Báo cáo tốt nghiệp: Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS ppt

TRƯỜNG ………………….
KHOA……………………….

[\[\



BÁO CÁO TỐT NGHIỆP

Đề tài:



Vận hành và bảo
dưỡng trong MPLS


Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 1 Trường ĐH Công Nghệ

MỞ ĐẦU

Xu hướng hội tụ các công nghệ mạng viễn thông và công nghệ thông tin tác
động nhiều đến sự phát triển của mạng viễn thông, đòi hỏi mạng viễn thông phải có cấu
trúc mở, linh hoạt, cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau cho người sử dụng cũng như
nâng cao hiệu quả khai thác.

Internet đã phát triển rất nhanh và trở nên rất phổ biến trong thời gian qua. Hiện

nay nó đã trở thành phương tiện thông tin rất hiệu quả và tiện lợi phục vụ cho mục đích
giáo dục, thương mại, giải trí, thông tin giữa các cộng đồng Khi mạng Internet ngày
càng phát triển nhu cầu về lưu lượng mạng cũng như chất lượng dịch vụ, tính bảo mật,
độ tin cậy ngày càng cao. Để đáp ứng được đòi hỏi này các nhà cung cấp dịch vụ
Internet cần phải quan tâm đến 3 vấn đề kĩ thuật sau: đó là kiến trục mạng, khả năng mở
rộng mạng và kĩ thuật điều khiển lưu lượng.

Chuyển mạch nhãn đa giao thức (Multi Protocol Label Switching-MPLS) là
công nghệ xuất phát từ ý tưởng hợp nhất tốc độ chuyển mạch của ATM và tính năng
kiểm soát của mạng dựa trên IP. MPLS cung cấp một nền tảng công nghệ mới cho quá
trình tạo các mạng đa người dùng, đa dịch vụ với hiệu năng được cải tiến và đáp ứng
được yêu cầu về chất lượng dịch vụ. MPLS là một trong những công nghệ nền tảng của
mạng viễn thông thế hệ sau, nó cung cấp những ứng dụng quan trọng trong xử lý
chuyển tiếp gói bằng cách đơn giản hóa quá trình xử lý đồng thời tích hợp với khả năng
quản lý lưu lượng tạo ra môi trường đáp ứng cho yêu cầu của người sử dụng.

Khi MPLS, với những ưu điểm của nó sẽ là một trong những giải pháp cho mạng
đường trục thế hệ mới, hiện nay xu thế phát triển của MPLS là mọi lưu lượng trên
MPLS (Any Traffic Over MPLS - ATOM) có khả năng đáp ứng bất kì loại dịch vụ nào
: thoại, video. Fax, data…Chính vì vậy đề tài vận hành và bảo dưỡng mạng MPLS làm
đề tài khóa luận tốt nghiệp cung cấp một một nền tảng mạng ổn định, có thể khai thác
tối đa các lợi điểm của MPLS, nâng cao chất lượng dịch vụ.
Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 2 Trường ĐH Công Nghệ
LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Th.S Nguyễn Quốc Tuấn – Phó chủ nhiệm
khoa Điện tử viễn thông kiêm Chủ nhiệm bộ môn Hệ thống viễn thông, khoa Điện tử

viễn thông – Trường ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia Hà Nội, người thầy đã tận tình chỉ
bảo, hướng dẫn em thực hiện bài khóa luận này.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong trường ĐH Công
nghệ, đến tất cả những người thân trong gia đình và toàn thể bạn bè đã động viên giúp
đỡ em trong quá trình thực hiện bài khóa luận.
Cuối cùng em xin gửi lời chúc tới thầy Nguyễn Quốc Tuấn, các thầy cô giáo
trong khoa Điện tử viễn thông nói riêng và tòan thể các thầy cô trong trường luôn luôn
mạnh khỏe, công tác tốt.

Hà nội, ngày 28/05/2008
Sinh viên
Nhâm Đức Long







Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 3 Trường ĐH Công Nghệ
MỤC LỤC

Lời mở đầu 1
Lời cảm ơn 2
Các thuật ngữ viết tắt 7
Chương 1: Cơ sở hình thành của công nghệ MPLS 9
1.1 Xu hướng hội tụ của mạng viễn thông 9

