tổng đài kỹ thuật chuyển mạch

Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
Lời mở đầu
Như các bạn đã biết cùng với sự phát triển ồ ạt của internet ngày nay và
trong hầu hết các môi trường đều chọn IP là giao thức lớp 3 thì nhược điểm
của IP ngày càng bộc lộ rõ và không còn đáp ứng được các yêu cầu về dịch vụ
và công nghệ nữa. Khi đó thì công nghệ ATM được áp dụng để tạo ra backbone
chuyển mạch tốc độ cao, băng thông rộng, đảm bảo chế độ QoS, hỗ trợ tốt cho
các dịch vụ thời gian thực và các dịch vụ đòi hỏi băng thông. Mô hình mạng
backbone phát triển lúc này là "IP over ATM ", tức là sự kết hợp giữa khả
năng định tuyến linh hoạt của IP với sự đảm bảo về tốc độ và chất lượng dịch
vụ của ATM đã phần nào giải quyết được một số vấn đề của mạng. Nhưng khi
một loạt các dịch vụ mới ra đời đòi hỏi sự linh hoạt, khả năng mở rộng cao,
dễ dàng đem lại lợi nhuận đã khiến cho mô hình đó không còn thoả mãn nữa.
Và một vấn để khác nữa là IP và ATM là hai công nghệ hoàn toàn khác nhau,
được thiết kế cho những môi trường mạng khác nhau, khác nhau về giao
thức, cách đánh địa chỉ, định tuyến, báo hiệu, phân bổ tài nguyên… Đến khi
các ISP càng mở rộng mạng theo hướng IP over ATM, họ càng nhận ra nhược
điểm của mô hình này, đó là sự phức tạp của mạng lưới do phải duy trì hoạt
động của hai hệ thống thiết bị. Nhu cầu cấp thiết được đặt ra là phải nghiên
cứu và tạo ra được một công nghệ mới kết hợp được những đặc tính tốt nhất
của hai công nghệ trên và MPLS là một trong những thành quả của quá trình
nghiên cứu đó. Trong bài báo cáo này chúng em tập chung trình bày làm rõ
các vấn đề liên quan đến công nghệ này.
Nội dung của bài báo cáo gồm các nội dung chính sau đây:
Chương 1: Tổng quan về mạng MPLS.
Chương 2: Cấu trúc của MPLS.
Chương 3: Ứng dụng của MPLS trong thực tế.
Công nghệ MPLS Trang 1
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
Danh mục từ viết tắt
ATM Asynchnorous Tranfer Mode Truyền dẫn không đồng

bộ
CE Custome Edge Biên phía khách hàng
CoS Class of Service Cấp độ dịch vụ
E-LER Egress LER Biên ra
FEC Forwarding Equivalency
Class
Lớp chuyển tiếp tương
đương
IETF Internet Engineering Task
Force
Ủy ban tư vấn kỹ thuật
Internet
I-LER Ingress LSR LSR biên vào
IP Internet Protocol Giao thức Internet
LSP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối
nhãn
LER Label Edge Router Bộ định tuyến nhãn biên
ra
LFIB Label Forwarding
Information
Base
Cơ sở thông tin chuyển
tiếp
Nhãn
LIB Label Information Base Bảng cơ sở dữ liệu nhãn
LSP Label Switch Path Tuyến chuyển mạch nhãn
LSR Label Switch Router Bộ định tuyến chuyển
mạch Nhãn
MPLS Multiprotool Label Switching Chuyển mạch nhãn đa
giao

thức
QoS Quanlity of Service Chất lượng dịch vụ
TCP Tranmission Control Protocol Giao thức điều khiển
truyền
dẫn
TE Traffic Engineering Kỹ thuật điều khiển lưu
lượng
TTL
Time To Live
Thời gian sống
UDP User Datagram Protocol Giao thức UDP
VoIP Voice over IP Thoại qua IP
VPN Virtual Pravite network Mạng riêng ảo
VP
Virtual Path Tuyến ảo
Công nghệ MPLS Trang 2
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
VCI Virtual Channel Identifier Định danh kênh ảo
VPI Virtual Packet Indentifier Định danh gói ảo
Công nghệ MPLS Trang 3
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
Chương 1: Tổng quan MPLS
1.1: Giới thiệu.
MPLS là viết tắt của “multi-protocol label switching”. MPLS là một công
nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 và chuyển mạch lớp 2
cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi (core) và định tuyến tốt
ở mạng biên (Edge) bằng cách dựa vào nhãn (Label).
MPLS là một phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng
các nhãn gắn với mỗi gói IP, tế bào ATM hoặc frame lớp 2. Phương pháp
chuyển mạch nhãn giúp các router và MPLS-enable ATM switch ra quyết định

