Tài liệu chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ Bưu CHÍNH VlỄN THÔNG
Cơ Sở TẠI TP. HỒ CHÍ MINH
Biên soạn: TS. T R Ầ N C Ô N G H ÙN G
CHUYỂN MẠCH NHÃN
ĐA GIAO THỨC
MPLS
NHÀ XUẤT BẢN THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THQNG
MỤC LỤC
LỜI NÓI Đ Ầ U



.
5
CHƯOÍNG 1: GIỚI THIỆU

.
13
1.1. CÁC YẾU TỐ DÃ N ĐẾN V IỆC N GH IÊN C Ú tJ CH U Y ỂN M Ạ C H NHÃN 14
1.1.1. Sự phát triển cùa Internet 14
1.1.2. Giá cả và hiệu quả

.
15
ỉ. 1.3. Sự tích hợp IP trên ATM 16
1.1.4. Mở rộng các chức năng định tuyến

19
1.2. TÓ M T Ẳ T LỊC H S Ừ 20
1.2.1. Bộ định tuyến chuyển mạch tế bào CSR cùa Toshiba

20
1.2.2. Chuyển mạch IP [4 ] 21
1.2.3. Chuyển mạch th ẻ
.

21
1.2.4. ARIS cùa IBM 21
1.2.5. Chuyển mạch nhăn đa giao thức M P LS
22
1.3. KẾT LUẬN :

,

22
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT cơ BẢN CỦA CHUYỂN MẠCH N H Â N 23
2.1. TỔNG QUAN 23
2.2. KHÁI NIỆM VÀ HOẠT ĐỘNG c ơ BẢN TRONG MPLS 25
2.2. ỉ. Mặt phảng dừ liệu và mặt phằng điầi khiển 25
2.2.2. M ặtphẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong IP

26
2.2.3. Mặt phẳng dữ liệu và mặt phằng điều khiển trong MPLS 26
2.2.4. Những lớp chuyển tiếp tương đương FEC

.

.
27
2.2.5. Định tuyển nhất quán 28

2.3. TH ÀNH PHẦ N ĐỊN H T U Y Ế N 28
2.3.1. Nhãn là gì?
.
28
2.3.2. Bảng chuyển mạch nhãn

29
2.3.3. Khả năng mang nhãn trong gói 31
2.3.4. Thuật toán định tuyến chuyển mạch nhãn 31
2.3.5. Thuật toán định tuyến đơn

.

.
32
Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
2,3.6. Đa giao thức: trên và dưới

.

33
2.4. THÀNH PHÀN ĐIỀU K H IỂ N

.
34
2.4J. Kết hợp trong và kết hợp ngoài
35
2.4.2. Kết hợp ngược dòng và kết hợp xuôi dòng 35
2.4.3. Nhãn tự do 36
2.4.4. Kết hợp nhãn luyến điều khiển và tuyển dữ liệu 36

2.4.5. Phân bố thông tin kểt hợp nhãn 41
2.4.6. Điều khiển ‘‘định tuyến tức thời” 45
2.5. THIẾT BỊ ở RÌA 46
2.6. QUAN HỆ GIỮ A CHUYÊN MẠCH N H Ằ N VÀ VIỆC Đ ỊNH TUYẾN,
ĐÁNH ĐỊA CHỈ LỚP M Ạ NG
.

.

46
2.7. CHUYỂN M ẠCH I P 47
2.7. ỉ . Tổng quan về chuyển mạch IP
47
2.7.2. Các thành phần cơ bản của chuyển mạch IP 51
2.7.3. Giao thức quản lý luồng Ipsilon IFMP
53
2.7.4. Giao thức quản lý chuyển mạch chung GSMP 57
2.7.5. Thực tế 59
2.8. TÓM T Ắ T

; 60
CHƯƠNG 3: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS

61
3.1. TỔNG QUAN C H U YỂN M ẠCH T H Ẻ 61
3.1.1. Hỗ trợ cho định tuyển dựa vào địa chi đích
.
61
3.1.2. Định tuyển phân cấp 66
3.1.3. Multicast 69

3.1.4. Chuyển mạch thẻ trên ATM


.

72
3.1.5. Kiểm soát'lặp vòng trong định (uyển tức thời 74
3.2. CHUYỂN M ẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC M P L S 75
3.2. ỉ. Những điểm quan trọng của kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 76
3.2.2. Các thành phần cùa mạng MPL
76
3.2.3. Điều khiển LSP thứ tự và điều khiển LSP độc ỉập 78
3.2.4. Đóng gói dữ liệu 80
3.2.5. Giao thức phân phối nhãn LDP 81
3.2.6. Các kiểu phân phổi nhãn 84
3.2.7. ATM

.

.
85
3.3. TÓM TẮT 87
CHƯƠNG 4: CHÁT LƯỢNG DỊCH v ụ

.

88
4.1. CÁC MÔ HÌNH CHẤT LƯỢNG DỊCH v ụ

.

89
4.1.1. Các khái niệm và thuật toán
.

89
4.L2. Dịch vụ tích hợp

.

93
4.1.3, Dịch vụ phân biệt : 98
4.2. KÊNH THUÊ RIÊNG Ả o
108
4.2.1. Dịch vụ đảm bảo băng thông

.
108
4.2.2. Các đặc íỉnh của mặíphảng điều khiển 108
4.2.3. Các đặc tỉnh của mặt phang chuyển tiếp
¡09
4.2.4. Các bước thực hiện để đảm báo chất lượng dịch vụ trong mạng lôi

110
4.2.5. Các dịch vụ hăng thông đàm hảo vởi M PLS
111
4.3. TÓM T Ắ T

.

.
112
CHƯƠNG 5: ĐỊNH TUYẾN


114
5.1. TÓNG QUAN GIAO THỨC ĐỊNH T U Y ẾN

114
5.2. CÁC GIAO THỨC ĐỊNH T U Y Ế N 114
5.2.1. Giao thức thông tin định tuyến RIP
114
5.2.2. Giao thức định tuyển cổng nội IG RP 115
5.2.3. Giao thức định tuyển nội cao cấp EIGRP 115
5.2.4. Giao thức đường đi ngắn nhất đầu tiên mở OSPF
116
5.2.5. Giao thức cổng biên BGP 122
5.2.6. Cấu hình RIP, OSPF và BGP

.
128
5.3. KIÉN TRÚC ĐỊNH TU YẾN IN TERNET

; 131
5.3.1. Định tuyến chinh sách 135
5.3.2. Tinh ổn định 136
5.4. ĐỊNH TU Y ẾN RÀNG BU Ộ C 139
5.4.1. Định tuyến ràng buộc là gì?
139
5.4.2. Những yêu cầu kỹ thuật của chức năng định tuyển ràng buộc 140

“ 5.4.3. CSPK

.

.
' 141
5.5.MPLS. 143
5.5.1. Giao thức RSVP mở rộng 143
5.5.2. CR-LDP 149
5.5.3. So sánh giữa CR-LDP và RSVP 154
5.5.4. Giao thức giành trước tài nguyên hỗ trợ phân phổi nhãn RSVP-TE.

155
5.5.5. ứng dụng chức năng định tuyển ràng buộc vào vấn đề quản lý lưu lượng

162
5.5.6. Chất lượng dịch vụ Ọ oS 170
Mục lục 9
5.6. TÓM TẮT
.
171
CHƯƠNG 6: MẠNG RIÊNG Ả o 173
6.1. NHƯ THẾ NÀO LÀ MẠNG RIÊNG Ả o - VPN? 173
6.2. MÔ HÌNH CHỒNG LÁP 174
6.3. MÔ HÌNH NGANG C Ấ P

.
176
6.4. PHÂN BỐ RÀNG BUỘC THÔNG TIN ĐỊNH T U Y ẾN 178
6.5. BẢNG ĐA CHUYỂN TIẾP 180

6.6. ĐỊACHỈVPN-IP
.
181
6.7.MPL S

182
6.7.1. Bào mật 184
6.7.2. H ỗ trợ chất lượng dịch vụ 184
6.7.3. Khả năng mở rộng 187
6.8.T Ó M T Ẳ T '
:

188
CHƯƠNG 7: XÂY DựNG MẠNG ĐƯỜNG TRỤC MPLS
189
7.1. M Ạ NG MPLS TRÊN G Ó I 189
7.2. M Ạ NG MPLS TRÊN A T M 190
7.3. M Ạ NG MPLS TRÊN HỎN HỢP GIỮA ATM V À G Ó I

191
7.4. TÍCH HỢP MPLS VÀO MẠNG ATM 192
7.4.1. Những vấn đề cần quan tâm khi chọn thiết bị LSR ATM ở rìa

194
7.4.2. Những yêu cầu trong lựa chọn LSR ATM 194
7.5. X ÂY DỰNG MẠ N G M PLS
.
195
7.5.1. Thiết kế điểm truy cập PoP

195
7.5.2. Thiết kể PoP của một LSR ATM đơn ở rìa 195
7.5.3. Thiết kế PoP cho các LSR ở rìa và LSR AT M

195
7.5.4. Thiết kế bộ tập trung, LSR ở rìa và một LSR ATM 196
7.5.5. Thiết kếPoP cùa một LSR 197
7.6. ĐỊNH HÌNH LIÊN KẾT ĐƯỜNG TRỤC M PL S 197
7.6.1. Thiết kế điểm truy cậ p 198
7.6.2. ước tính lưu lượng từ mỗi PoP

.
198
7.6.3. ước tính ma trận ¡ưu lượng đơn hướng 199
7.6.4. ước tỉnh ma trận lim lượng song hướng
.
199
7.6.5. Thiết kế cấu hình írung kế đường trục
200
7.6. ố. ước tính băng thông kết nối

.

