NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ MẠNG RIÊNG ẢO TRÊN NỀN MPLS DỰA TRÊN MÔ HÌNH DIFFSERV

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG




NGÔ VĂN ĐỨC




NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO
CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ MẠNG RIÊNG ẢO
TRÊN NỀN MPLS DỰA TRÊN MÔ HÌNH DIFFSERV






LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT






Đà Nẵng - Năm 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG



NGÔ VĂN ĐỨC



NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO
CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ MẠNG RIÊNG ẢO
TRÊN NỀN MPLS DỰA TRÊN MÔ HÌNH DIFFSERV



Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử
Mã số : 60.52.70



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT



Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. PHẠM VĂN TUẤN

Đà Nẵng - Năm 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn



Ngô Văn Đức



MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục tiêu nghiên cứu 1
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 2
4. Phƣơng pháp nghiên cứu 2
5. Bố cục đề tài 2
CHƢƠNG 1: CÔNG NGHỆ MPLS VÀ MẠNG MPLS-VPN 3
1.1. GIỚI THIỆU CHƢƠNG 3
1.2. CÔNG NGHỆ MPLS 3
1.2.1. Các khái niệm cơ bản 3
1.2.2. Nhãn MPLS 5
1.2.3. Kiến trúc nút chuyển mạch nhãn 9
1.2.4. Hoạt động của MPLS 11

1.2.5. Phân bổ nhãn 14
1.2.6. Cơ chế gỡ nhãn ở chặng kế cuối PHP 16
1.2.7. Định tuyến 17
1.2.8. Một số ứng dụng cơ bản của MPLS 19
1.3. CÔNG NGHỆ MẠNG RIÊNG ẢO 21
1.3.1. Khái niệm mạng riêng ảo 21
1.3.2. Chức năng cơ bản 22
1.3.3. Các mô hình VPN 22
1.3.4. Phân loại VPN 25
1.4. MẠNG RIÊNG ẢO TRÊN NỀN MPLS (MPLS-VPN) 26
1.4.1. Các thành phần trong kiến trúc MPLS-VPN 26
1.4.2. Giao thức MP-BGP 32

1.4.3. Hoạt động của MPLS-VPN 34
1.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 37
CHƢƠNG 2: CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ (QoS) VÀ CÁC MÔ HÌNH
THỰC THI QoS 39
2.1. GIỚI THIỆU CHƢƠNG 39
2.2. TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG IP 39
2.2.1. Phân loại ứng dụng và dịch vụ 39
2.2.2. Khái niệm chất lƣợng dịch vụ 40
2.2.3. Các tham số chất lƣợng dịch vụ 40
2.2.4. Các bƣớc thực hiện QoS 40
2.3. CÁC CƠ CHẾ ĐẢM BẢO QoS 41
2.3.1. Phân loại gói 41
2.3.2. Đánh dấu 42
2.3.3. Quản lý nghẽn 42
2.3.4. Tránh lỗi 44
2.3.5. Lập chính sách và định hình lƣu lƣợng 46
2.4. CÁC MÔ HÌNH THỰC HIỆN QoS 47

2.4.1. Mô hình nỗ lực tối đa (Best Effort) 48
2.4.2. Mô hình dịch vụ tích hợp (IntServ) 48
2.4.3. Mô hình phân biệt dịch vụ (DiffServ) 53
2.4.4. So sánh hai mô hình IntServ và DiffServ 58
2.5. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH DIFFSERV TRONG MẠNG MPLS-VPN 59
2.5.1. Giới thiệu 59
2.5.2. Mô hình Uniform 61
2.5.3. Mô hình Pipe 62
2.5.4. Mô hình Short Pipe 63
2.6. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 64

