Triển khai Traffic Engineering nâng cao với MPLS

TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN



LÊ THỊ VÂN


TRIỂN KHAI TRAFFIC ENGINEERING
NÂNG CAO VỚI MPLS



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN




NHA TRANG, NĂM 2013


i



TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN


LÊ THỊ VÂN

TRIỂN KHAI TRAFFIC ENGINEERING
NÂNG CAO VỚI MPLS




ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN


CBHD: Ths. PHẠM VĂN NAM

NHA TRANG, NĂM 2013


ii



MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của mạng IP, các nhà nghiên cứu cố gắng tìm ra
phƣơng pháp điều khiển lƣu lƣợng trong mạng một cách tối ƣu để đáp ứng đƣợc
nhu cầu ngƣời sử dụng. Các phƣơng pháp điều khiển lƣu lƣợng truyền thống nhƣ
IP, ATM cũng phần nào giải quyết đƣợc bài toán lƣu lƣợng trong mạng IP, tuy
nhiên các phƣơng pháp này biểu lộ một số hạn chế nhất định. Chuyển mạch nhãn đa
giao thức MPLS, một công nghệ chuyển mạch nhãn định hƣớng kết nối cung cấp
các khả năng mới trong mạng IP, trong khi khả năng điều khiển lƣu lƣợng đƣợc đề

cập đến bằng cách cho phép thực hiện các cơ chế điều khiển lƣu lƣợng một cách
tinh xảo.
MPLS không thay thế cho định tuyến IP, nhƣng nó sẽ hoạt động song song
với các phƣơng pháp định tuyến đang tồn tại và các công nghệ định tuyến trong
tƣơng lai với mục đích cung cấp tốc độ dữ liệu cao giữa các bộ định tuyến chuyển
mạch nhãn LSP đồng thời với việc hạn chế băng tần của các luồng lƣu lƣợng với
các yêu cầu chất lƣợng dịch vụ QoS khác nhau.
Vì vậy, em đã nhận đề tài “Triển khai traffic engineering nâng cao với
MPLS” để tìm hiểu và có cái nhìn sâu sắc hơn về bản chất của kỹ thuật lƣu lƣợng
cũng nhƣ kỹ thuật lƣu lƣợng cơ bản, nâng cao trong MPLS.
Luận văn tốt nghiệp của em sẽ đƣợc trình bày trong năm chƣơng : chƣơng I
sẽ đi tìm hiểu tổng quan về traffic engineering, MPLS và một số ứng dụng của
MPLS, chƣơng II sẽ đi tìm hiểu khái quát về kỹ thuật lƣu lƣợng trong MPLS,
chƣơng III ta sẽ đi sâu phân tích một số kỹ thuật lƣu lƣợng nâng cao trong MPLS,
và chƣơng cuối cùng ta sẽ mô phỏng về các kỹ thuật lƣu lƣợng trong MPLS mà ta
đã tìm hiểu ở trên.









iii



NHẬN XÉT

(Của giảng viên hƣớng dẫn)
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

iv



NHẬN XÉT
(Của giảng viên phản biện)
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………


v



MỤC LỤC

MỤC LỤC v
CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ TRAFFIC ENGINEERING, MPLS VÀ MỘT SỐ
ỨNG DỤNG CỦA MPLS 1
I.1. TỔNG QUAN VỀ TRAFFIC ENGINEERING 1
I.1.1. Khái niệm về traffic engineering …………1
I.1.2. Kỹ thuật lƣu lƣợng tại lớp liên kết dữ liệu (lớp 2 trong mô hình OSI) 1
I.1.3. Kỹ thuật lƣu lƣợng tại lớp mạng (lớp 3 trong mô hình OSI) 2
I.1.4. Những kỹ thuật lƣu lƣợng cơ bản trƣớc MPLS 2
I.2. TỔNG QUAN VỀ MPLS 3
I.2.1. Giới thiệu về giao thức định tuyến MPLS 3
I.2.2. Lợi ích của công nghệ MPLS 4
I.2.3. Ƣu điểm của MPLS so với mạng ATM 4
I.2.4. Kiến trúc của giao thức MPLS 5
I.2.5. Các hoạt động của MPLS 9
I.3. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA MPLS 12
I.3.1. VPN MPLS 12
I.3.2. IPv6 và MPLS 14

I.3.3. Any Transport over MPLS (AtoM) 18
I.3.4. Dịch vụ mạng LAN riêng ảo (VPLS) trên nền MPLS 18
I.3.5. MPLS QoS 19
CHƢƠNG II. KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG VỚI MPLS 21
II.1. TỔNG QUAN KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG VỚI MPLS 21
II.2. SỰ PHÂN PHỐI THÔNG TIN CỦA MPLS TE 21
II.2.1. Cấu hình cơ bản MPLS TE 22
II.2.2. Các dạng thông tin đƣợc phân phối 22