theo nội dung nhãn tốt hơn việc định tuyến phức tạp theo địa chỉ IP đích.
MPLS cho phép kết nối tính thực thi và khả năng chuyển mạch lớp 2 với
định tuyến lớp 3. Cho phép các ISP cung cấp các dịch vụ khác nhau mà không
cần bỏ đi cơ sở hạ tầng sẵn có. Cấu trúc của MPLS có tính mềm dẻo trong bất
kỳ sự phối hợp với công nghệ lớp 2 nào.
MPLS hỗ trợ mọi giao thức lớp 2, triển khai hiệu quả các dịch vụ IP trên
một mạng chuyển mạch IP. MPLS hỗ trợ tạo ra các tuyến khác nhau giữa
nguồn và đích trên một đường trục Internet. Bằng việc tích hợp MPLS vào
kiến trúc mạng, các ISP có thể giảm chi phí, tăng lợi nhuận, cung cấp nhiều
hiệu quả khác nhau và đạt được hiệu quả cạnh tranh cao.
1.2: Đặc điểm cơ bản của MPLS.
- Không có MPLS API. cũng không có thành phần giao thức phía
host.
- MPLS chỉ nằm trên các Router.
- MPLS là một giao thức độc lập nên có thể hoạt động cùng các
giao thức khác IP như IPX, ATM, Frame Relay,…
- MPLS giúp đơn giản hóa quá trình định tuyến và làm tăng tính
linh động của các tầng trung gian.
1.3: Phương thức hoạt động.
Thay thế cơ chế định tuyến lớp ba bằng cơ chế chuyển mạch lớp
hai.MPLS hoạt động trong lõi của mạng IP. Các Router trong lõi phải enable
MPLS trên từng giao tiếp. Nhãn được gắn thêm vào gói IP khi gói đi vào
mạng MPLS. Nhãn được tách ra khi gói ra khỏi mạng MPLS. Nhãn (Label)
được chèn vào giữa header lớp ba và header lớp hai. Sử dụng nhãn trong quá
Công nghệ MPLS Trang 4
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
trình gửi gói sau khi đã thiết lập đường đi. MPLS tập trung vào quá trình
hoán đổi nhãn (Label Swapping). Một trong những thế mạnh của kiến trúc
MPLS là tự định nghĩa chồng nhãn (Label Stack).
Kỹ thuật chuyển mạch nhãn không phải là kỹ thuật mới. Frame relay và

ATM cũng sử dụng công nghệ này để chuyển các khung (frame) hoặc các cell
qua mạng. Trong Frame relay, các khung có độ dài bất kỳ, đối với ATM độ dài
của cell là cố định bao gồm phần mào đầu 5 byte và tải tin là 48 byte. Phần
mào đầu của cell ATM và khung của Frame Relay tham chiếu tới các kênh ảo
mà cell hoặc khung này nằm trên đó. Sự tương quan giữa Frame relay và
ATM là tại mỗi bước nhảy qua mạng, giá trị “nhãn” trong phần mào đầu bị
thay đổi. Đây chính là sự khác nhau trong chuyển tiếp của gói IP. Khi một
route chuyển tiếp một gói IP, nó sẽ không thay đổi giá trị mà gắn liền với đích
đến của gói; hay nói cách khác nó không thay đổi địa chỉ IP đích của gói. Thực
tế là các nhãn MPLS thường được sử dụng để chuyển tiếp các gói và địa chỉ
IP đích không còn phổ biến trong MPLS nữa.
1.4: Ưu điểm.
1.4.1. Tính thông minh phân tán
Trong mạng chuyển mạch kênh, tính thông minh chủ yếu tập trung ở
mạng lõi (Core). Tất cả các thiết bị thông minh đều đặt trong mạng lõi như
các tổng đài toll, transit, MSC… Các thiết bị kém thông minh hơn thì được đặt
ở biên (Edge), ví dụ như các tổng đài nội hạt, truy cập…
Trong mạng gói IP, tính thông minh gần như chia đều cho các thiết bị
trong mạng. Tất cả các Router đều phải làm 2 nhiệm vụ đó là định tuyến và
chuyển mạch. Đây là ưu điểm nhưng cũng là nhược điểm của IP.
Quan điểm của MPLS là tính thông minh càng đưa ra biên thì mạng càng
hoạt động tốt. Lý do là thành phần ở mạng lõi phải chịu tải rất cao. Thành
phần mạng lõi nên có độ thông minh thấp và năng lực chuyển tải cao. MPLS
phân tách 2 chức năng : định tuyến và chuyển mạch :
- Các Router ở biên thực hiện định tuyến và gắn nhãn (Label) cho
gói.
- Còn các Router ở mạng lõi chỉ thực hiện việc chuyển tiếp gói tin
với tốc độ cao dựa vào nhãn.
Tính thông minh được đẩy ra ngoài biên là một trong những ưu điểm
lớn nhất của MPLS.