CHƢƠNG 3: MÔ PHỎNG THỰC THI QoS MẠNG MPLS-VPN
DỰA TRÊN MÔ HÌNH DIFFSERV 65
3.1. GIỚI THIỆU CHƢƠNG 65
3.2. CÔNG CỤ THỰC HIỆN MÔ PHỎNG 65
3.2.1. Giới thiệu phần mềm mô phỏng 65
3.2.2. Các thiết bị phần cứng 67
3.3. KỊCH BẢN 1: MÔ PHỎNG CẤU HÌNH THỰC THI CÁC MÔ
HÌNH ĐƢỜNG HẦM DIFFSERV TRONG MPLS-VPN 67
3.3.1. Sơ đồ kết nối 67
3.3.2. Kịch bản mô phỏng 68
3.3.3. Khai báo cấu hình 70
3.3.4. Thực hiện và kết quả 75
3.4. KỊCH BẢN 2: THỰC THI QoS TRONG MẠNG MPLS-VPN DÙNG
THIẾT BỊ THỰC 81
3.4.1. Sơ đồ kết nối và kịch bản 81
3.4.2. Cấu hình cơ bản 83
3.4.3. Thực hiện và kết quả 84
3.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 90
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)
PHỤ LỤC



DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Thuật ngữ
Tiếng Anh

Tiếng Việt




A



ACL
Access Control List

Danh sách điều khiển truy nhập
ADSL
Asymmetric Digital Subscriber
Line

Đƣờng dây thuê bao số bất đối
xứng
AF

Assured Forwarding

Chuyển tiếp đảm bảo
AQM
Active Queue Management

Quản lý hàng đợi hoạt động
ARP
Address Resolution Protocol

Giao thức phân giải địa chỉ
ATM
Asychronous Transfer Mode

Phƣơng thức truyền tải không
đồng bộ
AToM
Any Transport over MPLS

Mọi giao vận qua MPLS
B



BA
Behavior Aggressive

Kết hợp hành vi
BGP
Border Gateway Protocol

Giao thức cổng biên
B-ISDN
Broadband ISDN

Mạng tích hợp đa dịch vụ băng
rộng
C



CBR
Constant Bit Rate

Tốc độ bit cố định
CBS
Committed Burst Size

Kích thƣớc bùng nổ cam kết
CBWFQ
Class-Based Weighted Fair
Queueing

Hang đợi cân bằn trọng số phân
lớp
CIR
Committed Information Rate

Tốc độ thông tin cam kết
CoS

Class of Service

Lớp dịch vụ
CR
Constrained Routing

Định tuyến ràng buộc
CR-LDP
Constrained Routing-LDP

Giao thức phân bổ nhãn-định
tuyến ràng buộc
CSPF
Constrained SPF

SPF ràng buộc
D



DiffServ
Differential Service

Dịch vụ phân biệt
DLCI
Data Link Connection Identifer

Nhận dạng kết nối liên kết dữ
liệu

DNS
Domain Name System

Hệ thông tên miền
DS
Different Service

Dịch vụ phân biệt
DSCP
Differential Service Code Point

Điểm mã dịch vụ phân biệt
DSL
Digital Subscriber Line

Đƣờng dây thuê bao số
E



ECN
Explicit Congestion
Notification

Thông báo tắc nghẽn hiện
EF
Expedited Forwarding

Chuyển tiếp nhanh
ER

Explicit Routing

Định tuyến hiện
ETSI
European Telecommunications
Standards Institute

Viện tiêu chuẩn viễn thông
châu âu
F



FEC
Fowarding Equivalence Class

Lớp chuyển tiếp tƣơng đƣơng
FIB
Forwarding Information Base

Bảng thông tin chuyển tiếp
FIFO
First In First Out

Hàng đợi vào trƣớc ra trƣớc
FQ
Fair Queueing

Hàng đợi cân bằng
FR

Frame Relay

Chuyển tiếp khung
FTP
File Transfer Protocol

Giao thức truyền file
G



GoS
Grade of Seviche

Cấp độ dịch vụ
GRE
Generic Routing Encapsulation

Đóng gói định tuyến chung
I



