nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức mpls trong ngn


BÁO CÁO ĐỀ TÀI
MẠNG VIỄN THÔNG
GVHD: …………………… Trang i

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của các ngành điện tủ - tin học, công nghệ viễn thông
trong những năm vừa qua phát triển rất mạnh mẽ cung cấp ngày càng nhiều các loại
hình dịch vụ mới đa dạng, an toàn, và chất lượng cao đáp ứng ngày càng tốt hơn yêu
cầu của khách hàng.
Trong xu hướng phát triển và hội tụ của viễn thông và tin học, cùng với sự phát
triển nhanh chóng về nhu cầu của người dùng đối với những dịch vụ đa phương tiện
chât lượng cao đã làm cho cơ sở hạ tầng thông tin và viễn thông đã có những thay đổi
lớn về cơ bản. Nhưng tổng đài chuyển mạch kênh truyền thống đã không còn có thể
đáp ứng những đòi hỏi của người dùng về những dịch vụ tốc độ cao, chính vì thế đòi
hổi cần phải có một giải pháp đáp ứng được yêu cầu đó. Xu hướng viễn thông dưa trên
nền tảng chuyển mạch gói tốc độ cao, dung lượng lớn và hội tụ được các loại dịch vụ
trên cùng một hạ tầng là điều tất yếu.
Mạng thế hệ sau NGN ra đời nó được phát triển từ tất cả các mạng cũ lên. NGN
có khả năng làm nền tảng cho việc triển khai nhiều loại hình dịch vụ mới trong tương
lai một các nhanh chóng, không phân biệt ranh giới các nhà cung cấp dịch vụ (dịch vụ
độc lập với hạ tầng mạng). Tuy nhiên sự phát triển nhanh chóng và mở rộng không
ngừng của Internet, sự phức tạp của các loại hình dịch vụ dần đã làm cho mạng viễn
thông hiện tại khó đáp ứng được. Sự ra đời của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao
thức MPLS là một lựa chọn cho cấu trúc mạng trong tương lai bởi tính linh hoạt của
bộ định tuyến và năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch trong nó.
Trong nội dung bài tập lớn này chúng em đi sâu vào nghiên cứu, tìm hiểu công
nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS trong NGN. Bài làm không thể tránh khỏi
những sai sót, rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn để bài làm được hoàn
chỉnh hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

GVHD: …………………… Trang ii

MỤC LỤC
BÁO CÁO ĐỀ TÀI i
MẠNG VIỄN THÔNG i
LỜI NÓI ĐẦU ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC HÌNH v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU 1
1.1.Khái quát về mạng viễn thông 1
1.1.1.Các khái niệm cơ bản 1
1.1.2.Các thành phần chính trong mạng viễn thông 1
1.1.3.Mạng viễn thông tương tự và mạng viễn thông số 2
1.2.Mạng viễn thông thế hệ sau 3
1.2.1.Khái niệm 3
1.2.2.Đặc điểm của mạng NGN 3
1.3.Cấu trúc chức năng của mạng NGN 3
1.3.1.Mô hình phân lớp chức năng 3
1.3.2.Chức năng các lớp 4
1.3.2.1.Lớp truyền dẫn và truy nhập 4
1.3.2.2.Lớp truyền thông 5
1.3.2.3.Lớp điều khiển 5
1.3.2.4.Lớp ứng dụng 5
1.3.2.5.Lớp quản lý 5
1.4.Các công nghệ làm nền tảng cho NGN 5
1.4.1.IP 6
1.4.2.ATM 6
1.4.3.IP Over ATM 7
1.4.4.MPLS 7

CHƯƠNG II: KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TRONG
MẠNG THẾ HỆ SAU 8
2.1.Sự ra đời của công nghệ MPLS 8
2.1.1.Khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức 8
2.1.2.Sự cần thiết phải sử dụng MPLS 8
2.2.Đặc tính cơ bản của MPLS 9
GVHD: …………………… Trang iii

2.3.Các thành phần cơ bản của MPLS 10
2.3.1.Thành phần chuyển tiếp của MPLS 10
Thành phần chuyển tiếp dùng nhãn chứa trong một gói tin và thông tin lấy từ
bảng thông tin nhãn LIB (Label Information base) của từng thiết bị LSR để
chuyển tiếp gói tin 10
2.3.1.1.Nhãn và ngăn xếp nhãn 10
2.3.1.2. Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn 11
2.3.1.3.Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn 11
2.3.1.4.Lớp chuyển tiếp tương đương FEC 11
2.3.1.5.Bảng cơ sở dữ liệu nhãn 12
2.3.2. Thành phần điều khiển MPLS 12
2.3.2.1.Các phương pháp điều khiển gán nhãn 12
2.3.2.2.Phân bổ thông tin điều khiển gán nhãn 13
2.3.2.3.Thiết lập đường chuyển mạch nhãn LSP 13
CHƯƠNG III: CHUYỂN MẠCH ĐA GIAO THỨC TRONG MẠNG THẾ HỆ
SAU 15
3.1. Những vấn đề cơ bản của công nghệ MPLS 15
3.2. Nguyên tắc chuyển mạch nhãn đa giao thức 15
3.3. Các giao thức cơ bản của MPLS 17
3.3.1. Giao thức phân bổ nhãn LDP 17
3.3.1.1. Khái quát về giao thức phân bổ nhãn LDP 17
3.3.1.2. Phương thức phân bổ nhãn của LDP 18