Công nghệ MPLS Trang 5
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
1.4.2. Đơn giản hóa chức năng chuyển tiếp
MPLS sử dụng cơ chế chuyển tiếp căn cứ vào nhãn có độ dài cố định nên
quyết định chuyển tiếp có thể xác định ngay chỉ với một lần tra cứu chỉ mục
trong LFIB. Cơ chế này đơn giản và nhanh hơn nhiều so với giải thuật dùng
trong chuyển tiếp gói datagram thông thường.
1.4.3. Kỹ thuật lưu lượng (MPLS Traffic Engineer)
Ưu điểm lớn nhất của MPLS là khả năng thực hiện lưu lượng (TE:
Traffic Engineer), nó đảm bảo lưu lượng được định tuyến đi qua một mạng
theo một cách thức tin cậy và hiệu quả nhất. Kỹ thuật lưu lượng cho phép các
ISP định tuyến theo cách mà họ có thể cung cấp dịch vụ tốt nhất cho khách
hàng ở khía cạnh thông lượng và đồ trễ. MPLS-TE cho phép lưu lượng được
phân bố hợp lý qua toàn bộ hạ tầng mạng, tối ưu hóa hiệu suất sử dụng
mạng.
1.4.4. Định tuyến QoS từ nguồn (MPLS QoS)
Định tuyến QoS từ nguồn là một cơ chế trong đó các LSR được xác định
trước ở nút nguồn (LSR lối vào) dựa vào một số thông tin về độ khả dụng tài
nguyên trong mạng cũng như yêu cầu QoS của luồng lưu lượng. Nói cách
khác, nó là một giao thức định tuyến có mở rộng chỉ tiêu chọn đường để bao
gồm các tham số như băng thông khả dụng, việc sử dụng link và đường dẫn
end-to-end, chế độ chiếm dụng tài nguyên của nút, độ trễ và biến động trễ.
1.4.5. Mạng riêng ảo VPN (MPLS VPN)
VPN cho phép khác hàng thiết lập mạng riêng giống như kênh thuê
riêng nhưng với chi phí thấp hơn bằng việc sử dụng hạ tầng mạng công cộng
dùng chung. Kiến trúc MPLS đáp ứng tất cả các yêu cầu cần thiết để hỗ trợ
VPN bằng cách thiết lập các đường hầm LSP sử dụng định tuyến tường minh.
Do đó, MPLS sử dụng các đường hầm LSP cho phép nhà khai thác cung cấp
dịch vụ VPN theo cách tích hợp trên cùng một hạ tầng mà họ cung cấp dịch
vụ Internet. Hơn nữa, cơ chế xếp chồng nhãn cho phép cấu hình nhiều VPN

lồng nhau trên hạ tầng mạng.
1.4.6. Chuyển tiếp có phân cấp (Hierachical forwarding)
Thay đổi đáng kể nhất được MPLS đưa ra không phải ở kiến trúc định
tuyến mà là kiến trúc chuyển tiếp. Sự cải tiến trong kiến trúc chuyển tiếp có
tác động đáng kể đến khả năng cung cấp chuyển tiếp phân cấp. Chuyển tiếp
phân cấp theo cách lồng một LSP vào một LSP khác (xếp chồng nhãn hay còn
Công nghệ MPLS Trang 6
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
gọi là điều khiển gói đa cấp). Thực ra chuyển tiếp phân cấp không phải là kỹ
thuật mới; ATM đã cung cấp cơ chế chuyển tiếp 2 mức với khái niệm đường
ảo (VP) và kênh ảo (VC). Tuy nhiên MPLS cho phép các LSP được lồng nhau
một cách tùy ý, cung cấp điều khiển gói đa cấp cho việc chuyển tiếp.
1.4.7. Khả năng mở rộng (Scalability)
Chuyển mạch nhãn cung cấp một sự tách biệt toàn diện hơn giữa định
tuyến liên miền (inter-domain) và định tuyến miền hội tụ (intra-domain),
điều này cải thiện đáng kể khả năng mở rộng của MPLS còn nhờ vào FEC (thu
gom luồng), xếp chồng nhãn để hợp nhất (merging), hoặc lồng nhau
(nesting) các LSP. Ngoài ra, nhiều LSP liên kết với các FEC khác nhau có thể
trộn vào cùng LSP. Sử dụng LSP lồng nhau cũng cải thiện việc mở rộng MPLS.
1.4.8. Điểm vượt trội của MPLS so với IP trên ATM
Khi hợp nhất với chuyển mạch ATM, chuyển mạch nhãn tận dụng những
thuận lợi của tế bào ATM – chiều dài thích hợp và chuyển với tốc độ cao.
Trong mạng đa dịch vụ chuyển mạch nhãn cho phép chuyển mạch BPX/MGX
nhằm cung cấp dịch vụ ATM, Frame Relay và Internet trên một mặt phẳng
đơn trong một con đường đi tốc độ cao. Các mặt phẳng (Platform) công cộng
hỗ trợ các dịch vụ này để tiết kiệm chi phí và đơn giản hóa hoạt động cho nhà
cung cấp đa dịch vụ. ISP sử dụng chuyển mạch ATM trong mạch lõi, chuyển
mạch nhãn giúp các dòng Cisco, BPX8600, MGX8800, Router chuyển mạch đa
dịch vụ 8540 và các chuyển mạch Cisco ATM giúp quản lý mạng hiệu quả hơn
xếp chồng (overlay) lớp IP trên mạng ATM. Chuyển mạch nhãn tránh những