vi



II.2.3. Khi nào thông tin đƣợc phân phối 23
II.2.4. Thông tin đƣợc phân phối nhƣ thế nào? 24
II.3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT LẬP ĐƢỜNG ĐI TRONG MPLS TE 25
II.3.1. Thuật toán SPF (Shortest path first) 25
II.3.2. Thuật toán CSPF (Contrained shortest path first) 25
II.3.3. Tính toán lại đƣờng đi trong MPLS TE (tunnel reoptimization) 27
II.3.4. Giao thức dành riêng tài nguyên (RSVP)……………………………28
II.3.5. Đƣờng hầm liên vùng (Interarea Tunnels) 30
II.3.6. Quản lý các kết nối (Link Manager) 31
II.4. CHUYỂN TIẾP LƢU LƢỢNG VÀO MỘT ĐƢỜNG HẦM - ( Forwarding
traffic down a tunnel) 31
II.4.1. Sử dụng định tuyến tĩnh (Static routes) 31
II.4.2. Định tuyến dựa trên chính sách (Policy-Based routing) 31
II.4.3. Định tuyến tự động 31
II.5. THIẾT KẾ MẠNG VỚI MPLS TE 31
II.6. CÁC VẤN ĐỀ LƢU Ý KHI TRIỂN KHAI MẠNG MPLS 32

II.6.1. Đo lƣờng băng thông và độ trễ 32
II.6.2. Thông số để tinh chỉnh đƣờng hầm MPLS TE 33
II.6.3. TE và vấn đề đa hƣớng (Multicast) 33
II.6.4. Kết hợp MPLS TE và MPLS VPNs 33
CHƢƠNG III : KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG NÂNG CAO VỚI MPLS 36
III.1. GIỚI THIỆU 36
III.2. AUTOROUTE ANNOUNCE 36
III.2.1. Giới thiệu 36
III.2.2. Autoroute Announce Feature 37
III.3. TÍCH HỢP DIFFSERV QoS VÀ MPLS 40
III.3.1. Giới thiệu 40


vii



III.3.2. Sự kết hợp giữa DiffServ QoS và MPLS 40
III.3.3. Cấu hình DiffServ trong MPLS 42
III.4. BẢO VỆ VÀ KHÔI PHỤC ĐƢỜNG HẦM 45
III.4.1. Tổng quát 45
III.4.2. Bảo vệ đƣờng đi 45
III.4.3. Bảo vệ cục bộ (Local protection) 46
CHƢƠNG IV : MÔ PHỎNG KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG VỚI MPLS 53
IV.I. MỘT SỐ BÀI LAB MÔ PHỎNG KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG CƠ BẢN
VỚI MPLS 53
VI.I.1. Ví dụ cấu hình MPLS cơ bản sử dụng OSPF 53
IV.I.2. Cấu hình IPv6 trong MPLS 54
IV.I.3. Cấu hình MPLS VPN Layer 2 và định tuyến EIGRP giữa PE-CE 56
VI.I.4. Cấu hình MPLS VPN Layer 3 và định tuyến EIGRP giữa PE-CE 58

IV.II. MỘT SỐ BÀI LAB MÔ PHỎNG KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG NÂNG
CAO VỚI MPLS 59
IV.II.1. Autoroute Feature 59
IV.II.2. Tích hợp QoS and MPLS 61
IV.II.3. Bảo vệ và phục hồi đƣờng hầm MPLS 65
CHƢƠNG V : TRIỂN KHAI MPLS TRÊN HẠ TẦNG MẠNG VIỆT NAM 70
V.1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG MPLS TRONG MẠNG LƢỚI QUỐC GIA 70
V.1.1. Tổng quan về ISP Networks 70
V.1.2. Các vấn đề chung về thiết kế hệ thống kỹ thuật lƣu lƣợng MPLS 70
V.1.3. Hệ thống MPLS trong Trung tâm Mạng lƣới toàn cầu Quốc gia Hoa Kỳ71
V.2. TRIỂN KHAI MPLS TẠI VIỆT NAM 71
V.2.1. Giới thiệu 71
V.2.2. Triển khai dịch vụ mạng riêng ảo VPN/MPLS tại VDC 72
KẾT LUẬN 75


viii



TÀI LIỆU THAM KHẢO 76
PHỤ LỤC i

ix



DANH MỤC HÌNH

Hình I.1 Mô hình OSI 4
Hình I.2 Mô hình nhãn trong MPLS 5
Hình I.3 Vị trí của LSP, LSR, LER trong mạng MPLS 7
Hình I.4 Bảng tra FIB vả LFIB 8
Hình I.5 Mô hình chung về chuyển tiếp và chuyển mạch tại bộ định tuyến 9
Hình I.6 Mô hình hoạt động của MPLS VPN 12
Hình I.7 VRF và VPN MPLS 13
Hình I.8 Phần tiêu đề gói tin IPv4 14
Hình I.9 Phần tiêu đề gói tin IPv6 15
Hình I.10 Dịch vụ MPLS 19
Hình I.11 Cơ chế học địa chỉ MAC gói tin Broadcast 19
Hình II.1 Bài toán con cá với MPLS TE 21
Hình II.2 Liên kết ảo trong mạng OSPF 24
Hình II.3 Ví dụ về sự xuất hiện đƣờng hầm TE tốt hơn 28
Hình II.5 Mô hình mạng kết hợp MPLS TE và MPLS VPN 34
Hình II.6 Gói tin VPN trong đƣơng hầm TE 34
Hình II.7 Đƣờng đi gói tin và ngăn chứa nhãn không có LDP qua đƣờng hầm TE 34