3.3.1.3. Phương thức duy trì nhãn 18
3.3.2. Giao thức phân bổ nhãn dựa trên định tuyến ràng buộc CR - LDP 19
3.4. Phân bổ nhãn dựa trên giao thức dành trước tài nguyên RSVP 20
3.5. Ưu điểm nhược điểm của MPLS trong mạng NGN 21
3.5.1. Ưu điểm 21
3.5.2. Nhược điểm 22
3.6. Ứng dụng MPLS trong mạng NGN 22
KẾT LUẬN 25
TÀI LIỆU THAM KHẢO 26
GVHD: …………………… Trang iv

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Cấu trúc mạng phân cấp 1
Hình 1.2 Các thành phần của mạng viễn thông 2
Hình 1.3 Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ mạng) 4
Hình 1.4 Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ dịch vụ) 4
Hình 2.1. MPLS và mô hình tham chiếu OSI 8
Hình 2.2. Cấu trúc nhãn MPLS 10
Hình 2.3. Cấu trúc ngăn xếp nhãn 11
Hình 2.4. Minh họa lớp chuyển tiếp tương đương 11
Hình 2.5. Cấu trúc thành phần điều khiển 12
Hình 2.6. Điều khiển thông tin gán nhãn 12
Hình 3.1. Hoạt động chuyển gói tin qua mạng MPLS 16
Hình 3.2. Sử dụng RSVP để phân bổ nhãn 21
GVHD: …………………… Trang v

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không
đồng bộ
API Application Programming

Interface
Giao diện lập trình ứng dụng
ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân tích địa chỉ
CoS Class of Service Lớp dịch vụ
FEC Forward Equivalent Class Lớp chuyển tiếp tương đương
FIB Forward Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp
ICMP Internet Control Message
Protocol
Giao thức điều khiển bản tin
IP Internet Protocol Giao thức Internet
ITU International
Telecommunication Union
Liên minh viễn thông quốc tế
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn
LER Label Edge Router Bộ định tuyến biên
LFIB Label Forwarding
Information Base
Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn
LIB Lable Information Base Bảng cơ sở dữ liệu nhãn
LSFT Lable Switch Forwarding
Table
Bảng chuyển tiếp tương đương
nhãn
LSP Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn
LSR Label Switch Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
MGW Media Gateway Cổng phương tiện
MPLS Multi Protocol Label Switch Chuyển mạch nhãn đa giao thức
NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau
NHRP Next Hop Resolution

Protocol
Giao thức phân giải chặng tiếp
theo
OSI Open Systems
Interconnection
Kết nối các hệ thống mở
OSPF Open Shortest Path Fiest Đường ngắn nhất mở đầu tiên
PNNI Private Network to Network
Interface
Giao diện mạng – mạng riêng
PSTN Public Switched Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch
GVHD: …………………… Trang vi

Network công cộng
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RSVP Resource Reservacation
Protocol
Giao thức dành trước tài nguyên
TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời
gian
TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải
TLV Type/ Length/ Value Các tham số kiểu/ độ dài/ giá trị
TMN Telecommunication
Management Network
Mạng quản lý viễn thông
VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo
GVHD: …………………… Trang vii

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU
1.1. Khái quát về mạng viễn thông

1.1.1. Các khái niệm cơ bản
Mạng viễn thông là phương tiện truyền thông đưa thông tin từ đầu phát tới đầu
thu. Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng.
Mạng viễn thông cũng có thể được định nghĩa như sau: mạng viễn thông là một
hệ thống gồm các nút chuyển mạch được nối với nhau bằng các đường truyền dẫn. Nút
được phân thành nhiều cấp và kết hợp với các đường truyền tạo thành các cấp mạng
khác nhau.
Hình 1.1 Cấu trúc mạng phân cấp
Trong mạng hiện nay gồm 5 nút:
− Nút cấp 1: Trung tâm chuyển mạch quá giang quốc tế.
− Nút cấp 2: Trung tâm chuyển mạch quá giang đường dài.
− Nút cấp 3: Trung tâm chuyển mạch quá giang nội hạt.
− Nút cấp 4: Trung tâm chuyển mạch nội hạt.
− Nút cấp 5: Trung tâm chuyển mạch từ xa.
1.1.2. Các thành phần chính trong mạng viễn thông
Xét trên quan điểm phần cứng, mạng viễn thông bao gồm các thiết bị đầu cuối,
thiết bị chuyển mạch và thiết bị truyền dẫn.
GVHD: …………………… Trang 1

Hình 1.2 Các thành phần của mạng viễn thông
 Thiết bị đầu cuối:
Thiết bị đầu cuối là các trang thiết bị của người sử dụng dùng để giao tiếp với
mạng cung cấp dịch vụ. Hiện nay có nhiều chủng loại thiết bị đầu cuối của nhiều hãng
khác nhau tùy thuộc vào từng dịch vụ (như máy điện thoại, máy fax, máy tính cá
nhân…).
Thiết bị đầu cuối thực hiện chức năng chuyển đổi thông tin cần trao đổi thành
tín hiệu điện và ngược lại.
 Thiết bị chuyển mạch
Thiết bị chuyển mạch là các nút của mạng viễn thông có chức năng thiết lập
đường truyền giữa các thuê bao (đầu cuối). Trong mạng điện thoại, thiết bị chuyển

mạch là các tổng đài điện thoại.
 Thiết bị truyền dẫn
Thiết bị truyền dẫn được sử dụng để nối các thiết bị đầu cuối hay giữa các tổng
đài với nhau và truyền các tín hiệu một cách nhanh chóng và chính xác.
Dựa vào môi trường truyền dẫn thiết bị truyền dẫn có thể phân thành hai loại:
vô tuyến (cáp kim loại, cáp quang) và hữu tuyến (sử dụng không gian làm môi trường
truyền dẫn).
1.1.3. Mạng viễn thông tương tự và mạng viễn thông số
Mạng viễn thông được gọi là tương tự nếu có các đặc điểm sau đây:
− Tín hiệu truyền trên trung kế là tương tự.
− Tín hiệu truyền trên đường dây thuê bao là tương tự.
− Các nút mạng xử lý tín hiệu tương tự.
GVHD: …………………… Trang 2

