tìm hiểu mpls - chuyển mạch nhãn đa giao thức - và ứng dụng

1
Nhn xét


















Ch kí ca giáo viên hng dn
2
i cm n
Em xin chân thành cám n các thy cô giáo trong khoa, c bit là Thc s Phm
n Nam ã giúp  và ch dn em thc hin  tài này.
Do s hn ch v kin thc và thi gian, trong quá trình thc tp còn nhiu thiu
sót, kính mong các thy cô giáo ch dn  tài c hoàn thin.
Em xin chân thành cám n!
Nha Trang, ngày tháng nm 2008
Sinh viên thc hin
Cn Th Phng

3
c lc
Nhn xét 1
Li cm n 2
Mc lc 3
Li mu 7
Gii thiu  tài 8
Phn 1: GII THIU C BN V MPLS 9
Chng 1: CÁC KHÁI NIM C BN 9
1.1. nh ngha MPLS 9
1.2. Các giao thc tin MPLS 9
1.3. Li ích ca MPLS 9
1.3.1. S dng mt c s h tng mng thng nht 10
1.3.2. Tt hn s tích hp IP vi ATM 10
1.3.3. Không s dng giao thc BGP trong lõi MPLS 11
1.3.4. Mô hình peer-to-peer cho MPLS VPN 11
a) Mô hình Overlay VPN 11
b) Mô hình peer-to-peer VPN 12
1.3.5. iu khin lu lng ti u 13
1.3.6. Traffic engineering (k thut lu lng) 13
1.4. Lch s ca mng MPLS 15
Chng 2: KIN TRÚC MPLS 16
2.1. Gii thiu nhãn MPLS 16
2.2. MPLS và mô hình OSI 17
2.3. Label Switch Router 18
2.4. Label Switched Path 18
2.5. Forwarding Equivalence Class (FEC) 19
2.6. Phân phi nhãn 19
2.6.1. Cõng nhãn trên mt giao thc nh tuyn IP ang tn ti 19
2.6.2. Có mt giao thc phân phi nhãn riêng 20

2.7. Phân phi nhãn s dng LDP 20
2.8. Label Forwarding Instance Base 21
2.9. MPLS payload (loi lu lng MPLS truyn-trng ti) 21
2.10. MPLS Label Spaces(không gian nhãn MPLS) 22
2.11. Các ch MPLS 22
2.11.1. Ch label distribution 22
2.11.2. Ch label retention 23
2.11.3. Ch label control 23
Chng 3: CHUYN TIP GÓI C GÁN NHÃN 24
3.1. Chuyn tip mt gói c gán nhãn 24
3.1.1. Các thao tác nhãn 24
3.1.2. S khác nhau gia tra cu IP và tra cu nhãn 24
3.1.3. Cân bng ti gia các gói c gán nhãn 26
3.1.4. Nhãn vô danh 27
3.2. Các nhãn ã c dành riêng 27
3.2.1. Nhãn implicit NULL 27
4
3.2.2. Nhãn explicit NULL 28
3.2.3. Nhãn cnh báo cho router (alert label) 29
3.2.4. Nhãn cnh báo cho OAM (Operation And Maintenace)(OAM alert
label) 29
3.3. Các nhãn không dành riêng 29
3.4. TTL trong nhãn 29
3.4.1  x ca TTL trong trng hp IP-to-Label hoc Label-to-IP 30
3.4.2  x ca TTL trong trng hp Label-to-Label 30
3.4.3 Ht hiu lc TTL 31
3.5. MPLS MTU 33
3.6. Phân mnh gói MPLS 34
3.7. Path MTU Discovery 34
Chng 4: GIAO THC PHÂN PHI NHÃN (LDP) 36

4.1. Quá trình x lý ca LDP 36
4.1.1. Tìm các LSR chy LDP 36
4.1.2. Thit lp và duy trì phiên 37
4.1.3. Các thông ip qung bá (label advertisement) 39
4.1.4. Các cnh báo (Notifiaction) qun lý phiên LDP 39
4.2. Phiên LDP targeted (phiên LDP c thit lp t xa) 39
4.3. Xác thc i vi LDP 40
4.4. iu khin vic qung bá nhãn ca LDP 41
4.5. Lc label binding i v trong MPLS LDP 41
4.6. Tng cu hình LDP 42
4.7. Sng b gia MPLS LDP và IGP 42
4.8. Bo v phiên LDP 44
Chng 5: H TR CISCO EXPRESS FORWARDING (CEF) CA CISCO IOS
46
5.1. Khái nim CEF 46
5.2. Các phng thc chuyn mch gói ca Cisco 46
5.2.1. Chuyn mch tin trình 46
5.2.2. Fast switching 46
5.2.3. Chuyn mch CEF 47
5.3. S cn thit CEF i vi MPLS 47
Phn 2: CÁC NG DNG MPLS 48
Chng 1: K THUT LU LNG TRONG MPLS (MPLS Traffic Engineering)
48
1.1. Khái nim MPLS TE 48
1.2. S cn thit ca MPLS TE 48
1.3. Tng quan x lý ca MPLS TE 50
1.4. Phân phi thông tin TE 52
14.1. S m rng OSPF cho TE 53
1.4.2. Làm lt bi IGP 55
1.5. Tính toán và thit lp ng 57