rắc rối gây ra do có nhiều Router hàng ngang và hỗ trợ cấu trúc phân cấp
(hierarchical structure) trong một mạng của ISP.
- Sự tích hợp : MPLS xác nhập tính năng của IP và ATM chứ không xếp chồng
lớp IP trên ATM. MPLS giúp cho cơ sở hạ tầng ATM thấy được định tuyến IP
và bỏ qua các yêu cầu ánh xạ giữa các đặc tính IP và ATM. MPLS không cần
địa chỉ ATM và kỹ thuật định tuyến.
- Độ tin cậy cao hơn : với cơ sở hạ tầng ATM, MPLS có thể kết hợp hiệu quả với
nhiều giao thức định tuyến IP trên ATM thiết lập môi trường mạng lưới
(mesh) dịch vụ công cộng giữa các Router xung quanh một đám mây ATM.
Tuy nhiên có nhiều vấn đề xảy ra do các PCV link giữa các Router xếp chồng
trên mạng ATM. Cấu trúc mạng ATM không thể thấy bộ định tuyến. Một link
ATM bị hỏng làm hỏng nhiều Router-to-Router link, gây khó khăn cho lượng
cập nhật thông tin định tuyến và nhiều tiến trình xử lý kéo theo.
Công nghệ MPLS Trang 7
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
- Trực tiếp thực thi các loại dịch vụ : MPLS sử dụng hàng đợi và bộ đếm của
ATM để cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau. Nó hỗ trợ quyền ưu tiên IP và
loại dịch vụ (class of service – CoS) trên chuyển mạch ATM mà không cần
chuyển đổi sang các lớp ATM Forum Service.
- Hỗ trợ hiệu quả cho Multicast và RSVP : Khác với MPLS, xếp lớp IP trên ATM
nảy sinh nhiều bất lợi, đặc biệt trong việc hỗ trợ các dịch vụ IP như IP
multicast và RSVP (Resource Reservation Protocol). MPLS hỗ trợ các dịch vụ
này, kế thừa thời gian và công việc theo các chuẩn và khuyến khích tạo nên
ánh xạ xấp xỉ của các đặc trưng IP&ATM.
- Sự đo lường và quản lý VPN : MPLS có thể tính được các dịch vụ IP VPN và
rất dễ quản lý các dịch vụ VPN quan trọng để cung cấp các mạng IP riêng
trong cơ sở hạ tầng của nó. Khi một ISP cung cấp dịch vụ ATM hỗ trợ nhiều
VPN riêng trên một cơ sở hạ tầng đơn. Với một đường trục MPLS, thông tin
VPN chỉ được xử lý tại 1 điểm ra vào. Các gói mang nhãn MPLS đi qua 1
đường trục và đến điểm ra đúng của nó. Kết hợp MPLS với MP-BGP

(Multiprotocol Broder Gateway Protocol) tạo ra các dịch vụ VPN dựa trên
nền MPLS (MPLS – base VPN) dễ quản lý hơn với sự điều hành chuyển tiếp để
quản lý phía VPN và các thành viên VPN.
- Giảm tải trên mạng lõi : Các dịch vụ VPN hướng dẫn cách MPLS hỗ trợ mọi
thông tin định tuyến để phân cấp. Hơn nữa, có thể tách rời các định tuyến
Internet khỏi lõi mạng cung cấp dịch vụ. Giống như dữ liệu VPN, MPLS chỉ cho
phép truy suất bảng định tuyến Internet tại điểm ra vào của mạng. Với MPLS,
kỹ thuật lưu lượng truyền ở biên của AS được gắn nhãn để liên kết với điểm
tương ứng. Sự tách rời của định tuyến nội khỏi định tuyến Internet đầy đủ
cũng giúp hạn chế lỗi, ổn định và tăng tính bảo mật.
- Khả năng điều khiển lưu lượng : MPLS cung cấp khả năng điều khiển lưu
lượng để sử dụng hiệu quả tài nguyên mạng. Kỹ thuật lưu lượng giúp chuyển
tải từ các phần quá tải sang các phần còn rỗi của mạng dựa vào điểm đích,
loại lưu lượng, tải, thời gian…
Công nghệ MPLS Trang 8
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
Chương 2: Cấu trúc MPLS.
2.1: Một số khái niệm cơ bản trong MPLS.
2.1.1. Miền MPLS (MPLS domain)
RFC 3031 mô tả miền MPLS là một tập hợp các nút mạng thực hiện hoạt
động định tuyến và chuyển tiếp MPLS. Một miền MPLS thường được quản lý
và điều khiển bởi một nhà quản trị.
Hình 1: Miền MPLS
Miền MPLS được chia ra làm 2 phần : phần lõi (Core) và phần mạng biên
(Edge). Các nút thuộc miền MPLS được gọi là Router chuyển mạch nhãn LSR
(Label Switch Router). Các nút ở phần mạng lõi được gọi là transit-LSR hay
còn gọi là core-LSR. Các nút ở biên gọi là Router biên nhãn LER (Label Edge
Router).
Nếu một LER là nút đầu tiên trên đường đi của một gói xuyên quan miền
MPLS thì nó được gọi là LER lối vào (ingress-LER), còn nếu là nút cuối cùng

thì nó được gọi là LER lối ra (egress-LER). Lưu ý các thuật ngữ này được áp
dụng tùy theo chiều của luồng lưu lượng trong mạng, do vậy một LER có thể
là ingress-LER vừa là egress-LER tùy theo luồng lưu lượng đang xét.
Công nghệ MPLS Trang 9
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
Hình 2: Upstrem và downstream của LSR
Thuật ngữ upstream-LSR và downstream-LSR cũng được dùng, phụ
thuộc vào chiều của luồng lưu lượng. Các tài liệu MPLS thường dùng ký
hiệu Ru để hiển thị upstream-LSR và Rd để hiển thị downstream-LSR.
2.1.2. Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC)
Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class) là
tập hợp các gói được đối xử như nhau bởi một LSR. Như vậy, FEC là một
nhóm các gói IP được chuyển tiếp trên cùng một đường chuyển mạch nhãn
LSP, được đối xử theo cùng một cách thức và có thể ánh xạ vào một nhãn bởi
một LSR cho dù chúng có thể khác nhau về luồng thông tin header lớp mạng.
Hình 3: Lớp chuyển tiếp tương đương trong MPLS
2.1.3. Nhãn và Stack nhãn
RFC 3031 định nghĩa nhãn là một bộ nhận dạng có độ dài ngắn và cố
định, mang ý nghĩa cục bộ dùng để nhận biết một FEC. Nhãn được dán lên
một gói để báo cho LSR biết gói này cần đi đâu. Phần nội dung nhãn có độ dài
20 bit không cấu trúc, như vậy số nhãn có thể có là 2
20
. Giá trị nhãn định
nghĩa chỉ mục (index) để dùng trong bảng chuyển tiếp.
Một gói có thể được dán chồng nhiều nhãn, các nhãn chứa trong một nơi
gọi là Stack nhãn (Label stack). Stack nhãn là một tập hợp gồm một hoặc
nhiều entry nhãn tổ chức theo quy tắc LIFO. Tại mỗi hop trong mạng chỉ xử lý
Công nghệ MPLS Trang 10
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
nhãn hiện hành trên đỉnh stack. Chính nhãn này được LSR sử dụng để chuyển