.

201
10 . Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
7.6.7. Gán dung lượng kết nối 202
7.6.8. Điểu chỉnh dự phòng 202
7.6.9. Lựa chọn thiết bị thích hợp 202

7.7. THIẾT KẾ ĐỊNH TU Y ẾN LÓP 3

.

202
7.8. ĐỊNH HÌNH LVCMPLS

;
204
7.8.1. Tiền tổ địa chi đích 204
7.8.2. LVC và dồn v c 205
7.8.3. Thiết kể tinh toán cho LSR ở rìa [3]
206
7.8.4. Thiết kể tinh to.ản cho LSR ATM với dồn v c


207
7.8.5. Thiết kể tinh toán cho LSRATM m à không dồn v c

207
CHƯƠNG 8: MẠNG QUANG, GMPLS VÀ M P X S

209
8.1. W DM VÀ M ẠNG Q U A N G

209
8.2. CHUYỂN M ẠCH LAM BDA ĐA GIAO T H Ứ C 210
8.2.1. Ảnh xạ giữa chuyển mạch nhãn đa giao thức và bước sóng quang

210

8.2.2. Loi cùa các kết noi quang

.

212
8.2.3. Tương thích điều khiển 213
8.3. GM PLS VÀ DÙNG GMPLS CHO MẠNG Q U A N G 213
8.3.1. Xem xét liên mạng giữa tầng 1 Lambda và tầng 2 nhãn
214
8.3.2. Các hoạt động của GMPLS
.

.

.
214
CHƯƠNG 9: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG MẠNG MPLS VÀ DIFFSERV 222
9.1. CẤU TRÚ C N S 222
9.2.D IFFSER V

.
226
9.3. CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG M Ạ NG M PLS; M N S

230
9.3.1. Giới thiệu 230
9.3.2. MNS hỗ trợ các chức năng sau cho MPLS 230
9.3.3. Minh hoạ một số hoại động cơ bản trong mạng MPLS

233

PHỤ LỤC A: ỨNG DỤNG CỦA M PLS 239
A .l. CÁC ỨNG DỤNG CỦA M PLS

.
239
A .I.l. Kỹ thuật lưu lượng 239
A.1.2. Mạng riêng ảo VPN 239
A .2 .M P L S V À A T M 241
A.2.1. Tổng quan ATM 241
A.2.2. Các dạng phát triển và tich hợp của IP trên ATM

242
Mục lục 11
A.2.3. Đặc điểm thích hợp cùa ATM cho MPLS 244
A.2.4. Liên mạng giữa MPLS và ATM 248
A.3. M PLS VÀ FRAM E R ELA Y 252
Đặc điểm thích hợp cùa Frame Relay cho MPLS
.
252
PHỤ LỤC B: CẢC BÀI LAB CẤU HÌNH OSPF VÀ BGP 254
L a b l: 254
L a b 2 256
L a b 3 258
L a i 4 261
L a b s 263
PHỤ LỤC C: KÊNH THUÊ RIÊNG Ả o LỚP 2 VÀ LỚP 3 Ì65
Cấu hình cho mạng lõi , 265
Kênh thuê riêng ảo IP 267
Kênh thuê riêng ảọ lớp 2 267
PHỤ LỤC D: HIỆN THựC MPLS TRÊN LINUX

270
Giời thiệu 270
MPLS trên Linux 270
Ỷ tưởng cơ bản của MPLS Linux Project 270
PHỤ LỤC E: DERIVEIT - CHƯƠNG TRÌNH GIẢ LẬP CHO MẠNG
GMPLS/MPLS
.

.

276
M ỤC ĐÍCH VÀ ĐỐI TƯ Ợ NG sử D Ụ N G

276
YÊU CẦU HỆ TH Ố N G

276
ĐẶC ĐIỂM CH ÍN H 277
HOẠT Đ Ộ N G 277
Router chuyển mạch nhãn (LSR) 277
Con đường chuyển mạch nhãn (LSP) 278
Kiển trúc phân tầng LSP 279
Các liên kểt T E 280
KÉT LUẬN 286
«
THUẬT NGỮ VIỂT TÁT 287
TÀI LIỆU THAM KHẢO

293

12 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
CIIƯƠI\G 1: GIỚI T IlIỆ r
Internet là một môi trường khá lý tường cho nhũTig phát minh về kỹ thuật mới. Khi
những kỹ thuật về mạng mới ra đời thì có một vài ý tưởng hấp dẫn đối với các nhà nghiên
cúai và đầu tư. Kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol Label
Switching) là một trong những kỹ thuật đó. Chúng ta sẽ khảo sát sơ lược về kỹ thuật MPLS
và trà lời một số câu hỏi về kỹ thuật này, như là, MPLS là gì? nó hoạt động như thế nào? và
nó sẽ mang lại những lợi ích gì?
MPLS đirợc phát triển từ những kỹ thuật tương tự đã được ngliiên cứu giữa thập niôn
90 của thế kỷ 20. Trong đó, kỹ thuật được biết đến nhiều nhất là chuyền mạch IP (IP
Switching) do các kỹ sư của công ty Ipsilon nghiên cím, nhưng trước đó Toshiba đã mô tá
một cách thức tương ụr từ nghiên cứu bộ định tuyến chuyển mạch tế bào CSR (Cell
Switching Router) của họ và nhiều nghiên círu khác đã được công bố, đáng chú ý là chuyến
mạch thè (Tag Switching) cùa Cisco và chuyển mạch IP dựa trên định tuyến tổng họp ARIS
(Aggregate Route-based IP Switching) của IBM. Tất cả các nghiên cứu trên có vài đặc điếm
chung là họ đều sử dụng kỹ thuật trao đổi nhãn để định hướng dừ liệu, dùng nhĩmg mẫu
điều khiến của bộ giao thức Internet. Nghĩa là, họ sử dụng địa chi IP và các giao thức chuan
định hướng dữ liệu dùng trong Internet như OSPF và BGP. Tuy nhiên, những nghiôn cứii đó
khác nhau chủ yéu ở mục đích của nó cũng như chi tiết xây dựng tạo thành.
Với các hoạt động như vậy, IETF (Internet Engineering Task Force) đã thành lập một
nhóm nghiên cứu để chuẩn hóa những kết quả chung dựa trên những ý tirởng trên. Vì không
muốn trùng tên với các sản phẩm của các công ty, IETF đã đặt tên cho nhóm là MPLS
(Multiprotocol Label Switching). Kỹ thuật MPLS dần đang trở thành một chuẩn công nghiệp.
Chúng ta sẽ nghiên cửu tổng quan và phân tích về kỹ thuật MPLS cũng như những
vấn đề liên quan. Để dễ dàng hơn trong quá trình tim hiổu, chúng ta sẽ làm rõ vài thuật ngữ
được sử dụng thường xuyên:
• Chuyển tiếp (forwarding): là hoạt động chuyển (switch) và định tuyến (route) một gói
(packet): nhận gói ở một ngõ vào, xác định nó cần đi đến đâu bằng cách xem xét
trưòíng thông tin trong nó và gửi nó ra đúng ngõ ra thích hợp.
• Nhãn (label): đcm giản là một khung nhận dạng ngắn, có chiều dài cố định được dùng