Mạng viễn thông được gọi là số nếu có những đặc điểm sau:
− Tín hiệu truyền trên trung kế là số.
− Tín hiệu truyền trên đường dây thuê bao là tương tự hoặc có thể là số với mạng
hoàn toàn số.
− Các nút mạng xử lý tín hiệu số.
1.2. Mạng viễn thông thế hệ sau
1.2.1. Khái niệm
Mạng viễn thông thế hệ mới có nhiều tên gọi khác nhau, chẳng hạn như:
- Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau)
- Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ)
- Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng)
- Mạng nhiều lớp (mạng được phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng độc lập
nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng TDM).
Cho tới nay các tổ chức và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới rất
quan tâm đến NGN (Next Generation Network) nhưng vẫn chưa có một định nghĩa rõ
ràng. Do vậy ta chỉ có thể tạm định nghĩa NGN như sau:

“ NGN là mạng có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch
gói, triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, là sự hội tụ giữa thoại
và dữ liệu, giữa cố định và di động.”
1.2.2. Đặc điểm của mạng NGN
+ Nền tảng là hệ thống mở.
+ NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy nhưng các dịch vụ trên NGN phải độc lập
với mạng lưới.
+ NGN là mạng chuyển mạch gói dựa trên một giao thức thống nhất.
+ Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng ngày càng tăng và có
đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu.
1.3. Cấu trúc chức năng của mạng NGN
1.3.1. Mô hình phân lớp chức năng
Nhìn chung NGN vẫn là một xu hướng mới mẻ do vậy chưa có một khuyến
nghị chính thức nào được công bố rõ ràng để làm tiêu chuẩn về cấu trúc NGN, song
dựa vào mô hình mà một số tổ chức và các hãng xây dựng ta có thể tạm hiểu cấu trúc
GVHD: …………………… Trang 3

NGN chức năng như sau:
- Lớp kết nối (truy nhập và truyền dẫn/ở phần lõi)
- Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media)
- Lớp điều khiển
- Lớp quản lý
Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay rất phức tạp với nhiều loại giao
thức, khả năng tương thích giữa các thiết bị của các hãng là vấn đề đang được các nhà
khai thác quan tâm.
Hình 1.3 Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ mạng)
Xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ thì mô hình cấu trúc NGN có
thêm lớp ứng dụng dịch vụ.
Hình 1.4 Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ dịch vụ)
1.3.2. Chức năng các lớp

1.3.2.1. Lớp truyền dẫn và truy nhập
 Phần truyền dẫn
Lớp truyền tải trong cấu trúc mạng NGN bao gồm chức năng truyền dẫn và
chức năng chuyển mạch.
Lớp truyền dẫn có khả năng hỗ trợ các mức QoS (Quality of Service) khác nhau
GVHD: …………………… Trang 4

cho cùng một dich vụ và cho các dịch vụ khác nhau. Nó có khả năng lưu trữ lại các sự
kiện xảy ra trên mạng (kích thước gói, tốc độ gói, tỷ lệ mất gói… đối với mạng chuyển
mạch gói; băng thông, độ trì hoãn đối với mạng chuyển mạch kênh TDM).
 Phần truy nhập
Như tên gọi, lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và
mạng đường trục qua cổng giao tiếp MGW (Media Gateway) thích hợp.
1.3.2.2. Lớp truyền thông
Lớp này chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trường (PSTN, LAN, vô
tuyến…) sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên mạng lõi và ngược lại.
Nhờ đó, các nút chuyển mạch và các hệ thống truyền dẫn sẽ thực hiện chức
năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự
điếu khiển của các thiết bị thuộc lớp điều khiển.
1.3.2.3. Lớp điều khiển
Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ truyền thông suốt
từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào. Các chức năng
quản lý và chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp trong lớp điều khiển. Nhờ có giao
diện mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn, điều này cho phép các dịch vụ
mới được đưa vào nhanh chóng và dễ dàng.
1.3.2.4. Lớp ứng dụng
Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều mức
độ. Một số dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc điều khiển logic của chúng và truy nhập
trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ thực hiện điều khiển từ lớp điều
khiển. Lớp ứng dụng kết nối với lớp điều khiển thông qua giao diện mở API. Nhờ đó

mà các nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng
trên dịch vụ mạng.
1.3.2.5. Lớp quản lý
Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp từ kết nối cho đến lớp ứng
dụng. Tại lớp quản lý người ta có thể khai thác hoặc xây dựng mạng giám sát viễn
thông TMN (Telecommunication Management Network) như một mạng riêng theo dõi
và điều phối các thành phần mạng viễn thông đang hoạt động.
1.4. Các công nghệ làm nền tảng cho NGN
Ngày nay do yêu cầu ngày càng tăng về số lượng và chất lượng dịch vụ đã thúc
đẩy sự phát triển nhanh chóng của thị trường công nghệ điện tử - tin học - viễn thông.
GVHD: …………………… Trang 5