1.2 Thực trạng của mạng IP truyền thống 10
1.3 Công nghệ ATM-mô hình hướng kết nối 11
1.4 Sự hình thành công nghệ MPLS 12
Chương 2: Tổng quan về công nghệ MPLS 14
2.1 Tổng quan 14
2.1.1 Tính thông minh phân tán 14
2.1.2 MPLS và mô hình OSI 14
2.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS 15
2.2.1 Miền MPLS (MPLS domain) 15
2.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) 15
2.2.3 Nhãn và stack nhãn 16
2.2.4 Hoán đổi nhãn (Label Swapping) 16
2.2.5 Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path) 17
2.3 Mã hóa nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS 17
2.3.1 Mã hóa stack nhãn 17
2.3.2 Chế độ Frame 18
2.3.3 Chế độ Cell 19
2.4 Cấu trúc chức năng của MPLS 20
Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 4 Trường ĐH Công Nghệ
2.4.1 Kiến trúc một nút MPLS (LER và LSR) 20
2.4.2 Mặt phẳng chuyển tiếp (mặt phẳng dữ liệu) 21
2.4.3 Mặt phẳng điều khiển 23
2.5 Hoạt động chuyển tiếp MPLS 24
2.5.1 Hoạt động trong mặt phẳng chuyển tiếp 24
2.5.2 Gỡ nhãn ở hop áp cuối PHP (Penultimate Hop Popping) 25
2.6 Ưu điểm và ứng dụng của MPLS 25
2.6.1 Đơn giản hóa chức năng chuyển tiếp 25

2.6.2 Kỹ thuật lưu lượng 25
2.6.3 Định tuyến QoS từ nguồn 25
2.6.4 Mạng riêng ảo VPN 26
2.6.5 Chuyển tiếp có phân cấp (Hierachical Forwarding) 26
2.6.6 Khả năng mở rộng (Scalability) 26
Chương 3: Định tuyến và báo hiệu trong MPLS 27
3.1 Định tuyến trong MPLS 27
3.1.1 Định tuyến ràng buộc (Constrain based Routing) 27
3.1.2 Định tuyến tường minh (Explicit Routing) 28
3.2 Các chế độ báo hiệu trong MPLS 28
3.2.1 Chế độ phân phối nhãn 28
3.2.2 Chế độ duy trì nhãn 29
3.2.3 Chế độ điều khiển LSP 30
3.2.4 Các giao thức phân phối nhãn MPLS 31
3.3 Giao thức LDP (Label Distribution Protocol) 32
3.3.1 Hoạt động của LDP 32
3.3.2 Cấu trúc thông điệp LDP 34
Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 5 Trường ĐH Công Nghệ
3.3.3 Các bản tin LDP 35
3.3.4 LDP điều khiển độc lập và phân phối theo yêu cầu 36
3.4 Giao thức CR-LDP (Constrain based Routing LDP) 37
3.4.1 Mở rộng cho định tuyến ràng buộc 38
3.4.2 Thiết lập một CR- LSP (Constrain based routing LSP) 38
3.4.3 Tiến trình dự trữ tài nguyên 39
3.5 Giao thức RSVP-TE (RSVP Traffic Engineering) 40
3.5.1 Các bản tin thiết lập dự trữ RSVP 40
3.5.2 Các bản tin Tear Down, Error và Hello của RSVP-TE 41

3.5.3 Thiết lập tuyến tường minh điều khiển tuận tự theo yêu cầu 42
3.5.4 Giảm lượng overhead làm tươi RSVP 43
3.6 Giao thức BGP 44
3.6.1 BGPv4 và mở rộng cho MPLS 44
3.6.2 Kết nối MPLS qua nhiều nhà cung cấp dịch vụ. 45
Chương 4: Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 47
4.1 Giới thiệu 47
4.2 Các yêu cầu của OAM MPLS 47
4.2.1 Phát hiện và chẩn đóan các lỗi của mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng
điểu khiển. 48
4.2.2 Phát hiện lỗi trong một đường chuyển mạch nhãn (LSP) 48
4.2.3 Các gói OAM di chuyển trên cùng một tuyến như là lưu lượng dữ
liệu MPLS 49
4.2.4 Mô tả đặc điểm của tuyến. 49
4.2.5 Đo đạc các SLA 50
4.2.6 Sự ảnh hưởng lẫn nhau của OAM 50
4.2.7 Các MIB 50
4.2.8 Việc tính toán. 51
Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 6 Trường ĐH Công Nghệ
4.3 Vận hành và bảo dưỡng trên MPLS 51
4.3.1 LSP connectivity 51
4.3.1.1 Connectivity Verification (CV) 53
4.3.1.2 Chỉ thị lỗi chuyển tiếp gói tin (FDI) 54
4.3.1.3 Chỉ thị lỗi ngược (BDI) 55
4.3.2 Defect type codepoint 57
4.3.3 Tùy chọn cảnh báo router và nhãn cảnh báo router 61
4.3.3.1 Tùy chọn cảnh báo router 61