tiếp gói.
Hình 4: Stack nhãn
Nếu gói tin chưa có nhãn thì stack nhãn là rỗng có độ sâu bằng 0. Nếu
stack có chiều sâu là d thì mức 1 sẽ là ở đáy stack (bit S trong entry nhãn đặt
tên là 1) và mức d sẽ là ở đỉnh stack. Một entry nhãn có thể được đặt thêm
vào (push) hoặc lấy ra (pop) khỏi stack.
2.1.4. Hoán đổi nhãn (Label Swapping)
Hoán đổi nhãn là cách dùng các thủ tục để chuyển tiếp gói. Để chuyển
tiếp gói có nhãn, LSR kiểm tra nhãn trên đỉnh stack và dùng ánh xạ ILM
(Incoming Label Map) để ánh xạ nhãn này tới một entry chuyển tiếp nhãn
NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry). Sử dụng thông tin trong NHLFE,
LSR xác định ra nơi để chuyển tiếp gói tin và thực hiện tác vụ trên stack nhãn.
Rồi nó mã hóa stack nhãn mới vào gói và chuyển gói đi.
Chuyển tiếp gói chưa có nhãn cũng diễn ra tương tự nhưng xảy ra ở
ingress-LER. LER phân tách header lớp mạng để xác định FEC rồi sử dụng
ánh xạ FTN (FEC-to-NHLFE) để ánh xạ FEC vào một NHLFE.
2.1.5. Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path)
Đường chuyển mạch nhãn LSP là một đường nối giữa Router ngõ vào và
Router ngõ ra, được thiết lập bởi các nút MPLS để chuyển các gói đi xuyên
qua mạng. Đường dẫn của một LSP qua mạng được định nghĩa bởi sự chuyển
đổi các giá trị nhãn ở các LSP dọc theo LSP bằng cách dùng thủ tục hoán đổi
nhãn. Khái niệm LSP tương tự như khái niệm mạch ảo (VC) trong ATM.
Công nghệ MPLS Trang 11
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
Hình 5: Đường chuyển mạch nhãn LSP
Kiến trúc của MPLS cho phép phân cấp các LSP, tương tự như ATM sử
dụng VPI và VCI để tạo ra các phân cấp trên kênh ảo (VC) nằm trong đường
ảo (VP). Tuy nhiên ATM chỉ hỗ trợ 2 mức phân cấp, trong khi với MPLS thì số
mức phân cấp cho phép rất lớn nhờ khả năng chứa được nhiều entry nhãn
trong stack nhãn. Về lý thuyết, giới hạn số lượng nhãn trong stack phụ thuộc

vào giá trị MTU (Maximum Transfer Unit) của các giao thức lớp liên kết được
dùng dọc theo một LSP.
Hình 6: Phân cấp LSP trong MPLS
2.1.6. Mã hóa nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS
Công nghệ MPLS Trang 12
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
Hình 7: Định dạng một entry nhãn trong stack nhãn MPLS
Nhóm 32 bit trên là một entry trong stack nhãn, trong đó phần giá trị
nhãn thực sự chỉ có 20 bit. Phần thông tin cộng thêm 12 bit gồm các trường
sau :
- EXP (một số tài liệu gọi là CoS – Class of Service) – gồm 3 bit, có
thể là một hàm của trường TOS (Type of Service) hoặc Diffserv trong
gói IP. Đa số các nhà sản xuất sử dụng bit này để mang chỉ thị QoS,
thường là copy trực tiếp từ các bit TOS trong gói IP. Khi gói MPLS vào
hàng đợi, có thể sử dụng các bit EXP theo cách giống như các bit ưu
tiên trong IP.
- S – gồm 1bit, chỉ thị đáy của stack nhãn. Khi một nhãn nằm ở đáy
của stack nhãn, thì bit S đặt lên 1, còn các nhãn khác có bit S đặt về 0.
Bit S là phương tiện để xác định đáy stack nhãn đặt ở đâu.
- TTL – gồm 8 bit thường được copy trực tiếp từ trường TTL của
header IP, được giảm đi 1 qua mỗi hop để chặn loop định tuyến giống
như IP. Tuy nhiên cũng có thể đặt khác so với TTL trong IP, thường
dùng khi nhà khai thác mạng muốn che giấu topology mạng MPLS.
Chế độ Frame
Các kỹ thuật lớp 2 như Ethernet, Token ring, FDDI, PPP không có trường
hợp nào phù hợp trong header của frame có thể mang nhãn. Vì vậy, stack
nhãn sẽ được chứa trong header chêm (shim header). Shim header được
“chêm” vào giữa header lớp liên kết và header lớp mạng. Đỉnh stack nằm liền
sau header lớp 2 và đáy stack nằm liền trước header lớp mạng.
Hình 8: Shim header được ‘’chêm’’ vào giữa header lớp 2 và lớp 3