ICMP
Internet Control Message
Protocol

Giao thức bản tin điều khiển
Internet
IETF

Internet Engineering Task Force

Tổ chức tiêu chuẩn kỹ thuật
Internet
IGP
Interior Gateway Protocol

Giao thức định tuyến cổng nội
IntServ
Intergrated Service

Dịch vụ tích hợp
IP
Internet Protocol

Giao thức Internet
IPSec
IP Security Protocol

Giao thức an ninh Internet
ISP
Internet Service Provider

Nhà cung cấp dịch vụ Internet
ITU-T
International
Telecommunication Union

Hiệp hội viễn thông quốc tế

L



L2F
Layer 2 Forwarding

Giao thức chuyển tiếp lớp 2
L2TP
Layer 2 Tunneling Protocol

Giao thức đƣờng hầm lớp 2
LAN
Local Area Network

Mạng cục bộ
LDP
Label Distribution Protocol

Giao thức phân bổ nhãn
LER
Label Edge Router

Bộ định tuyến biên nhãn
LIB
Label Information Base

Cơ sở thông tin nhãn
LSP
Label Switched Path

Đƣờng dẫn chuyển mạch nhãn
LSR
Label Switch Router

Bộ định tuyến chuyển mạch
nhãn
M



MoS
Mean of Score

Điểm đánh giá trung bình
MPLS
Multiprotocol Label Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao
thức
MPLS-
VPN
VPN over MPLS

Mạng riêng ảo trên nền MPLS
MTU
Maximum Transfer Unit

Đơn vị truyền tải cực đại
N

NGN
Next Generation Network

Mạng thế hệ sau
O



OSI
Open System Interconnnection

Mô hình kết nối các hệ thống
mở
OSPF
Open Shortest Path First

Giao thức định tuyến đƣờng đi
ngắn nhất
P



PAP
Password Authentication
Protocol

Giao thức xác thực mật khẩu

PBS
Packet Burst Size

Kích thƣớc bùng nổ gói
PDU
Protocol Data Unit

Đơn vị dữ liệu giao thức
PHB
Per Hop Behavior

Hành vi bƣớc kế tiếp
PHP
Penultimate Hop Popping


Cơ chế gỡ nhãn ở chặng kế
cuối
PID
Protocol Identifier

Nhận dạng giao thức
PIR
Peak Information Rate

Tốc đô thông tin đỉnh

PPP
Point to Point Protocol

Giao thức điểm tới điểm
PPTP
Point to Point Tunneling
Protocol

Giao thức đƣờng hầm điểm tới
điểm
PQ
Priority Queueing

Hàng đợi ƣu tiên
PSTN
Public Switched Telephone
Network

Mạng chuyển mạch thoại công
cộng
Q



QoS
Quality of Service

Chất lƣợng dịch vụ
R



RD

Route Distinguisher

Trƣờng phân biệt tuyến
RED
Random Early Discarding

Loại bỏ gói sớm
RESV
Resevation

Bản tin dành trƣớc
RFC
Request for Comment

Tài liệu tiêu chuẩn của IETF
trên Internet
RSVP
Resource Resevation Protocol

Giao thức dành trƣớc tài
nguyên
RT
Route Target

Thuộc tính tuyến đích
S



SLA

Service Level Argreement

Thoả thuận mức dịch vụ
SPF
Shortest Path First

Thuật toán đƣờng đi ngắn nhất
srTCM
Single rate Three Color Marker

Bộ đánh dấu 3 màu tốc độ đơn
STM
Synchronous Transmission
Mode

Chế độ truyền dẫn đồng bộ
SVC
Signaling Virtual Circuit

Kênh ảo báo hiệu
T



TCA
Traffic Conditioning
Agreement

Thoả thuận điều kiện lƣu lƣợng
TCP

Transmission Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền tải
TE
Traffic Engineering