1.5.1. nh tuyn và chi phí ca mt TE LSP 57
1.5.2. Hai loi metric ca TE 59
1.6. PCALC hay CSPF 59
1.7. RSVP 60
1.8. Bo v và khôi phc 63
5
Bo v link 63
1.9. Hng lu lng xung ng hm TE 65
1.9.1. nh tuyn tính 65
1.9.2. nh tuyn da trên chính sách 65
1.9.3. S dng autoroute announce 66
1.9.4. S dng forwarding adjacency 66
1.9.5. ng lu lng AToM trên ng hm 66
1.9.6. Phân lp ng hm 66
1.10. Cân bng ti 66
1.11. MPLS TE và MPLS VPN 67
1.11.1. ng hm gia hai router PE 67
1.11.2. ng hm có tailend là P router 67
1.11.3. nh tuyn t VRF n ng hm 67
Chng 2: MPLS VPN 69
2.1. nh ngha VPN và MPLS VPN 69
2.2. nh tuyn MPLS VPN 70
2.3. Kin trúc ca MPLS VPN 71
2.3.1. Virtual Routing and Forwarding Table (VRF) 71
2.4. Lan truyn tuyn vpnv4 trong mng MPLS VPN 75
2.5. Chuyn tip gói trong mng MPLS VPN 76
2.6. BGP 77
2.6.1. BGP mang nhãn 78
2.6.2. Chuyn tip gói 78
2.7. Giao thc nh tuyn s dng gia PE và CE 79

2.7.1. Tuyn ng ni trc tip (connected route) 80
2.7.2. nh tuyn tnh 80
2.7.3. RIP 81
2.7.4. OSPF 81
a) Cu hình OSPF VRF 81
b) Lan truyn metric OSPF 82
c) Truyn thông m rng BGP cho OSPF 82
d) Thit k mng OSPF 83
e) Sham link 83
f) Down bit và Domain tag 85
2.7.5. EIGRP 87
a) Cu hình 88
b) Pre-Bestpath POI 88
c) EIGRP PE-CE vi backdoor link 89
2.8. SOO 90
2.9. Truy cp ti VRF 92
Chng 3: THC HIN QoS TRONG MPLS 93
3.1. Tng quan QoS 93
3.2. DiffServ vi gói IP 93
3.3. DiffServ vi gói MPLS 95
3.4. Các mô hình ng hm ca DiffServ 95
3.4.1. Mô hình ng ng (Pipe Model) 95
3.4.2. Mô hình ng ng ngn (Short Pipe Model) 96
3.4.3. Mô hình uniform (uniform model) 96
6
3.4.4. Li ích ca các mô hình DiffServ Tunneling 96
3.4.5. Thc hin ba mô hình DiffServ Tunneling 97
3.5. Thay i gói 98
3.6. Các câu lnh cho MPLS QoS 101
3.7. TE vi QoS 104

3.8. Cu hình DS-TE 105
3.9. Hng lu lng DS-TE xung ng hm 107
Chng 4 : GII THIU GNS3 VÀ CÁC VÍ D MÔ PHNG 110
4.1. Gii thiu GNS3 110
4.2. Các ví d mô phng 111
4.2.1. Bài mô phng 1: Mng MPLS c bn 111
a)Topology ca mng 111
b)Kt qu thc hin 111
c)ánh giá 112
4.2.2. Bài mô phng 2: Mng MPLS TE vi cân bng ti 112
a)Topology ca mng 112
b)Kt qu thc hin 113
c)Nhn xét 114
4.2.3. Bài mô phng 3: Mng MPLS VPN c bn 115
a)Tolology mng 115
b)Kt qu thc hin 115
c)Nhn xét 115
Kt lun 117
1) Kt qut c 117
2) Hn ch và Hng phát trin ca  tài 117
Ph lc 119
1) Gii thích thut ng 119
2) Mã ngun các bài thc hành mô phng 120
Tài liu tham kho 130
7
i mu
S phát trin nhanh chóng các dch v IP và s bùng n Internet ã dn n
nhiu thay i trong nhn thc kinh doanh ca các nhà khai thác. Lu lng ln nht
hin nay là lu lng IP. Giao thc IP thng tr toàn b các giao thc lp mng, dn
ti xu hng phát trin các công ngh lp di u h tr cho IP. Nhu cu th trng

cp bách cho mng tc  cao vi chi phí thp là c s ra i mt lot các công ngh
mi, trong ó có MPLS.
Trong nhng nm gn ây, MPLS ã chng minh c tính ng dng thc tin
các tính nng vt tri ca nó so vi công ngh chuyn mch truyn thng khác nh
ATM và Frame Relay. Tp oàn Bu chính vin thông Vit Nam ã la chn
IP/MPLS làm công ngh cho lp chuyn ti mng NGN ang trin khai trên phm vi
toàn quc.
Tp oàn Cisco vi các thit b ca hã h tr rt tt cho công ngh mng
MPLS. Vì vy mc ích ca  tài là nghiên cu v mng MPLS nói chung và mt s
ng dng ca MPLS gm MPLS VPN, MPLS traffic-eng và MPLS QoS ng thi tìm
hiu v vic cu hình MPLS trên thit b router ca Cisco.
8
Gii thiu  tài
Hin này phn ln các k thut mi ra i vi mc ích là ci thin hiu nng ca
mng IP có sn. Công ngh MPLS ra i vi mc ích nh vy.
Trong gii hn  tài s cho thy nhng cái nhìn tng quát v mng MPLS, v
các ng dng MPLS VPN, MPLS Traffic-engineering, và MPLS QoS.  có th mô
phng v công ngh này, phn mm GNS3 là phn mm phát trin t NS3 vi GUI, s
dng các IOS tht s cho các dòng router ca Cisco, c s dng trong  tài.
 tài gm ba phn trong ó:
- Phn 1: Gii thiu c bn v MPLS: s cung cp các khái nim c bn v
MPLS, s qua v lch s, tr li câu hi ti sao công ngh này li c a
chung, nhãn MPLS là gì và c s dng nh th nào, cách chuyn tip các
gói gán nhãn, giao thc h tr phân phi nhãn vào gói IP, h tr CEF ca
Cisco IOS cho MPLS nh th nào.
- Phn 2: Các ng dng ca MPLS: phn này s gii thiu mt phn v k thut
u lng trong MPLS, cung cp các cht lng dch v trong MPLS và ng
dng MPLS i vi mng riêng o (VPN).Gii thiu v GNS3 và các ví d
mô phng: s cung cp thông tin c bn v GNS3 tó có th cài t và s
dng trong vic mô phng, các ví d mô phng s là các bài lab (thc hành)

