TRAFFIC ENGINEERING với MPLS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HOC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN



Nguyễn Hoàng Nhật

TRAFFIC ENGINEERING VỚI MPLS



KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
MẠNG VÀ TRUYỀN THÔNG











Nha Trang, tháng 6/2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HOC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN



Nguyễn Hoàng Nhật


TRAFFIC ENGINEERING VỚI MPLS



KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
MẠNG VÀ TRUYỀN THÔNG

Cán bộ hướng dẫn:
TH.S PHẠM VĂN NAM







Nha Trang, tháng 6/2011

NHẬN XÉT
(Của giảng viên hướng dẫn)
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………….………………………………………………………………………………… …………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………….………………………………………………………………………………… …………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………….………………………………………………………………………………… …………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

NHẬN XÉT
(Của giảng viên phản biện)
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………….………………………………………………………………………………… …………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………….………………………………………………………………………………… …………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………….………………………………………………………………………………… …………………………………………………
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỤC LỤC

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 9
Chương I: Tổng quan về các mạng IP 11
I.1. Chuyển tiếp IP và hạn chế của nó 11
I.2. Khái quát giao thức định tuyến IP 13
I.3. Phân loại định tuyến IP 14
I.4. Các thuật toán định tuyến động 15
Chương II: Tìm hiểu về MPLS 19
II.1. Giới thiệu về giao thức định tuyến MPLS 19
II.2. Lợi ích của công nghệ MPLS 19
II.3. Ưu điểm của MPLS so với mạng ATM 20
II.4. Kiến trúc của giao thức MPLS 25
II.4.1. Nhãn 25
II.4.2. Nhãn xếp chồng 25
II.4.4. Đường chuyển mạch nhãn - Label Switch Path(LSP) 27
II.4.5. Lớp chuyển tiếp tương đương - Forwarding Equivalence Class (FEC) 28
II.4.6. Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn - Label Switching Forwarding Table
(LSFT) 28
II.4.7. Bảng cơ sở dữ liệu nhãn - Label Information Base (LIB) và Cơ sở dữ liệu
nhãn chuyển tiếp – Label Forwarding Information Base (LFIB) 28
II.4.8. MPLS Payload 29
II.4.9. Không gian nhãn MPLS – MPLS Label Space 30
II.5. Các hoạt động của MPLS 30
II.5.1. Cách thức hoạt động của MPLS 30
II.5.2. Phân phối nhãn 32
II.5.3. Kỹ thuật chuyển mạch CEF của Cisco 35
II.6. Giới thiệu các ứng dụng của MPLS 37
II.6.1. VPN MPLS 37
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỤC LỤC

II.6.1.1. Giới thiệu 37

II.6.1.2. Cách thức hoạt động của MPLS VPN 38
II.6.1.3. Ưu điểm của MPLS VPN 40
II.6.2. IP v6 và MPLS 41
II.6.2.1. Giới thiệu IP v6 42
II.6.2.2. So sánh giữa IP v4 và IP v6 42
II.6.2.3. Cấu trúc địa chỉ IP v6 45
II.6.2.4. Phân loại địa chỉ IP v6 47
II.6.2.5. Thực hiện IP v6 trong mạng MPLS 49
II.6.3. Any Transport over MPLS (AtoM) 52
II.6.4. Dịch vụ mạng LAN riêng ảo (VPLS) trên nền MPLS 53
II.6.5. MPLS QoS 58
II.6.5.1. Giới thiệu QoS 58
II.6.5.2. DiffServ trong gói tin IP 59
II.6.5.3. Cách hành xử đối với MPLS QoS trong hoạt động của Cisco IOS 61
II.6.5.4. Tổng quát về đường hầm DiffServ 62
Chương III : Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS (MPLS Traffic Engineering – MPLS
TE) 65
III.1. Khái niệm về kỹ thuật lưu lượng 65
III.2. Các kỹ thuật lưu lượng trước MPLS 66
III.3. Tổng quan kỹ thuật lưu lượng với MPLS (MPLS TE) 68
III.4. Sự phân phối thông tin của MPLS TE 69
III.4.1. Bắt đầu một MPLS TE 69
III.4.2. Các dạng thông tin được phân phối 71
III.4.4. Thông tin được phân phối như thế nào ? 81
III.5. Tính toán và thiết lập đường đi trong MPLS TE 82
III.5.1. Thuật toán SPF (Shorted path first) 83
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỤC LỤC