4.3.3.2 Nhãn cảnh báo router 62
4.3.4 Ping LSP MPLS 64
4.3.4.1 Các chi tiết Ping LSP 64
4.3.4.2 Điều hành Ping MPLS 69
4.3.4.3 Ping MPLS trong IOS Cisco. 70
4.3.5 Traceroute LSP MPLS 71
4.3.6 VCCV 72
4.3.7 IP Service Level Agreement 74
VRF – aware IP SLA 75
4.3.8 Netflow Accounting 76
4.3.9 SNMP/MIBs 78
4.3.9.1 Context – Based Access for SNMP over MPLS VPN 81
4.3.9.2 Các MIB VPN MPLS. 82
4.3.10 Syslog 82
* Ánh xạ thông điệp OAM (OAM Message Mapping) 83
4.3.11 Chuyển mạch bảo vệ (protection switching) 85
4.3.12 Định tuyến lại nhanh (Fast rerouting) 87
4.3.13 MPLS và kĩ thuật lưu lượng 88
Kết luận 91
Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 7 Trường ĐH Công Nghệ
CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AS Automonuos System – Hệ tự trị
ATM Asynchronous Transfer Mode – Chế độ truyền dẫn bất đồng bộ
BGP Border Gateway Protocol – Giao thức cổng biên
CAC Connection Admission Cotrol – Chức năng điều khiển chấp nhận kết nối
CBR Constraint Based Routing – Định tuyến ràng buộc

CR-LDP Constraint Routing Label Distribution Protocol – Định tuyến ràng buộc
với giao thức phân phối nhãn.
CoS Class of Service – Lớp dịch vụ
CSPF Constraint Shortest Path First – Định tuyến ràng buộc với đường ngắn
nhất.
EGP Exterior Gateway Protocol – Giao thức cổng ngoài
Egress LSR Egress Label Switching Router – Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn lối vào
ER Explicit Routing – Định tuyến tường minh
FEC Forwarding Equivalence Class – Lớp chuyển tiếp tương đương.
FR Frame Relay – Một giao thức truyền tin
FTN FEC to NHLFE
IETF Internet Engineering Task Force – Nhóm làm việc về các cơ cấu trên
Internet
IGP Interior Gateway Protocol – Giao thức cổng nội
Igress LSR Igress Label Switching Router – Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn lối ra
ILM Incoming Label Map – Bảng ánh xạ nhãn đến.
IP Internet Protocol – Giao thức Internet
ISP Internet Service Provider – Nhà cung cấp dịch vụ Internet
LDP Label Distribution Protocol – Giao thức phân phối nhãn.
LER Label Edge Router – Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn biên
LFIB Label Forwarding Information Base – Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn
LSP Label Switching Path – Đường chuyển mạch nhãn
LSR Label Switching Router – Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
NHLFE Next Hop Label Forwarding Switching Entry – Entry chuyển tiếp nhãn
Hop tiếp theo.
MPLS Multi Protocol Label Switching – Chuyển mạch nhãn đa giao thức.
Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 8 Trường ĐH Công Nghệ

OSPF Open Shortest Path First – giao thức mở định tuyến theo đường ngắn nhất
PHB Per Hop Behavior - Ứng xử theo từng chặng.
PHP Penuntimate Hop Popping – Gỡ nhãn ở hop áp chót
QoS Quality of Service – Chất lượng dịch vụ
RIP Routing Information Protocol – Giao thức thông tin định tuyến
RSPV Rersource Rersevation Protocol – Giao thức yêu cầu đặt trước các tài
nguyên
SE Shared Explicit – Chia sẻ tường minh
TE Traffic Engineering – Kĩ thuật lưu lượng
ToS Type of Service – Kiểu của dịch vụ
TTL Time To Live – Thời gian sống của gói tin
UDP User Datagram Protocol – Giao thức dữ liệu người dùng
VC Virtual Circuit – Mạch ảo
VCI Virtual Circuit Identifier – Nhận dạng kênh ảo
VP Virtual Path – Tuyến ảo
VPI Virtual Path Identifier – Nhận dạng tuyến ảo
VPN Virtual Private Network – Mạng riêng ảo

Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 9 Trường ĐH Công Nghệ

Chương 1
CÔNG NGHỆ MPLS
Mô hình TCP/IP là nền tảng của mạng truyền thông Internet ngày nay,. Với
TCP/IP cho phép hoạt động thông tin diễn ra trong bất kì một mạng nào trong liên
mạng phù hợp tốt như trong hoạt động truyền tin cả ở WAN và LAN. Mô hình TCP/IP
hướng đến tối đa độ linh hoạt tại lớp ứng dụng cho người phát triển phần mềm, với mô
hình này sẽ không cần quan tâm đến ứng dụngnào yêu cầu dịch vụ mạng và không quan
tâm đến giao thức vận chuyển nào đang được dùng, chỉ có một giao thức mạng là IP.
TCP/IP sử dụng kĩ thuật chuyển tiếp gói IP cho phép phục vụ như một giao thức đa
năng cho phép bất kì máy tính nào ở bất cứ đâu truyền dữ liệu vào bất cứ thời điểm nào.