Hình II.8 Đƣờng đi gói tin và ngăn chứa nhãn có LDP qua đƣờng hầm TE 35
Hình III.1 Topology không có đƣờng hầm 37
Hình III.2 Topology với đƣờng hầm 38
Hình III.3: Mạng BGP 42
Hình III.4 Mô hình mạng với đƣờng hầm dự phòng 46
Hình III.5 Ví dụ bảo vệ kết nối 47
Hình III.6 LSP trƣớc khi hỏng 49


x



Hình III.7 LSP sau khi SLP chính bị đứt kết nối 49
Hình III.8 Đƣờng hầm NNHop 51
Hình IV.1 Mô hình MPLS cơ bản sử dụng OSPF 53
Hình IV.2 Mô hình IPV6 trên MPLS 54
Hình IV.3 Mô hình MPLS VPN Layer 2 56
Hình IV.4 Mô hình MPLS VPN Layer 3 58
Hình IV.5 Mô hình Autoroute announce 60
Hình IV.6 Bảng định tuyến MPLS 61
Hình IV.7 Mô hình tích hợp QoS với MPLS 61
Hình IV.8 Mô hình tải dịch vụ từ máy ảo sang máy thật qua GNS3 63
Hình IV.9 Giao diện ngƣời dùng của phần mềm D-ITG 64
Hình IV.10 Mô hình bảo vệ liên kết (Link Protection) 65
Hình IV.11 LSP trƣớc khi hỏng 67
Hình IV.12 LSP sau khi hỏng và đã đƣợc khôi phục 67
Hình IV.13 Mô hình bảo vệ nút (Node Protection) 68
Hình IV.14 LSP trƣớc khi bị hỏng 69
Hình IV.15 LSP Sau khi hỏng và đã khôi phục 69

Hình V.1. Một phần của mạng ISP 70
Hình V.2. Các kết nối văn phòng ở xa và các phòng ban bộ phận ……………72
Hình V.3. Mô hình MPLS VPN của VDC 73
Hình V.4. So sánh công nghệ MPLS với các công nghệ khác 73
Hình V.5. So sánh về chi phí sử dụng 74








xi





KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT


Từ viết tắt

ATM

AtoM
AS
BGP

CEF

CSPF

DNS
DHCP

DiffServ
ECMP
EIGRP

ERO

FEC
FIB

FRR
GRE

IP
ISP
ICMP

ICP

IGP
IETF

IntServ
IS-IS

Chú giải tiếng anh

Asynchronous Transfer Mode

Any Transport over MPLS
Autonomous System
Border Gateway Protocol

Cisco Express Forwarding

Constrained Shortest Path
First
Domain Name System
Dynamic Host Configuration
Protocol
Differentiated Services
Equal Cost MultiPath
Enhanced Interior Gateway
Routing Protocol
Explicit Router Object

Forwarding Equivalence Class
Forwarding Information Based

Fast Reroute
Generic Routing
Encapsulation
Internet Protocol
Internet Service Provider
Internet Control Message

Protocol
Internet Content Provider

Interior Gateway Protocol
Internet Engineering Task
Force
Intergrated Services
Intermediate system to
Chú giải tiếng việt

Phƣơng thức truyền dẫn
không đồng bộ
Là công nghệ VPN ở lớp 2
Hệ số quản trị
Giao thức định tuyến cổng
miền
Kỹ thuật chuyển mạch IP ở
layer 3
Thuật toán SPF ràng buộc

Hệ thống tên miền
Giao thức cấu hình Host động

Mô hình dịch vụ tích hợp
Đa đƣờng đồng chi phí
Giao thức định tuyến cổng nội
nâng cao
Đối tƣợng định tuyến tƣờng
minh
Lớp chuyển tiếp tƣơng đƣơng

Bảng cơ sở dữ liệu chuyển
tiếp
Định tuyến lại nhanh
Bộ định tuyến dùng chung

Giao thức Internet
Nhà cung cấp dịch vụ Internet
Giao thức thông điệp điều
khiển Internet
Nhà cung cấp nội dung
Internet
Giao thức cổng nội
Nhóm đặc trách kỹ thuật
Internet
Mô hình dịch vụ tích hợp
Giao thức định tuyến Cisco


ii




LAN
LSR

LER
LSP
LIB
LFIB

LSFT

LDP
LSA

MPLS

MPLS TE


MTU
NHop

NNHop

OSI
OSPF

PVC
PBR

PLR

QoS
RSVP

RPE
RIB
RIP

SAA
SPF

SVC
Intermediate system
Local Area Network
Label Switching Router

Label Edge Router
Label Switching Path
Label Information Base
Label Forwarding Information
Base
Label Switching Forwarding
Table
Label Distribution Protocol
Link State Advertisement