III.5.2. Thuật toán CSPF 85
III.5.2.1. Giới thiệu 85

III.5.2.2. Các bước hoạt động của CSPF 85
III.5.2.3. Các phương pháp quyết định trong CSPF (Tiebreakers in CSPF) 87
III.5.2.4. Những yếu tố khác ảnh hưởng đến CSPF 89
III.5.3. Tính toán lại đường đi trong MPLS TE (Tunnel reoptimization) 90
III.5.4. Giao thức dành riêng tài nguyên (RSVP- Resource Reservation Protocol)
91
III.5.4.1. Tổng quan về RSVP 91
III.5.4.2. Hoạt động của RSVP 93
III.5.5. Đường hầm liên vùng (Interarea Tunnels) 96
III.5.6. Quản lý các kết nối (Link Manager) 97
III.6. Chuyển tiếp lưu lượng vào một đường hầm – (Forwarding traffic down a
tunnel) 98
III.6.1. Dùng định tuyến tĩnh để chuyển tiếp lưu lượng vào đường hầm 98
III.6.2. Dùng định tuyến theo chính sách để đưa lưu lượng vào đường hầm 99
III.6.3. Dùng định tuyến tự động để đưa lưu lượng vào đường hầm 99
III.6.4. Chia sẻ tải (Load Sharing) 100
III.6.4.2. Chia sẻ tải không cân bằng 101
III.6.5. Chuyển tiếp liền kề (Forwarding Adjacency) 102
III.6.6. Điều chỉnh băng thông tự động (Automatic Bandwidth Adjustment) 103
III.7. Chất lượng dịch vụ QoS với MPLS TE 103
III.7.1. DiffServ-Aware Traffic Engineering (DS-TE) 103
III.7.2. Chuyển tiếp lưu lượng DS –TE xuống đường hầm 106
III.8. Bảo vệ và phục hồi 108
III.8.1. Tổng quát 108
III.8.2. Bảo vệ đường đi 108
III.8.3. Bảo vệ cục bộ (Local protection) 109
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỤC LỤC

III.8.3.1. Bảo vệ kết nối (Link protection) 109
III.9. Thiết kế mạng với MPLS TE 118

III.9.1. Phân lọai thiết kế mạng TE : 118
III.9.2. Thiết kế mạng Tactical TE 119
III.9.3. Thiết kế mạng Online Strategic TE 120
III.9.4. Thiết kế mạng Offline Strategic TE 121
III.10. Các vấn đề lưu ý khi triển khai mạng MPLS TE 123
III.10.1. Đo lường băng thông và độ trễ 123
III.10.2. Các thông số để tinh chỉnh đường hầm MPLS TE 124
III.10.3. TE và vấn đề đa hướng (Multicast) 126
III.10.4. Kết hợp MPLS TE và MPLS VPNs 128
Chương IV : Xử lý lỗi của MPLS TE 130
IV.1. Vấn đề khi đường hầm ngừng hoạt động (Tunnel-Down Problems) 130
IV.2. Vấn đề khi đường hầm đã hoạt động 135
Chương V :Triển khai MPLS trên hạ tầng mạng Việt Nam 137
V.1. Giới thiệu 137
V.2. Triển khai dịch vụ mạng riêng ảo VPN/MPLS tại VDC 137
V.3. Những vấn đề cần giải quyết khi triển khai MPLS tại Việt Nam 139
Chương VI: Các ví dụ cấu hình MPLS và MPLS TE 141
VI.1 Ví dụ cấu hình MPLS cơ bản dùng OSPF 141
VI.2 Ví dụ cấu hình QoS qua MPLS 143
VI.3 Cấu hình MPLS VPN 145
VI.4 Câu hình Ipv6 Over MPLS 146
VI.5 Cấu hình MPLS TE OSPF 148
VI.6 Cấu hình VPN MPLS TE, DS-TE 150
KẾT LUẬN 152
TÀI LIỆU THAM KHẢO 153
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỞ ĐẦU


NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 9

MỞ ĐẦU
Ngày nay mạng máy tính đã phát triển rộng khắp, đặc biệt là mạng Internet nó đã
trở thành phổ biến trên toàn thế giới. Và nó đang phát triển cả về số lượng lẫn chất
lượng, bên cạnh việc tăng vọt số user trong mạng thì việc gia tăng dịch vụ cũng là vấn
đề rất lớn, trước đây nếu như ta chỉ có nhu cầu truyền data thì bây giờ ta cần truyền cả
tín hiệu thoại tín hiệu video và một số dịch vụ mở rộng khác, Với mạng Internet truyền
thống thì nguồn tài nguyên về băng thông và tốc độ là hạn chế, vì vậy để thực hiện
truyền tín hiệu thoại và video có chất lượng là không thể.
Nhiều mạng thế hệ mới hơn đã ra đời như:Frame-Relay, ISDN, ATM, chúng đã
giải quyết phần nào những yêu cầu trên nhưng vẫn còn nhiều hạn chế, theo đà phát
triển của công nghệ mạng MPLS đã ra đời với ý tưởng dùng nhãn để chuyển mạch nó
đã giải quyết và khắc phục những hạn chế mà các mạng trước đây vẫn còn tồn tại như:
Tốc độ, băng thông không hữu ích, delay….
Mạng MPLS là sự kế thừa và kết hợp của định tuyến thông minh trong mạng IP
và chuyển mạch tốc độ cao trong mạng ATM, có cả định tuyến ở lớp 3 (IP) và chuyển
mạch ở lớp 2 (VPI/VCI của ATM).
MPLS là cơ chế chuyển mạch nhãn do Cisco phát triển và được IETF chuẩn hóa,
hỗ trợ khả năng chuyển mạch, định tuyến luồng thông tin một cách hiệu quả.
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. Phương pháp chuyển mạch nhãn giúp các
Router và MPLS-enable ATM switch ra quyết định theo nội dung nhãn tốt hơn việc
định tuyến phức tạp theo địa chỉ IP đích. MPLS kết nối tính thực thi và khả năng
chuyển mạch lớp hai với định tuyến lớp ba, cho phép các ISP cung cấp nhiều dịch vụ
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỞ ĐẦU

NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 10

khác nhau mà không cần phải bỏ đi cơ sở hạ tầng sẵn có. Cấu trúc MPLS có tính mềm
dẻo trong bất kỳ sự phối hợp với công nghệ lớp hai nào. MPLS hỗ trợ mọi giao thức
lớp hai, triển khai hiệu quả các dịch vụ IP trên một mạng chuyển mạch IP. MPLS hỗ
trợ việc tạo ra các tuyến khác nhau giữa nguồn và đích trên một đường trục Internet.
Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến trúc mạng, các ISP có thể giảm chi phí, tăng lợi
nhuận, cung cấp nhiều hiệu quả khác nhau và đạt được hiệu quả cạnh tranh cao.
Trong phạm vi kiên thức của mình, em sẽ trình bày những hiểu biết về kỹ thuật
MPLS và MPLS TE trong đồ án này.










KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP


NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 11


Chương I: Tổng quan về các mạng IP
I.1. Chuyển tiếp IP và hạn chế của nó
Như ta đã biết, Internet là một tập hợp các mạng kết nối với nhau dùng để chuyển
tiếp gói tin giữa các host sử dụng IP. IP cung cấp dịch vụ đóng gói vô hướng, không có
sự đảm bảo phân phối gói tin. Trong mô hình Internet các hệ thống dùng để chuyển
tiếp gói tin gọi là Router dùng để chuyển tiếp gói tin đến đích. Để thực hiện điều này

router cần xác định nexthop và interface ngõ ra để chuyển tiếp gói tin. Thông tin này
có được thông qua các thông tin định tuyến được sử dụng để xây dựng bảng chuyển
tiếp gói tin (Forwarding Information Base –FIB).
Tiến trình chuyển tiếp gói tin gồm 3 hoạt động sau:
+ Tìm địa chỉ để xác định interface ngõ ra
+ Chuyển tiếp gói tin
+ Phân lịch.

Hình I.1: Chuyển tiếp gói tin trong IP
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).

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP

NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 12


Hình I.2: Mạng Frame-relay
Nhưng không may, các switch lớp 2 này không có khả năng nắm giữ thông tin
định tuyến lớp 3 hoặc để chọn đường đi cho gói tin bằng cách phân tích địa chỉ đích
lớp 3 của gói tin. Do đó, các switch lớp 2 không tham gia vào quá trình chuyển tiếp gói
tin trong lớp 3, chúng chỉ chứa thông tin về MAC Address của đích đến. Các đường đi
ở LAN lớp 2 được thiết lập khá đơn giản - tất cả LAN switch đều trong suốt với các
thiết bị kết nối với chúng. Nhưng việc thiết lập đường đi trong mạng WAN lớp 2 lại
phức tạp hơn nhiều. Đường đi của gói tin trong mạng WAN lớp 2 được thiết lập thủ
công và chỉ được thiết lập khi có yêu cầu. Thiết bị định tuyến ở biên mạng lớp 2
(ingress router) muốn chuyển dữ liệu đến thiết bị ngõ ra (egress router) cần thiết lập
hoặc là kết nối trực tiếp đến egress router (kết nối này được gọi là các kênh ảo VC)

hoặc là gửi dữ liệu của nó đến một thiết bị khác để truyền dẫn đến đích. Để đảm bảo
chuyển tiếp gói tin tối ưu trong mạng WAN lớp 2, các kênh ảo phải tồn tại giữa hai
router bất kì kết nối vào mạng WAN đó. Điều này có vẻ đơn giản để xây dựng nó
nhưng lại gặp một vấn đề khác là khả năng mở rộng bị hạn chế. 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).
+ Với việc cấu hình giao thức định tuyến, mỗi router gắn vào mạng WAN lớp 2
(được xây dựng với các ATM hay Frame Relay switch) cần có một kênh ảo
dành trước với mỗi router khác kết nối vào mạng lõi đó. Để đạt được độ dự
phòng mong muốn, mỗi router cũng phải thiết lập mối quan hệ cận kề định
tuyến với router khác. Kết quả là tạo ra mô hình mạng full-mesh, trong đó
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP

NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 13

bản thân mỗi router sẽ nắm giữ một số lượng lớn láng giềng có mối quan hệ
cận kề về giao thức định tuyến, từ đó tạo ra lưu lượng định tuyến với số
lượng lớn.
+ Khó mà biết chính xác bao nhiêu lưu lượng chạy giữa trên hai router trong
mạng.
Từ những hạn chế nói trên rõ ràng cần phải có một cơ chế khác để có thể trao đổi
thông tin lớp mạng giữa các router và WAN switch, và để cho phép các switch tham
gia vào tiến trình quyết định chuyển tiếp gói tin tức là không cần phải có các kênh ảo
giữa các router biên nữa. Để đạt được sự chuyển tiếp như vậy thì trong bất kì môi
trường mạng nào các thiết bị chuyển tiếp không nên phụ thuộc vào thông tin có trong
phần đầu gói tin, thiết bị này chỉ cần chuyển mạch gói tin từ ingress router đến egress
router mà không cần phân tích địa chỉ IP đích có trong gói tin. Do đó, đối với mỗi gói
tin được chuyển tiếp sẽ có một nhãn được thêm vào, nhãn này sẽ đảm trách các vấn đề

chuyển tiếp gói tin đến đích, các vấn đề về QoS, v.v nghĩa là chuyển tiếp gói tin dựa
trên nhãn. Bất kỳ sự thay đổi nào trong tiến trình quyết định sẽ được thông báo cho
router khác trong mạng thông qua việc phân phối một nhãn mới. Đó là lý do ra đời của
MPLS (Multiprotocol Label Switching) - công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức.

Hình I.3 Mạng MPLS
I.2. Khái quát giao thức định tuyến IP
Định tuyến trên Internet được thực hiện dựa trên các bảng định tuyến (Routing
table) được lưu tại các trạm (Host) hay trên các thiết bị định tuyến (Router). Thông tin
trong các bảng định tuyến được cập nhật tự động hoặc do người dùng cập nhật.
Các phạm trù dùng trong định tuyến là:
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP

NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 14

+ Khả năng tiếp cận (Reachability) dùng cho các giao thức EGP như BGP.
+ Khoảng cách Vectơ (Vector-Distance) giữa nguồn và đích, dùng cho giao
thức RIP.
+ Trạng thái kết nối (Link state) dùng cho OSPF.

Hình I.4 Các loại định tuyến động
I.3. Phân loại định tuyến IP
Định tuyến tĩnh
Ở phương pháp này, thông tin định tuyến được cung cấp từ nhà quản trị mạng
thông qua các thao tác bằng tay vào trong cấu hình của Bộ định tuyến. Nhà quản trị
mạng phải cập nhật bằng tay đối với các mục chỉ tuyến tĩnh này bất cứ khi nào topo
liên mạng bị thay đổi.
Định tuyến động
Ở phương pháp này, thông tin định tuyến được cập nhật một cách tự động. Công
việc này được thực hiện bởi các giao thức định tuyến được cài đặt trong Bộ định tuyến.

Chức năng của giao thức định tuyến là định đường dẫn mà một gói tin truyền qua một
mạng từ nguồn đến đích. Ví dụ giao thức thông tin định tuyến RIP, OSPF.




KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP

NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 15

I.4. Các thuật toán định tuyến động
Định tuyến Vector khoảng cách
Định tuyến vector khoảng cách dựa trên thuật toán định tuyến Bellman Ford là
một phương pháp định tuyến đơn giản, hiệu quả và được sử dụng trong nhiều giao thức
định tuyến như RIP, OSPF.
Vector khoảng cách được thiết kế để giảm tối đa sự liên lạc giữa các Bộ định
tuyến cũng như lượng dữ liệu trong bảng định tuyến. Bản chất của định tuyến vector
khoảng cách là một bộ định tuyến không cần biết tất cả các đường đi đến các phân
đoạn mạng, nó chỉ cần biết phải truyền một gói tin được gán địa chỉ đến một phân đoạn
mạng đi theo hướng nào. Khoảng cách giữa các phân đoạn mạng được tính bằng số
lượng bộ định tuyến mà dữ liệu phải đi qua khi được truyền từ phân đoạn mạng này
đến phân đoạn mạng khác. Bộ định tuyến sử dụng thuật toán vector khoảng cách để tối
ưu hoá đường đi bằng cách giảm tối đa số lượng thiết bị định tuyến mà dữ liệu đi qua.
Tham số khoảng cách này chính là số chặng phải qua (hop count).
Định tuyến vector khoảng cách dựa trên quan niệm rằng một bộ định tuyến sẽ
thông báo cho các bộ định tuyến lân cận nó về tất cả các mạng nó biết và khoảng cách
đến mỗi mạng này. Một bộ định tuyến chạy giao thức định tuyến vector khoảng cách sẽ
thông báo đến các bộ định tuyến kế cận được kết nối trực tiếp với nó một hoặc nhiều
hơn các vector khoảng cách. Một vector khoảng cách bao gồm một bộ (network, cost)
với network là mạng đích và cost là một giá trị có liên quan nó biểu diễn số các bộ định

tuyến hoặc link trong đường dẫn giữa bộ định tuyến thông báo và mạng đích. Do đó cơ
sở dữ liệu định tuyến bao gồm một số các vector khoảng cách hoặc cost đến tất cả các
mạng từ bộ định tuyến đó.
Khi một bộ định tuyến thu được bản tin cập nhật vector khoảng cách từ bộ định
tuyến kế cận nó thì nó bổ sung giá trị cost của chính nó (thường bằng 1) vào giá trị cost
thu được trong bản tin cập nhật. Sau đó bộ định tuyến so sánh giá trị cost tính được này
với thông tin thu được trong bản tin cập nhật trước đó. Nếu cost nhỏ hơn thì bộ định
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP

NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 16

tuyến cập nhật cơ sở dữ liệu định tuyến với các cost mới, tính toán một bảng định
tuyến mới,nó bao gồm các bộ định tuyến kế cận vừa thông báo thông tin vector khoảng
cách mới như next-hop.

Hình I.5 Định tuyến véc tơ khoảng cách
Bộ định tuyến C thông báo một vecto khoảng cách (net1,1hop) cho mạng đích
net1 được nối trực tiếp với nó. Bộ định tuyến B thu được véc tơ khoảng cách này thực
hiện bổ sung cost của nó (1hop) và thông báo nó cho bộ định tuyến A (net1,2hop). Nhờ
đó bộ định tuyến A biết rằng nó có thể đạt tới net1 với 2 hop và qua bộ định tuyến B.
Mặc dù định tuyến véc tơ khoảng cách đơn giản nhưng một số vấn đề phổ biến có
thể xảy ra. Ví dụ liên kết giữa 2 bộ định tuyến B và C bị hỏng thì bộ định tuyến B sẽ cố
gắng tái định tuyến các gói qua bộ định tuyến A vì bộ định tuyến A theo một đường
nào đó thông báo cho bộ định tuyến B một véc tơ khoảng cách là (net1,4hop). Bộ định
tuyến B sẽ thu véc tơ khoảng cách này và gửi ngược lại cho bộ định tuyến A véc tơ
khoảng cách (net1,5hop). Đây là sự cố đếm vô hạn có thể làm cho thời gian cần thiết
để hội tụ kéo dài hơn. Giải pháp cho sự cố này được gọi là “trượt ngang” với nguyên
tắc: không bao giờ thông báo khả năng đạt tới một đích cho next-hop của nó. Như vậy
bộ định tuyến A sẽ không bao giờ thông báo véc tơ khoảng cách (net1,4) cho bộ định
tuyến B vì bộ định tuyến B là next-hop của net1.

Định tuyến theo trạng thái liên kết
Định tuyến vector khoảng cách sẽ không còn phù hợp đối với một mạng lớn gồm
rất nhiều bộ định tuyến. Khi đó mỗi bộ định tuyến phải duy trì một mục trong bảng
định tuyến cho mỗi đích, và các mục này chỉ đơn thuần chứa các giá trị vector và hop
count. Bộ định tuyến cũng không thể tiết kiệm năng lực của mình khi đã biết nhiều về
cấu trúc mạng. Hơn nữa, toàn bộ bảng giá trị khoảng cách và hop count phải được
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP

NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 17

truyền giữa các bộ định tuyến cho dù hầu hết các thông tin này không thực sự cần thiết
trao đổi giữa các bộ định tuyến.
Định tuyến trạng thái liên kết ra đời là đã khắc phục được các nhược điểm của
định tuyến vector khoảng cách.
Bản chất của định tuyến trạng thái liên kết là mỗi bộ định tuyến xây dựng bên
trong nó một sơ đồ cấu trúc mạng. Định kỳ, mỗi bộ định tuyến cũng gửi ra mạng
những thông điệp trạng thái. Những thông điệp này liệt kê những bộ định tuyến khác
trên mạng kết nối trực tiếp với bộ định tuyến đang xét và trạng thái của liên kết. Các bộ
định tuyến sử dụng bản tin trạng thái nhận được từ các bộ định tuyến khác để xây dựng
sơ đồ mạng. Khi một bộ định tuyến chuyển tiếp dữ liệu, nó sẽ chọn đường đi đến đích
tốt nhất dựa trên những điều kiện hiện tại.
Giao thức trạng thái liên kết đòi hỏi nhiều thời gian xử lí trên mỗi bộ định tuyến,
nhưng giảm được sự tiêu thụ băng thông bởi vì mỗi bộ định tuyến không cần gửi toàn
bộ bảng định tuyến của mình. Hơn nữa, bộ định tuyến cũng dễ dàng theo dõi lỗi trên
mạng vì bản tin trạng thái từ một bộ định tuyến không thay đổi khi lan truyền trên
mạng (ngược lại, đối với phương pháp vector khoảng cách, giá trị hop count tăng lên
mỗi khi thông tin định tuyến đi qua một bộ định tuyến khác).
Định tuyến trạng thái liên kết làm việc trên quan điểm rằng một bộ định tuyến có
thể thông báo với mọi bộ định tuyến khác trong mạng trạng thái của các tuyên được kết
nối đến nó, cost của các tuyến đó và xác định bất kỳ bộ định tuyến kế cận nào được kết