1.1 Xu hướng hội tụ của mạng viễn thông

Trong mạng điện thoại, các điện thoại thông thường chỉ được sử dụng để kết nối với
một phía đối diện tương ứng nhằm thiết lập một cuộc gọi. Trong truyền số liệu, các
đường dây chuyên dụng dùng cho một lượng hạn chế các thuê bao cũng được sử dụng.
Ngoài ra các mạng lưới điện tín hiện nay cũng đang hoạt động như các mạng độc lập
với các hệ thống thông tin khác. Mạt khác tầm quan trọng của việc đảm bảo các phương
tiện thích hợp để trao đổi thông tin ngày càng tăng khi xã hội hiện đại ngày càng tiến
gần đến thời đại thông tin. Để đương đầu với những thay đổi này các hệ thống chuyển
mạch điện tử đang được tích hợp với những đặc điểm mới đang đươc phát triển. Thêm
nữa việc nghiên cứu các dịch vụ mới hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu của người sử dụng

cũng đang được tiến hành. Gần đây các cố gắng nhằm kết hợp các hình thức khác nhau
của các hệ thống thông tin đang được thực thi nhằm tạo được hiệu quả cao khác nhau
của các hệ thống thông tin đang được thực thi nhằm tạo được hiệu quả cao hơn, chi phí
thấp hơn. Nói chung mục tiêu cơ bản của truyền thông có thể coi như là quá trình gửi và
nhận các thông tin cần thiết qua các lọai phương tiện truyền thông khác nhau. Đồng
thời sự giao tiếp máy – máy được sử dụng để xử lý các số liệu cũng như điều khiển các
tín hiệu.

Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 10 Trường ĐH Công Nghệ
Những dịch vụ kể trên có thể phân lọai theo chức năng thành các dịch vụ chuyển
mạhc điện thoại, video và thông tin số liệu. Tùy theo dạng thông tin được xử lý mà các
phương pháp phục vụ, các đặc tính lưu lượng, độ rộng các dải tần tryền dẫn và các đặc
tính của các thiết bị đầu cuối sẽ được xắc định. Do vậy, để thỏa mãn nhu cầu ngày càng
tăng, mạng viễn thông đòi hỏi có cấu trúc hiện đại, linh hoạt, cho phép kêt hợp các
phưong tiện và nhất là phải thỏa mãn nhu cầu về truyền tải đa dịch vụ, đa phương tiện
nhưng đồng thời cũng phải tận dụng được cơ sở hạ tầng của mạng viễn thông truyền
thống và phải được chuẩn hóa trên toàn cầu để phá vỡ tính độc quyền.

Nếu một mạng lưới thông tin với mục đích đặc biệt và dễ thiết kế đứợc thiết lập
nó có thể sẽ không đủ linh hoạt để đáp ứng những đòi hỏi mới một cách có hiệu quả.
Ngược lại nếu nhiều loại dịch vụ thông tin được két hợp lại thành một mạng lưới duy
nhất để hoạt động thì mạng lưới đó cho dù hơi kém nhiệu quả đôi chút nhưgn nó vẫn
có thể dễ dàng vận hành, thay đổi và mở rộng. Ngoài ra các tổng đài như vậy sẽ dễ dàng
điều khiển. Điều này đồng nghĩa với xu thế phát triển của các hệ thống viễn thông là
hội tụ về một mạng viễn thôgn duy nhất đáp ứng được các đặc điểm kể trên đó chính là
mạng IP.

1.2 Thực trạng của mạng IP truyền thống.

Mô hình TCP/IP vẫn có một số hạn chế nhất định đó là trong vấn đề định tuyến
IP từ khả năng mở rộng cho đến việc quản lý lưu lượng của mạng. Với việc xét các
trường địa chỉ cho mỗi lần định tuyến, nếu mạng mở rộng càng lớn thì việc định tuyến
sẽ hết sức khó khăn.
- Thứ nhất là vấn đề tốc độ và độ trễ, chuyển tiếp dựa trên IP cổ điển quá
chậm để có thể điều khiển các đường truyền có lưu lượng lớn trên Internet.
Tuy đã xuất hiện các phương pháp để nâng cao tốc độ như sử dụng bảng
định tuyến nhanh cho các gói tin quan trọng, tuy nhiên các gói đến router
vẫn lớn hơn so với khả năng xử lý của router do các giao thức đinh tuyến
thường hướng lưu lượng vào cùng một số các kết nối nhất định vì vậy dẫn
đến tình trạng mất gói, mất kết nối…
- Thứ hai là khả năng mở rộng của mạng. Với mạng internet hiện nay, số
lượng người dùng ngày càng tăng, thiết bị thêm vào mạng ngày càng nhiều
Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 11 Trường ĐH Công Nghệ
đồng nghĩa với việc các router core phải hoạt động nhiều hơn và việc mở
rộng mạng là khó khăn.
- Thứ ba là khả năng tích hợp các kĩ thuật của các lớp với nhau. Như ta đã biết
trong mô hình TCP/IP các lớp được phân ra khá cụ thể và rõ ràng về các
chức năng vì vậy mà việc tích hợp kĩ thuật mạng lớp 2 và lớp 3 là tương đối
khó khăn.