MultiProtocol Label
Switching
MultiProtocol Label
Switching Traffic Engineering

Maximum Transfer Unit
Next Hop Router

Next Next Hop Router

Open System Interconnection

Open Shortest Path First

Permanent Virtual Circuit
Policy Based Routing

Point of Local Repair

Quality of Service
Resource Reservation protocol

Reverse Path Forwarding
Routing Information Base
Routing Information Protocol

Service Assurance Agent
Shortest Path First

Switched Virtual Circuit
IS-IS
Mạng cục bộ
Bộ định tuyến chuyển mạch
nhãn
Bộ định tuyến nhãn biên ra
Đƣờng chuyển tiếp nhãn
Bảng cơ sở dữ liệu nhãn
Bảng cơ sở dữ liệu nhãn
chuyển tiếp
Bảng chuyển mạch chuyển
tiếp nhãn
Giao thức phân phối nhãn

Gói quảng cáo trạng thái liên
kết
Chuyển mạch nhãn đa giao
thức
Kỹ thuật lƣu lƣợng trong
chuyển mạch nhãn đa giao
thức
Đơn vị truyền tải tối đa
Router cách PLR một bƣớc
nhảy
Router cách PLR hai bƣớc
nhảy
Kết nối hệ thống mở
Đƣờng dẫn ngắn nhất trƣớc
tiên
Kênh ảo cố định
Định tuyến dựa trên chính
sách
Điểm đầu cuối của đƣờng
hầm dự phòng
Chất lƣợng dịch vụ
Giao thức dành trƣớc tài
nguyên
Đƣờng chuyển tiếp đảo chiều
Cơ sở thông tin định tuyến
Giao thức thông tin định
tuyến
Đại lý dịch vụ bảo đảm
Thuật toán đƣờng đi ngắn
nhất

Chuyển mạch ảo


iii



TCP

TE
TDP
TMS
TTL
ToS
UDP
VPN
VRF
VC
WFQ
Transmission Control Protocol

Traffic Engineering
Tag Distribution Protocol
Traffic Matrix Statistics
Time to Live
Type of Service
User Datagram Protocol
Virtual Private Network
Virtual routing and forwarding
Virtual Circuit

Weighted Fair Queuing
Giao thức điều khiển truyền
tải
Kỹ thuật lƣu lƣợng
Giao thức phân phối nhãn
Ma trận thống kê lƣu lƣợng
Thời gian tồn tại của nhãn
Loại dịch vụ của gói tin
Giao thức dữ liệu ngƣời dùng
Mạng riêng ảo
Định tuyến và chuyển tiếp ảo
Kênh ảo
Hàng đợi trọng số công bằng




1



CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ TRAFFIC ENGINEERING, MPLS VÀ
MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA MPLS

I.1. TỔNG QUAN VỀ TRAFFIC ENGINEERING
I.1.1. Khái niệm về traffic engineering
Khi mạng internet phát triển và đƣợc mở rộng, có hai vấn đề kỹ thuật mà
chúng ta cần quan tâm là: Kỹ thuật mạng (network engineering) và kỹ thuật lƣu
lƣợng (traffic engineering).
Kỹ thuật mạng là công việc tổ chức, kiểm soát mạng phù hợp với lƣu lƣợng

mạng. Phải có sự dự đoán tốt nhất về các luồng lƣu lƣợng lƣu thông trên mạng để
sử dụng các mạch và các thiết bị mạng (router, switch, …) thích hợp. Kỹ thuật
mạng phải đảm bảo hiệu quả về sau này vì thời gian lắp đặt mạng có thể diễn ra lâu
dài.
Kỹ thuật lƣu lƣợng là thao tác trên lƣu lƣợng để phù hợp với mạng. Tuy
nhiên, dù có cố gắng đến đâu thì lƣu lƣợng mạng cũng không bao giờ đƣợc đáp ứng
hoàn toàn (100%) so với dự tính. Thỉnh thoảng (xảy ra từ sau giữa thập niên 90), sự
tăng trƣởng lƣu lƣợng vƣợt quá mọi dự tính và chúng ta không thể nâng cấp mạng
kịp thời đƣợc. Đôi khi một sự kiện nổi cũng có thể làm đầy lƣu lƣợng trên mạng,
điều này là không thể tính toán trƣớc đƣợc.
Và kỹ thuật lƣu lƣợng MPLS (MPLS Traffic Engineering) ra đời là một cố
gắng để có kỹ thuật tốt nhất của kỹ thuật lƣu lƣợng hƣớng kết nối và hợp nhất với
các định tuyến IP, khắc phục nhiều hạn chế của việc truyền gói tin IP qua mạng
ATM.
I.1.2. Kỹ thuật lƣu lƣợng tại lớp liên kết dữ liệu (lớp 2 trong mô hình
OSI)
Kỹ thuật lƣu lƣợng tại lớp liên kết dữ liệu đã đƣợc triển khai từ rất lâu, chủ
yếu trong các mạng sử dụng các kết nối ảo PVC và SVC nhƣ Frame - Relay và
ATM. Trong mô hình chuyển tiếp ở lớp liên kết dữ liệu, các thiết bị định tuyến hay
các thiết bị hoạt động ở lớp 3 đƣợc đặt trên đồ hình trạng thái của lớp 2. Các thiết bị
định tuyến ở lớp 3 sẽ không có kiến thức về cấu trúc đấu nối vật lý cụ thể và băng
thông khả dụng hiện thời trên mỗi liên kết. Các giao thức định tuyến sẽ nhận diện
các PVC và SVC nhƣ các đƣờng dẫn điểm - điểm và đƣa ra quyết định định
tuyến/chuyển mạch tƣơng ứng. Nếu mạng liên kết dữ liệu cung cấp full-mesh các