 cu hình mt mng MPLS c bn, mt mng MPLS VPN, lab cho MPLS
TE cân bng ti không cùng chi phí.
9
Phn 1: GII THIU C BN V MPLS
Chng 1: CÁC KHÁI NIM C BN
1.1. nh ngha MPLS
MPLS là vit tt ca MultiProtocol Label Switching – chuyn mch nhãn a giao
thc, là phng thc c ci thin cho vic chuyn tip gói qua mng s dng thông
tin cha trong nhng nhãn ã c thêm vào gói IP.ây là công ngh lai kt hp gia
k thut chuyn mch tng 2 và k thut nh tuyn tng 3 làm tng hiu nng và tính
n nh cho mng.
Trong mng MPLS, các gói n c gán nhãn bi router Edge Label-Switched
(ELSR). Các gói c chuyn tip theo ng Label-Switched (LSP) nh các router
Label-Switched (LSR) da trên ni dung ca nhãn. Ti mi hop, LSR g nhãn và a
nhãn mi vào gói, ch cho gói hop k tip ca nó. n router ELSR u ra, nhãn c
g b và gói c hng i da vào a chích ca nó. Nh vy các router trong lõi
MPLS (LSR) ch làm mt chc nng chuyn mch tng 2, các router biên (ELSR) làm
chc nng nh tuyn tng 3 trong mng.
MPLS là công ngh mng làm vic vi bt kì giao thc tng mng nào nh Ipv4,
Ipv6, …. Trong phm vi  tài ch hng ti tìm hiu công ngh MPLS vi giao thc
Ipv4.
1.2. Các giao thc tin MPLS
K thut chuyn mch nhãn không phi là mi vì trc ây, giao thc ATM s
dng cell và Frame Relay s dng frame là hai giao thc ph bin ca WAN.i vi
Frame Relay, frame không có kích thc cnh, còn AMT thì các cell có kích thc
53 bytes. Có th gi frame, cell là “nhãn” trong mng Frame Relay và ATM. Trong
quá trình gói c chuyn i thì “nhãn” trong header là thay i, so vi hng gói IP
thì khác, gói IP sc chuyn i qua các hop vi a ch IP ích không i. MPLS
cng hng gói i mà không quan tâm n a ch IP ích.
1.3. i ích ca MPLS

Nhiu ý kin cho rng s dng MPLS là k thut u tiên em li tc  chuyn
mch tng 2 cho tng 3. Vì  chuyn mch IP thì phi tra cu vi bn bytes (Ipv4) 
quyt nh chuyn tip gói, trong khi chuyn mch nhãn ch cn tra cu giá tr nhãn.
10
Nhng nu s dng k thut application-specific intergrated circuits (ASICs) cho
chuyn mch gói thì tc  nhanh tng t nh tc  chuyn mch gói c gán
nhãn. Vì vy s không xét li ích trên là li ích riêng ch MPLS mi có, khi chy
MPLS trong mng các li ích ni bt nht cho mng nh sau:
1.3.1. S dng mt  s h tng mng thng nht
Ý tng ca MPLS là gán nhãn cho gói i vào da trên a chích hoc các
chun ã c cu hình trc và chuyn mch tt c lu lng qua mt  s h tng
chung. ây là li ích rt ln ca MPLS. Mt trong nhng lí do IP là giao thc mng
thng tr, nhiu k thut c truyn qua nó. Không ch d liu c truyn qua IP mà
tín hiu thoi cng c truyn qua.
S dng MPLS vi IP, có th m rng kh nng truyn. MPLS có th truyn
Ipv4, Ipv6, Ethernet, HDLC, PPP, và các k thut tng 2.
Frame tng 2 có thc bng qua backbone MPLS c gi là Any Transport
over MPLS (AToM). Router chuyn mch lu lng AToM không cn quan tâm ti
mà MPLS ang chuyên tr (MPLS payload), chúng ch cn chuyn mch lu lng ã
gán nhãn thông qua thông tin ca nhãn nh. AToM cho phép ngi cung cp dch
v có th cung cp dch v tng 2 cho khách hàng tng t nh trong mng không
cung cp MPLS.
Nh vy, ch cn duy nht mt c s h tng mng thng nht có th mang tt c
các loi lu lng ca khách hàng.
1.3.2. Tt hn s tích hp IP vi ATM
ATM ã c ví nh là giao thc u cui (end-to-end protocol), hoc giao thc
desktop-to-desktop, nhng nó không phi vy. Nó khá thành công, mc dù chc s
dng nh mt giao thc WAN trong lõi ca nhà cung cp dch v. Nhiu nhà cung cp
dch v cng ã trin khai IP backbone. Vic tích hp IP vi ATM không em li
nhiu li ích. Vì vy có nhiu gii pháp c  c chng hn AAL5, LAN

