Tìm hiểu một số khái niệm quan trọng của công nghệ MPLS docx

1. MPLS
MPLS (Multi-Protocol Label Switching) kết hợp đặc tính tốc độ và hiệu suất của các
mạng chuyển gói (packet-switched network) với đặc tính thông minh các mạng chuyển
mạch (circuit-switched network) nhằm cung cấp giải pháp tốt nhất cho việc tích hợp
voice, video and data. Giống như các mạng chuyển mạch, MPLS thiết lập con đường kết
nối end-to-end trước khi vận chuyển thông tin, và các con đường này được chọn dựa vào
yêu cầu của ứng dụng (vd: băng thông, ). Mặt khác, giống như các mạng gói, các ứng
dụng và người dùng có thể chia sẻ chung một kết nối. Các ứng dụng MPLS có thể thay
đổi rất rộng, từ mạng phân phát dữ liệu "best effort" đơn giản tới các mạng nâng cao với
khả năng đảm bảo phân phát dữ liệu có kèm thông tin re-routing dành cho con đường phụ
(trong trường hợp liên kết mạng bị hỏng ở đâu đó trên đường chính) trong vòng 50 milli
giây.
2. Labels and LSPs
Một kết nối end-to-end MPLS được gọi là Label Switch Path (LSP). Kết nối này có thể
được thiết lập dành cho nhiều mục đích khác nhau, như để bảo đảm một vài cấp độ hiệu
suất, để route theo nhiều hướng trong một mạng bị nghẽn, hay để tạo các IP tunnel cho
các mạng kiểu như VPN. Theo nhiều khía cạnh, LSPs không khác gì so với các con
đường chuyển mạch (switched path) trong mạng ATM hay FR, ngoại trừ LSPs không
phụ thuộc vào một công nghệ L2 nào. Traffic gán vào LSPs thường dựa vào các tiêu
chuẩn được định nghĩa trước như độ ưu tiên của địa chỉ IP đích, của port TCP/UDP, của
VLAN Identifier, của DiffServ, hay của 802.1p. Lấy ví dụ, tất cả traffic có độ ưu tiêu cao
được hoạch định trước dành cho một ứng dụng server quan trọng nào đó có thể đi theo
một LSP chuyên dụng.
Thông tin về LSP được thâu tóm vào trong MPLS label, label này được chèn vào giữa
tiêu đề lớp 2 và 3 của gói tin. Các label cho phép thiết lập các con đường khác nhau giữa
các nơi (khách hàng) khác nhau, hoặc thậm chí cho các ứng dụng khác nhau của cùng
một khác hàng. Các label được gán và phân phối qua nghi thức riêng dành cho việc này
(vd: LDP, hay TDP).
3. LER và LSR
Gói đến vùng MPLS được gắn label đầu tiên bởi một router gọi là Label Edge Router
(LSR) hay còn gọi là Edge Label Switch Router. Các label thực ra chỉ là một cơ chế đánh

chỉ số đơn giản làm cho kỹ thuật switching nhanh hơn, đơn giản hơn cách làm truyền
thống của kỹ thuật chuyển tiếp gói (packet forwarding) trên L2 (Ethernet/ATM) hoặc L3
(IP).
Tại mỗi chặng (hop) trên mạng MPLS, một router sẽ xem xét label đến để tính ra chặng
forwarding tiếp theo cho gói tin. Điều này loại bỏ việc tiêu tốn khá nhiều resource cho
việc tra cứu địa chỉ mà vốn dĩ thường làm giảm toàn bộ thông lượng gói tin (packet
throughput) và hạn chế tính linh hoạt (scalability).
Dọc trên đường đi, mỗi Label Switch Router (LSR) sẽ ra quyết định chuyển tiếp
(forwarding) dựa trên chỉ mỗi nội dung của label. Tại mỗi chặng, LSR sẽ lột bỏ label đã
có và gắn vào label mới nhằm thông báo cho LSR của chặng kế cách forward gói tin. Tất
cả MPLS router trong mạng thường xuyên trao đổi label và thông tin tầm với tới
(reachability) để xây dựng một một sơ đồ hoàn chỉnh của mạng, mà sau đó được dùng để
xác định các con đường cũng như thông tin nhãn mới đặt vào trong gói tin.
4. Quality of Service
LSP có thể là kết nối best-effort, trong trường hợp Label Ditributrion Protocol (LDP) hay
giao thức có trước đây, Tag Ditributrion Protocol (TDP), được dùng. Một LSP có thể yêu
cầu băng thông chỉ dành riêng cho nó. Khi thực hiện cấp phát, MPLS phải đảm bảo rằng
băng thông luôn sẵn sàng để dùng cho toàn bộ con đường này. Nếu băng thông không sẵn
sàng, thì yêu cầu kết nối bị từ chối. LSP đặt trước băng thông nhờ vào nghi thức mở rộng
Resource Reservation Protocol with Traffic Engineering (RVSP-TE) hoặc Constraint-
based Routing LDP (CR-LDP).
Khái niệm này tương tự với khái niệm Committed Information Rate (CIR) của FR. Tuy
nhiên, CIR áp dụng cho access link, và không đảm bảo băng thông suốt backbone.
5. Traffic Engineering
Các nhà cung cấp dịch vụ (SP) cần một cách để quản lý việc gia tăng một số lượng lớn
traffic mà họ phải xử lý. Traffic này thì động (dynamic) và khó biết trước bởi vì các flow
thay đổi liên tục và do đó tất yếu không tương xứng với đồ hình mạng (network
topology) hiện có. Kỹ nghệ lưu thông (traffic engineering) qua MPLS cho phép traffic
được bố trí (map) một các hiệu quả vào các đồ hình mạng hiện thời. Nhờ vào việc thiết
lập các con đường qua network để cung cấp traffic, MPLS đưa ra khả năng quản lý bao