Router gửi frame phải có cách để báo cho Router nhận biết rằng frame
này có chứa shim header, cách thức này khác nhau giữa các kỹ thuật lớp 2.
Ethernet sử dụng cặp giá trị ethertype 0x8847 và 0x8848 đẻ chỉ thị frame
đang mang gói MPLS unicast và multicast tương ứng.
Công nghệ MPLS Trang 13
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
Chế độ Cell
Chế độ Cell được dùng khi ta có mạng gồm các ATM-LSR (là các chuyển
mạch ATM có hỗ trợ MPLS). Trong đó nó sử dụng các giao thức phân phối
nhãn MPLS để trao đổi thông tin VPI/VCI thay cho báo hiệu ATM. Nhãn được
mã hóa trong trường hợp gộp VPI/VCI, trong VPI hoặc VCI của header cell
ATM.
Hình 9: Nhãn trong chế độ Cell ATM
Cell ATM gồm có 5byte header và 48 byte payload. Để chuyển tải gói tin
có kích thước lớn hơn 48byte từ lớp trên đưa xuống (ví dụ gói IP), ATM phải
chia gói tin thành nhiều phần nhỏ hơn, việc này gọi là phân đoạn
(fragmentation). Quá trình phân đoạn do lớp AAL (ATM Adaptation Layer)
đảm trách. Cụ thể, AAL5 PDU sẽ được chia thành nhiều đoạn 48byte, mỗi
48byte này được thêm header 5byte để tạo ra 1cell ATM.
Hình 10: Đóng gói gói có nhãn trên link ATM
2.2: Cấu trúc chức năng của MPLS.
2.2.1: Kiến trúc của một nút MPLS.
Một nút MPLS có 2 mặt phẳng : mặt phẳng chuyển tiếp MPLS và mặt
phẳng điều khiển MPLS. Nút MPLS có thể thực hiện định tuyến lớp 3 hoặc
chuyển mạch lớp 2. Kiến trúc cơ bản như sau :
Công nghệ MPLS Trang 14
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
Hình 11: Kiến trúc một nút MPLS
Hình 12: Cấu trúc của LER và LSR
2.2.1.1. Mặt phẳng điều khiển

Nhiệm vụ của các giao thức trong mặt phẳng điều khiển là phân phối
các thông tin cần thiết cho mỗi LER và LSR để cấu hình bảng FIB và LFIB. Một
giao thức định tuyến sử dụng bảng thông tin định tuyến RIB hoặc động kết
Công nghệ MPLS Trang 15
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
hợp với một giao thức báo hiệu MPLS sử dụng bảng thông tin nhãn LIB để
phân phối các nhãn. Việc phân tách mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng
chuyển tiếp cho phép cài đặt một giao thức điều khiểm MPLS trên một ATM
switch.
Tại sao MPLS cần giao thức báo hiệu, trong khi các Router IP cổ điển chỉ
cần định tuyến IP? Một lý do quan trọng phải dùng giao thức báo hiệu MPLS
kết hợp với 1 giao thức định tuyến xuất phát từ sự cần thiết phải thực hiện
định tuyến rằng buộc của đường chuyển mạch nhãn MPLS.
2.2.1.2. Mặt phẳng chuyển tiếp (mặt phẳng dữ liệu)
Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS chịu trách nhiệm chuyển tiếp dữ liệu của
user. Nó sử dụng LFIB để thực hiện chuyển tiếp các gói có gắn nhãn căn cứ
vào giá trị của nhãn nằm trên đỉnh stack nhãn.
2.2.2. Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB
Trong mạng IP quyết định chuyển tiếp gói được xác định bằng cách thực
hiện tra cứu địa chỉ đích trong bảng FIB để xác định hop kế và giao diện ra.
Trong mạng MPLS, mỗi LSR duy trì một bảng LFIB riêng rẽ và tách biệt với
FIB. Bảng LFIB có 2 loại entry là ILM (incoming lable map) và FTN (FEC-to-
NHLFE).
NHLFE (next hop lable forwarding entry) là mục chứa các trường địa
chỉ hop kế, các tác vụ stack nhãn, giao diện ra và thông tin header lớp 2. ILM
ánh xạ môt nhãn đến 1 hoặc nhiều NHLFE. Còn FTN ánh xạ mỗi FEC vào một
hoặc nhiều NHLFE. Nhờ các entry FTN, gói chưa có nhãn được chuyển thành
gói có nhãn.
Như vậy một gói không nhãn thuộc FEC đi vào miền MPLS, ingress-LER
sẽ sử dụng 1 entry LFIB loại FTN để chuyển gói không nhãn thành gói có