Emulation(LANE), Multiprotocol over ATM (MPOA), … nhng tt cu em li s
cng knh  thi hành và troubleshoot. Vì vy gii pháp tt hn là s dng MPLS trên
ATM. Nhng  thc thi, iu kin tiên quyt là switch ATM phi thông minh, chy
giao thc nh tuyn IP và giao thc phân phi nhãn (LDP).
11
1.3.3. Không s dng giao thc BGP trong lõi MPLS
Khi nhà cung cp dch v phi hng lu lng trong mng IP, mi router phi
kim tra a chích ca gói trong bng nh tuyn ca nó. Nu a chích ca gói
c hng i là external i vi mng nhà cung cp dch v, tt c các prefix IP này
phi có trong bng nh tuyn ca mi router. BGP mang các prefix external chng
hn nh prefix ca khách hàng hoc prefix ca Internet. Nh vy tt c các router
trong mng ca nhà cung cp phi chy BGP.
Trong MPLS, vic chuyn mt gói i là da vào vic tra cu nhãn ch không
phi a ch IP ích. Nhãn là thông tin c thêm vào gói nói cho các router trung gian
ng gói n úng egress LSR (egress router). Vì vy các router trong lõi không cn
bit n a ch IP ích  hng gói. Do ó không cn chy BGP trong các router lõi
ca mng nhà cung cp dch v.
Router biên ca mng MPLS vn cn thông tin va ch IP ích nên vn phi
chy BGP. Mi prefix BGP trên router MPLS u vào (ingress router) có a ch IP k
tip BGP tng ng hay a ch ca egress router. Bi vì mi router trong lõi chuyn
tip gói da trên nhãn MPLS c thêm vào, mà giá tr nhãn tng ng vi a ch IP
ca egress router nên tt c các router trong lõi phi bit va ch IP ca egress router
này. Nhim v này có thc hoàn thành bi bt kì mt giao thc nh tuyn interior
gateway chng hn OSPF hoc ISIS.
Chng hn, hin nay mt bng nh tuyn Internet y  có hn 150.000 tuyn
ng, nu tt c các router trong lõi phi chy BGP thì rt tn b nh, li rt phc tp.
Vì vy ch chy BGP  router biên s ti u hn.
1.3.4. Mô hình peer-to-peer cho MPLS VPN
VPN là mt mng gi lp mt mng riêng thông qua mt c s h tng chung.
Mng riêng yêu cu tt c các site ca khách hàng có th kt ni vi nhau và hoàn toàn

c lp vi các VPN khác. Nhà cung cp dch v có th trin khai hai mô hình VPN
sau  cung cp các dch v VPN n khách hàng ca nó:
a) Mô hình Overlay VPN
Trong mô hình này hoàn toàn không có snh tuyn xy ra gia các router
khách hàng vi router ca nhà cung cp. Kt qu là router ca nhà cung cp không bao
gi nhìn thy các tuyn ng ca khách hàng.
12
b) Mô hình peer-to-peer VPN
Trong mô hình peer-to-peer VPN, các router ca nhà cung cp cng tham gia vào
nh tuyn ca router khách hàng.
Trc khi MPLS tn ti, mô hình peer-to-peer VPN c s dng to nh tuyn
IP gia router khách và router ca nhà cung cp. Mô hình này cng yêu cu sc lp
gia các khách hàng.  thc hin có th dùng lc gói (danh sách iu khin truy cp-
access list)iu khin d liu n và i cho router khách. Cng có th dùng lc
tuyn  qung bá hay dng tuyn ng ang c qung bá n router khách. Hoc
cng có th dùng c hai cách cùng lúc.
Trc khi kt hp vi MPLS, mô hình overlay VPN c s dng rng rãi hn
mô hình peer-to-peer VPN. Mô hình peer-to-peer, vic thêm mt site khách hàng thì
yêu cu nhiu s thay i cu hình  ti nhiu site khác. S kt hp vi MPLS làm cho
vic thc hin mô hình peer-to-peer VPN d dàng hn. Vic thêm hay bt mt site ca
khách hàng c cu hình d dàng hn nên tn ít thi gian hn. Trong mng MPLS
VPN thì mt router khách hàng gi là customer edge (CE) router, s có ít nht mt
router ca nhà cung cp hay còn gi provider edge (PE) router tng ng.
m bo tính riêng t trong MPLS VPN, s dng VRF và d liu c
chuyn tip trong backbone là các gói c gán nhãn. Các VRF m bo thông tin ca
mi khách hàng s c gi riêng và MPLS trong backbone sm bo gói c
chuyn i da vào nhãn ch không phi là IP header.
Khi thêm mt site ca khách hàng trên PE router thì ch có các router tng ng
vi CE router ó là phi thêm vào. Không cn phi to thêm nhiu mch o nh mô
hình overlay VPN, cng không cn cu hình lc gói hay lc tuyn ng nh mô hình