nối với các tuyến này. Các bộ định tuyến chạy một giao thức định tuyến trạng thái
đường sẽ truyền bá các gói trạng thái đường LSP (Link State Paket) khắp mạng. Một
LSP nói chung chứa một xác định nguồn, xác định kế cận và cost của tuyến giữa
chúng. Các LSP được thu bởi tất cả các bộ định tuyến được sử dụng để tạo nên một cơ
sở dữ liệu cấu hình của toàn bộ mạng. Bảng định tuyến sau đó được tính toán dựa trên
nội dung của cơ sở dữ liệu cấu hình. Tất cả các bộ định tuyến trong mạng chứa một sơ
đồ của cấu hình mạng và từ đó chúng tính toán đường ngắn nhất (least-cost path) từ
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TỔNG QUAN VỀ MẠNG IP

NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 18

nguồn bất kỳ đến đích bất kỳ. Giá trị gắn với các link giữa các bộ định tuyến là cost
của link đó. Các bộ định tuyến truyền bá các LSP đến tất cả các bộ định tuyến khác
trong mạng, nó được sử dụng để xây dựng cơ sở dữ liệu trạng thái đường. Tiếp theo,
mỗi bộ định tuyến trong mạng tính toán một cây bắt nguồn từ chính nó và phân nhánh
đến tất cả các bộ định tuyến khác dựa trên tiêu chí đường ngắn nhất hay đường có chi
phí ít nhất.
Tuy nhiên, mục đích của việc định tuyến trong mạng IP là phân bố lưu lượng lưu
thông trên mạng một cách hiệu quả nhưng việc định tuyến có thể gây ra tắc nghẽn cục
bộ trên một số đường truyền. Để giải quyết hạn chế này, người ta đã áp dụng nhiều
công nghệ mới trong việc điều khiển lưu lượng gói tin trên mạng IP mà chúng ta sẽ tìm
hiểu trong những chương tiếp theo sau đây…





KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TÌM HIỂU MPLS

NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 19

Chương II: Tìm hiểu về MPLS
II.1. Giới thiệu về giao thức định tuyến MPLS
MPLS là viết tắt của công nghệ MultiProtocol Label Switching là giao thức
chuyển mạch nhãn đa giao thức, đây là công nghệ được sử dụng trong 1 vài năm gần
đây, là kết quả của quá trình phát triển nhiều giải pháp chuyển mạch IP, đây là công
nghệ chuyển mạch được đưa ra bởi IETF và đã nhận được các quan tâm đặc biệt từ các
nhà cung cấp dịch vụ Internet ISP.
MPLS là một công nghệ tích hợp tốt nhất các khả năng hiện tại để phân phát gói
tin từ nguồn tới đích qua mạng Internet. Có thể định nghĩa MPLS là một tập các công
nghệ mở dựa vào chuẩn Internet mà kết hợp chuyển mạch lớp 2 và định tuyến lớp 3 để
chuyển tiếp gói tin bằng cách sử dụng các nhãn ngắn có chiều dài cố định. Nếu nhìn
trong mô hình OSI, có thể xem giao thức MPLS nằm ở lớp 2,5.

Hình II.1 Mô hình OSI
Bằng cách sử dụng các giao thức điều khiển và định tuyến Internet, MPLS cung
cấp chuyển mạch hướng kết nối ảo qua các tuyến Internet bằng cách sử dụng các nhãn
và trao đổi nhãn. MPLS bao gồm việc thực hiện các đường chuyển mạch nhãn, nó cũng
cung cấp các thủ tục và các giao thức cần thiết để phân phối các nhãn giữa các chuyển
mạch và các bộ định tuyến .
II.2. Lợi ích của công nghệ MPLS
Các lợi ích của MPLS:
- Làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu như IP, ATM….
L
ớ
p 2.5 : MPLS

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TÌM HIỂU MPLS

NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 20

- 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.
II.3. Ưu điểm của MPLS so với mạng ATM
Sự tích hợp:
MPLS sát nhập tính năng của IP và ATM chứ không xếp chồng lớp IP trên ATM.
MPLS giúp cho cơ sở hạ tầng ATM thấy được định tuyến IP và loại bỏ các yêu cầu ánh
xạ giữa các đặc tính IP và ATM. MPLS không cần địa chỉ ATM và kỹ thuật định
tuyến.
Độ tin cậy cao hơn:
Với tốc độ chuyển mạch, MPLS có khả năng cung cấp cho mạng sự an toàn và
nhanh chóng, đảm bảo dữ liệu không bị thất thoát nhiều, ngoài ra còn có các cơ chế và
các mode trong kĩ thuật MPLS giúp bảo mật cho thông tin khách hàng.
Trực tiếp thực thi các loại dịch vụ:
MPLS sử dụng hàng đợi và bộ đếm của ATM để cung cấp nhiều loại dịch vụ
khác nhau. Nó hỗ trợ quyền ưu tiên IP và loại dịch vụ (class of service–cos) trên
chuyển mạch ATM mà không cần chuyển đổi phức tạp sang các lớp ATM Forum
Service.
Hỗ trợ hiệu quả cho Mulicast và RSVP:
Khác với MPLS, xếp lớp IP trên ATM nảy sinh nhiều bất lợi, đặc biệt trong việc
hỗ trợ các dịch vụ IP như IP muticast và RSVP( Resource Reservation Protocol -
RSVP). MPLS hỗ trợ các dịch vụ này, kế thừa thời gian và công việc theo các chuẩn và