Kỹ thuật lƣu lƣợng
ToS
Type of Service

Kiểu dịch vụ
trTCM
Single rate Three Color Marker

Bộ đánh dấu 3 màu hai tốc độ
TTL
Time To Live

Thời gian sống


U



UBR
Undefined Bit rate

Tốc độ bit không định nghĩa
UDP

User Data Protocol

Giao thức dữ liệu ngƣời dùng
UNI
User Network Interface

Giao diện ngƣời dùng mạng
V



VC
Virtual Circuit

Kênh ảo
VCI
Virtual Circuit Identifier

Nhận dạng kênh ảo
VP
Virtual Path

Đƣờng ảo
VPI
Virtual Path Identifier

Nhận dạng đƣờng ảo
VPLS
Virtual Private LAN Service

Dịch vụ LAN riêng ảo
VPN
Virtual Private Network

Mạng riêng ảo
VRF
Vitual Routing and Forwarding

Bảng định tuyến và chuyển tiếp
ảo
W



WAN
Wide Area Network

Mạng diện rộng
WFQ
Weighted Fair Queueing

Hàng đợi cân bằng trọng số
WRED
Weighted Random Early
Discarding

Loại bỏ gói sớm theo trọng số
WRR
Weighted Round Robin

Quay vòng theo trọng số


DANH SÁCH CÁC BẢNG

Số hiệu
bảng
Tên bảng
Trang
1.1
Các giá trị trƣờng AFI và SAFI
33
2.1
Các lớp AF và khả năng rớt gói
57
2.2
So sánh hai mô hình DiffServ và IntServ
57
2.3
Ánh xạ giữa IPP/DSCP và EXP
59
3.1
Giá trị EXP đánh dấu lại tại P1.
68
3.2
Chính sách phân bổ băng thông tại ngõ ra của PE2
68
3.3
Kịch bản cấu hình QoS
81

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu
hình
Tên hình
Trang
1.1
Minh họa một miền MPLS
4
1.2
Cấu trúc nhãn MPLS
6
1.3
Ngăn xếp nhãn
7
1.4
Khung MPLS với PPP/Ethernet là lớp liên kết dữ liệu
7
1.5
Vị trí nhãn trong tế bào ATM
8
1.6
Các nhãn đặc biệt
9
1.7
Kiến trúc nút mạng MPLS
9

1.8
Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn
11
1.9
Hoạt động của MPLS
12
1.10
Hoạt động chuyển gói tin qua miền MPLS
14
1.11
Liên kết nhãn với LDP
16
1.12
Chuyển tiếp gói tin trong mạng MPLS dùng giao thức
LDP.
16
1.13
Chuyển tiếp gói tin không dùng cơ chế PHP.
17
1.14
Chuyển tiếp gói tin sử dụng cơ chế PHP.
17
1.15
Mô hình mạng VPN
21
1.16
Mô hình mạng overlay VPN trên Frame Relay
23
1.17
Mô hình mạng peer-to-peer VPN

25
1.18
Phân loại mạng riêng ảo VPN
25
1.19
Các thành phần cơ bản của MPLS-VPN
26
1.20
Chức năng của VRF
28
1.21
Trƣờng RD và địa chỉ VPNv4
29

1.22
Truyền thông tin định tuyến qua MPLS-VPN
31
1.23
Định dạng AFI/SAFI
33
1.24
Các giao thức trong mặt phẳng điều khiển
35
1.25
Minh họa hoạt động của mặt phẳng điều khiển
35
1.26
Minh họa hoạt động của mặt phẳng dữ liệu
37
2.1

Cơ chế quản lý nghẽn
41
2.2
Cơ chế xếp hàng FIFO
42
2.3
Cơ chế xếp hàng PQ
42
2.4
Cơ chế xếp hàng RB
42
2.5
Cơ chế xếp hàng WRR
43
2.6
Cơ chế tránh lỗi
44
2.7
Cơ chế RED
45
2.8
Cơ chế WRED
45
2.9
Cơ chế lập chính sách cho lƣu lƣợng
45
2.10
Cơ chế định hình cho lƣu lƣợng
46
2.11

Minh họa hoạt động của policing và sharping
46
2.12
Mô hình tích hợp dịch vụ IntServ
48
2.13
Nguyên lý hoạt động của RSVP
51
2.14
Cung cấp dịch vụ DiffServ
53
2.15
Phân loại lƣu lƣợng
53
2.16
Miền phân biệt dịch vụ DS
55
2.17
Vị trí của IPP và DSCP trong tiêu đề IP
55
2.18
Các vị trí thực hiện QoS trong mạng MPLS-VPN
58
2.19
Hoạt động của mô hình Uniform
61
2.20
Hoạt động của mô hình Pipe
62
2.21