quát traffic mà các thuật toán tìm đường (routing algorithm) không thể.
Traffic engineering qua MPLS cải tiến tính tin cậy của của các mạng cung cấp dịch vụ
theo 2 cách. Thứ nhất, nó cho phép các SP route traffic của họ theo nhiều hướng và tránh
được tình trạng "hot spots" trong mạng. Thứ hai, các con đường của MPLS đi trong một
mạng có thể được thiết lập dư và chia tải (load sharing). Điều này cho phép các SP đảm
bảo traffic quan trọng (critical) luôn có một con đường cho nó.
Bằng cách giúp SP kiểm soát khít khao toàn bộ traffic trong mạng của họ, MPLS sẽ cho
phép họ thu được nhiều lợi nhuận nhất từ tài sản (mạng) của họ.
Chương 1: Tổng quan kỹ thuật MPLS
Chuyển tiếp gói IP truyền thống phân tích địa chỉ IP đích chứa trong tiêu đề của lớp
mạng ở mỗi gói. Mỗi bộ định tuyến phân tích địa chỉ đích độc lập ở mỗi chặng trong
mạng. Giao thức định tuyến động hay tĩnh khi xây dựng cơ sở dữ liệu cần phải phân tích
địa chỉ IP đích tạo ra bảng định tuyến. Quá trình này gọi là định tuyến unicast từng chặng
dựa trên đích đến của các gói tin.
Việc định tuyến bằng các giao thức phi kết nối đáp ứng được nhu cầu đơn giản của khách
hàng. Khi mạng Internet phát triển và mở rộng, lưu lượng Internet trên mạng bùng nổ,
phương thức chuyển tiếp gói hiện tại tỏ ra không hiệu quả, mất tính linh hoạt. Do đó cần
một kỹ thuật mới để gán địa chỉ và mở rộng các chức năng của cấu trúc mạng dựa trên IP.
Trong phần này chỉ ra một số nhược điểm, các hạn chế mô hình cũ và trình bày một kỹ
thuật mới – kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS – nhằm khắc phục các nhược
điểm trên.
1.1. Đặc tính của chuyển tiếp IP
1.1.1 Mô hình định tuyến lớp mạng
Trong môi trường phi kết nối truyền thống không phải sử dụng các bản tin báo hiệu để
thiết lập kết nối, phương thức chuyển tin là chuyển từng chặng một. Tất cả các gói tin
được chuyển đi dựa trên các giao thức định tuyến lớp mạng (như giao thức tìm đường
dẫn ngắn nhất [OSPF] hay giao thức cổng biên [BGP]), hay định tuyến tĩnh. Các router
xử lí tất cả các gói tin như nhau và có quyền huỷ bỏ các gói tin mà không cần bất kì
thông báo nào cho cả bên gởi và bên nhận. Chính vì vậy, IP chỉ cung cấp các dịch vụ đặc
biệt với “hiệu quả tốt nhất” chứ không thích hợp cho các dịch vụ có yêu cầu nghiêm ngặt