khuyến khích tạo nên ánh xạ xấp xỉ của các đặc trưng IP&ATM.
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TÌM HIỂU MPLS



NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 21

Giảm tải trên mạng lõi, giảm gánh nặng BGP:
Khi mạng IP của các nhà cung cấp dịch vụ phải chuyển tiếp lưu lượng, mỗi bộ
định tuyến phải tìm các địa chỉ IP đích của gói tin. Nếu các gói tin được gửi đến các
điểm bên ngoài mạng của nhà cung cấp, những IP tiền tố bên ngoài mạng phải hiện
diện trong bảng định tuyến của mỗi bộ định tuyến. BGP là 1 giao thức mang các tiền tố
bên ngoài như khách hàng, internet… vì thế tất cả các bộ định tuyến chạy trong mạng
lưới của nhà cung cấp dịch vụ đều phải chạy giao thức BGP này. BGP sẽ tạo ra các
bảng định tuyến, và 1 bảng định tuyến đầy đủ bao gồm hơn 150000 con đường, gây ra
nhiều gánh nặng, phức tạp cho hầu hết bộ định tuyến trong mạng lưới dịch vụ.
Tuy nhiên, MPLS cho phép chuyển tiếp gói tin dựa trên việc tra cứu nhãn chứ
không phải tra cứu IP. MPLS cho phép nhãn được liên kết với 1 bộ định tuyến đích
hơn là các địa chỉ IP đích của gói tin. Vì thế, bộ định tuyến lõi không cần phải chuyển
tiếp gói tin dựa vào địa chỉ IP đích. Do vậy, các bộ định tuyến lõi trong mạng lưới cung
cấp dịch vụ không cần phải chạy BGP.Còn các bộ định tuyến biên của mạng MPLS
vẫn cần dựa vào địa chỉ IP đích của gói tin vì thế cần phải chạy BGP.
Nhu vậy, đối với việc sử dụng MPLS, số lượng bộ định tuyến cần phải chạy BGP
giảm đi rất nhiều, có thể chỉ có các bộ định tuyến biên hoặc 1 vài bộ định tuyến còn
phải chạy BGP. Điều này sẽ giup các thiết bị cần bộ nhớ ít hơn, không có sự phức tạp
như khi chạy BGP.

Hình II.2 Ví dụ về khả năng giảm khả năng sử dụng BGP của mạng
MPLS
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TÌM HIỂU MPLS

NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 22

Giúp xây dựng mô hình peer – to - peer trong MPLS VPN :
VPN là 1 mạng được giả lập thành mạng riêng ảo trên 1 cơ sở hạ tầng chung. Các
mạng riêng này dùng để các các khách hàng có thể kết nối vào và hoàn toàn tách biệt
với các mạng VPN khác.
VPN có 2 loại:
• Overlay VPN model
• Peer-to-peer VPN model.
Overlay VPN model:
Trong mô hình này, nhà dịch vụ cung cấp 1 dịch vụ liên kết point – to –
point (điểm – điểm) hoặc 1 mạch ảo giữa các bộ định tuyến của khách hàng.
Các bộ định tuyến của khách hàng định tuyến với nhau trực tiếp thông qua
đường link hoặc 1 mạch ảo do nhà dịch vụ cung cấp. Các bộ định tuyến hoặc
chuyển mạch ở nhà cung cấp mang dữ liệu của khách hàng thông qua mạng của
họ, nhưng không xuất hiện 1 sự định tuyến nào giữa nhà cung cấp và khách
hàng. Và kết quả là nhà cung cấp dịch vụ định tuyến không thấy được đường
định tuyến của khách hàng.
Những dịch vụ point – to – point có thể ở lớp 1 như TDM ( Time –
division multiplexing), E1, E2, SONET, and SDH links. Ở lớp 2 thì có X.25,
ATM hoặc Frame Relay…

Hình II.3 Mô hình Overlay VPN trên Frame Relay
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TÌM HIỂU MPLS

NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 23

Mô hình Peer-to-Peer VPN :
Trong mô hình này, nhà cung cấp dịch vụ sẽ vận chuyển dữ liệu của khách
hàng thông qua mạng nhưng cũng sẽ tham gia vào quá trình định tuyến của
khách hàng. Nói cách khác, nhà cung cấp sẽ định tuyến ngang hàng với khách
hàng ở Layer 3.