2

kết nối dạng logich PVC/SVC giữa các thiết bị trong mạng, các giao thức định
tuyến ở lớp 3 sẽ nhận diện các kết nối này nhƣ các kết nối trực tiếp giữa các nút và
sẽ sử dụng các kết nối trực tiếp giữa các nút và sẽ sử dụng các liên kết này để truyền
tải lƣu lƣợng.
I.1.3. Kỹ thuật lƣu lƣợng tại lớp mạng (lớp 3 trong mô hình OSI)
Đối với các giao thức định tuyến truyền thống tại lớp mạng, cơ chế định
tuyến chủ yếu dựa trên địa chỉ đích, tiêu chí định tuyến chỉ dựa trên giá trị cost đƣợc
gắn tĩnh trên từng giao diện liên kết vật lý mà không thể hiện đƣợc băng thông khả
dụng hiện thời của liên kết, do đó có thể giải quyết đƣợc bài toán tắc nghẽn tại một
khu vực trong mạng trong khi các khu vực khác thì hoạt động ít hoặc không hoạt
động.
Kỹ thuật lƣu lƣợng có thể đƣợc triển khai tại lớp 3 tuy nhiên các kỹ thuật đó
đều mang những nhƣợc điểm :
- Định tuyến nguồn : yêu cầu cần thiết bị nguồn phải gửi các bản tin yêu cầu
định tuyến nguồn, kỹ thuật này rất ít đƣợc triển khai.
- Định tuyến tĩnh : không phân biệt đƣợc các loại lƣu lƣợng khác nhau đến từ
cũng một nguồn và không tƣơng thích đƣợc trong trƣờng hợp các liên kết gặp biến
cố.
- Định tuyến theo chính sách PBR (Policy - Based Routing) : không tƣơng
thích đƣợc trong trƣờng hợp các liên kết gặp sự cố.
I.1.4. Những kỹ thuật lƣu lƣợng cơ bản trƣớc MPLS
I.1.4.1. Điều khiển lƣu lƣợng trong mạng IP
Cơ chế định tuyến IP thƣờng hƣớng lƣu lƣợng vào một số các kết nối nhất
định dẫn tới các kết nối này bị quá tải trong khi một số khu vực khác tài nguyên
không đƣợc sử dụng. Đây là tình trạng phân bố tài nguyên không đồng đều và sử
dụng lãng phí tài nguyên mạng.
Chỉ có một cách duy nhất để thay đổi đƣờng đi của một gói tin đó là thay đổi
chi phí của một số liên kết. Nhƣng việc thay đổi chi phí của các kết nối này không
chỉ ảnh hƣởng đến đƣờng đi ta mong muốn mà còn ảnh hƣởng đến đƣờng đi của các
kết nối khác. Không có cách nào để thay đổi đƣờng đi của một kết nối dựa vào nơi

lƣu lƣợng sinh ra. Giải pháp này chỉ đƣợc sử dụng cho mạng nhỏ còn đối với mạng
lớn có hàng trăm router, thì việc tính toán thay đổi chi phí của liên kết nào cho phù
hợp trở nên rất phức tạp và khó khăn.


3



I.1.4.2 Điều khiển lƣu lƣợng trong mạng ATM
ATM cho phép ta đặt các kết nối đƣờng ảo (PVC) qua mạng từ nguồn tới
đích. Điều này có nghĩa rằng ta có khả năng điều khiển luồng lƣu lƣợng chảy qua
mạng một cách mềm dẻo hơn. Các ISP dùng mạng ATM trong mạng của họ bằng
cách xây dựng mạng các router theo topo lƣới đầy đủ với các liên kết giữa các
Router là PVC. Họ sẽ định kỳ thay đổi lại kích cỡ và vị trí của các PVC này dựa
trên lƣu lƣợng quan sát đƣợc từ các Router. Nhƣng có một vấn đề với mạng ATM là
topo mạng lƣới đầy đủ sẽ sinh ra N2 bản tin thông báo khi có một liên kết down và
N3 bản tin thông báo khi có một node down.
Xây dựng hai PVC có chi phí bằng nhau qua mạng ATM là giải pháp mềm
dẻo hơn giải pháp thay đổi chi phí liên kết trong mạng IP vì không có thiết bị nào
khác kết nối với mạng bị ảnh hƣởng bởi sự thay đổi tham số chi phí của các PVC
này.
Tuy nhiên, cách giải quyết của mạng ATM vẫn còn những khuyết điểm về
cách định tuyến dễ gây quá tải cho router và các con đƣờng mạng. Vậy làm thế nào
để giải quyết vấn đề này? Câu trả lời chính là kỹ thuật lƣu lƣợng MPLS (MPLS
TE).
I.2. TỔNG QUAN VỀ MPLS
I.2.1. Giới thiệu về giao thức định tuyến MPLS
MPLS là viết tắt của công nghệ MultiProtocol Label Switching là giao thức
chuyển mạch nhãn đa giao thức, đây là công nghệ đƣợc sử dụng trong 1 vài năm