Những xu hướng phát triển công nghệ đã và đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn nhau
nhằm cho phép mạng lưới thoả mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trong tương
lai. Theo ITU có hai xu hướng tổ chức mạng chính:
- Hoạt động kết nối định hướng.
- Hoạt động không kết nối.
Tuy vậy hai phương thức phát triển này đang dần tiếp cận và hội tụ dẫn đến sự
ra đời của của công nghệ ATM/IP. Sự phát triển mạnh mẽ của các dịch vụ và các công
nghệ mới tác động trực tiếp đến sự phát triển cấu trúc mạng.
1.4.1. IP
IP (Internet Protocol) là giao thức chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp gói tin
được thực hiện theo cơ chế phi kết nối. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển
tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gói tin IP gồm
địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin
cần cho việc chuyển gói tới đích.
IP là giao thức chuyển mạch có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao. Tuy nhiên
việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theo từng
chặng. Mặt khác IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ.
1.4.2. ATM

Công nghệ ATM (Asynchronous Transfer Mode) dựa trên cơ sở của phương
pháp chuyển mạch gói. Thông tin được nhóm vào các gói tin có độ dài cố định ngắn,
trong đó vị trí gói không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ
của kênh cho trước. Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và
dịch vụ khác nhau. ATM có hai đặc điểm quan trọng:
- ATM có khả năng nhóm một số kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho
công việc định tuyến được dễ dàng
- ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM. Các
tế bào nhỏ với tốc độ truyền cao sẽ làm cho trễ truyền lan và biến động trễ giảm đủ
nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ
cao dễ dàng hơn.
Quá trình chuyển giao các tế bào qua tổng đài ATM cũng giống như chuyển
giao gói qua router. Tuy nhiên ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên
cell có kích thước cố định và nhỏ hơn IP, kích thước bảng định tuyến nhỏ hơn nhiều so
với của IP router. Việc này thực hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng nên
dung lượng tổng đài ATM thường lớn hơn dung lượng IP router truyền thống.
GVHD: …………………… Trang 6

1.4.3. IP Over ATM
IP over ATM là một kỹ thuật xếp chồng, nó xếp IP lên ATM. Giao thức của hai
tầng hoàn toàn độc lập với nhau, giữa chúng phải nhờ một loại giao thức nữa để nối
thông như NHRP, ARP. Điều đó hiện nay không được sử dụng rộng rãi trong thực tế.
1.4.4. MPLS
MPLS là kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức. Phương pháp này đã dung
hợp một cách hữu hiệu năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch với
tính linh hoạt của bộ định tuyến.
MPLS là công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng. Với tính chất cơ cấu
định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng IP
truyền thống. Bên cạnh đó thông lượng của mạng sẽ được cải thiện một cách rõ rệt.
GVHD: …………………… Trang 7


CHƯƠNG II: KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO
THỨC TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU
2.1. Sự ra đời của công nghệ MPLS
Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là kết quả của quá trình phát triển nhiều
giải pháp chuyển mạch IP. Tên gọi của nó bắt nguồn từ thực tế đó là hoán đổi nhãn
được sử dụng như kỹ thuật chuyển tiếp sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. Sử dụng từ “đa
giao thức” có nghĩa là nó có thể hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng không chỉ riêng IP.
2.1.1. Khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức
Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức là kết quả phát triển của công nghệ
chuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như ATM để tăng tốc độ truyền gói tin
mà không cần thay đổi định tuyến IP.
Trong chuyển mạch nhãn, thay vì sử dụng địa chỉ đích để quyết định định tuyến,
một “nhãn” được gắn vào gói tin và được đặt vào trong tiêu đề gói với mục đích thay
thế cho địa chỉ và nhãn được sử dụng để chuyển lưu lượng các gói tin tới đích.
Hình 2.1. MPLS và mô hình tham chiếu OSI
MPLS là công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 và chuyển
mạch lớp 2 cho phép truyền tải các gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến tốt ở
mạng biên bằng cách dựa vào nhãn.
2.1.2. Sự cần thiết phải sử dụng MPLS
 Tốc độ và trễ
Chuyển tiếp dựa trên IP truyền thống là quá chậm để xử lý tải lưu lượng lớn
trong mạng toàn cầu hay trong các liên kết mạng. Dẫn đến kết quả là lưu lượng và kết
nối có thể bị mất và hiệu năng toàn mạng giảm sút trong một mạng dựa trên IP. Trong
khi đó, chuyển mạch nhãn đa giao thức nhanh hơn nhiều bởi vì giá trị nhãn được đặt ở
thông tin mào đầu của gói được sử dụng để truy nhập bảng chuyển tiếp định tuyến tại
GVHD: …………………… Trang 8

router. Việc tìm kiếm này chỉ yêu cầu một lần truy nhập tới bảng nên lưu lượng người
sử dụng trong gói được gửi qua mạng nhanh hơn nhiều so với sử dụng chuyển tiếp IP