để định tuyến các gói. Giá tìị của nhãn thường được gắn với 1 liên kết đơn (single link).
Nhãn không có cấu trúc, nghĩa là nó không bao gồm những thành phần phân biệt. Một
thiết bị chuyển mạch nhãn sẽ thay nhãn trong một gói bằng một giá trị mới trước khi chuyển
tiếp nó tới điểm tiếp theo, do đó chúng ta gọi thuật toán định tuyến là thuật toán trao đổi
nhãn. Ngoài ra chúng ta còn định nghĩa một thiết bị chuyển mạch nhãn là Bộ định tuyến
chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router), dùng những giao thức điều khiển IP
chuẩn (ví dụ giao thức định tuyến RSVP) để xác định phải chuyển tiếp gỏi đi đâu.
Chúng ta cÈng sẽ khảo sát những kỹ thuật có trước MPLS, các kỹ thuật này đều là kỹ
thuật chuyển mạch nhãn, nhưng mỗi cái có cách thực hiện riêng. Những tên khác được các
nhà nghiên cứu đặt cho LSR là Bộ định tuyến chuyển mạch tế bào CSR (Cell Switching
Router), chuyển mạch IP (IP Switching), Bộ định tuyến chuyển mạch thẻ TSR (Tag
Switching Router) hay chuyển mạch thè (Tag Switch) và Bộ định tuyến chuyển mạch tích
hợp ISR (Integrated Switch Router). Ngoài ra còn có nhiều nghiên cứu khác mà chúng ta
khệng đề cập ở đây vì nó không khác bốn nghiên cứu trên lắm. Chúng ta cũng không xét
đến các bộ định tuyến dựa trên chuyến mạch (Switch-based Routers), có hoạt động giống
một router bình thường nhưng được làm bên trong một Switch hỗn hợp. Những thiết bị đó là
những thiết bị hữu dụng nhưng dùng để giải quyết các vấn đề khác chứ không phải là LSR,
Trước khi xem xét chi tiết các nghiên cứu trên, chúng ta cần nên biết qua một số yếu
tố sau:
1.1. CÁC YẾU TÓ DẪN ĐẾN VIỆC NGHIÊN c ứ u CHUYÊN MẠCH NHÃN
Có nhiều yếu tố dẫn đến sự phát triển của chuyển mạch nhãn. Trước kia người ta chi
quan tâm đến một yếu tố, đó là yêu cầu có những bộ định tuyến IP giá rẻ, nhưng tốc độ
nhanh. Nó có thể đúng cho một hoặc hai nghiên cứu trước MPLS, chúng ta sẽ đề cập ở phần
sau, nói chung chũyển mạch nhãn được thúc đẩy phát triển bời nhiều yếu tố khác hơn là yêu
cầu về tốc độ. Trong phần sau, ta sẽ đề cập đến tầm quan trọng của tìmg yếu tố trong 6ự phát
triên của chuyển mạch nhãn. Tuy nhiên, sự kết hợp của tất cả các yếu tố đó lại sẽ cho ta thấy
tại sao MPLS dường như chắc chắn là một phần của công nghệ về mạng trong hiện tại và
tương lai.
1.1.1. Sự phát triển của Internet
Internet rõ ràng đang phát triển không ngừng, và chính sự phát triển này đã cho thấy

các điểm yếu của các kỹ thuật cũ. Sự gia tăng cà về số lượng người dùng đã làm tăng yêu
cầu về băng thông được cung cấp từ các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP). Đe thỏa mãn
yêu càu về băng thông, các ISP cần có những sản phẩm chuyển mạch và định tuyến có hiệu
quả cao. Chúng ta sẽ thảo luận về ảnh hưởng và hiệu quả trong phần kế tiếp.
Khi phát triển nhanh, các mạng phải đổi mặt với sự gia tăng số lượng nút mạng, số
lượng router trong các bảng định tuyến, số lượng các luồng đi qua một nút mạng, Nhìn
chung, các nhà cung cấp mạng cần quan tâm đến vấn đề khả năng phát triển, nghĩa là, khả
năng phát triển ở mọi hướng. Chuyển mạch nhãn được thúc đẩy một phần cũng do nhu cầu
của vấn đề phát triển.
Nhưng có lẽ yếu tố quan trọng nhất là nhu cầu đa dạng chức năng định tuyến của
Internet và của mạng IP (IP Network) nói chung. Sự phát triển của Internet liên tục đặt ra
những yêu cầu mới cho các giao thức định tuyến. Trước kia, các chức năng định tuyến khó
có thể đa dạng, một phàn lý do là sự giống nhau giữa vấn đề định tuyến và chuyển tiếp trong
mạng IP. Ví dụ, xem xét quá trinh xử lý ưong việc sừ dụng định tuyến liên miền không phân
lớp CIDR (Classless Interdomain Routing). Sự ảnh hường của CIDR là để nói về tiền tố
mạng IP, trước kia là 8, 16 hay 24 bit, giờ có thể lấy tùy ý. Sự mờ rộng này cho phép mở
rộng địa chi và thông tin định tuyến. Tuy nhiên, thực hiện thay đổi này cũng yêu cầu thay
đổi giải thuật định tuyến của tất cả các bộ định tuyến IP, bởi vi tiền tố có thể lấy bát cứ giá
14 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
trị nào. Những giải thuật này đã được thực hiện ở cả phần cứng lẫn phần mềm, do đó việc
thay đổi nó không phải là chuyện đơn giàn.
Một trong những điểm thú vị của chuyển mạch nhãn là giải tìiuật định tuyến thi cố
định và những cách điều khiển mới có thể sử dụng mà không cần phải thay đổi nó, và chúng
ta sẽ thấy trong các phần tiếp là các cách điều khiển khác nhau có thể được sử dụng để điều
khiển quá trình chuyển mạch nhãn và chúng hàu như sử dụng chung giải thuật định tuyến.
Do đó, có thể đưa toàn bộ việc thực hiện giải thuật định tuyến bằng phần cứng hay bằng một
phần mềm có tốc độ cao mà không quan tâm đến việc phải tối ưu lại nó mỗi khi triển khai
một chức năng định'tuyến mới. Nó hứa hẹn hấp dẫn trong việc phát triển và triển khai
những chức năng mới trong mạng IP. Và đây có thể chính là lợi ích lớn lứiất của chuyển
mạch nhãn và kết quả là chuyển mạch nhãn dường như thực hiện nền móng cho thế hệ tiếp

theo của kiến trúc định tuyến.
1.1.2. Giá cả và hiệu quả
Trong bất kì mạng nào mà dựa trên bộ giao thức của Internet, thì một trong các thành
phần quan trọng là bộ định tuyến (router). Nhiệm vụ cơ bản nbất của một router là định
tuyến các gói IP (hoặc datagram) qua mạng. Ngoài ra, router còn thực hiện các chức năng
khác như là lọc ra một luồng của các gói từ những phần khác Iihau của mạng. Thật sự, tính
chất quan trọng nhất của một router cho nhiều ứng dụng không phải là tốc độ mà là sự đa
dạng về chức năng mà nó cung cấp.
Một bộ phận quan trọng khác ttong mạng đó là chuyển mạch (switch). Trong khi
router là thiết bị lóp 3 (nó định tuyến các gói IP) thì switch là thiết bị lớp 2 (nó định tuyến
các gói của giao thức lớp 2). So sánh với router thì switch đơn giản hơn, nó chì cung cấp
một số lượng rất giới hạn các giao thức và các kiểu giao tiếp, còn router thường cung cấp
một lượng lớn các giao thức, nhiều kiểu giao tiếp và tốc độ. Giải thuật định tuyến của switch
thì đơn giản và ít thay đổi, nhiều kiểu chuyển mạch (switch) như chuyển mạch ATM (ATM
switch) hay chuyển mạch Frame Relay (Frame Relay switch) sử dụng giải thuật định tuyến
dựa trên việc trao đổi nhãn.
Với sự khác nhau như vậy giữa switch và router, thì đương nhiên có sự khác nhau về
giá cả / hiệu quả giữa chúng. Nhumg trước hết chúng ta phải xem hiệu quả là gì trong trường
hợp này, việc này khá phức tạp vì bị ảnh hưởng bời nhiều yếu tổ, tuy nhiên thông thưÒTig nó
được tính là số lượng gói mà thiết bị có thể định tuyến trong 1 giây giữa ngõ vào và ngõ ra
trên tổng dung lượng băng thông cùa nó.
Khi chúng ta xem xét giá cả / hiệu quả của switch và router, ta thấy switch thường trội
hơn. Nghĩa là, với một mức hiệu quả định trước, giá của một router thường cao hơn giá của
một switch tương đương, ngược lại, với một chi phí cho trước, một switch thường cho hiệu
quả cao hom một router vì ta thấy router phải định tuyến gói và thực hiện các dịch vụ khác
trong khi đó switch chi định tuyến gói. vấn đề mà chúng ta bàn đến ở đây nhằm mục đích
chi ra là switch thường có hiệu quả cao hơn router.
Switch dẫn ra một sổ yếu tố thúc đẩy đưa ra chuyển mạch nhãn. Chúng ta có thể xây
dựng một thiết bị mà có thể thực hiện hầu hết các công việc của một router mà sừ dụng phần
cứng giống một switch. Khi quy mô Internet được mở rộng và IP là giao thức duy nhất được