1.3 Công nghệ ATM – 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.

Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 12 Trường ĐH Công Nghệ
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.

1.4 Sự hình thành công nghệ MPLS

Định tuyến IP truyền thống có nhiều giới hạn, từ vấn đề khả năng mở rông cho
đến việc quản lý lưu lượng và tích hợp mạng lớp 2 đã tồn tại trong mạng của các nhà
cung cấp dịnh vụ lớn. đã họat động từ lâu. Nhưng với sự phát triển nahnh chóng của
mạng internet và hầu hết trong các môi trường đều chọn IP là giao thức lớp 3 thì những
nhược điểm của IP truyền thống ngày càng bộc lộ rõ, trong khi đó công nghệ ATM có
tốc độ truyền tin cao, đảm bảo thời jan thực và chất lượng dịch vụ theo yêu cầu định
trước. Hơn nữa các dịch vụ thông tin thế hệ sau được chia thành hai xu hướng phát triển
chính là: hoạt động kết nối định hướng và hoạt động không kết nối. Hai xu hướng páht
triển này dần tiệm cận và hội tụ nhau tiến tới ra đời công nghệ IP over ATM. Sự kết
hợp IP với ATM có thể là giải pháp kì vọng cho mạng viễn thông trong tương lai.

Tuy nhiên, IP và ATM là hai công nghệ hoàn toàn khác nhau, được thiết kế cho
những môi trường mạng khác nhau về giao thức, cách đánh địa chỉ, định tuyến , báo
hiệu, phân bổ tài nguyên…khi các ISP càng mở rộng mạng theo hướng IP/MLPS/ATM
(IP over ATM), họ càng nhận rõ nhược điểm của mô hình này, đó là sự phức tạp của
mạng lưới do phải duy trì hoạt động của hai hệ thống thiết bị. Sự bùng nổ của mạng
Internet dẫn tới xu hướng hội tụ của mạng viễn thông khác như mạng thoại, truyền hình
dựa trên Internet, giao thức IP trở thành giao thức chủ đạo trong lĩnh vực mạng.

Xu hướng của các ISP là thiết kế và sử dụng các router chuyên dụng, dung lượng
chuyên tải lớn, hỗ trợ các giải pháp tích hợp, chuyển mạch đa lớp cho mạng đường trục
Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA

Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 13 Trường ĐH Công Nghệ
Internet. Nhu cầu cấp thiết trong bối cảnh này là phải ra đời một công nghệ lai có khả
năng kết hợp các những đặc điểm tốt của chuyển mạch kênh ATM và chuyển mạhc gói
IP. Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ra đời đã đáp ứng được những
nhu cầu của thị trường đúng theo tiêu chí páht triển của Internet đã mang lại những lợi
ích thiết thực, đánh giấu một bước phát triển mới của mạng Internet trước xu thế tích
hợp công nghệ thông tin và viễn thông. MPLS liên kết các ưu điểm của định tuyến lớp
3 connectionless và chuyển mạch lớp 2 connection-oriented. MPLS là một phương thức
được cải tiến cho việc chuyển tiếp các gói tin trong bằng cách sử dụng các nhãn được
gán thêm vào trong các gói tin IP. Mục tiêu chính của MPLS là tạo ra một cấu trúc
mạng mềm dẻo để cung cấp cho đặc tính mở rộng và ổn định mạng. Điều này bao gồm
kĩ thuật điều khiển lưu lượng và khả năng hoạt động của VPN và có liên quan đến chất
lượng dịch vụ (QoS) và nhiều lớp dịch vụ (CoS).



Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 14 Trường ĐH Công Nghệ
Chương 2

CÁC ĐẶC TÍNH MẠNG MPLS

2.1 TỔNG QUAN

2.1.1 Tính thông minh phân tán

Trong mạng chuyển mạch kênh, tính thông minh chủ yếu tập trung ở mạng lõi
(core). Tất cả những thiết bị thông minh nhất đều đặt trong 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 phân tán gần như chia đều cho các thiết bị
trong mạng. Tất cả các router đều phải làm hai nhiệm vụ đó là định tuyến và chuyển
mạch. Đấy là ưu điểm nhưng cũng là nhược điểm của mạng IP. Quan điểm của MPLS
là tính thông minh càng đưa ra mạng biên thì mạng càng hoạt động tốt. Lý do là những
thành phần ở mạng lõi phải chịu tải rất cao. Thành phần mạng lõi nên có độ thông minh
thấp và năng lực chuyển tải 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. Còn các
router ở mạng lõi chỉ tập trung làm nhiệm vụ chuyển tiếp gói tin với tốc độ cao dựa vào
các nhãn. Tính thông minh được đẩy ra ngòai biên là một trong những ưu điểm lớn nhất
của MPLS.

2.1.2 MPLS và mô hình tham chiếu OSI

Nguyên lý của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được gắn nhãn 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 tin mà không cần phải kiểm
tra IP.
Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 15 Trường ĐH Công Nghệ

2.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG MPLS

2.2.1 Miền MPLS (MPLS domain)

Chuẩn RFC3031 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.
Miền MPLS được chia thành 2 phần: phần mạng lõi (core) và phần mạng biên
(edge). Các nút thuộc miền MPLS được gọi là router chuyển mạch nhãn LSR (Label
Switch Router). Các nút ở phần mạng lõi được gọi là transit- LSR hay core-LSR,
thường được gọi tắt là LSR. Các nút ở biên được gọi là router biên nhãn LER (Label
Edge Router).

Nếu một LER là nút đầu tiên trên đường đi của một gói xuyên qua miền MPLS
thì nó được gọi là LER lối vào (ingress-LER), còn nếu là nút cuối cùng thì nó được gọi
là LER lối ra(egress-LER).

2.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC)

Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class) là một tập
hợp các gói được đối xử như nhau bởi một LSR, như vậy FEC là một nhóm các gói IP
được chuyển tiếp trên cùng một đường chủyển mạch nhẵn LSR cho dù chúng có thể
khác nhau về thông tin header lớp mạng. Hình dưới cho thấy cách xử lý này:


Hình 2.1. Lớp chuyển tiếp tương đương

Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 16 Trường ĐH Công Nghệ
2.2.3 Nhãn và stack nhãn

RFC 3031 định nghĩa nhãn là “một bộ phận nhận dạng có độ dài ngắn và cố định
mang ý nghĩa cục bộ dùng để nhận biết một FEC”. Nhãn được dán lên một gói để báo
cho LSR biết gói này cần đi đến đâu. Phần nội dung nhãn có độ dài 20bit không cấu
trúc, như vậy số giá trị nhãn có thể có là 2. Giá trị nhãn định nghĩa chỉ số (index) để
dùng trong bảng chuyển tiếp.

Một gói lại có thể được “dán chồng” nhìều nhãn, các nhãn này chứa trong một
nơi gọi là stack nhãn (Label Stack). Stack nhãn là một tập hợp gồm một hoặc nhiều lối
vào nhãn tổ chức theo nguyên tác 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 tin.

Hình 2.2: Stack nhãn

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 là 1)
và mức d sẽ ở đỉnh của stack. Một entry nhãn có thể được cất vào (push) hoặc lấy ra
(pop) khỏi stack.

2.2.4 Hoán đổi nhãn (Label Swapping)

Hoán đổi nhãn là cách dùng các thủ tục để chuỷên tiếp gói tin. Để chuyển tiếp
gói có nhãn, LSR kiểm tra nhãn trên đỉnh stack và dùng ánh xạ ILM (Incoming Label
Map) để ánh xạ nhãn này tới một entry chuyển tiếp nhãn NHLFE (Next Hop Label
Forwarding Entry). Sử dụng thông tin trong NHLFE, LSR xác định ra nơi để chuyển
tiếp gói tin và thực hiện một tác vụ trên stack nhãn. Rồi nó mã hóa stack nhãn mới vào
gói và chuyển gói đi.

Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA

Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 17 Trường ĐH Công Nghệ
Chuyển tiếp gói chưa có nhãn cũng tương tự nhưng xảy ra ở ingress-LER. LER
phải phân tích header lớp mạng để xắc 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 Switched Path)

Đường chuyển mạch nhãn LSP là một đường nối giữa router ngõ vào và router
ngõ ra, được thiết lập bởi các nút MPLS để chuyển các gói đi xuyên qua mạng. Đường
dẫn của một LSP qua mạng được định nghĩa bởi sự chuyển đổi các giá trị nhãn ở các
LSR dọc theo LSP bằng cách dùng thủ tục hoán đổi nhãn. Khái niệm LSP tương tự như
khái niệm mạch ảo (VC) trong ATM.