truyền thống.
 Biến động trễ
Hoạt động chuyển mạch nhãn sẽ làm cho lưu lượng được gửi qua mạng nhanh
hơn và biến thiên trễ ít hơn so với hoạt động định tuyến IP truyền thống.
 Khả năng mở rộng mạng
Chuyển mạch nhãn cung cấp các giải pháp cho sự phát triển nhanh chóng và xây
dựng các mạng lớn bằng việc cho phép một lượng lớn các địa chỉ IP được kết hợp với
một vài nhãn. Giải pháp này làm giảm đáng kể kích cỡ bảng địa chỉ và cho phép router
hỗ trợ nhiều người sử dụng hơn.
 Sử dụng tài nguyên
Chuyển mạch nhãn không cần nhiều tài nguyên mạng để thực hiện các công cụ
điều khiển trong việc thiết lập các đường đi chuyển mạch nhãn cho lưu lượng người sử
dụng.
 Tính đơn giản
Một khía cạnh khác của chuyển mạch nhãn là sự đơn giản trong các giao thức
chuyển tiếp gói tin, và nguyên tắc rất đơn giản: chuyển tiếp gói tin dựa trên nhãn của
nó.
 Điều khiển định tuyến.
Chuyển mạch nhãn cho phép các bộ định tuyến chọn tuyến đầu ra tường minh
theo nhãn, như vậy cơ chế này cung cấp một cách thức truyền tải lưu lượng qua các
nút và liên kết phù hợp với lưu lượng truyền tải, cũng như là đặt ra các lớp lưu lượng
gồm các dịch vụ khác nhau (dựa trên yêu cầu QoS) trên đó. Chuyển mạch nhãn là một
giải pháp tốt để hướng lưu lượng qua một đường dẫn, mà không nhất thiết phải nhận
toàn bộ thông tin từ giao thức định tuyến IP động dựa trên địa chỉ đích.
2.2. Đặc tính cơ bản của MPLS
Kỹ thuật lưu lượng: Cung cấp khả năng thiết lập đường truyền mà lưu lượng sẽ
truyền qua mạng và khả năng thiết lập các chất lượng cho các lớp dịch vụ CoS (Class
of Service) và chất lượng dịch vụ QoS khác nhau.
Cung cấp dịch vụ IP dựa trên các mạng riêng ảo VPN (Virtual Private
Network): Thông qua mạng MPLS, các nhà cung cấp dịch vụ có thể tạo ra các đường

hầm IP đi qua mạng trong suốt đối với dịch vụ người sử dụng.
GVHD: …………………… Trang 9

Loại bỏ cấu hình đa lớp: Sự phát triển của các công nghệ và dịch vụ trên nền IP
đã tạo ra rất nhiều các mô hình xếp chồng. MPLS là một giải pháp thay thế cho mô
hình xếp chồng IP trên nền ATM cũng như các hạ tầng lớp 2 khác.
Tuyến hiện: Một đặc điểm nổi trội của MPLS là cho phép thiết lập các đường
định tuyến tường minh về đường đi trên mạng.
Hỗ trợ đa liên kết và đa giao thức: Thành phần chuyển tiếp mạch nhãn không
mặc định với bất kì một lớp nào. Được coi là lớp trung gian giữa lớp 2 và 3 (lớp 2.5).
2.3. Các thành phần cơ bản của MPLS
2.3.1. Thành phần chuyển tiếp của MPLS
Mặt phẳng chuyển tiếp có trách nhiệm chuyển gói tin dựa trên giá trị chứa trong
nhãn. Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng một cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB
(Label Forwading Information Base) để chuyển tiếp các gói.
Thành phần chuyển tiếp dùng nhãn chứa trong một gói tin và thông tin lấy từ
bảng thông tin nhãn LIB (Label Information base) của từng thiết bị LSR để chuyển
tiếp gói tin.
2.3.1.1. Nhãn và ngăn xếp nhãn
 Nhãn
Cấu trúc của nhãn được trình bày trong hình sau:
Hình 2.2. Cấu trúc nhãn MPLS
Nhãn là một thực thể ngắn gọn có độ dài cố định và không có cấu trúc bên trong,
nhãn mang giá trị bằng số được thỏa thuận bởi các nút MPLS để chỉ thị cho kết nối
dọc theo các đường chuyển mạch nhãn LSP. Nhãn được gán vào một gói tin cụ thể đại
diện cho một lớp chuyển tiếp tương đương.
Nhãn có tổng độ dài là 4 byte nằm giữa tiêu đề lớp 2 và tiêu đề IP trong các gói
tin. Các trường chức năng gồm có: giá trị của nhãn thể hiện bằng số (20 bit), trường
thể hiện lớp dịch vụ CoS (3 bit), trường ngăn xếp hỗ trợ thứ bậc nhãn trong chồng
nhãn (1 bit) và trường thời gian sống của gói tin (8 bit).

GVHD: …………………… Trang 10

 Ngăn xếp nhãn
Hình 2.3. Cấu trúc ngăn xếp nhãn
Ngăn xếp nhãn được cấu trúc bởi một tập các nhãn chèn vào giữa tiêu đề lớp 2
và tiêu đề lớp 3 của gói tin. Nhãn nằm tại đỉnh của ngăn xếp nhãn được sử dụng cho
nhiệm vụ chuyển tiếp gói tin, và nhãn cuối ngăn xếp có giá trị bit S bằng 1. Thông qua
ngăn xếp nhãn, MPLS thực hiện việc định tuyến phân cấp và tạo ra các đường hầm
chuyển mạch nhãn.
2.3.1.2. Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
LSR là thiết bị sử dụng trong mạng MPLS để chuyển các gói tin bằng thủ tục
phân phối nhãn. Có một số loại LSR cơ bản như: LSR biên, LSB lõi, ATM – LSR
2.3.1.3. Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn
LSFT (Lable Switch Forwarding Table) là bảng chuyển tiếp nhãn có chứa thông
tin về nhãn đầu vào, nhãn đầu ra, giao diện đầu ra và địa chỉ bước nhảy tiếp theo.
2.3.1.4. Lớp chuyển tiếp tương đương FEC
Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forward Equivalent Class) là khái niệm
được dùng để chỉ một nhóm các gói được xử lý như nhau qua mạng MPLS ngay cả khi
có sự khác biệt giữa các gói tin này thể hiện trong tiêu đề lớp mạng.
Một nhóm gói tin IP có thể chuyển trên cùng một đường LSP với cùng tiêu đề
nhãn.
Hình 2.4. Minh họa lớp chuyển tiếp tương đương
GVHD: …………………… Trang 11