sử dụng thi việc định tuyến IP ở mức giá cả / hiệu quả của một switch quả là hấp dẫn.
Chương 1: Giới thiệu 15
16 Chuyền mạch nhãn đa giao thức MPLS
1.1.3. Sự tích họp IP trên ATM
Chúng ta biết rằng kiến trúc của ATM rất khác với kiến trúc của IP, trong khi IP phân
phối các datagram và sừ dụng kiểu không kết nối thi ATM dựa trên kiểu hưÓTig kết nối hay
kết nổi ảo. ATM và IP cũng hoàn toàn khác nhau trong cách đánh địa chỉ các host. Những
sự khác nhau này đã đưa ra nhiều thách thức lớn, chuyển mạch nhãn ra đời cũng nhằm đáp
ứng các thách thức này.
Với những UXI điếm của ATM và sự phát triền ngày càng lớn của Internet đà đưa ra
vấn đề làm sao đưa kiến trúc IP vào mạng ATM. Sự khác nhau về hiệu quà giữa các chuyển
mạch ATM và các router hiện tại đã làm cho vấn đề thêm phức tạp. Phần lớn mạng hôm nay
được xây dựng theo kiểu là các router tốc độ chậm bao xung quanh các chuyển mạch ATM
(ATM switch) như hình 1.1.
Hình L l: Mô hình IP tích hợp trên A T M [1].
Router Switch Mạng ATM
o
Kiểu của mạng này thường gọi là kiểu xếp chồng, ý tưởng là mạng IP nằm bên trên
mạng ATM. Mạng ATM cung cấp kết nối tốc độ cao và mạng IP gồm các router được kết
nối với nhau bời các kết nối ảo của ATM.
Vấn đề ánh xạ IP vào ATM được nghiên cứu bởi nhiều nhóm ngoài hai tổ chức chính
là ATM Forum và IETF như là:
• Nhóm IP ATM (The IP over ATM) nghiên cứu việc gói các IP datagram vào lớp PDU
của ATM và một giao thức phân giải địa chỉ ATMARP để ánh xạ địa chỉ IP vào địa
chi ATM.
• Nhóm IPLPDN (IP over Large Public Data Networks) và sau đó là nhóm ROLC
(Routing over Large Clouds) đưa ra NHRP (Next Hop Revolution Protocol) cho phép
các host và router có the tạo một kết nối ảo trực tiếp thông qua mạng ATM.
• Nhóm LANE (The LAN Emulation) đưa ra nhừng thủ tục để làm cho mạng ATM
hoạt động giống mạng LAN đa ừTiy cập.

• Nhóm MPOA (Multiprotocol over ATM) đã kết hợp và phát triển các kết quả các
nhóm khác để đưa ra sự hỗ trợ nhiều giao thức (protocol) lớp mạng (trong đỏ có IP).
Hầu hết các nhóm trên đều đưa ra vài kiểu server (ATMAPR, MARS, NHRP,
BUS, ) để thực hiện việc ánh xạ này cũng như những giao thức cần thiết để giao tiếp với
các server này. vấn đề tiếp theo là phải có thêm các server khác cùng với các giao thức
đồng bộ để giữ chúng hoạt động đồng bộ với nhau.
Tại sao vấn đề lại phức tạp như vậy, là do các giao thức Internet và các giao thức
ATM được phát triển độc lập với nhau và hoạt động trên các điểm khác nhau. Và có nhiều
người tự hỏi nếu một chuyển mạch ATM (ATM switch) có thề sử dụng các giao thức khác
ngoài nhừng giao thức do ATM Forum và ITU như là các giao thức phù hợp với kiến trúc IP
hơn thì sè giảm nhiều sự phức tạp của việc ánh xạ. Nhiều kỹ thuật chuyển mạch nhàn thực
sự tạo ra những giao thức như vậy, nó có thể điều khiển một chuyển mạch ATM (ATM
switch) hoạt động như là định tuyến các gói IP một cách tự nhiên mà không cần nhờ đến các
server ánh xạ giừa IP và ATM.
Thay vì có hai kiến trúc giao thức khác nhau với sự khác nhau về cách đánh địa chi,
các giao thức định tuyến, các kế hoạch định tài nguyên, thi chuyển mạch nhân cho phép
nhừng giao thức điều khiển IP chạy trực tiếp trên phần cứng của ATM. Nhừng chuyển mạch
ATM (ATM switch) thì vẫn định tuyến các gói nhờ kỹ thuật trao đổi nhãn, nhưng cách thức
mà nó tạo bảng định tuyến và tính toán tài nguyên đều được điều khiển bởi các giao thức
điều khiên của IP. Với cách thức điều khiển như vậy, chuyển mạch ATM (ATM switch) ừở
thành các router của IP do đó loại bỏ yêu cầu phải ánh xạ giữa IP và ATM.
* Vấn đề phát triển
Đây là vấn đề ít được biết đến nhưng lại trờ nên quan trọng khi một mạng IP được
xây dựng xép chồng trên một lớp 2 khác kiểu, như là Frame Relay hay ATM.
Xem xét mạng trong hinh 1.2, mạng ATM ở trung tâm cung cấp kết nối tốc độ cao
cho tất cả các router bằng các kênh ảo nối giữa chúng, như ta thấy luôn có một switch nằm
giữa các cặp router và điều này có thể gây ra nghẽn tại switch này. Tuy nhiên, một kết nôi
hoàn toàn các kênh ào cho phép các router có thể nối trực tiếp đến các router còn lại. Trong
hình 1.2 chỉ vẽ những kênh ảo cho 1 router để tránh làm rối hình, chứ thật sự là có n(n-l)/2
kênh ảo, là 55 trong hình.

Đẻ có thể hiểu rõ vấn đề ở đây, chúng ta cần biết qua cách hoạt động cùa các giao
thức định tuyến. Mỗi router thường được cấu hình có. một chỉ số gắn cho mỗi router kỉiác
kết nối tạrc tiếp với nó, chỉ số này cho phép router luôn biết những router cỏ kểt nối đến nó
Chương 1: Giới thiệu 17
18
Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
và biết cả kết nổi nào không thể hoạt động, nó còn được dùng để trao đổi thông tin định
tuyển giữa các router.
Hình 1.2: Các kênh ảo giữa các router trong mạng IP/A TM []].
Router
Switch Mạng ATM Mạch ảo Đường vật lý
Nhiều nghiên cửu đã thực hiện để làm giảm nhẹ vấn đề phát triển. Trong đó có cách
là không làm kết nối hoàn toàn giữa các router, nghĩa là có vài kết nối giữa hai router phải
qua một router trung gian khi mà hiệu quà của router trung gian này chấp nhận được. Cách
khác, Next Hop Resolution Protocol (NHRP) cho phép router thiết lập những kênh ào đến
những trạm mà nó cần gửi dữ liệu mà không cần phải thiết lập các chi số định tuyến qua
kênh ảo. Tuy nhiên, nó có những vấn đề riêng như là nó cần phải có các NHRP server và
phải có khả năng không cho xảy ra việc định tuyến lặp vòng. NHRP chi phù hợp cho các
lưu lượng unicast, nó không hỗ trợ cho multicast.
Những nghiên cứu khác giải quyết vấn đề này bằng chuyển mạch nhãn. Đầu tiên,
nhắc lại là một LSR sử dụng các giao thức điều khiển của IP, bao gồm cả các giao thức định
tuyến chạy trên phần cứng của ATM. Do đó, với cấu trúc mạng như hình 1.2, chúng ta có
thể giảm đáng kể số lượng chi số của các router sử dụng giao thức của IP trên nền ATM, có
thể thấy điều này trên hình 1.3.
Vì chuyển mạch ATM có thể chạy các giao thức định tuyến của IP, nên các ứạm
trung gian thay vì là các router thì nay là các LSR, do đó số lượng các chỉ số mà các router
phải có giảm đáng kể và sẽ không tăng theo kích thước của mạng. Chú ý rằng ở hình 1.2 các
Chương 1: Giới thiệu
19
router có 10 chi số thì nay chỉ có 1 (nối với LSR), và LSR có không quá 5 chỉ số, 3 nối với 3