peer-to-peer VPN trong mng IP. ây là li ích MPLS VPN cho nhà cung cp.
Mt li ích na cho nhà cung cp là ch cn mt link gia PE router và CE router.
Ch không phi nh mô hình overlay phi cung cp nhiu link hoc mch o gia các
site. Nên rt thun li cho vic d báo lu lng và bng thông yêu cu ca mt site.
Tuy vy cng có nhc im trong c hu ca mô hình peer-to-peer VPN so vi
overlay VPN là:
- Khách hàng phi chia snh tuyn vi nhà cung cp
- Thit b  biên ca nhà cung cp s phi hoàn thành nhiu nhim v hn.
13
1.3.5. iu khin lu lng ti u
Bi vì switch ATM và Frame Relay thc s là các thit b tng 2, vì vy các
router kt ni vi nhau qua các thit b này cn mch o gia chúng. Nu trong trng
hp yêu cu kt ni gia các site thì cn phi có mt mng li (full mesh) các mch
o, làm mng tr nên cng knh và tn kém. Ging nh Hình 1.1 di ây  CE1 ti
CE3 cn i qua CE2, nh vy lu lng phi qua ATM backbone hai ln:
Nu s dng MPLS thì lu lng sc chuyn trc tip gia các site vì vy
ti u. Nu trong trng hp mô hình overlay VPN thì phi thit k mng li các
mch o.
1.3.6. Traffic engineering (k thut lu lng)
Ý tng ca traffic engineering là ti u c s h tng mng, bao gm vic cho
phép s dng các link không c dùng, hay không c “u thích”. Có ngha traffic
engineering phi cho phép lu lng i trên các link không phi là ng có chi phí
nh nht ca nh tuyn IP. Khi traffic engineering c thc thi trong MPLS, thì lu
ng sc dành riêng cho mt prefix c th hoc mt cht lng dch v c th s
c truyn trên mt ng khác ng có chi phí nh nht. Do ó lu lng sc
Hình 1.1
-
M

ng ATM Overlay không m


c thành m

ng l

i
14
tri u trong mng, s s dng nhiu link ít c la chn. Ging nh hình 1.2 di
ây:
Nh hình v trên, tuyn ng phía di không phi là ng tt nht vì có
nhiu hop hn tuyn ng  trên nhng nó vn c chn  hng lu lng. Bi
vì MPLS thc hin c ch chuyn tip da thông tin nhãn. Router A chnh mt
tuyn ng lu lng phi i qua, gói c gán nhãn sc chuyn qua ng này,
các router trung gian không c quyn hng gói theo mt ng khác. Chính vì ch
có router headend chnh tuyn ng phi chuyn gói nên traffic engineering c
coi nhnh tuyn da trên ngun.
Khi chy MPLS TE, thêm mt li ích là Fast ReRouting (FRR), cho phép nh
tuyn li lu lng ã gán nhãn vòng qua mt link hoc mt router không hot ng.
Thi gian nh tuyn li mt khong 5 mili giây, áp ng c yêu cu t ra hin nay.
Hình 1.2-Mt ví d v mng MPLS traffic engineering
15
1.4. ch s ca mng MPLS
Cisco System t nhãn vào nh ca gói IP, ã gi là k thut tag switching. K
thut c h tru tiên trong Cisco IOS 11.1 (17)CT nm 1998. Mt tag c xem
nh mt nhãn. m 1997 IETF quan tâm n chuyn mch nhãn lp ra nhóm nghiên
cu IETF MPLS. MPLS là tp hp ca nhiu công ngh mng trc ó nh tag
switching ca Cisco, Aggregate Route-Based IP Switching (ARIS) ca IBM, Cell-
Switch Router (CSR) ca Toshiba, IP Switching ca Ipsilon, và IP Navigator ca
Lucent. Do Cisco li làm vic cùng vi IETF trin khai và phê duyt MPLS, vì vy
hu ht k thut tag switching là c MPLS k tha. TDP là c s cho LDP, hai giao

thc mc dù cùng chc nng nhng li hoàn toàn khác nhau.
16
Chng 2: KIN TRÚC MPLS
2.1. Gii thiu nhãn MPLS
Nhãn MPLS là mt trng 32 bit có cu trúc nh sau:
Trong nhãn MPLS thì 20 bit u tiên là là giá tr nhãn. Nhãn có giá tr t 0 n
2
^20
-1, trong ó 16 giá tru tiên ã c dành riêng. Bít t 20 n 22 là ba bit
experimental (EXP), chúng c dùng cho QoS.
Bit 23 là bit Bottom of Stack (BoS). Nu giá tr bit là 0 thì nhãn không phi là
nhãn áy, nu là 1 thì nhãn áy chng nhãn. Chng nhãn gm các nhãn t ti nh
ca gói IP, s nhãn có th là 1 hoc nhiu hn nhng nó không gii hn.
T bit 24 n 31 là 8 bit s dng cho Time To Live (TTL). TTL có chc nng nh
TTL trong IP header, tc là s gim 1 giá tr khi qua mi hop nu TTL ca nhãn có giá
tr 0 thì gói s b vt, dùng  tránh vòng lp nh tuyn.
Ngn xp nhãn gm các nhãn t ti nh ca gói IP, s nhãn có th là 1 hoc
nhiu hn nhng nó không gii hn. Nhãn u tiên trong ngn xp c gi là nhãn 
nh (top label), nhãn cui ngn xp là nhãn áy (bottom label). Tùy vào ng dng
ca MPLS mà s nhãn trong ngn xp là khác nhau, ví d ngn xp nhãn có 2 nhãn
nu ng dng là AToM hoc MPLS VPN.
Ngn xp nhãn c t trc header tng 3, t sau header tng 2 chính vì vy
gi ngn xp nhãn là shim header nh s sau:
Layer 2 header
Label Layer 3 header Layer 4 header data
 phân bit mt gói là IP hay là mt gói MPLS da vào trng Protocol
Identifier trong header tng 2. Tùy vào kiu óng gói tng 2 các giá tr nh bng 1.1
sau:
17
Kiu óng gói Tên ca