2.3.1.5. Bảng cơ sở dữ liệu nhãn
Mỗi lớp chuyển tiếp tương đương yêu cầu một nhãn riêng biệt. LIB là bảng liệt
kê các FEC với các nhãn tương ứng của chúng.
2.3.2. Thành phần điều khiển MPLS
Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn chịu trách nhiệm phân bổ thông tin
định tuyến giữa các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn. Sử dụng để chuyển đổi các

thông tin định tuyến thành cơ sở dữ liệu trong bảng chuyển tiếp. Sự khác biệt lớn nhất
so với các kiến trúc định tuyến truyền thống là phương pháp tạo ra một bảng cơ sở dữ
liệu trong thành phần chuyển tiếp chứa liên kết các nhãn ra với các bước nhảy kế tiếp.
Hình 2.5. Cấu trúc thành phần điều khiển
2.3.2.1. Các phương pháp điều khiển gán nhãn
Để duy trì bảng định tuyến, thành phần điều khiển thực hiện điều khiển thủ tục
gán các nhãn vào các FEC để tạo ra các liên kết nhãn. Thành phần điều khiển cung cấp
hai kiểu gán nhãn tới bảng chuyển tiếp là: gán nhãn cục bộ và gán nhãn từ xa. Kiểu
gán nhãn cục bộ được thực hiện trên chính bộ định tuyến chuyển mạch nhãn. Kiểu gán
nhãn từ xa, liên kết nhãn với các FEC được điều khiển bởi bộ định tuyến LSR khác.
Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn sử dụng cả hai kiểu gán liên kết nhãn
để xây dựng nên bảng định tuyến và có thể thực hiện theo hai phương pháp: phương
pháp gán nhãn đường xuống và phương pháp gán nhãn đường lên.
Hình 2.6. Điều khiển thông tin gán nhãn
GVHD: …………………… Trang 12

Trong phương pháp gán nhãn đường xuống, các nhãn cục bộ được sử dụng gán
cho các lưu lượng lối vào và các nhãn cấp phát từ xa cho các lưu lượng lối ra. Mỗi
nhãn mang trong gói tin lối vào trong một FEC được tạo ra theo hướng đi của luồng
lưu lượng. Tuy nhiên, thông tin liên kết nhãn lại đi ngược lại từ bộ định tuyến phía
dưới luồng lưu lượng tới bộ định tuyến phía trên.
Phương pháp gán nhãn đường lên đối ngược với phương pháp đường xuống về
khía cạnh thông tin lưu lượng gán nhãn và cùng chiều với gói tin gán nhãn.
2.3.2.2. Phân bổ thông tin điều khiển gán nhãn
Khi các LSR tạo hoặc hủy bỏ các liên kết nhãn và FEC, bộ định tuyến chuyển
mạch nhãn LSR cần thông tin tới các LSR khác về liên kết nhãn này. Phân bổ thông
tin điều khiển gán nhãn có thể thực hiện theo một trong hai cách:
- Mang bởi các giao thức định tuyến: Tiếp cận này gắn chặt quá trình phân bổ
nhãn vào thông tin định tuyến, vì vậy thông tin liên kết nhãn sẽ gắn với thông tin định
tuyến. Điều này cho phép quy trình xây dựng bảng chuyển tiếp được thống nhất vì

thông tin liên kết nhãn và thông tin về bước nhảy kế tiếp luôn cùng được yêu cầu cho
một khoản mục trong bảng chuyển tiếp.
- Sử dụng giao thức phân bổ nhãn riêng: Tiếp cận này được sử dụng khi các giao
thức định tuyến không giải quyết được các nhược điểm đã nêu trên. Tuy nhiên, nhược
điểm lớn nhất khi sử dụng giao thức này là không đồng bộ được thông tin về bước
nhảy kế tiếp và liên kết nhãn lối ra. Việc triển khai thêm giao thức sẽ kéo theo độ phức
tạp của hệ thống tăng lên
Nhược điểm: Các thông tin định tuyến được phân bổ bởi các giao thức định
tuyến có thể không phù hợp với thông tin liên kết nhãn. Khó khăn trong việc mở rộng
các giao thức định tuyến để mang thêm thông tin.
2.3.2.3. Thiết lập đường chuyển mạch nhãn LSP
Đường chuyển mạch nhãn là tuyến tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS
dùng để chuyển tiếp gói của một FEC nào đó sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. MPLS
cung cấp hai cơ chế thiết lập đường dẫn:
- Định tuyến từng bước/điều khiển độc lập: Mỗi bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
sử dụng một giao thức định tuyến có sẵn như OSPF (Open Shortest Path Fiest) hoặc
PNNI (Private Network to Network Interface) để lựa chọn độc lập bước nhảy kế tiếp
cho FEC. Phương pháp này cho phép thời gian hội tụ và thời gian thiết lập đường
chuyển mạch nhãn nhanh, do quá trình liên kết nhãn có thể thiết lập và phát hành từ
LSR vào bất cứ thời gian nào.
GVHD: …………………… Trang 13