gần đây, là kết quả của quá trình phát triển nhiều giải pháp chuyển mạch IP, đây là
công nghệ chuyển mạch đƣợc đƣa ra bởi IETF .
MPLS là một công nghệ tích hợp tốt nhất các khả năng hiện tại để phân phát
gói tin từ nguồn tới đích qua mạng Internet. Có thể định nghĩa MPLS là một tập các
công nghệ mở dựa vào chuẩn Internet mà kết hợp chuyển mạch lớp 2 và định tuyến
lớp 3 để chuyển tiếp gói tin bằng cách sử dụng các nhãn ngắn có chiều dài cố định.
Nếu nhìn trong mô hình OSI, có thể xem giao thức MPLS nằm ở lớp 2,5.
Ta có thể xem mô hình sau :





4








Lớp 2.5 :
MPLS



Hình I.1 Mô hình OSI
Bằng cách sử dụng các giao thức điều khiển và định tuyến Internet, MPLS
cung cấp chuyển mạch hƣớng kết nối ảo qua các tuyến Internet bằng cách sử dụng

các nhãn và trao đổi nhãn. MPLS bao gồm việc thực hiện các đƣờng chuyển mạch
nhãn, nó cũng cung cấp các thủ tục và các giao thức cần thiết để phân phối các nhãn
giữa các chuyển mạch và các bộ định tuyến .
I.2.2. Lợi ích của công nghệ MPLS
 Các lợi ích của MPLS:
- Làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu nhƣ IP, ATM….
- Tƣơng thích với hầu hết các giao thức định tuyến và các công nghệ khác
liên quan đến Internet.
- Hoạt động độc lập với các giao thức định tuyến (routing protocol).
- Tìm đƣờng đi linh hoạt dựa vào nhãn(label) cho trƣớc.
- Hỗ trợ việc cấu hình quản trị và bảo trì hệ thống (OAM).
- Có thể hoạt động trong một mạng phân cấp.
- Có tính tƣơng thích cao…
I.2.3. Ƣu điểm của MPLS so với mạng ATM
- Sự tích hợp: MPLS sát nhập tính năng của IP và ATM chứ không xếp
chồng lớp IP trên ATM.
- Độ tin cậy cao hơn: MPLS có khả năng cung cấp cho mạng sự an toàn
và nhanh chóng, đảm bảo dữ liệu không bị thất thoát nhiều .
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data Link
Physical


5

- 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.
- Hỗ trợ hiệu quả cho Mulicast và RSVP.
- Giảm tải trên mạng lõi, giảm gánh nặng BGP: Đối với việc sử dụng
MPLS, số lƣợng bộ định tuyến cần phải chạy BGP giảm đi rấtnhiều. Điều này sẽ
giúp các thiết bị cần bộ nhớ ít hơn, không có sự phức tạp nhƣ khi chạy BGP.
- Giúp xây dựng mô hình peer – to - peer trong MPLS VPN.
- Tối ƣu hóa luồng lƣu lƣợng.
- Khả năng điều khiển lƣu lƣợng: MPLS cung cấp các khả năng điều
khiển lƣu lƣợng để sử dụng hiệu quả tài nguyên mạng. Kỹ thuật lƣu lƣợng giúp
chuyển tải từ các phần quá tải sang các phần còn rỗi của mạng dựa vào điểm đích,
loại lƣu lƣợng, tải, thời gian,…
I.2.4. Kiến trúc của giao thức MPLS
I.2.4.1. Nhãn
Vì MPLS là giao thức định tuyến bằng cách gán nhãn vào gói tin nên chúng
ta sẽ tìm hiểu thành phần đầu tiên giao thức này là Nhãn.
Nhãn là 1 trƣờng gồm 32 bit có cấu trúc xác định.

Hình I.2 Mô hình nhãn trong MPLS [9] (Hình 2.1 
Trong đó, 20 bit đầu là giá trị của nhãn, mang giá trị từ 0 đến 202-1. Bít 20 -
22 đƣợc dùng cho chất lƣợng dịch vụ QoS. Bít 23 là bít báo hiệu ngăn chứa Stack (
BoS)- là nơi lƣu giữ các nhãn của gói tin, ngăn chứa có thể có 1 hay nhiều stack, số
lƣợng nhãn đƣợc lƣu giữ trong ngăn chứa có thể vô hạn. Nếu nhãn nằm dƣới cùng
của ngăn chứa, bít 23 sẽ đƣợc gán giá trị 1, ngƣợc lại là 0. [2]
Bít 24 đến 31 là 8 bit dùng cho Time To Live (TTL), là thời gian tồn tại của
nhãn. Nó có chức năng tƣơng tự nhƣ trƣờng TTL của gói tin IP. Giá trị của TTL sẽ
giảm đi 1 tại mỗi hop, ngăn cho gói tin bị tắc nghẽn khi bị định tuyến lặp. Khi giá
trị TTL giảm xuống 0, nó sẽ bị vứt bỏ. [9]