Protocol
Indentifier
Giá tr (tính trong h 16)
MPLS Control Packet (MPLSCP) cho
PPP
Trng PPP
Protocol
0x8281
PPP Unicast Trng PPP
Protocol
0x0281
PPP Multicast Trng PPP
Protocol
0x0283
LAN Unicast Giá tr ca
Ethertype
0x8847
LAN Multicast Giá tr ca
Ethertype
0x8848
HDLC Protocol 0x8847
Frame Relay NLPID (Network
Level Protocol
ID)
0x80
2.2. MPLS và mô hình OSI
Mô hình OSI có by tng, theo nh i ây:
Layer 7: Application
Layer 6: Presentation
Layer 5: Session

Layer 4: Transport
Layer 3: Network
Layer 2: Data Link
Layer 1: Physical
B

ng 2.1
-
Các proto
col type t

ng 2 c

a MPLS
18
Bi vì s óng gói ca tng 2 vn còn trong gói c gán nhãn nên MPLS không
phi là giao thc tng 2, vì giao thc tng 3 vn còn trong gói c gán nhãn nên
MPLS không phi là giao thc tng 3. Vì vy gi MPLS là giao thc tng 2.5.
2.3. Label Switch Router
Label switch router là router c h tr MPLS, có 3 loi LSR nh sau:
- Ingress LSR: Làm nhim v nhn mt gói cha c gán nhãn, t thêm
nhãn hoc ngn xp nhãn vào trc gói và gi i.
- Egress LSR: Có nhim v nhn gói c gán nhãn, g b mt hoc nhiu
nhãn sau ó gi i. Ingress và egress router là các LSR biên (edge LSR).
- Intermediate LSR : Có nhim v nhn mt gói c gán nhãn, hoàn thành các
x lý pop(g), push (thêm vào), swap (thay th)vi gói, sau ó chuyn mch
gói và gi gói i.
Mt LSR phi có kh nng thc hin ba thao tác sau :
- Pop : LSR phi có kh nng g mt hoc nhiu nhãn tnh ca ngn xp
trc khi chuyn mch gói ra ngoài.

- Push : LSR phi có kh nng thêm mt hoc nhiu nhãn vào gói nhn vào,
nu gói thc sc gán nhãn thì LSR thêm mt hoc nhiu nhãn vào ngn
xp và chuyn mch gói ra ngoài, nu gói cha c gán nhãn thì LSR s to
mt ngn xp và thêm vào gói.
- Swap : LSR phi có kh nng thay th nhãn, tc là khi mt gói c gán nhãn
c nhn vào thì nhãn nh ca ngn xp sc thay th vi mt nhãn
mi sau ó gói c chuyn mch ra ngoài.
Mt LSR thêm nhãn vào mt gói mà cha c gán nhãn gi là imposing LSR vì
ây là router u tiên thêm nhãn vào gói. Mt imposing LSR là mt ingress LSR. LSR
g tt c các nhãn ra khi gói c gán nhãn trc khi chuyn mch gi là disposing
LSR. Disposing LSR là mt egress LSR.
Trong trng hp MPLS VPN, router LSR ingress và exgress c gi là
provider edge (PE) router, còn các intermediate LSR c gi là provider (P) router.
2.4. Label Switched Path
Mt label switch path (LSP) là mt chui các LSR ni tip theo trình t nào ó
 chuyn mch gói ã gán nhãn xuyên qua mng MPLS hoc ch mt phn mng
19
MPLS. LSR u tiên ca LSP là ingress LSR, LSR cui cùng ca LSP là egress LSR.
Tt c các router khác gia ingress và egress LSR là intermediate LSR.
Mt LSP là n hng. Ingress LSR không cn là router u tiên gán nhãn cho
gói, có th gói c gán nhãn t LSR trc ví d trong trng hp LSP c lng
trong mt LSP khác.
2.5. Forwarding Equivalence Class (FEC)
Mt Forwarding Equivalence Class (FEC) là mt nhóm các gói c chuyn tip
dc theo cùng mt ng, và có cùng mt cách x lý. Các gói thuc cùng FEC s cùng
nhãn, nhng nu cùng nhãn cha chc cùng FEC vì có th khác giá tr EXP. Ingress
LSR s quyt nh gói thuc vào FEC nào.
2.6. Phân phi nhãn
Tt c các x lý nhãn gm pos, push, swap ti các LSR cn phi có phng thc
 các LSR có th bit v nhãn này, và nhim v ca nó là gì khi nhìn thy nhãn này.