router, 2 nối với LSR khác. Ta thấy nó luôn giừ chỉ số đỏ khi mạng được mở rộng, và vấn
đề phát triển đã có thể được chấp nhận.
Hình L3: Thay chuyển mạch A TMbằng LSR [1].
Router
LSR
1.1,4. Mở rộng các chức năng định tuyến
Điều quan trọng chúng ta phải chú ý ở đây là chuyền mạch nhãn không chỉ nhằm biến
một phần cứng ATM hoạt động'giống một router mà nó còn cung cấp những chức năng mới
mà các kỹ thuật định tuyến IP hiện tại không cho phép. Đây cũng là một yếu tố thúc đẩy sự
ra đời cùa chuyển mạch nhãn, ờ phần này chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về sự phát triển của
việc định tuyến đã nói trong phần trước.
Hiện nay, việc định tuyến trong mạng IP là dựa vào địa chỉ đích, nghĩa là quyết định
phải gửi gói đi đâu là dựa vào địa chỉ đích, về nguyên tắc, các tnrofng khác trong tiêu đề IP
(IP header) (địa chỉ nguồn, kiểu của dịch vụ) đều có thể được sừ dụng trong việc quyết định
cho gói tin nhưng hầu hết các nghiên cứu thiết kế cho router đều chỉ sừ dụng địa chỉ đích.
Trong khi đó các kỹ thuật mạng mà có sừ dụng kỹ thuật trao đổi nhãn như là Frame Relay
hay ATM có thể cung cấp những chức năng khác nhau.
Đe có thể hiểu chuyển mạch nhãn hỗ trợ những kỹ thuật mới như thế nào, ta xét mạng
có cấu trúc trong hình 1.4.
20
Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
Hình L4: Đường dẫn chuyển mạch nhãn.
'ầ>Ỷ,
Router
Đây là một ví dụ điển hình về các chức năng mà kiểu định tuyến truyền thống khó thể
cung cấp. Xem xét trưòng hợp khi router B là một router kiểu truyền thống, định tuyến các
gói bằng cách sử dụng địa chi IP đích. Khi một gói đến B từ một trong các router lân cận,
quyết định định tuyến chỉ dựa vào địa chỉ đích mà không bị ảnh hưởng bởi bất cứ yếu tố
khác. Nhưng giờ già sử ta muốn “những gói đi tìt router A để đến router F thì đi qua router
D, còn những gói khác đến router F thì đi qua router E”, rõ ràng cơ chế định tuyến chỉ dựa

vào địa chi đích không thể thực hiện được điều này.
Nhưng sẽ dễ dàng thực hiện điều này tại router B nếu B định tuyến gói bằng kỹ thuật
chuyển mạch nhãn. Nguyên nhân chính là A và c sử dụng các nhãn khác nhau, giả sử A sử
dụng nhãn có giá trị là 5 cho các gói có đích là F còn c sử dụng nhãn 12. Do đó, tại B khi
các gói đến nó sẽ định tuyến gói có nhãn 5 đến D và gói có nhãn 12 đến E.
Mặc dù ví dụ nhỏ này không đi sâu vào chi tiết nhvmg nó cho ta thấy chuyển mạch nhãn
hỗ trợ nhiều chức năng định tuyến mới mà kiểu định tuyển truyền thống không thể hỗ trợ.
1.2. TÓM TẮT LỊCH s ử
Bây giờ chúng ta đã biết những lý do tại sao các nhà nghiên cứu lại quan tâm đến kỹ
thuật chuyển mạch nhãn, và chúng ta cũng nên có một cái nhìn tổng quan về các sự kiện đã
dẫn đến tình hình hiện nay.
1.2.1. Bộ định tuyến chuyển mạch tế bào CSR của Toshiba
Bộ định tuyến chuyển mạch tế bào (Cell Switching Router) của Toshiba là nghiên cứu
đầu tiên về chuyển mạch nhãn được công bố. Kiến trúc của CSR đã giới thiệu ý tưởng là
một phần cứng ATM hỗn hợp có thể được điều khiển bỏd IP (như là các giao thức định
tuyến IP hay Rsyp) hơn là các giao thức báo hiệu của ATM (như Q.2931). Theo nghiên
cứu này thi có thể bỏ các báo hiệu ATM và cả chức năng ánh xạ giữa IP và ATM.
Ý tưởng CSR đầu tiên được trình bày trước IETF vào cuối năm 1994 và đầu 1995,
vào thời điểm này cũng có nhiều nhóm nghiên cứu khác đang tập trung vào phát triển ý
tường tương tự. .
Chương .1: Giới thiệu 21
1.2.2. Chuyển mạch IP [4]
Với nhiều nguyên do, bao gồm tối ưu về thời gian, sàn phẩm có chất lượng, cách thức
tiếp thị hiệu quả, chuyển mạch IP (IP Switching) được định nghĩa ban đầu bởi công ty
Ipsilon đã ảnh hưởng lớn lên thị trường và giới kỹ thuật hcm là nghiên cứu CSR. Ipsilon
công bố nghiên cứu của họ vào đầu năm 1996. về mặt kỹ thuật thl hai nghiên cứu có nhiều
điếm tương đồng, tuy nhica những ưu điểm của'chuyển mạch IP hơn các nghiên cứu trước
đó có thể dễ dàng thấy được như sau:
• Chuyển mạch IP cho phép 1 thiết bị với hiệu quả của một chuyển mạch ATM mà có
thể thực hiện công việc của một router.

• Những router tốc độ cao (không phải là chuyển mạch ATM) có thể thực hiện bởi vì IP
và các giao thức của Internet đang là những giao thức chủ yếu hiện nay mà các router
hiện tại thì quá chậm.
• Báo hiệu ATM và việc ánh xạ IP vào ATM đã trở nên quá phức tạp, cho mục đích
định tuyến IP chúng ta cũng không cần các giao thức điều khiển ATM.
Những tài liệu cùa Ipsilon được công bố trong một số các tài liệu Internet là RFC. Mặc
dù không phải tất cả RFC đều là tiêu chuẩn, các tài liệu của Ipsilon được coi là nghiên cứu
“mở” vì vài giao thức được công bố đã được thực hiện. Một đóng góp có giá ứỊ nữa là việc
làm rõ một giao thức điều khiển chuyển mạch đon giản GSMP cho phép biến bất cứ một
chuyển mạch ATM nào thành một chuyền mạch IP với những chức năng mới được bổ sung.
Để rõ ràng, chúng ta sẽ sừ dụng thuật ngữ chuyển mạch IP là nói về nghiên cứu của
Ipsilon, mặc dù nó ứiường được sừ dụng ở chỗ khác để đề cập đến việc mờ rộng vấn đề của
các nghiên cứu khác. Thuật ngữ tổng quát được sừ dụng khi cần thiết thì chúng ta sử dụng
thuật ngữ chuyển mạch nhãn.
1.2.3. Chuyển mạch thẻ
Vài tháng sau khi Ipsilon công bố nghiên cứu của họ, Cisco Systems công bố một
nghiên cứu khác về chuyển mạch nhãn mà họ đặt tên là chuyển mạch thè (Tag Switching).
Như chúng ta sẽ thấy ở phần sau, chuyển mạch thè là một kỹ thuật xuất sắc xuất phát từ các
nghiên cứu chuyển mạch IP và CSR. Ví dụ là nó không dựa trên dòng lưu lượng dừ liệu để
thiết lập bảng định tuyến trong chuyển mạch và nó còn được làm để phù hợp với nhiều kỹ
thuật lórp liên kết (link layer) khác nừa ngoài ATM.
Giống Ipsilon, Cisco dùng 1 RFC để mô tả nghiên cứu của họ, nhưng không giống
Ipsilon, Cisco công bố phát minh của họ để thuyết phục sự tiêu chuẩn hóa của chuyển mạch
thẻ qua IETF. Và sau đó, một lượng lớn các bài viết về Internet được công bố, mô tả những
kì vọng cùa chuyển mạch thẻ, bao gồm hoạt động trên ATM, ppp, liên kết 802.3, hỗ trợ cho
định tuyến multicast, cho dự trữ tài nguyên sử dụng RSVP, Sự tiêu chuấn hóa những cô
gắng làm việc cùa Cisco đưa ra đã trờ thành chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
(Multiprotocol Label Switching) và MPLS hiện nay được sừ dụng rộng rãi như là một thuật
ngữ cùa chuyển mạch nhãn.
1.2.4. ARIS của IBM