nhãn. Sau đó tại các transit-LSR sẽ sử dụng 1entry loại ILM để hoán đổi nhãn
vào bằng nhãn ra. Cuối cùng tại egress-LER sử dụng 1entry LFIB loại ILM để
gỡ bỏ nhãn đến và chuyển tiếp gói không nhãn đến Router kế tiếp.
Công nghệ MPLS Trang 16
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
Hình 13: ETL, ILM và NHLFE
2.2.3. Thuật toán chuyển tiếp nhãn
Các nút MPLS sử dụng giá trị nhãn trong các gói để làm chỉ mục để tra
bảng LFIB. Khi tìm thấy entry tương ứng với nhãn đến, nút MPLS thay thế
nhãn trong gói bằng nhãn ra và gửi gói đi qua giao diện ra đến hop kế tiếp
được đặc tả trong subentry NHLFE. Nếu subentry chỉ định hàng đợi ra, nút
MPLS sẽ đặt gói trên hàng đợi đã chỉ định. Trường hợp nút MPLS duy trì một
LFIB riêng cho mỗi giao diện, nó sẽ dùng LFIB của giao diện mà gói đến để tra
cứu chuyển tiếp gói.
Hình 14: Quá trình chuyển tiếp một gói đến hop kế
2.2.4. Hoạt động chuyển tiếp MPLS
Thực hiện chuyển tiếp dữ liệu với MPLS bao gồm các bước sau :
- Gán nhãn MPLS (trên LSR)
Công nghệ MPLS Trang 17
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
- Giao thức phân phối nhãn (LDP – Label Distribution Protocol hay
TDP – Tag Distribution Protocol) thực hiện gán nhãn và trao đổi nhãn
giữa các LSR trong miền MPLS để thiết lập cá phiên làm việc. Việc gán
nhãn có thể gán cục bộ trên Router hoặc trên giao tiếp của Router.
- Thiết lập LDP/TDP giữa LSR/ELSR
- Mặc định trên Router sử dụng LDP.
Trong một miền MPLS, một nhãn gắn với một địa chỉ FIB đích được
phân phối tới các láng giềng ngược dòng sau khi thiết lập phiên. Việc kết nối
giữa mạng cụ thể với nhãn cục bộ và một nhãn trạm kế (nhận từ router xuôi
dòng) được lưu trữ trong LFIB và FIB. MPLS dùng các phương thức phân

phối nhãn sau :
Hình 15: Phương thức phân phối nhãn
VD . Chuyển gói qua miền MPLS
Sau đây là một ví dụ minh họa quá trình truyền gói tin qua miền MPLS.
Gói tin IP khi đi từ ngoài mạng vào miền MPLS được Router A đóng vai trò là
ingress-LER sẽ gán nhãn có giá trị là 6 cho mỗi gói IP rồi chuyển tiếp đến
Router B. Router B dựa vào bảng hoán đổi nhãn để kiểm tra nhãn của gói tin.
Nó thay giá trị nhãn mới là 3 và chuyển tiếp đến Router C. Router C, việc kiểm
tra tương tự như ở B và sẽ hoán đổi nhãn, gán nó có giá trị là 9 và tiếp tục
được đưa đến Router D.
Router D đóng vai trò egress-LER sẽ kiểm tra bảng hoán đổi nhãn và gỡ
bỏ nhãn 9 ra khỏi gói tin và định tuyến gói IP một cách bình thường đi ra
khỏi miền MPLS. Với kiểu làm việc này thì các LSR trung gian như Router B và
C sẽ không phải thực hiện việc kiểm tra toàn bộ header IP của gói tin mà nó
chỉ việc kiếm tra các giá trị của nhãn, so sánh với bảng định tuyến và chuyển
tiếp. Vì vậy tốc độ xử lý trong miền MPLS sẽ nhanh hơn nhiều so với việc định
Công nghệ MPLS Trang 18
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
tuyến IP thông thường. Đường đi từ Router A đến Router D được gọi là
đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path).
Hình 16: Ví dụ về chuyển gói tin qua miền MPLS
Chương 3: Ứng dụng thực tế của MPLS
Với những lợi ích mà MPLS đem lại hiện nay có rất nhiều công nghệ ứng
dụng MPLS đang được triển khai như:
- MPLS Traffic Engineering
- MPLS VPN
- MPLS QoS
- MPLS Unicast/Multicast IP Routing

Nhưng trong đó quan trọng nhất là hai ứng dụng MPLS VPN và điều

khiển lưu lượng.
3.1: MPLS VPN (Mạng riêng ảo)
3.1.1. Giới thiệu
VPN là công nghệ mạng riêng ảo được xây dựng dựa trên hạ tầng của
MPLS. Một mạng riêng yêu cầu các khách hàng đầu cuối có thể kết nối với
nhau và hoàn toàn độc lập với các mạng riêng khác. Ngày nay, mỗi công ty
đều có các chi nhánh được phân bố khắp nơi, yêu cầu của công nghệ VPN là
xây dựng các kết nối ảo (Tunnel) thay cho các kết nối thật (Lease Line) kết
nối các chi nhánh lại với nhau thông qua hạ tầng của nhà cung cấp dịch vụ
chung. Dịch vụ VPN được xây dựng dưa trên 2 mô hình chính:
- Overlay VPNs: dùng khi ISP cung cấp kết nối ảo (virtual point-to-
point links) giữa các site khách hàng (Frame Relay là 1 ví dụ của Overlay
VPNs).

Công nghệ MPLS Trang 19
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
Hình 17: Overlay VPNs
- Peer-to-peer VPNs: dùng khi ISP cùng tham gia trong quá trình định
tuyến cho khách hàng.