Hình II.4 Mô hình peer –to – peer VPN
Trước khi MPLS được ứng dụng vào mô hình peer – to – peer VPN, mô
hình Overlay VPN được sử dụng rộng rãi hơn. Vì mô hình Peer – to –peer phụ
thuộc rất nhiều vào nhà cung cấp, khi muốn thêm 1 mạng người dùng, cần phải
phụ thuộc rất nhiêu vào sự thay đổi, cấu hình ở các stie khác. Và MPLS VPN là
1 ứng dụng giúp cho công việc thêm hoặc bớt 1 mạng người dùng được thực
hiện dễ dàng và mất ít công sức hơn
Mạng MPLS VPN dùng định tuyến/chuyển tiếp ảo (VFR) và các dữ liệu
được chuyển đi là các gói tin có nhãn. Các VFR sẽ đảm bảo rằng các thông tin
của các khách hàng khác nhau sẽ được lưu trữ riêng biệt, và MPLS sẽ đảm bảo
là các gói tin sẽ được chuyển đi dựa trên thông tin nhãn chứ không phải thông
tin trên IP header.

Hình II.5 Mô hình MPLS VPN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TÌM HIỂU MPLS



NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 24

Tối ưu hóa luồng lưu lượng:
Vì bộ chuyển mạch Frame Relay và ATM hoàn toàn là các thiết bị lớp 2,

nên các bộ định tuyến được nối với nhau bằng cách tạo ra các kênh ảo giữa
chúng. Khi bất kì bộ định tuyến nào muốn gửi gói tin đến 1 bộ định tuyến biên
bất kỳ, 1 kênh ảo sẽ được tạo ra trực tiếp giữa 2 bộ định tuyến này. Và vì vậy,
nếu có 1 yêu cầu kết nối hoàn toàn giữa các mạng, thì sẽ phải có 1 mạng lưới
các kênh ảo được tạo ra giữa chúng, thật là cồng kềnh và tốn chi phí

Hình II.6 Kênh ảo ATM
Theo mô hình trên, nếu CE1 muốn truyền dữ liệu qua cho CE3, Dữ liệu
phải đi qua 2 kênh ảo ATM và phải mất 1 vòng qua CE2. Và khi dùng MPLS,
luồng lưu lượng sẽ được tạo ra trực tiếp giữa CE1 và CE3, giúp tối ưu hóa luồng
lưu lượng trong mạng.
Khả năng điều khiển lưu lượng:
MPLS cung cấp các khả năng điều khiển lưu lượng để sửng dụng hiệu quả
tài nguyên mạng. Kỹ thuật lưu lượng giúp chuyển tải từ các phần quá tải sang
các phần còn rỗi của mạng dựa vào điểm đích, loại lưu lượng, tải, thời gian,…

Hình II.7 Ví dụ về khả năng điều khiển lưu lượng:
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TÌM HIỂU MPLS



NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 25

II.4. Kiến trúc của giao thức MPLS
II.4.1. Nhãn
Vì MPLS là giao thức định tuyến bằng cách gán nhãn vào gói tin nên chúng ta sẽ
tìm hiểu thành phần đầu tiên giao thức này là Nhãn.
Nhãn là 1 trường gồm 32 bit có cấu trúc xác định.

Trong đó, 20 bit đầu là giá trị của nhãn, mang giá trị từ 0 đến 20

2
-1. Bít 20 -22
được dùng cho chất lượng dịch vụ QoS. Bít 23 là bít bào hiệu ngăn chứa Stack ( BoS),
đây là nơi lưu giữ các nhãn của gói tin, ngăn chứa có thể có 1 hay nhiều ngăn chứa, số
lượng nhãn được lưu giữ trong ngăn chứa có thể vô hạn. Nếu nhãn nằn dưới cùng của
ngăn chứa, bít 23 sẽ được gán giá trị là 1, ngược lại là 0.
Bít 24 đến 31 là 8 bit dùng cho Time To Live (TTL), là thời gian tồn tại của nhãn.
Nó có chức năng tương tự như trường TTL của gói tin IP. Giá trị của TTL sẽ giảm đi 1
tại mỗi hop, ngăn cho gói tin bị tắc nghẽn khi bị định tuyến lặp Khi giá trị TTL giảm
xuống 0, nó sẽ bị vứt bỏ.
II.4.2. Nhãn xếp chồng
Như ta đã biết, nhãn dùng để gắn vào gói tin trong giao thức định tuyến của
MPLS, nhưng trong 1 quãng đường định tuyến, phải cần nhiều hơn 1 nhãn được gắn
vào phần đầu của gói tin phục vụ cho công việc vẫn chuyển gói tin như các ứng dụng
MPLS trong ATM hoặc VPN MLPS. Vì thể, các nhãn này đã được đóng gói vào trong
1 ngăn chứa Stack. Nhãn nằm trên cùng của ngăn chứa được gọi là top label, và nhãn
nằm dưới cùng của ngăn chứa sẽ được gọi là bottom label