Hoạt động của mô hình Short Pipe
63

3.1
Giao diện phần mềm Cisco IOU
65
3.2
Sơ đồ kết nối
66
3.3
Luồng lƣu lƣợng tại đầu phát
67
3.4
Phân tích gói tin tại PE1 trong mô hình Uniform
75
3.5
Phân tích hai gói tin liên tiếp tại CE2 trong mô hình
Uniform
75
3.6
Sự thay đổi thông tin DiffServ trong mô hình Uniform
76
3.7
Luồng lƣu lƣợng nhận đƣợc tại đầu thu trong mô hình
Uniform
76
3.8
Phân tích gói tin tại PE1 trong mô hình Pipe
77
3.9

Phân tích gói tin tại P2 trong mô hình Pipe
77
3.10
Phân tích gói tin tại CE2 trong mô hình Pipe.
78
3.11
Sự thay đổi thông tin DiffServ trong mô hình Pipe và
Short Pipe
78
3.12
Luồng lƣu lƣợng nhận đƣợc tại đầu thu trong mô hình
Pipe
79
3.13
Luồng lƣu lƣợng nhận đƣợc tại đầu thu trong mô hình
Short Pipe
79
3.14
Sơ đồ lab thực nghiệm
80
3.15
Sơ đồ mô phỏng
81
3.16
Băng thông tại card mạng đầu thu khi chỉ nhận luồng
Video.
81
3.17
Hình ảnh video tại đầu thu khi chƣa thực hiện QoS
84

3.18
Lƣu lƣợng TCP và UDP nhận tại đầu thu khi chƣa thực
hiện QoS
84
3.19
Hình ảnh video tại đầu thu khi thực hiện QoS
85

3.20
Lƣu lƣợng TCP và UDP nhận tại đầu thu khi thực hiện
QoS
85
3.21
Băng thông tại card mạng đầu thu.
86
3.22
Tốc độ bit tại đầu thu khi chỉ có lƣu lƣợng TCP trong
mạng
88

3.23
Đồ thị các tham số QoS
89





1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, với sự bùng nổ của Internet cùng với sự phát triển nhanh
chóng các ứng dụng chạy trên nền IP để đáp nhu cầu giải trí, trao đổi, chia sẻ
thông tin của ngƣời sử dụng ngày càng tăng, yêu cầu về chất lƣợng dịch vụ
ngày càng cao. Giao thức IP gần nhƣ giữ vai trò độc tôn ở lớp mạng.
Trƣớc sự gia tăng chóng mặt của số lƣợng ngƣời dùng và yêu cầu ngày
càng cao về băng thông, tốc độ nhanh, nhu cầu đa dạng và gia tăng về loại
hình dịch vụ, các kỹ thuật lƣu lƣợng dựa trên giao thức IP gặp nhiều hạn chế
và bất cập, trong bối cảnh đó công nghệ Chuyển mạch nhãn đa giao thức
(Multi-protocol Label Switching - MPLS) ra đời đã phần nào đó giải quyết
đƣợc các hạn chế bất cập trên. MPLS là một công nghệ lai kết hợp những đặc
điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 và chuyển mạch lớp 2 cho phép chuyển
tiếp các gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến tốt ở các mạng biên bằng
cách dựa vào nhãn (label). Mạng riêng ảo trên nền MPLS (MPLS-VPN) là
một trong những điểm thành công nhất đƣợc phát triển trên nền công nghệ
MPLS.
Ở nƣớc ta, cũng nhƣ trên thế giới, mạng MPLS-VPN đã và đang đƣợc
ứng dụng một cách rộng rãi. Tuy nhiên, việc triển khai các giải pháp đảm bảo
chất lƣợng dịch vụ ít đƣợc quan tâm đúng mức dẫn đến hiệu quả sử dụng tài
nguyên mạng không cao, nhất là ở khía cạnh khách hàng.
Nghiên cứu giải pháp đảm bảo chất lƣợng dịch vụ cho mạng MPLS-
VPN đang là yêu cầu cấp bách và là một trong các xu hƣớng nghiên cứu phổ
biến về công nghệ mạng băng rộng hiện nay.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu và thực hiện mô phỏng giải pháp thực hiện QoS mạng VPN
trên nền MPLS sử dụng mô hình DiffServ. Mô phỏng thực thi QoS trên thiết
2