Có hai phng thc  thc hin phân phi các nhãn này:
2.6.1. Cõng nhãn trên mt giao thc nh tuyn IP ang tn ti
Thun li ca phng thc này là không cn mt giao thc mi phi chy trên
LSR, nhng các giao thc nh tuyn IP hin có phi c m rng  mang nhãn.
ây là gii pháp không d thc hin. Thun li ln khi giao thc nh tuyn mang
nhãn là nh tuyn và phân phi nhãn luôn ng b, tc là không th có nhãn nu
prefix ó b li hoc ngc li.
Nu là giao thc nh tuyn theo vect khong cách thì n gin vì mi router
to ra mt prefix t bng nh tuyn ca nó sau ó liên kt mt nhãn vi prefix ó.
Nu là giao thc nh tuyn theo trng thái ng liên kt thì cn có mt giao thc
riêng  thc hin vic phân phi nhãn. Vì theo cách làm vic ca MPLS thì mi
router cn phân phi nhãn cho mi IGP prefix khi router là lin k nhau. Trong khi ó
giao thc nh tuyn theo trng thái ng liên kt, mi router bt u cp nhp trng
thái link sau ó hng n tt c các router bên trong mt area k c router không lin
k nhau.
20
BGP là giao thc nh tuyn mang prefix và phân phi nhãn cùng lúc, tuy nhiên
BGP c dùng  mang prefix external. Vì vy BGP c dùng phân phi nhãn
trong mng MPLS VPN.
2.6.2. Có mt giao thc phân phi nhãn riêng
Phng pháp có mt thun li là giao thc nh tuync chy c lp, s có
mt giao thc phân phi nhãn cùng vi mt giao thc nh tuyn phân phi prefix, cho
dù giao thc nh tuyn ó có th hoc không th phân phi nhãn. Ch có mt nhc
im là cn chy mt giao thc mi trên LSR.
Giao thc phân phi nhãn là LDP (Label Distribution Protocol) sc chy trên
tt c các dòng router  phân phi nhãn cho prefix IGP. LDP không ch dùng  phân
phi nhãn MPLS. Mt vài giao thc phân phi nhãn nh sau:
- Tag Distribution Protocol (TDP)
- Label Distribution Protocol (LDP)
- Resource Reservation Protocol (RSVP)

Giao thc TDP là tin thân ca giao thc LDP, c phát trin và trin khai bi
Cisco. Tuy nhiên TDP là c quyn ca Cisco. Sau ó IETF ã a ra giao thc LDP,
giao thc này x lý tng t TDP, có nhiu chc nng hn, hin nay c dùng rng
rãi trong dòng IOS ca Cisco. Vì vy trong  tài ch tp trung vào giao thc LDP.
RSVP ch dùng cho MPLS TE, sc tìm hiu chi tit trong chng 1 phn 2.
2.7. Phân phi nhãn s dng LDP
Mi LSR to mt local binding gia mt prefix trong bng nh tuyn IGP ca
nó vi mt nhãn. Sau ó LSR s phân phi kt buc này cho các láng ging trên
ng LSP. LSR láng ging nhn phân phi này s coi kt buc này là remote binding.
Sau ó láng ging s lu gi các remote binding và kt buc ca nó trong bng Label
Information Base (LIB). Nu label space là per-platform thì mi LSR ch có mt local
binding trên mt prefix. Nu label space là per-interface thì mi mt local binding s
ng ng vi mt prefix trên mt interface. Vì vy có th ch có mt nhãn trên mt
prefix trên mt interface nhng LSR này có th có nhiu hn mt remote binding vì có
nhiu LSR lin k.
Khi có nhiu remote binding chn la cho mt prefix, LSR phi ly mt trong
só  quyt nh nhãn i ra cho prefix ó. Thông tin trong bng nh tuyn (hoc
21
bng RIB- routing instance base) cho bit hop k tip cho prefix này là hop nào, vì vy
remote binding tng ng ca hop k tip ã cho bit  trên sc LSR chn. Da
vào thông tin này  xây dng bng label forwarding information base (LFIB) gm
nhãn n (nhãn cho local binding) và nhãn i ra tng ng (nhãn cho remote binding
va c chn nh bng nh tuyn). Vì vy mt LSR nhn mt gói c gán nhãn nó
s có kh nng thay i nhãn i vào bng nhãn i ra n LSR lin k ca nó. Hình
2.1 sau biu din qung bá ca LDP  các LSR kt buc nhãn cho prefix 10.0.0.0/8:
Trong IOS ca Cisco không liên kt nhãn vi mt BGP Ipv4 prefix.
2.8. Label Forwarding Instance Base
Nhã trình bày phn phân phi nhãn s dng LDP, label forwarding instance
base (LFIB) dùng  chuyn tip mt gói c gán nhãn. LFIB cha nhãn n và nhãn
i cho các ng LSP.

2.9. MPLS payload (loi lu lng MPLS truyn-trng ti)
MPLS không có trng nh danh Network Level Protocol  nói cho frame 
tng 2 bit giao thc tng 3 ca nó là gì. Vì vy làm th nào  LSR bit c MPLS
payload?
Hình 2.1-Mng Ipv4-over-MPLS chy LDP
22
i vi các intermediate LSR hay P router thì không cn quan tâm n MPLS
payload. Vì chúng ch quan tâm n thông tin ca nhãn nh ca ngn xp  chuyn
tip gói i.
i vi egress LSR, nó buc phi bit MPLS payload là gì  chuyn tip gói i
tip. Nó phi bit giá tr ca trng nh danh Network Level Protocol cho frame i ra.
Egress LSR s da vào nhãn cc b t ó bit c FEC vì vy bit c MPLS
payload.
2.10. MPLS Label Spaces(không gian nhãn MPLS)
Gm hai loi:
- Per-interface label space: Ti mt LSR, có th có nhiu FEC cùng nhãn. Gói
c chuyn tip i không ch da vào nhãn mà còn c interface gói n.
- Per-platform label space: Không có hai FEC cùng nhãn. Gói c chuyn tip
i ch da vào nhãn.
Trong IOS ca Cisco, tt c interface ca Label Switching Controlled –ATM là
per-interface label space, còn tt c ATM frame-based và các interface không phi
ATM u là per-platform label space.
2.11. Các ch MPLS
Mt LSR có th s dng nhiu ch khác nhau  phân phi nhãn ti LSP khác.
Trong ó ba ch khác nhau gm:
- Ch Label distribution(phân phi nhãn)
- Ch Label retention (duy trì nhãn)
- Ch label control (iu khin nhãn)
2.11.1. Ch label distribution
Có hai phng thc  phân phi label binding