Chi sau công bố của Cisco và việc cố gắng tiêu chuẩn hoá của IETF một thời gian
ngắn, một lượng bài viết Intenet đã được phát hành bởi các tác già từ IBM, mô tả một
nghiên cứu khác về chuyển mạch nhãn gọi là chuyển mạch IP dựa trên bộ định tuyến tổng
họp (Aggregate Router-based IP Switching) hay ARIS. ARIS thì giống với chuyển mạch thẻ
hơn là các nghiên cứu khác ở chỗ dùng lưu lượng điều khiến để thiết lập bảng định tuyến
chứ không phải dùng lưu lượng dừ liệu, nhưng ARIS khác với chuyển mạch thẻ ở vài điểm
đáng kể. Nhiều ý tưởng của ARIS đã có trong việc tiêu chuẩn hóa MPLS.
1.2.5. Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
Khi Cisco công bố về chuyển mạch thẻ, họ cũng mong muốn được tiêu chuẩn hóa kỹ
thuật này. Sau một loạt báo cáo đầu tiên của chuyển mạch thẻ trên báo cáo Intenet, một hội
nghị BOF (Birds of a Feather), là hội nghị cần thiết trước khi tổ chức một nhóm nghiên cứu,
và xác định vấn đề nào cần tiêu chuẩn hoá) được tổ chức vào tháng 12 năm 1996, với sự
trình bày của Cisco, IBM, và Toshiba (lúc này công bổ những báo cáo mới về CSR).
Với mức độ quan tâm trong BOF và với thực tế là có quá nhiều công ty đưa ra nhiều
giải pháp tương tự chi cho 1 vấn đề, thì việc tiêu chuẩn hóa phải ra đời là chuyện phải làm.
Do đó việc thành lập nhóm nghiên cứu cho việc tiêu chuẩn hóa được IETF chấp nhận vào
đầu năm 1997. Và cuộc gặp đầu tiên của nhóm diễn ra vào tháng 4 năm 1997.
Như đã nói trên, tên chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol Label
Switching) được chấp nhận chủ yếu bởi tên chuyển mạch IP và chuyển mạch thè đã được
đặt cho sản phẩm của các công ty. Mặc dù dùng tên là đa giao thức (Multiprotocol) nhưng
chủ yếu chi tập trung vào các giao thức‘của IP horn là các giao thức của lớp mạng khác.
1.3. KÉT LUẬN
Chúng ta đã khảo sát một cách sơ lược sự ra đời cùa kỹ thuật chuyển mạch nhãn Và
để hiểu rõ hơn về kỹ thuật này chúng ta sẽ xem xét các nghiên cứu tiêu biểu cho kỹ thuật
này, đó là chuyển mạch IP, chuyển mạch thẻ, sau cùng là MPLS.
22 Chuyến mạch nhãn đa giao thức MPLS
CHIỈƠIVG 2: LÝ THUYẾT cơ BẢl^ CỦA
CHHYỂM MẠCH niHẰN
2.1. TỎNG QUAN
Khi mạng Internet ngày càng iườ rộng cùng với sự phát ttiển của các dịch vụ gia tăng

cũng như các yêu cầu về chất lượng dịch vụ và tính bảo mật, MPLS là một giải pháp tối ưu.
Nó kết hợp các ưu điểm của IP và ATM mà chi phí triển khai cũng không quá đắt, có thể
phối hợp và nâng cấp từ các mạng ATM hoặc Frame Relay đã có săn. Ngoài ra, MPLS còn
là một giải pháp tối ưu cho dịch vụ VPN và các ứng dụng đòi hỏi về chất lượng dịch vụ và
kỹ thuật lưu lượng.
Hầu hết các mạng diện rộng ở Việt Nam đều được tổ chức với kết nối sử dụng dịch
vụ thuê kênh riêng, X25 hoặc Frame Relay thông qua các nhà cung cấp dịch vụ viễn ứiông.
Hầu hết chúng đều hoạt động dựa trên định tuyến IP truyền thống với không ít nhược điểm,
đáp ứng chậm khi có yêu cầu xử lý luồng lưu lượng lớn trên mạng, làm cho việc xử lý tại
các router bị quá tải. Hậu quả là mất lưu lượng, mất kết nối và làm giảm đặc tính mạng.
Ngoài ra, mỗi nút trong mạng đều phải thực hiện hai chức năng là định tuyến và chuyển
tiếp. Quá trình chuyển tiếp chi dựa trên địa chỉ đích của gói mà không dựa trên các tham số
chất lưgrng dịch vụ.
MPLS được xem là giải pháp cho các vấn đề nầy. Điểm nổi bật cùa công nghệ MPLS
là khả năng chuyển tiếp lưu lượng nhanh, đom giản, điều khiển phân luồng, định tuyến linh
hoạt và tận dụng tài nguyên mạng. Nó kểt hợp những đặc điểm tốt nhất của chuyển mạch
kênh ttong ATM và chuyển mạch gói trong IP, có khả năng chuyển tiếp gói rất nhanh trong
mạng lõi và định tuyến như bình thưòfng ở mạng biên. Khi các gói đi vào miền MPLS,
thường là mạng trục của nhà cung cấp dịch vụ, chúng được chuyển mạch đơn giản bằng
chuyển mạch nhãn. Các nhãn còn giúp xác định chất lượng dịch vụ mà cáG-góLnhận được.
Khi chúng ra khỏi mạng thì các nhãn sẽ được cắt bỏ ờ các router biên mạng và ă ^ c định
tuyến như thông thường.
MPLS có một số iru điểm hcm định tuyến IP như chuyển các gói qua mạng nhánh hơn
router IP. Trong IP, việc định tụyến chì dựa vào tiêu đề của gói còn MPLS có thể phân biệt
các giao diện khác nhau, các thông tin khác nhau để xác định chính sách xử lý thích hợp, đôi
khi gói có thể được định tuyến theo một đường biết trước khi gói đi vào mạng.
Ta xét qua hoạt động của các router hỗ trợ MPLS, gọi là bộ định tuyến chuyển mạch
nhãn LSR (Label Switching Router): ở chặng đầu tiên trong mạng MPLS, router chuyển
tiếp gói dựa vào địa chi đích (hoặc bất cứ thông tin nào ờ phần tiêu đề theo chính sách cục
bộ); sau đó nó xác định một nhãn thích hợp - giá trị này được xác định cho một lớp chuyển

tiếp tương đương FEC - gán nhãn cho gói và chuyển nó tới nút tiếp theo, ở chặng tiếp theo,
router dùng giá trị của nhãn như một chỉ mục cùa một bảng để xác định nhãn mới. LSR gán
24
Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
nhãn mới rồi chuyển gói đến nút tiếp theo. Tuyến đưcmg mà một gói gán nhãn đi qua được
gọi là đưòng chuyin mạch nhãn LSP (Label Switched Path). Do MPLS sử dụng nhãn để
quyết định chặng tiếp theo nên router ít phải làm việc hơn và hoạt động gần giống với
switch. Vì các nhãn thể hiện các tuyến đường đi trong mạng nên các nhà quản trị mạng có
thể điều khiển chính xác hơn các quá ttình xử lý lưu lượng ttong mạng bằng cách dùng các
chính sách nhãn.
Có hai cách chính để gán và phân phối nhãn là mô hình lái dữ liệu và mô hình lái điều
khiển. Mô hình lái dữ liệu như chuyển mạch IP (Ipsilon) hay bộ định tuyến chuyển mạch tế
bào (Toshiba). Mô hình lái điều khiển như chuyển mạch thẻ (Cisco), IP Navigator
(AscencyLucent) và ARIS MPLS (BM ), MPLS.
Khác với quá trình định tuyến và chuyển mạch thông thưÒTig của mạng IP là dựa trên
tiêu đề của gói tin IP, trong mạng MPLS, quá trình chuyển mạch dựa trên một nhãn gắn
thêm vào gói tin. Còn quá trình định tuyến thì không khác biệt nhiều lắm, tức vẫn dựa vào
địa chỉ IP và các giao thức định tuyến để định tuyến. Tuy nhiên router còn phải nắm giữ sự
thay đổi về hhãn của các gói tin khi đi các gói này được chuyển tiếp qua router. Như vậy,
khác với router thông thưòĩig, các router trong mạng MPLS phải hiểu được các giao thức
phân phối nhãn. (Tuy nhiên, với định tuyến ràng buộc, ta có thể chỉ định một con đường độc
lập với các giao thức định tuyến).
Để minh hoạ hoạt động của MPLS, ta hãy xét đường đi của một gói tin theo từng
bước ưong mạng sau.
Hình 2.1: Sơ đồ mạng
IP 28
IP 27
IP 24
SO/0 SO /0^^0/1 SO/Ổ^^O/1 so/ò
PE1 P1 P2 PE2

