FEC và LSP
chỉ được giới hạn trong LSR tại
một đầu của LSP
Có 2 lý do