- Downstream-on-Demand (DoD): Mi LSR yêu cu hop LSR downstream k
tip trên LSP mt label binding cho FEC. LSR downstream k tip có trong
bng nh tuyn IP. Trong DoD ch có mt remote binding trong LIB.
- Unsolicited Downstream (UD): Mi LSR s phân phi mt binding n các
LSR lin k mc dù LSR lin k không yêu cu nhãn. Trong UD bng LIB có
nhiu remote binding.
23
Trong IOS ca Cisco ch có interface LC-ATM dùng DoD, còn li s dng UD.
2.11.2. Ch label retention
Gm 2 kiu:
- Liberal Label Retention (LLR): Mt LSR lu li tt c các remote binding
nhn c trong LIB. Ch mt trong s này c nhn t LSR downstream
dùng cho FEC. Ch có nhãn này c t trong LFIB, các nhãn khác ca các
remote binding khác không c t trong LFIB vì vy không phi tt c
c dùng  chuyn tip gói. S d làm nh vy là do nh tuyn luôn thay
i, ti bt c thi im nào topology u có th thay i do link không còn
c dùng hoc mt router b ri i, vì vy downstream LSR cho FEC có th
thay i. Nên mt nhãn cho downstream LSR mi luôn sn sàng trong LIB và
LFIB s nhanh chóng c cp nhp nhãn i ra mi này.
- Conservation Label Retention(CLR): LSR ch ct gi mt remote binding
ng ng vi downstream LSR cho FEC.
LLR cho phép tng thích nhanh hn khi mng thay i, còn CLR li tit kim
b nh trên router. Trong IOS ca Cisco interface LC-ATM u là CLR, còn li là
LLR.
2.11.3. Ch label control
Có hai phng thc cho mt FEC:
- Independent LSP control: LSR có th to mt local binding cho FEC c lp
vi các LSR khác. Tc là ngay khi nhn ra FEC, có th to ra local binding,
cng có ngha prefix cho FEC là trong bng nh tuyn.
- Ordered LSP control: LSR ch có th to local binding cho FEC nu nó là

egress LSR hoc LSR nhn mt label binding t hop k tip cho FEC này.
Mt nhc im ca Independent LSP control là LSR chuyn mch gói trc khi
LSP có thc thit lp xong, vì vy có nguy c gói s b vt.
Cisco IOS s dng Independent LSP control.
24
Chng 3: CHUYN TIP GÓI C GÁN NHÃN
3.1. Chuyn tip mt gói c gán nhãn
3.1.1. Các thao tác nhãn
LSR xem giá tr nhãn nh tc 20 bit trong u ca nhãn, xem nó có khp vi
giá tr nhãn nào trong danh sách local label trong LFIB. Sau ó quyt nh thao tác
nhãn nào sc thc hin và hop k tip là gì. Các thao tác nhãn gm:
- POP: G b nhãn nh trong ngn xp nhãn. Gói sc chuyn tip vi
nhng nhãn còn li trong ngn xp nhãn hoc gói không c gán nhãn.
- SWAP: Thay th nhãn nh trong ngn xp nhãn c vi mt nhãn mi.
- PUSH: Nhãn nh c thay th, mt hoc nhiu nhãn sc thêm vào
v trí nh trong ngn xp nhãn ó.
- Untagged /No label: Ngn xp nhãn sc g b, gói sc chuyn tip
khi không có nhãn.
- Aggregate: Ngn xp nhãn c g b, và tra cu IP sc làm trên gói IP.
3.1.2. S khác nhau gia tra cu IP và tra cu nhãn
Khi router nhn mt gói IP nó s tin hành tra cu IP. i vi IOS ca Cisco thì
tra cu IP tin hành trong bng CEF. Khi gói nhn vào là gói ã gán nhãn, tra cu
nhãn s din ra trong bng LFIB ca router. Sau khi tra cu IP hoc tra cu nhãn thì
gói ri khi router là gói không gán nhãn hoc gói gán nhãn. Nu ingress LSR nhn
mt gói IP và gói ri khi là gói ã gán nhãn thì ta gi là chuyn tip IP-to-label, nu
gói nhn là mt gói ã gán nhãn nu gói i ra g nhãn và c hng i nh mt gói
IP gi là chuyn tip label-to-IP còn nu c hng i nh mt gói gán nhãn gi là
chuyn tip label-to-label.
Trong IOS ca Cisco, dùng câu lnh show ip cef hoc show mpls forwarding-
table  xem thông tin bng CEF và LFIB ca router. IOS ca Cisco ch h tr chuyn

mch CEF cho gói gán nhãn ca MPLS còn fast switching không h tr vì vy trên
router MPLS phi bt CEF bng câu lnh ip cef. Tra cu trong CEF hay trong LFIB
c biu din trong Hình 3.1 sau:
25
Mt ví d khi s dng câu lnh show mpls forwarding-table trong Hình 3.2 sau:
Ct local label chính là các giá tr mà nhãn nh ca ngn xp nhãn trong gói
gán nhãn nhn vào sc so khp. Trong bng trên nu gói gán nhãn nhn vào mà
nhãn nh là 20 thì nó sc thay i bng nhãn 18 sau ó hng ra khi router
Hình 3.1-Biu din tra cu trong bng CEF và trong LFIB
Hình 3.2-Mô t mt bng LFIB