CE1
CE2
Thiết bị
Serial 0/0 Serial 0/1 Loopback 0
PE1
192.168,1.10 192.168.1.1
P1
192.168.1.9 192.168.1.14 192.168.1.2
P2
192.168.1.13 192.168.1.18 192.168.1.3
PE2
192.168.1.17 192.168.1.4
Bảng 2.1: Địa chi IP các thiết bị
Trước hết, các giao thức định tuyến như OSPF, IS-IS hoạt động để xây dựng những
router kế cận trong bảng định tuyến của một router. (Router kế cận là router kế tiếp mà gói
tin cần được truyền đến để đến được một đích nào đó).
Ta có thể dùng lệnh:
PEl#show ip route
Kế đến, giao thức phân phối nhãn sẽ hoạt động để gán nhãn và ta sẽ có một sự tương
ứng giữa một nhãn và một router kế cận cùng với cổng ngõ ra tương ứng. Trong mạng
MPLS, bộ định tuyến ngoài rìa có 2 ngõ là ingress (ngõ vào) và egress (ngõ ra). Bộ định
tuyến ngõ v Ị^ s ẽ nhận vào một gói IP và thực hiện so sánh trong bảng định tuyến, sau đó
gán những dịch vụ tương ứng lên gói tin đó, và cuối cùng gán nhãn thích hợp dựa trên
những dịch vụ đó. Những nhãn khác nhau sẽ biểu thị những mức dịch vụ khác nhau trong
mạng. Và khi gói tin đã có nhãn, nó được chuyển đến thiết bị kế tiếp và router kế tiếp sẽ
xem trong bảng chuyển tiếp để xác định cổng ra và nhãn cần dùng cho gói tin.
Ta có thể dùng lệnh;
PEĨ#show mpls forwarding-table
Sau khi đi qua một bộ chuyển mạch nhãn ở giữa thì nhãn của mỗi gói tin sẽ thay đổi.
Mỗi bộ chuyển mạch nhãn ở giữa chi hoạt động đon giản là chuyển đổi (swapping) nhãn.

Và hoạt động tương tự như thế xảy ra ờ thiết bị kế tiếp cho đến khi gói tin đến thiết bị cuối
cùng là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ngõ ra. Bộ định tuyến này biết nó là thiết bị cuối
cùng trong mạng MPLS. Nó sẽ tách nhãn ra và gửi gói tin IP đến chặng kế tiếp tức vào
mạng IP của khách hàng. Quá trình di chuyển tiếp theo của gói thì hoàn toàn tương tự như
trong ữường hợp mạng IP thông thường.
Như vậy ở đây, ta thực hiện chuyển các gói tin trong mạng chỉ dựa vào nhãn gói tin
thay vì địa chỉ. Và qua đây ta cũng thấy được một sổ ưu điểm tuyệt vòd của chuyển mạch
nhãn. Đầu tiên là tốc độ rất nhanh và độ trễ cũng như độ trễ rung pha (jitter) là rất thấp. Do
nhãn dùng để tham chiếu (index) trực tiếp đến bảng chuyển tiếp cùa router nên chỉ yêu cầu
truy cập bảng này một lần, trong khi định tuyến truyền thống phải yêu cầu truy cập bảng
định tuyến hàng ngàn lần để tìm ra địa chỉ IP phù họfp nhất. Do đó chuyển mạch nhãn giảm
được độ trễ và thời gian chờ đáp ứng tại mỗi nút kéo theo làm giảm độ biến động trễ rang
pha cộng dồn khi gói tin đi qua nhiều nút, điều này rất có ý nghĩa đối với các ứng dụng thòi
gian thực. Tuy nhiên, lí do để sử dụng chuyển mạch nhãn không chỉ dừng ở đây mà còn do
tính đơn giản và dễ mở rộng của nó. Chuyển mạch nhãn cho phép ghép nhiều địa chi IP vói một
hoặc một số nhãn mà thôi nên làm giảm kích thước của bảng địa chỉ, cho phép router hỗ ượ nhiều
ngưòi dùng hon. Và đối với các cơ sở hạ tầng mạng vốn có sẵn chức năng chuyển mạch, chuyển
tiếp trong phần cứng như các router hay các chuyển mạch ATM, Frame Relay, ta chỉ cần phủ lên
tìiêm phần mềm tương ứng để điều khiển việc chuyển mạch nhãn mà ửiôi.
2.2. KHÁI NIỆM VÀ HOẠT ĐỘNG c ơ BẢN TRONG MPLS
2.2.1. M ặt phẳng dữ liệu và m ặt phẳng điều khiển
Một mặt phẳng điều khiển (control plane) là một tập họp phần mềm và/hoặc phần
cứng trong một thiết bị, chẳng hạn một router, và được dùng để điều khiển nhiều hoạt động
thiết yếu trong mạng, như phân phối nhãn, tìm tuyến mói, và khắc phục lỗi. Nhiệm vụ của
mặt phang điều khiển là cung cấp các dịch vụ cho mặt phẳng dữ liệu. Mặt phang dữ liệu
chịu trách nhiệm chuyển tiếp lưu lượng ngưòi dùng qua router. Các thuật ngữ mặt phẳng
người dùng (user plane) hoặc mặt phẳng truyền dẫn (transport plane) cũng được dùng để mô
tả mặt phang dữ liệu.
Chương 2: Lý thuyết cơ bản của chuyển mạch nhãn , 25
26 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

2.2.2. Mặt phẳng dữ lỉệu và mặt phẳng điều khiển trong IP
Hình 2.2: Mặt phẳng điều khiến và dữ liệu IP.
Router
Hình 2.2 mô tả mối quan hệ giữa mặt phẳng điều khiển IP và mặt phẳng dữ liệu IP.
Đối với các giao thức Internet, các ví dụ của mặt phẳng điều khiển là các giao thức định
tuyến như OSPF, IS-IS, BGP. Nó cho phép IP chuyển tiếp lưu lượng một cách chính xác.
Các bản tin điều khiển được ừao đổi giữa các router để thực hiện nhiều hoạt động khác
nhau, bao gồm:
• Trao đổi các bản tin giữa các nút để thiết lập một tuyến liên kết.
• Trao đổi các bản tin ứieo chu kì (gọi là bản tin hello) để chắc rằng các nút gần kề hoạt
động tốt.
• Trao đổi các bản tin quảng cáo (advertisement) về địa chi và tuyến để xây dựng các
bảng định tuyến được sử dụng bởi IP để chuyển tiếp lưu lượng.
2.23. Mặt phăng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong MPLS
Hình 2.3: Mặt phẳng điều khiển và dữ liệu
LSR
MPLS cũng hoạt động vói các mặt phang điều khiển và dữ liệu, như mô tả ở hình 2.3.
Nhiệm vụ chính của mặt phẳng điều khiển là quảng cáo các nhãn, địa chỉ và liên kết chúng.
Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn là một router được cấu hình để hỗ trợ MPLS. Nó
dùng cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (Label Forwarding Information Base_LFIB) để xác
định cách xử lý các gói MPLS đến, chẳng hạn xét xem nút kế tiếp nhận gói là nút nào.
Các bản tin điều khiển được trao đổi giữa các LSR để thực hiện nhiều hoạt động khác
nhau, bao gồm thiết lập liên kết. Sau khi hoạt động này hoàn thành, các nút được gọi là các
LSR ngang hàng (peer), trao đổi các bản tin chu kì (bản tin hello) để chắc rằng các nút gần
, kề hoạt động tốt, ttao đổi các bản tin địa chỉ và nhãn để liên kết các địa chỉ với nhãn và xây
dựng bảng chuyển tiếp cho mặt phẳng dữ liệu MPLS. Mặt phẳng dữ liệu MPLS sẽ chuyển
tiếp liru lượng bằng cách kiểm tra nhãn trong tiêu đề gói MPLS, địa chi IP không cần kiểm
tra. Tiêu đề nhãn sau đó bị bỏ đi, và địa chi IP lại được dùng để phân phổi lưu lượng đến
người dùng cuối.
2.2.4. Những lóp chuyển tiếp tương đưong FEC