Hình 2.3: Đường chuyển mạch nhãn LSP

2.3 Mã hóa nhãn và chế độ đóng gói nhãn

2.3.1 Mã hóa stack nhãn

Khi nhãn được gắn lên gói, bản thân giá trị nhãn là 20 bit sẽ được mã hóa cùng
với một thông tin cộng thêm để phụ trợ trong quá trình chuyển tiếp gói để hình thành
một entry nhãn. Hình minh họa một dịnh dạng một entry nhãn trong stack nhãn.


Hình 2.4: Định dạng một entry trong stack nhãn
Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 18 Trường ĐH Công Nghệ

Một chồng nhãn 32 bit bao gồm các trường sau:
 Nhãn: là nhãn thực sự, có chiều dài là 20 bit. Do đó ta có thể tạo ra
được 2
20
giá trị nhãn khác nhau.
 Exp: trường Experimental có 3 bit, được dùng để định nghĩa lớp dịch
vụ.
 S: bit S là bit bottom-of-stack (dưới cùng của chồng nhãn). Một gói tin
có thể có nhiều nhãn, nếu nhãn thêm vào chồng nhãn là cuối cùng thì
bit này được thiết lập lên 1.
 TTL: trường Time to live có 8 bit, trường này mang ý nghĩa giống như
bên IP. Tức là nó sẽ giảm đi 1 khi qua mỗi hop để ngăn chặn routing
loop

Công thức để dán nhãn gói tin là:

Network Layer Packet + MPLS Label Stack

Label Spaces: chia làm 2 loại Per-Platform Label Space: các interface dùng
chung giá trị nhãn. Per-Interface Label Space: mỗi interface mang giá trị nhãn riêng

2.3.2 Chế độ Frame

Các kĩ thuật lớp 2 như Ethernet, Token Ring, FDDI, PPP không có trường nào
phù hợp trong header của frame có thể mang nhãn. Vì vậy stack nhãn sẽ được chứa
trong header chêm (shim header). Shim header được chêm vào giữa header lớp liên kết
và header lớp mạng, như trong hình 11. Đỉnh stack nằm liền sau header lớp 2 và đáy
stack nằm liền trước header lớp mạng.

Hình 2.5 : Shim header được chêm vào giữa header lớp 2 và lớp 3

Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 19 Trường ĐH Công Nghệ
Roưter gửi frame phải có cách để báo cho router nhận biết rằng frame này có
chứa shim header, cách thức này khác nhau giữa các kĩ thuật lớp 2. Ethernet sử dụng
cặp giá trị ethertype 0x8847 và 0x8848 để chỉ thị frame đang mang gói MPLS unicast
và multicast tương ứng. PPP sử dụng NCP (Network Control Program) sửa đổi gọi là
MPLSCP (MPLS Control Protocol) và đánh dấu tất cả các gói có chứa shim header
bằng giá trị 0x8281 trong trường PPP protocol

2.3.3 Chế độ cell

Chế độ cell được dùng khi ta có một mạng gồm cá ATM-LSR (là các chuyển
mạch ATM có hỗ trợ MPLS), trong đó nó sử dụng các giao thức phân phối nhãn MPLS
để trao đổi thông tin VPI/VCI, trong VPI hoặc VCI của header cell ATM.

Hình 2.6 : Nhãn trong chế độ Cell ATM

Cell ATM gồm có 5 byte header và 48 byte payload. Để chuyển tải gói tin có kích
thước lớn hơn 48 byte từ lớp trên đưa xuống, ATM phải gói tin thành nhiều phần nhỏ
hơn, việc này gọi là phân đoạn (fragmentation) [4]. Quá trình phân đoạn do lớp AAL
(ATM Adaptation Layer) đảm trách. Cụ thể AAL 5 PDU sẽ đựợc chia thành nhiều đoạn
48byte, mỗi đoạn 48byte này được thêm header 5byte để tạo ra một cell ATM.

Hình 2.7 : Đóng gói (encapsulation) gói có nhãn trên link ATM

Khi đóng gói có nhãn MPLS trên ATM, toàn bộ stack nhãn được đặt trong AAL
5 PDU. Giá trị thực sự của nhãn đỉnh được đặt trong trường VPI/VCI, hoặc đặt trong

Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 20 Trường ĐH Công Nghệ
trường VCI nếu 2 ATM-LSR kết nối nhau qua một đường ảo ATM (VP). Entry đỉnh
stack nhãn phải chứa giá trị 0 (coi như entry giữ chỗ) và được bỏ qua khi nhận. Lý do
các nhãn phải chứa ở cả trong AAL5 PDU và header ATM là để mở rộng độ sâu stack
nhãn. Khi các cell ATM đi đến cuối LSP, nó sẽ được tái hợp lại. Nếu có nhiều nhãn
trong stack nhãn, AAL5 PDU sẽ bị phân đoạn lần nữa và nhãn hiện hành trên đỉnh
stack sẽ được đặt vào trường VPI/VCI.