6



I.2.4.2. Nhãn xếp chồng
Nhƣ ta đã biết, nhãn dùng để gắn vào gói tin trong giao thức định tuyến của
MPLS, nhƣng trong 1 quãng đƣờng định tuyến, phải cần nhiều hơn 1 nhãn đƣợc gắn
vào phần đầu của gói tin phục vụ cho công việc vẫn chuyển gói tin nhƣ các ứng
dụng MPLS trong ATM hoặc VPN MLPS. Vì thế, các nhãn này đã đƣợc đóng gói
vào trong 1 ngăn chứa Stack. Nhãn nằm trên cùng của ngăn chứa đƣợc gọi là top
label, và nhãn nằm dƣới cùng của ngăn chứa sẽ đƣợc gọi là bottom label.
I.2.4.3. Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn - Label Switch Router (LSR)
Là thiết bị (Bộ định tuyến hay Switch) sử dụng trong mạng MPLS để chuyển
các gói tin bằng thủ tục phân phối nhãn. LSR có 3 loại cơ bản sau:
- Ingress LSRs (LSRs Đầu Vào): Các LRS này sẽ tiếp nhận các gói tin
chƣa đƣợc gắn nhãn, sau đó sẽ gán nhãn vào đầu gói tin và gửi các gói tin này lên
các đƣờng liên kết dữ liệu.
- Egress LSRs (LSRs Đầu Ra): Các LSR này sẽ tiếp nhận các gói tin
đã gắn nhãn, gỡ bỏ nhãn ra rồi chuyển tiếp gói tin lên các đƣờng liên kết dữ liệu.
Ingress LSRs và Egress LSRs thƣờng đƣợc gọi là LSRs Biên.
- Intermediate LSRs (LSRs Trung Gian): Các LSR này sẽ nhận các gói
tin đã gắn nhãn từ các LSR Đầu vào, phân tích và chuyển đổi các gói tin, sau đó
chuyển gói tin đến nơi gói tin yêu cầu.
Các LSR có khả năng thực hiện các công việc: gỡ bỏ nhãn, thêm nhãn và
hoán đổi nhãn trong gói tin.
I.2.4.4. Đƣờng chuyển mạch nhãn - Label Switch Path(LSP)
Là tuyến tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để chuyển tiếp
gói tin nào đó sử dụng cơ chế chuyển đổi nhãn (label-swapping forwarding). Trong
LSP, các LSR đầu tiên là các Ingress LSRs, và các LSR cuối cùng là các Egress

LSR , ở giữa là các LSR Trung gian. [1]
Tuy nhiên, các LSR Đầu Vào (Ingress LSR) không nhất thiết phải là nơi đầu
tiên gắn nhãn cho các gói tin đi vào, vì có thể các gói tin đã đƣợc gắn nhãn ở các
LSR trƣớc đó rùi. Trƣờng hợp này đƣợc gọi là LSP lồng nhau, có nghĩa là có 1 LSP
này lồng trong 1 LSP khác.
I.2.4.5. Bộ định tuyến nhãn biên ra (LER)


7



Một LER là một thiết bị hoạt động ở biên của mạng truy cập và mạng MPLS.
LER hỗ trợ nhiều cổng (port) nối tới các mạng không tƣơng đồng (nhƣ ATM,
Frame Relay, Ethenet) và chuyển những luồng lƣu lƣợng này tới mạng MPLS sau
khi thiết lập các LSP, sử dụng giao thức báo hiệu nhãn ở đầu vào và phân phối lƣu
lƣợng trở lại mạng truy cập ở đầu ra. LER đóng vai trò rất quan trọng trong việc gán
nhãn và bỏ nhãn khi các luồng lƣu lƣợng vào và tồn tại trong mạng MPLS. [8]
Sau đây là hình ảnh minh họa về vị trí của LSP, LSR, LER trong mạng
MPLS :

Hình I.3 V trí ca LSP, LSR, LER trong mng MPLS [8] (Trang 10)
I.2.4.6. Lớp chuyển tiếp tƣơng đƣơng – Forwarding Equivalence Class
(FEC)
Là khái niệm đƣợc dùng để chỉ một nhóm các gói tin đƣợc đối xử nhƣ nhau
qua mạng MPLS. Các gói tin thuộc cùng 1 FEC thì sẽ có cùng nhãn nhƣ nhau,
nhƣng các gói tin có cũng nhãn chƣa chắc đã thuộc 1 FEC, bởi vì giá trị trƣờng
EXP trong nhãn gói tin khác nhau, gói tin sẽ đƣợc đối xử khác nhau. Bộ định tuyến
có thể quyết định việc nhóm các gói tin lại thành 1 FEC là Ingress LSRs.
Tại sao phải dùng FEC? Thứ nhất, nó cho phép nhóm các gói vào các lớp. Từ

nhóm này, giá trị FEC trong một gói có thể đƣợc dùng để thiết lập độ ƣu tiên cho
việc xử lý các gói. FEC cũng có thể đƣợc dùng để hỗ trợ hiệu quả hoạt động QoS.
Ví dụ, FEC có thể liên kết với độ ƣu tiên cao, lƣu lƣợng thoại thời gian thực, lƣu
lƣợng nhóm mới ƣu tiên thấp…
I.2.4.7. Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn - Label Switching
Forwarding Table (LSFT), Bảng cơ sở dữ liệu nhãn - Label Information Base
(LIB) và Cơ sở dữ liệu nhãn chuyển tiếp – Label Forwarding Information Base
(LFIB)