* Lớp chuyển tiếp tương đương FEC
Thuật ngữ lớp chuyển tiếp tưcmg đương FEC (Forwarding Equivalence Classes) được
sử dụng trong hoạt động chuyển mạch nhãn. FEC mô tả sự liên hệ giữa các gói với địa chỉ
đích người nhận cuối, FEC cũng có thể liên kết với một địa chì đích và loại lưu lượng liên
quan đến một cổng đích nào đó.
Tại sao lại sử dụng FEC? Trước tiên, nó cho phép nhóm các gói vào các lớp khác
nhau, có thể sử dụng để hỗ trợ chất Ịượng dịch vụ hiệu quả. Ví dụ, FEC có thể liên kết với
độ ưu tiên cao, lưu lượng thực
FEC được xác định duy nhất bằng việc sử dụng một nhãn. Đối với các lớp dịch vụ
khác nhau, người ta sử dụng các FEC và các nhãn liên kểt khác nhau. Với Internet, các giá
ừị sau được sử dụng để thành lập một FEC: địa chỉ IP nguồn và/hoặc đích, số cổng nguồn
và/hoặc đích, nhận diện giao thức (PID), điểm mã (codepoint) của các dịch vụ khác biệt
IPv4, dòng nhãn IPv6.
Chúng ta có thể nghĩ về các thủ tục được sử dụng bời thành phần định tuyến như là
cách chia thành tập tất cả các gói mà router có thể định tuyến vào một số hữu hạn các subnet
rời nhau. Từ quan điểm định tuyến, những gói trong mỗi subnet được router đối xử như
nhau (nghĩa là chúng đậu được gửi đến cùng một trạm kế tiếp) ngay cả nếu những gói trong
subnet khác nhau về những thông tin còn lại ưong tiêu đề (header) lóp mạng. Chúng ta xem
các subnet như là các lớp chuyển tiếp tương đưcmg (FEC). Nguyên nhân mà router định
tuyến tất cả các gói trong 1 FEC giống nhau là vì sự ánh xạ giữa thông tin được mang trong
tiêu đề lớp mạng và những mục trong bảng định tuyến là nhiều - một (mà một - một là
trường hợp đặc biệt). Nghĩa là những gói khác nhau về nội dung trong tiêu đề lớp mạng có
thể được ánh xạ vào cùng một mục trong bảng định tuyến khi mục đó được gắn vói một
FEC xác định.
Một ví dụ của FEC là một tập các gói unicast mà địa chỉ đích lớp mạng có cùng tiền
tố địa chỉ IP xác định. Một ví dụ khác của FEC là một tập các gói multicast có cùng địa chỉ
nguồn và đích lớp mạng.
Chương 2: Lý thuyết cơ bản của chuyển mạch nhãn 27
Một phần quan ữọng của một mục định tuyến được duy trì bởi router đó là địa chỉ
router kế tiếp. Một gói khi rơi vào một FEC mà liên kết với một mục định tuyến xác định thì

được định tuyến .đến router kế tiếp được chỉ rõ bởi mục đó. Do đó việc xây dựng bảng định
tuyến bởi thành phần điều khiến có thể xem như là việc xây dựng một tập FEC và ừạm kế
tiếp cho mỗi FEC đó.
Một tính chất quan trọng của một FEC là tính định tuyến phân cấp của nó. Ví dụ như
một FEC có thể bao gồm những gói mà có địa chi đích lớp mạng gắn với cùng một tiền tố
địa chỉ xác định. Kiểu này của FEC cung cấp định tuyến thô. Mặc khác, một FEC có thể bao
gồm chỉ những gói thuộc vào một ứng dụng xác định chạy giữa hai máy tính, nghĩa là nó chỉ
bao gồm những gói có cùng địa chỉ nguồn và đích lớp mạng (địa chỉ hai máy tính) cũng như
cùng số port lớp vận chuyển (những port này xác định ứng dụng trong máy tính). Kiểu này
của FEC cung cấp định tuyến tinh.
Có thể thấy rõ ràng là định tuyến thô cần thiết cho việc mở rộng toàn mạng. Nhưng mặc
khác nếu chỉ hỗ ttợ định tuyến thô sẽ làm mạng hoạt động không được uyển chuyển, như vậy
nó không cho phép có nhiều kiểu lưu lượng khác nhau. Những nhận định trên cho thấy muốn
xây dựng một hệ thống lớn và có nhiều chức năng thì yêu cầu hệ thống phải hỗ trợ nhiều kiểu
định tuyến cũng như khả năng ưộn lẫn và kết hợp nhiều kiểu định tuyến khác nhau.
2.2.5. Định tuyến nhất quán
Một hệ thống định tuyến chính xác yêu cầu có sự nhất quán qua nhiều router. Sự nhất
quán này được thiết lập bỏi sự kết hợp cùa nhiều cơ chế.
Thành phần điều khiển chịu trách nhiệm phân bố nhất quán các thông tin định tuyến
được sử dụng bời router cho việc xây dựng bảng định tuyến của nó. Thành phần điều khiển
còn chịu trách nhiệm trong việc nhất quán các thủ tục mà router dụng để xây dựng bảng
định tuyến. Kết hợp hai yếu tố này cho phép có sự nhất quán giữa các bảng định tuyến.
Thành phần định tuyến chịu trách nhiệm nhất quán các thủ tục ưong việc lấy thông
tin từ các gói cũng như việc sử dụng thông tin này để tìm một mục thích hợp trong bảng
định tuyến, kết quả là có sự nhất quán trong ánh xạ những gói vào các FEC qua nhiều
router. Và sự nhất quán này cho phép hệ thống có chức năng định tuyến chính xác.
2.3, THÀNH PHÀN ĐỊNH TUYẾN
Sự phân tích việc định tuyến lớp mạng ra làm hai phần: điều khiển và định tuyến
không chỉ được áp dụng vào kiểu định tuyến truyền thống mà còn có thể áp dụng cho kỹ
thuật chuyển mạch nhãn. Trọng phần này chúng ta mô tả vài lý thuyết nền tảng liên quan

đến thành phần định tuyến của chuyển mạch nhãn.
Thuật toán mà thành phần định tuyến của chuyển mạch nhãn sử dụng để đưa ra quyết
định định tuyến cho một gói tin sẽ sử dụng hai nguồn thông tin: thông tin thứ nhất là bảng
định tuyến được duy trì bởi một router chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router) và
thứ hai là một nhãn chứa ừong gói.
23.1. Nhãn là
Nhãn là một khung nhận dạng ngắn, có chiều dài cố định và không có cấu trúc. Một
nhãn không thực hiện trực tiếp bất cứ thông tin nào từ tiêu đề lóp mạng. Dạng của nhãn sẽ
được xét ở phần sau.
28 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
Chương 2: Lý thuyết cơ bản của chuyển mạch nhãn
29
23.2. Bảng chuyển mạch nhãn
LIB và LFIB
Hình 2.4: LIB cho nút D
192.168.20.1
192.168.20,9
192.168.20.7
Hình 2.4 là cơ sở dữ liệu thông tin nhãn LIB của nút D cho cấc liên kết nhãn mà nó
tạo và nhận được từ các hàng xóm MPLS cho tiền tố địa chỉ 192.168.20.0/24. Các thực thể
LIB của các LSR không phải kế cận thì không cần lưu trong LIB vì không cần thiết cho việc
chuyển tiếp gói. Theo hoạt động của các giao thức định tuyến, nút D có thể đến
192.168.20.0/24 thông q'ua nút I, E hoặc J. Một câu hỏi rất hợp lí được đặt ra là tại sao nó
phải chứa tất cả liên kết nhãn của tất cả các hàng xóm trong khi một số ttong chúng không
phải là xuôi dòng theo địa chỉ đích và thậm chí một số không ờ trong LSP. Câu ttả lời sẽ
được giải thích ở phần sau.
Hình 2.5 là bảng LFIB tại nút D cho tiền tố địa chỉ 192.168.20.4/24. Lưu ý rằng bảng
này chỉ chứa thông tin cần thiết để chuyển tiếp gói đến chặng kế trong LSP, nó chính là tập
con của LIB. Nhãn 40 được dùng cho LSP giữa nút c và D, nhãn 38 giữa D và E, nhãn 47
giữa E và F. Nhãn 40 là nhãn nội (local label) của nút D vì nó được tạo bởi D và phân phối

đến tất cả các “ngang cấp” của D. Còn nhãn 38 được cấp bởi nút E. Do đó hai nhãn này là
nhãn được gán bởi nút xuôi dòng đến nút ngược dòng tương ứng với tiền tố
192.168.20.0/24. Trong bảng LFIB tại D ta thấy (a) nhãn nội cho tiền tố địa chỉ
192.168.20.0/24 là 40, (b) nhãn ra là 38 vốn được gán trước đó bởi nút E, (c) giao tiếp vật lý
để đến chặng kế tức hop E là giao tiếp n. Hai điều quan trọng cần nhớ là nếu LSR không
nhận thông điệp liên kết nhãn từ LSR kế, gói tin sẽ được chuyển đi bình thường mà không
gán nhãn. Còn nếu LSR nhận được thông điệp liên kết nhãn từ LSR kế thì nhãn này và nhãn
nội sẽ được thêm vào LFIB.
Khi một liên kết hay một nút bị phát hiện là hư bằng giao thức phân phối nhãn hay
bằng giao thức định tuyến lớp 3, các sự kiện sau sẽ lần lượt xảy ra: ví dụ nút D phát hiện
liên kết đến E bị hư. LFIB được cập nhận để phản ánh sự hư hỏng này bằng cách xóa liên