về QoS.
Cơ chế phi kết nối gây khó khăn trong việc điều khiển luồng và phân bổ lưu lượng mạng
làm tắt nghẽn tại các nút mạng. Các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) xử lý bằng cách
tăng dung lượng các kết nối và nâng cấp router nhưng hiện tượng nghẽn mạch vẫn xảy ra.
Lý do là các giao thức định tuyến Internet thường hướng lưu lượng vào cùng một số các
kết nối nhất định dẫn tới các kết nối này bị quá tải trong khi một số khu vực khác tài
nguyên không được sử dụng. Đây là tình trạng phân bố tải không đồng đều và sử dụng
lãng phí tài nguyên mạng.
Tuy nhiên, bên cạnh hạn chế như vậy, mô hình phi kết nối cũng có những ưu điểm, đó
là :
- Khả năng định tuyến gói tin một cách độc lập.
- Cơ cấu định tuyến và chuyển tin đơn giản, hiệu quả, nên mô hình phi kết nối rất phù
hợp với các luồng có thời gian kết nối chậm.
1.1.2 Công nghệ ATM và mô hình hướng kết nối
ATM là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, tức là kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối
phải được thiết lập trước khi thông tin được gởi đi. Việc tạo kết nối mạch ảo có thể đạt
hiệu quả trong mạng nhỏ, nhưng đối với mạng lớn thì những vấn đề có thể xảy ra: Mỗi
khi một router mới đưa vào mạng lõi WAN thì mạch ảo phải được thiết lập giữa router
này với các router còn lại để đảm bảo việc định tuyến tối ưu. Điều này lưu lượng định
tuyến trong mạng tăng.
Thông thường việc thiết lập kết nối này được thực hiện bởi giao thức báo hiệu. Giao thức
này cung cấp các thông tin trạng thái liên quan đến kết nối cho các chuyển mạch nằm trên
đường đã định tuyến. Chức năng điều khiển chấp nhận kết nối CAC (Connection
Admission Control) đảm bảo rằng các tài nguyên liên quan đến kết nối hiện tại sẽ không
được đưa vào để sử dụng cho các kết nối mới. Điều này buộc mạng phải duy trì trạng thái
của từng kết nối (bao gồm thông tin về sự tồn tại của kết nối và tài nguyên mà kết nối đó
sử dụng) tại các node có dữ liệu đi qua. Việc lựa chọn tuyến được thực hiện dựa trên các
yêu cầu về QoS đối với kết nối và dựa trên khả năng của thuật toán định tuyến trong việc
tính toán các tuyến có khả năng đáp ứng các yêu cầu QoS đó.
Do khả năng nhận dạng mạng, khả năng cô lập từng kết nối với các tài nguyên liên quan

đến kết nối trong suốt thời gian tồn tại của kết nối mà môi trường hướng kết nối có thể
đảm bảo chất lượng cho từng luồng thông tin. Mạng sẽ giám sát từng kết nối, thực hiện
định tuyến lại trong trường hợp có sự cố và việc thực hiện định tuyến lại này cũng phải
thông qua báo hiệu.
Từ cơ chế truyền tin ta thấy mạng hướng kết nối thích hợp với :
- Các ứng dụng yêu cầu phải đảm bảo QoS một cách nghiêm ngặt.
- Các ứng dụng có thời gian kết nối lớn.
Đối với các ứng dụng có thời gian kết nối ngắn thì môi trường hướng kết nối dường như
lại không thích hợp do thời gian để thiết lập kết nối cũng như tỉ lệ phần thông tin header
lại quá lớn. Với các loại lưu lượng như vậy thì môi trường phi kết nối với phương thức
định tuyến đơn giản, tránh phải sử dụng các giao thức báo hiệu phức tạp sẽ phù hợp hơn.
Như vậy ta cần tìm một phương thức chuyển mạch có thể phối hợp ưu điểm của IP (như
cơ cấu định tuyến) và của ATM (như phương thức chuyển mạch) và để thực sự phù hợp
với mạng đa dịch vụ cả hai công nghệ ATM và IP đều phải có những thay đổi, cụ thể là
đưa thêm khả năng phi kết nối vào công nghệ ATM, và khả năng hướng kết nối vào công
nghệ IP.
1.1.3 Quá trình điều khiển và chuyển tiếp độc lập
Với chuyển tiếp gói IP thông thường, mọi thay đổi về thông tin điều khiển truyền gói
được tất cả các thiết bị liên lạc với nhau trong cùng một vùng. Sự thay đổi này đòi hỏi
một thời gian hội tụ trong thuật toán chuyển tiếp.
Vì vậy ta mong muốn có một cơ chế có thể thay đổi cách chuyển tiếp gói, mà không ảnh
hưởng đến các thiết bị trong mạng. Để thực hiện được cơ chế như vậy, các thiết bị mạng
(router) không dựa trên thông tin tiêu đề IP mà dựa trên một nhãn thêm vào gói tin để
quyết định quá trình chuyển tiếp. Với cách thức chuyển tiếp như vậy bất kỳ sự thay đổi
quyết định nào có thể thông tin đến các thiết bị bằng cách phân phối một nhãn mới, các
thiết bị này chuyển tiếp lưu lượng dựa trên nhãn một sự thay đổi diễn ra sẽ không ảnh
hưởng tới các thiết bị còn lại.
Công nghệ MPLS ra đời đáp ứng được nhu cầu của thị trường đúng theo tiêu chí phát
triển của Internet, kết hợp những đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp thứ 3 và chuyển
mạch lớp thứ 2 cho phép chuyển các gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến tốt ở các

mạng biên bằng cách dựa vào nhãn.