bị thực với lƣu lƣợng thực qua đó đề xuất giải pháp ứng dụng trong môi
trƣờng thực tế.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Các công nghệ IP, MPLS, VPN, MPLS-VPN.
- Chất lƣợng dịch vụ (QoS) trong mạng băng rộng.
- Các mô hình đảm bảo QoS trong mạng IP và mạng MPLS-VPN.
- Các giải pháp triển khai QoS trong MPLS-VPN .
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu các tài liệu liên quan.
- Mô phỏng các giải pháp thực thi QoS.
- Cấu hình mô phỏng bằng các phần mềm mô phỏng Cisco IOU và trên
các thiết bị thực của Cisco.
- Chạy mô phỏng và đánh giá kết quả.
5. Bố cục đề tài
Bố cục luận văn chia làm 3 chƣơng:
- Chƣơng 1. Công nghệ MPLS và mạng MPLS-VPN
- Chƣơng 2. Chất lƣợng dịch vụ (QoS) và các mô hình thực thi QoS.
- Chƣơng 3. Mô phỏng thực thi QoS trong mạng MPLS-VPN dựa
trên mô hình DiffServ


3


CHƢƠNG 1
CÔNG NGHỆ MPLS VÀ MẠNG MPLS-VPN
1.1. GIỚI THIỆU CHƢƠNG
Chuyển mạch đa giao thức MPLS (Multiprotocol Label Switching)
đƣợc IETF giới thiệu vào năm 1997 và nhanh chóng phổ biến và trở thành

công nghệ chủ đạo tại lớp chuyển tải trong các mạng lõi hiện nay. Mạng riêng
ảo trên nền MPLS (MPLS-VPN) là một trong những ứng dụng quan trọng và
phổ biến nhất của phát triển trên nền công nghệ MPLS.
Chƣơng này sẽ trình bày một cách tổng quan về các khái niệm, nguyên
lý hoạt động đặc điểm và một số vấn đề kỹ thuật và các ứng dụng cơ bản của
công nghệ MPLS và giải pháp mạng MPLS-VPN.
1.2. CÔNG NGHỆ MPLS
1.2.1. Các khái niệm cơ bản
a. Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR – Label Switching Router)
LSR là bộ định tuyến có hổ trợ MPLS, có khả năng nhận biết và chuyển
tiếp gói tin dựa trên giá trị nhãn mà chúng mang theo. LSR tham gia thiết lập
các đƣờng dẫn chuyển mạch nhãn (LSP) bằng việc sử dụng giao thức báo
hiệu nhãn thích hợp và thực hiện chuyển mạch lƣu lƣợng dựa trên các đƣờng
dẫn đƣợc thiết lập. Có 3 loại LSR trong mạng MPLS:
- LSR ngõ vào (ingress LSR): Nhận gói chƣa có nhãn, chèn nhãn vào
trƣớc gói và thực hiện chuyển tiếp gói đã dán nhãn.
- LSR ngõ ra (egress LSR): Nhận các gói đƣợc dán nhãn, loại bỏ nhãn và
thực hiện chuyển tiếp gói đã loại bỏ nhãn.
Ingress LSR và Egress LSR là các edge LSR (LSR biên)
4


- LSR trung gian (Intermediate LSR): các LSR trung gian này sẽ nhận
các gói đã dán nhãn, thực hiện hoán đổi nhãn và chuyển tiếp gói với
nhãn mới.
b. Miền MPLS (MPLS Domain)
Một tập hợp các LSR kề nhau trong cùng một miền định tuyến hay quản
trị tạo thành một miền MPLS. Trong miền MPLS, các gói tin đƣợc dán nhãn
đƣợc chuyển mạch theo nhãn của chúng. Một miền MPLS có thể kết nối tới
một nút ở ngoài thuộc miền MPLS khác hay một miền thuần IP. Một miền

MPLS cũng có thể đƣợc gọi là một mạng MPLS (MPLS Network).