- Định tuyến hiện/điều khiển theo yêu cầu: Phương pháp này cung cấp các dịch
vụ phân biệt trên các luồng lưu lượng theo mức dịch vụ hoặc phương pháp quản lý
mạng. Ở phương pháp này cần phải có thời gian chờ bản tin truyền tới tất cả các nút
dọc tuyến mà LSP có thể thiết lập, nhưng chính điều này lại hỗ trợ tốt cho vấn đề điều
khiển lưu lượng và chống vòng lặp. Hơn nữa, có thể tồn tại hai đường dẫn chuyển
mạch tách biệt qua mạng mà không ảnh hưởng tới cấu trúc hoặc các vấn đề liên quan
đến điều hành trong mạng.
GVHD: …………………… Trang 14


CHƯƠNG III: CHUYỂN MẠCH ĐA GIAO THỨC TRONG
MẠNG THẾ HỆ SAU
3.1. Những vấn đề cơ bản của công nghệ MPLS
Sự phát triển nhanh chóng các dịch vụ IP và sự bùng nổ của Internet hiện nay đã
dẫn đến một loạt sự thay đổi trong nhận thức cũng như kinh doanh của các nhà khai
thác. Giao thức IP thống trị toàn bộ các giao thức lớp 3. Hệ quả là tất cả các xu hướng
phát triển đều hướng vào IP, lưu lượng lớn nhất hiện nay trên mạng trục hầu hết đều là
lưu lượng IP, dẫn đến các công nghệ lớp dưới đều có xu hướng hỗ trợ các dịch vụ IP.
Nhu cầu thị trường cấp bách cho mạng tốc độ cao và chi phí thấp là cơ sở cho một loạt
các công nghệ mới trong đó có MPLS.
3.2. Nguyên tắc chuyển mạch nhãn đa giao thức
Lớp chuyển tiếp tương đương cho một gói được xác định bằng một hoặc nhiều
tham số do người quản trị mạng chỉ định. Cơ chế chuyển tiếp của MPLS được thực
hiện bằng cách tra cứu trong một bảng LIB đã được định nghĩa trước (ánh xạ giữa các
giá trị nhãn và các địa chỉ của bước tiếp theo). Các gói tin được gửi có thể cùng bộ
định tuyến biên vào và ra nhưng lớp chuyển tiếp tương đương khác nhau. Khi đó
chúng được đánh nhãn khác và có thể được vận chuyển qua mạng theo các đường
chuyển mạch khác nhau.
Về cơ bản, MPLS phân lưu lượng vào thành các loại lớp chuyển tiếp tương
đương. Lưu lượng thuộc một lớp chuyển tiếp tương đương sẽ được chuyển qua mạng
MPLS theo một đường chuyển mạch nhãn. Từng gói dữ liệu sẽ được xem như thuộc
một lớp chuyển tiếp tương đương bằng việc sử dụng các nhãn cục bộ. Một bộ định
tuyến chuyển mạch nhãn phải biết rõ đường chuyển mạch nhãn cho một lớp chuyển
tiếp tương đương, phải dành một nhãn đến cho đường chuyển mạch nhãn tương ứng
và phải thông báo nhãn đó cho các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn khác gửi gói
thuộc lớp chuyển tiếp tương đương này.
GVHD: …………………… Trang 15

MPLS thực hiện bốn bước như hình sau để chuyển gói tin qua một mạng MPLS:

Hình 3.1. Hoạt động chuyển gói tin qua mạng MPLS
 Bước 1: Báo hiệu
Với bất kì loại lưu lượng nào vào mạng MPLS, các bộ định tuyến sẽ xác định
một liên kết giữa nhãn với lớp chuyển tiếp tương đương của lưu lượng đó. Sau đó mỗi
bộ định tuyến sẽ tạo các mục trong bảng cơ sở dữ liệu thông tin nhãn LIB. Tiếp đó,
MPLS thiết lập một đường chuyển mạch nhãn LSP và các tham số về chất lượng dịch
vụ của đường đó. Để thực hiện việc này, cần phải có hai giao thức cho phép trao đổi
thông tin giữa các bộ định tuyến là:
- Giao thức định tuyến bên trong một miền để trao đổi các thông tin về đường đi.
- Giao thức phân bổ nhãn.
Giao thức định tuyến cho phép xác định cấu trúc cũng như tình trạng hoạt động
hiện thời của mạng. Dựa vào các thông tin đó, một đường chuyển mạch nhãn có thể
gán cho một lớp chuyển tiếp đương đương. Như vậy, giao thức định tuyến phải có khả
năng thu thập và sử dụng thông tin để hỗ trợ các yêu cầu chất lượng dịch vụ của lớp
chuyển tiếp tương đương.
Các nhãn được gán cho các gói tương ứng với lớp chuyển tiếp tương đương của
nó. Vì giá trị của nhãn chỉ mang tính cục bộ giữa hai bộ định tuyến kề nhau nên cần
phải có cơ chế đảm báo tính xuyên suốt giữa các bộ định tuyến trên cùng một đường
chuyển mạch nhãn nhằm thống nhất về việc liệt kê giá trị nhãn với lớp chuyển tiếp
tương đương. Như vậy, cần có một giao thức để phân bổ nhãn giữa các bộ định tuyến.
GVHD: …………………… Trang 16

 Bước 2: Dán nhãn
Khi một gói đến bộ định tuyến biên LER đầu vào, bộ định tuyến đầu vào sau khi
xác định các tham số chất lượng dịch vụ sẽ phân gói này vào một lớp chuyển tiếp
tương đương, tương ứng với một đường chuyển mạch nào đó. Sau đó, bộ định tuyến
biên LER gán cho gói này một nhãn phù hợp và chuyển tiếp gói dữ liệu vào trong
mạng. Nếu đường chuyển mạch nhãn chưa có sẵn thì MPLS phải thiết lập một đường
chuyển mạch mới.