2.4 CHỨC NĂNG MPLS

2.4.1 Kiến trúc một nút MPLS (LER và LSR)

Hình dưới minh họa mặt phẳng điều khiển và 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
họăc các router IP thông thường bằng các giao thức định tuyyến 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 route khả thi để tìm các prefix địa chỉ IP. LER sẽ sử dụng các thông tin này
để xây dựng cơ sở thông tin chuyển tiếp FIB (Fơrwarding Information Base) trong mặt
phẳng chuyển tiếp.

Hình 2.8 : Cấu trúc của LER và transit LSR

Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 21 Trường ĐH Công Nghệ
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 các gán kết 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 (Label Forwarding Information Base) trong mặt phẳng chuyển tiếp. Một LER có
thể chuyển tiếp các gói IP, gắn nhẵn vào gói (Label Push), hoặc gỡ nhãn ra khỏi gói
(Label 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 người
dùng. 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 xắc lập bằng cách thực hiện tra
cứu địa chỉ đích trong bảng FIB để xắc định hop kế tiếp và giao diện ra. Trong mạng
MPLS mỗi LSR duy trì một bảng LFIB riêng rẽ và tách biệt với FIB. Bảng LFIB có hai
loại entry là ILM và FTN (FEC to NHLFE).
NHLFE (Next Hop Label 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 ra một entry
ILM cụ thể nhằm xắc 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 FTN,
ILM và NHLFE
Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA

Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 22 Trường ĐH Công Nghệ

Hình 2.9 : 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 entry LFIB loại ILM để hoán 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 tiếp gói không có nhãn đến router kế tiếp.

2.4.2.2. Thuật toán chuyển tiếp nhãn

Các nút MPLS sử dụng giá trị nhãn trong các gói đến là 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 gởi gói đi qua 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 riêng cho mỗi giao diện nõ sẽ dùng
LFIB của giao diện mà gói đến để tra cứu chuyển tiếp gói tin.

Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 23 Trường ĐH Công Nghệ
Hình 2.10 : Qúa trình chuyển tiếp một gói đên next hop

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 ASIC.

2.4.2.3. NHLFE (Next Hop Label Fơrwarding Entry)

NHLFE là lối vào phụ của ILM hoặc FTN, nó chứa các thông tin sau:

- Hop kế của gói
- Tác vụ sẽ được tiến hành trên stack nhãn của gói như sau:
- Swap : thay nhãn ở đỉnh stack nhãn bằng một nhãn mới được chỉ định
- Pop : bóc một nhãn ra khỏi stack.
- Pusch: chồng thêm một nhãn vào trong stack nhãn.

Một ví dụ NHLFE cũng có thể chứa những thông tin sau:
- Đóng gói lớp datalink để sủ dụng khi truyền gói
- Cách thức mã hóa stack nhãn khi truyền gói
- Bất kì 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 cac thông
tin cần thiết cho mỗi LER và LSR để cấu hình bảng FIB và LFIB. Trong hình 14 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.

Có vấn đề đặt ra là : Tại sao MPLS cần giao thức báo hiệu, trong khi router IP cổ
điển chỉ cần định tuyến IP. Một lý do quan trọng phải dùng giao thức báo hiệu MPLS
kêt hợp với một giao thức định tuyến xuất phát từ sự cần thiết phải thực hiện định tuyến
ràng buộc của đường chuyển mạch nhãn MPLS.
Khóa luận tốt nghiệp Nhâm Đức Long – K49ĐA


Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS 24 Trường ĐH Công Nghệ

2.5 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 mạtch” trên
địa chỉ IP đích. Ví dụ: các địa chỉ IP so trùng 16bit đầu có dạng “a.b.*.*” đựoc biểu
diễn là a.b/16” cho entry FEC đầu tiên trong bảng FIB. FEC còn có thể căn cứ bổ sung
theo các trường khác trong header IP như ToS hay Diffserv, FIB sử dụng FEC để xác
định ra giao tiếp đi đến hop kế cho các gói tin IP, cách thực hiện giống các router cổ
điển.


Hình 2.11: Bên trong mặt phẳng chuyển tiếp MPLS

Với các ví dụ về hoạt động LFIB ở hình trên, phần ILM của LFIB thao tác trên
một gói có nhãn và ánh xạ một nhãn vào (incoming label) 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 môt hoặc nhiều NHLFE. Như ví dụ trong hình, nhãn A được
đẩy (push) lên các gói IP thưộc FEC “d.e/16”. Lưu ý ILM hoặc FTN có thể ánh xạ tới
nhiều NHLFE, chẳng hạn để dùng trong cân bằng tải.