Hình 1.1 Minh họa một miền MPLS [10]
c. Đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP – Label Switching Path)
LSP là một đƣờng đi để gói tin qua mạng chuyển mạch nhãn trọn vẹn từ
điểm bắt đầu dán nhãn (ingress LSR) đến điểm nhãn bị loại bỏ khỏi gói tin
(egress LSR). Tất cả các gói tin có cùng giá trị nhãn sẽ đi trên cùng một
đƣờng. Các LSP đƣợc thiết lập trƣớc khi truyền dữ liệu. Việc thiết lập LSP có
thể đƣợc thực hiện bằng một trong ba cách là định tuyến từng chặng, định
tuyến hiện hay định tuyến ràng buộc.
LSP từ đầu tới cuối đƣợc gọi là đƣờng hầm LSP (LSP Tunnel), nó là
chuỗi liên tiếp các đoạn LSP giữa hai nút liền kề nhau.
d. Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC–Forwarding Equivalence
Class)
5


MPLS không ra quyết định chuyển tiếp đối với mỗi gói lớp 3 mà sử
dụng khái niệm FEC. Có thể hiểu FEC là một nhóm các gói chia sẻ cùng một
yêu cầu chuyển tiếp qua mạng. Tất cả các gói trong nhóm nhƣ vậy đƣợc cung
cấp cùng một cách chọn đƣờng tới đích. Tất cả các gói thuộc cùng một FEC
có cùng một nhãn. Tuy nhiên, không phải tất cả các gói có chung nhãn thì
cùng thuộc về một FEC vì giá trị EXP của chúng có thể khác nhau do vậy nhu
cầu chuyển tiếp có thể khác nhau. Dựa trên FEC, nhãn đƣợc thỏa thuận giữa
các LSR lân cận từ lối vào tới lối ra trong một vùng định tuyến, sau đó đƣợc
sử dụng để chuyển tiếp lƣu lƣợng qua mạng.
Khác với chuyển tiếp IP truyền thống, trong MPLS, việc gán gói tin cụ
thể vào một FEC chỉ đƣợc thực hiện một lần khi các gói vào mạng tại lối vào
(ingress-LSR).
Các ví dụ về các FEC:

- Các gói tin có địa chỉ IP đích khớp với một prefix trong bảng định
tuyến.
- Các gói multicast thuộc về một nhóm.
- Các gói chung một mức ƣu tiên hay cùng một giá trị DSCP.
- Các gói có địa chỉ IP đích khớp với các BGP prefix (các BGP route)
trong bảng định tuyến có chung một next-hop.
1.2.2. Nhãn MPLS
Khái niệm quan trọng nhất trong MPLS là nhãn (label). MPLS định
nghĩa nhãn nhƣ là “một thực thể có chiều dài cố định, đƣợc sử dụng để nhận
dạng một FEC, và thƣờng chỉ có ý nghĩa cục bộ”.
a. Cấu trúc nhãn MPLS
Một nhãn MPLS gồm 32 bit và có cấu trúc nhƣ hình sau:
6


Tiêu đề lớp LKDL MPLS shim Tiêu đề lớp mạng Dữ liệu lớp mạng
Label Exp BS TTL
32 bit
20 bit 3 bit 1 bit 8 bit

Hình 1.2 Cấu trúc nhãn MPLS [1]
Trong đó:
- Label: Trƣờng nhãn 20 bit. Là giá trị của nhãn.
- EXP (Experimental): 3 bit, trƣờng này thƣờng sử dụng trong
trƣờng hợp thực thi QoS để chỉ thị CoS.
- BoS (Bottom of Stack): 1 bit, dùng để chỉ thị xem nhãn này có phải
là nhãn cuối trong ngăn xếp nhãn hay chƣa. BoS= 1 khi đây là nhãn
cuối cùng của ngăn xếp, BoS=0 với các nhãn khác.
- TTL (Time to live TTL): 8 bit, thƣờng là bản sao trực tiếp từ tiêu đề
gói IP để chống vòng lặp vô hạn.

b. Ngăn xếp nhãn (Label Stack)
Một gói có thể có nhiều nhãn, đƣợc chứa trong ngăn xếp nhãn. Tại mỗi
chặng trong mạng chỉ có nhãn trên cùng đƣợc kiểm tra. LSR sử dụng nhãn để
chuyển tiếp các gói trong mặt phẳng dữ liệu, các nhãn này trƣớc đó đƣợc chỉ
định và phân bổ trong mặt phẳng điều khiển. Hai ví dụ ứng dụng ngăn xếp
của MPLS là MPLS VPN và AToM
7