 Bước 3: Vận chuyển gói dữ liệu
Sau khi gói đã vào trong mạng MPLS, tại mỗi bộ định tuyến chuyển mạch gói dữ
liệu sẽ được xử lý như sau:
- Bỏ nhãn các gói đến và gán cho chúng một nhãn mới ở đầu ra (hoán đổi nhãn).
- Chuyển gói dữ liệu đến bộ định tuyến chuyển mạch kế tiếp theo dọc đường
chuyển mạch nhãn.
 Bước 4: Tách nhãn
Bộ định tuyến biên LER ở đầu ra của miền MPLS sẽ cắt bỏ nhãn, phân tích tiêu
đề IP và chuyển tiếp gói dữ liệu đó đến đích.
3.3. Các giao thức cơ bản của MPLS
3.3.1. Giao thức phân bổ nhãn LDP
3.3.1.1. Khái quát về giao thức phân bổ nhãn LDP
Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói tin.
Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các bộ định tuyến chuyển mạch
nhãn sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình gán nhãn trên lớp chuyển tiếp tương
đương. Giao thức này là một tập hợp các thủ tục trao đổi các bản tin cho phép các LSR
sử dụng các giá trị nhãn thuộc lớp chuyển tiếp tương đương nhất định để truyền gói
tin. Giao thức phân phối nhãn LDP có những đặc trưng sau:
- LDP chạy trên giao thức TCP để đảm bảo độ tin cậy của các bản tin.
- LDP cung cấp các kỹ thuật phát hiện LSR để cho phép LSR tìm kiếm và thiết lập
truyền thông.
- LDP trao đổi các bản tin giữa các LSR bằng đơn vị dữ liệu giao thức PDU trong
đó chứa đối tượng TLV. Nó cho phép hỗ trợ thêm các chức năng và đặc tính mới và
tạo ra tính tương thích ngược đối với các giao thức định tuyến.
- LDP được thiết kế để dễ dàng mở rộng, sử dụng kiểu bản tin đặc biệt để thu thập
các đối tượng mã hóa TLV (kiểu, độ dài, giá trị).
GVHD: …………………… Trang 17

Các hoạt động cơ bản của LDP được chia thành 4 vùng sau:
- Phát hiện các LSR lân cận có hỗ trợ giao thức LDP.

- Thiết lập điều khiển giữa các LSR lân cận, đàm phán các khả năng và lựa chọn
thông tin.
- Phát hành và thu hồi nhãn.
3.3.1.2. Phương thức phân bổ nhãn của LDP
LDP có hai phương thức phân bổ nhãn: đường xuống theo yêu cầu và đường
xuống không theo yêu cầu. Trong cả hai trường hợp, nút đường xuống đều chịu trách
nhiệm phân bổ nhãn, nhưng phương thức phân bổ nhãn đường xuống không theo yêu
cầu nút đường xuống chỉ phân bổ nhãn khi có khả năng.
- Trong phương thức phân bổ nhãn theo yêu cầu, bộ định tuyến LSR đường
xuống gửi bản tin ánh xạ nhãn tới nút đường lên để yêu cầu gói tin gắn nhãn trên một
giao diện ra tới LSR đường xuống. Giao diện này được nhận dạng và nhãn yêu cầu
được mang trong bản tin.
- Với phương thức phân bổ nhãn không yêu cầu, bộ định tuyến đường lên lựa
chọn nhãn và cấp phát cho bộ định tuyến đường xuống.
3.3.1.3. Phương thức duy trì nhãn
Sau khi một bộ định tuyến đường lên LSR nhận được phát hành nhãn mới từ một
bộ định tuyến đường xuống, nó cần phải thay thế các nhãn trong bảng định tuyến
thông tin nhãn LFIB. Bộ định tuyến có hai sự lựa chọn: Duy trì nhãn cũ (duy trì nhãn
tiên tiến) hoặc loại bỏ nhãn cũ thay thế bằng nhãn mới (duy trì nhãn bảo thủ).
Nếu một LSR hỗ trợ phương thức duy trì nhãn tiên tiến, nó có thể duy trì liên kết
nhãn với các FEC và sử dụng khi cần. Việc này được thực hiện một cách tự động mà
không cần đến báo hiệu LDP hay quá trình phân bổ nhãn mới.
- Ưu điểm: Khả năng phản ứng nhanh hơn khi có sự thay đổi định tuyến. Phương
thức duy trì nhãn tiên tiến tương thích với phương thức phân bổ nhãn không theo yêu
cầu vì bảng cơ sở dữ liệu chuyển tiếp luôn có sẵn các nhãn để cấp phát cho bộ định
tuyến LSR đường xuống.
- Nhược điểm: Tiêu tốn bộ nhớ và không gian nhãn.
Khi LSR hoạt động ở chế độ duy trì nhãn bảo thủ, nó sẽ chỉ giữ những giá trị
nhãn/FEC mà nó cần tại thời điểm hiện tại, khi có yêu cầu liên kết nhãn từ các bộ định
tuyến đường xuống, các nhãn được cấp phát bằng cách thay thế nhãn cũ bằng nhãn

mới.
GVHD: …………………… Trang 18