Hình 18: Peer-to-peer VPNs

3.1.2. Mô hình mạng MPLS VPN
Nhà cung cấp dịch dụ sẽ cung cấp hạ tầng dung chung cho các khách
hàng có kết nối VPN. Trong đó:
- Mạng khách hàng (customer network): thường là miền điều khiển
của khách hàng gồm các thiết bị hay các router trải rộng trên nhiều site của
cùng một khách hàng. Các router CE- là những router trong mạng khách
Công nghệ MPLS Trang 20
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch

hàng giao tiếp với mạng của nhà cung cấp. Ở hình 10, mạng khách hàng của
Customer A gồm các router CE1-A, CE2-A và các thiết bị trong Site1 và Site2
của Customer A. Các router CE của Customer A là CE1-A, CE2-A, router CE của
Customer B là CE1-B, CE2-B.
- Mạng của nhà cung cấp (provider network): miền thuộc điều khiển
của nhà cung cấp gồm các router biên và lõi để kết nối các site thuộc vào các
khách hàng trong một hạ tầng mạng chia sẻ. Các router PE là các router
trong mạng của nhà cung cấp giao tiếp với router biên của khách hàng. Các
router P là router trong lõi của mạng, giao tiếp với router lõi khác hoặc
router biên của nhà cung cấp. Trong hình 10, mạng của nhà cung cấp gồm
các router PE1, PE2, P1, P2, P3, P4. Trong đó, PE1 và PE2 là router biên của
nhà cung cấp trong miền MPLS - VPN cho khách hàng A và B. Router P1, P2,
P3, P4 là router nhà cung cấp (provider router).
Hình 19: Cấu trúc mạng MPLS - VPN
3.1.3. Thành phần trong cấu trúc MPLS VPN
Bảng định tuyến và chuyển mạch ảo VRF
VRF -Virtual Routing Forwarding: là một tổ hợp định tuyến và chuyển
mạch đi kèm với một giao thức định tuyến trên PE router. Trên PE mỗi VRF
được gán cho 1 VPN của khách hang để phân biệt các khách hang với nhau.
Chấp nhận cho phép các khách hang khác nhau có thể trùng lập IP lẫn nhau.
Công nghệ MPLS Trang 21
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
Hình 20: Chức năng của VRF
Route Distinguisher
Trong mô hình định tuyến MPLS VPN, router PE phân biệt các khách
hàng bằng VRF. Tuy nhiên, thông tin này cần được mang theo giữa các
router PE để cho phép truyền dữ liệu giữa các site khách hàng qua MPLS VPN
backbone. Router PE phải có khả năng thực thi các tiến trình cho phép các
mạng khách hàng kết nối vào có không gian địa chỉ trùng lắp (overlapping
address spaces). Router PE học các tuyến này từ các mạng khách hàng và

quảng bá thông tin này bằng mạng trục chia sẻ của nhà cung cấp (share
provider backbone). Điều này thực hiện bằng việc kết hợp với RD (route
distinguisher) trong bảng định tuyến ảo (virtual routing table) trên một
route PE. RD là một định danh 64-bit duy nhất, thêm vào trước 32-bit địa chỉ
tuyến được học từ router CE tạo thành địa chỉ 96-bit duy nhất có thể được
chuyển vận giữa các router PE trong miền MPLS. Do đó, duy nhất một RD
được cấu hình cho 1 VRF trên router PE. Địa chỉ 96-bit cuối cùng (tổng hợp
của 32-bit địa chỉ khách hàng và 64-bit RD) được gọi là một địa chỉ VPNv4
(Hình 12).
Địa chỉ VPNv4 được truyền tải giữa các Router PE bằng giáo thức
MPBGP (Multiprotocol BGP).
Công nghệ MPLS Trang 22
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
Hình 21: Hoạt động của RD
Route-Target (RT)
RD chỉ sử dụng riêng cho 1 VPN để phân biệt địa chỉ IP đẫn đến việc các
khách hang có nhiều kết nối VPN trở nên khó giải quyết. Khi thực thi các cấu
trúc mạng VPN phức tạp (như: extranet VPN, Internet access VPNs, network
management VPN…) sử dụng công nghệ MPLS VPN thì RT giữ vai trò nồng
cốt. Một địa chỉ mạng có thể được kết hợp với một hoặc nhiều export RT khi
quảng bá qua mạng MPLS VPN. Như vậy , RT có thể kết hợp với nhiều site
thành viên của nhiều VPN.
3.1.4. Thông tin định tuyến qua môi trường MPLS - VPN
Công nghệ MPLS Trang 23
Tổng đài kỹ thuật chuyển mạch
Hình 22: Thông tin định tuyến qua môi trường MPLS
Gói tin IPv4 được gởi từ CE Router đến PE Router và được cập nhật vào
trong bảng VRF.
Gói tin IPv4 sẽ được gắn vào thông số RD để phân biệt những địa chỉ IP
trùng lấp trở thành địa chỉ VPNv4 và được gởi từ PE router này đến PE

router khác bằng giao thức MP BGP.
PE Router đầu xa nhận được địa chỉ VPNv4 gở bỏ giá trị RD , cho vào
bảng VRF dựa vào giá trị RT để xác định cổng ra và gởi đến cho CE Router
đích
Kết luận
Hiện nay, MPLS là một giải pháp hàng đầu để giải quyết nhiều vấn đề
trong mạng như: tốc độ, khả năng mở rộng, quản lý chất lượng dịch vụ và
điều phối lưu lượng. MPLS là một công nghệ kết hợp tốt nhất giữa định tuyến
lớp 3 và chuyển mạch lớp 2 cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong
mạng lõi và định tuyến tốt ở mạng biên bằng cách dựa vào nhãn. MPLS đơn
giản hóa quá trình định tuyến, tăng tính linh động với các tầng trung gian, hỗ
trợ tốt mô hình chất lượng dịch vụ.
Công nghệ MPLS Trang 24