Hình 1.3 Ngăn xếp nhãn
Trong ngăn xếp nhãn ở hình trên chỉ là rằng bit BoS là 0 đối với tất cả
các nhãn, trừ nhãn ở đáy với giá trị bit BoS là 1.
Nếu ngăn xếp nhãn của gói có độ sâu m, nhãn tại đáy của ngăn xếp đƣợc
xem nhƣ là nhãn mức 1, nhãn trên nó là nhãn mức 2, và nhãn trên cùng là
nhãn mức m.
c. Vị trí nhãn trong gói tin
Vị trí của nhãn đặt trong gói tin tùy thuộc vào giao thức lớp liên kết dữ
liệu mà gói đang sử dụng:
 Giao thức PPP hay Ethernet: Tiêu đề nhãn đƣợc chèn vào giữa các tiêu
đề lớp 3 và lớp 2 của gói tin nhƣ hình 1.4.
Tiêu đề PPP Tiêu đề Shim Tiêu đề lớp 3
Nhãn
Tiêu đề MAC Tiêu đề Shim Tiêu đề lớp 3
Gói PPP
Gói Ethernet

Hình 1.4 Khung MPLS với PPP/Ethernet là lớp liên kết dữ liệu [1]
Do vị trí đặt này mà MPLS có thể đƣợc xem là hoạt động ở lớp 2.5
trong mô hình tham chiếu OSI và nhãn còn gọi là tiêu đề shim.

- Giao thức ATM và Frame Relay có thể mang nhãn nhƣ một phần tiêu đề
8


của lớp liên kết. Với ATM, nhãn có thể mang trong trƣờng VPI và VCI
của tiêu đề. Còn với Frame Relay, nhãn có thể mang trong trƣờng DLCI
(Data Link Connection Identifier) của tiêu đề khung.
Tiêu đề IP Dữ liệu
Tiêu đề Shim Tiêu đề IP Dữ liệu
VPI/VCI Dữ liệu VPI/VCI Dữ liệu
Gói IP
Tạo nhãn
Tế bào ATM
…

Hình 1.5 Vị trí nhãn trong tế bào ATM [1].
d. Các nhãn đặc biệt
- Nhãn Implicit-null hay POP: Nhãn này đƣợc gán khi nhãn trên cùng
(topmost label) của gói MPLS đến bị bóc ra và gói MPLS hay IP đƣợc
chuyển tiếp tới trạm kế cuối xuôi dòng. Giá trị của nhãn này là 3.
- Nhãn Explicit-null: đƣợc gán để giữ giá trị EXP cho nhãn trên cùng của
gói đến. Nhãn trên đƣợc hoán đổi với giá trị 0 và chuyển tiếp nhƣ một gói
MPLS tới trạm kế cuối xuôi dòng. Nhãn này sử dụng khi thực hiện QoS
với MPLS.
- Nhãn Aggregate: với nhãn này, khi gói MPLS đến nó bị bóc tất cả nhãn
trong chồng nhãn ra để trở thành một gói IP và thực hiện tra cứu trong FIB
để xác định giao tiếp ngõ ra cho nó.
- Untagged: gói MPLS đến đƣợc chuyển thành một gói IP và chuyển tiếp
đến đích. Nó đƣợc dùng trong thực thi MPLS VPN.
9

Hình 1.6 Các nhãn đặc biệt
1.2.3. Kiến trúc nút chuyển mạch nhãn
Điểm đặc biệt trong kiến trúc của MPLS là chức năng điều khiển lớp
mạng đƣợc tách biệt với hoạt động chuyển tiếp gói tin. Một nút của MPLS có
hai mặt phẳng độc lâp: mặt phẳng chuyển tiếp và mặt phẳng điều khiển MPLS.
Hình sau mô tả kiến trúc cơ bản của một nút MPLS

Hình 1.7 Kiến trúc nút mạng MPLS