8



Bảng LSFT ( Label Switching Forwarding Table ) là bảng chuyển tiếp nhãn
có chứa thông tin về nhãn đầu vào, nhãn đầu ra, cổng đầu ra và địa chỉ điểm tiếp
theo.
Bảng tra FIB (Forwarding information based) sẽ ánh xạ từ một gói tin IP
không nhãn thành gói tin MPLS có nhãn ở ngõ vào của router biên hoặc từ gói tin
IP không nhãn thành gói tin IP không nhãn ở ngõ ra của router biên, bảng này đƣợc
hình thành từ bảng routing table, từ giao thức phân phối nhãn LDP và từ bảng tra
LFIB.

Hình I.4 Bng tra FIB v LFIB [9] ()
Bảng tra LFIB (Label Forwarding Information Based) là bảng chứa đựng
thông tin các nhãn đến các mạng đích, một gói tin có nhãn khi đi vào một router nó
sẽ sử dụng bảng tra LFIB để tìm ra hop kế tiếp, ngõ ra của gói tin này có thể là gói
tin có nhãn cũng có thể là gói tin không nhãn. [9]
I.2.4.8. MPLS Payload
Đây là thành phần chỉ ra cách thức vận chuyển 1 gói tin. Tuy nhiên, trong gói

tin sử dụng giao thức định tuyến MPLS, nhãn đƣợc gắn vào không có trƣờng thể
hiện các thức vận chuyển gói tin. Vậy làm thế nào các LSR có thể nhận biết đƣợc
điều này?
Hầu hết các LSR đều không cần biết MPLS payload của gói tin là gì, vì các
LSR chỉ nhận gói tin đã gắn nhãn, hoán đổi nhãn rồi lại chuyển tiếp gói tin ra đƣờng
liên kết. Các thông tin cần thiết về gói tin sẽ đƣợc các LRS tìm kiếm trong nhãn đầu
tiên trong ngăn chứa nhãn của gói tin để đƣa ra quyết định chuyển tiếp.
Tuy nhiên, đối với các Egress LSRs, do phải gỡ bỏ các nhãn đƣợc gắn trên
gói tin, nên sẽ cần phải biết phƣơng thức vận chuyển (MPLS Payload) của gói tin
để thực hiện chuyển tiếp gói tin sau đó. Việc này đƣợc các Egress LSRs thực hiện
bằng cách tìm kiếm trong nhãn, vì các Egress LSRs là một trong những thành phần
tạo ra các tập nhãn FEC nên việc này đƣợc thực hiện một cách dễ dàng.


9



I.2.4.9. Không gian nhãn MPLS – MPLS Label Space
Là nhãn đƣợc sử dụng bởi một LSR theo công thức: Nhãn + FEC. Và nó
đƣợc chia làm 2 loại:
- Per platform : Giá trị nhãn là độc nhất qua toàn bộ LSR. Nhãn đƣợc
cấp phát từ một quỹ chung. Không có hai nhãn trên hai cổng khác nhau có cùng giá
trị.
- Per interface : Phạm vi của nhãn kết hợp với cổng. Những quỹ nhãn
đƣợc định nghĩa cho mỗi cổng, và các nhãn đƣợc cung cấp ở những cổng đó đƣợc
cấp phát từ những quỹ tách biệt. Giá trị nhãn ở các cổng khác nhau có thể giống
nhau.
I.2.5. Các hoạt động của MPLS
I.2.5.1. Cách thức hoạt động của MPLS

MPLS có thể đƣợc xem nhƣ là một tập các công nghệ hoạt động với nhau để
phân phát gói tin từ nguồn tới đích một cách hiệu quả và có thể điều khiển đƣợc.
MPLS sử dụng các đƣờng chuyển mạch nhãn LSP để chuyển tiếp ở lớp 2 mà đã
đƣợc thiết lập báo hiệu bởi các giao thức định tuyến lớp 3.

Hình I.5 Mô hình chung v chuyn tip và chuyn mch ti bn [1]
Một thiết bị định tuyến chuyển một gói tin từ nguồn tới đích bằng cách thu
hoặc nhận, chuyển mạch và sau đó chuyển tiếp nó tới một thiết bị mạng khác cho
tới khi nó tới đích cuối cùng. Hình trên đây mô tả mô hình chung về chuyển tiếp và
chuyển mạch tại bộ định tuyến. Mặt bằng điều khiển quản lý một tập các tuyến
đƣờng mà một gói có thể sử dụng, trong mô hình này một gói đi vào thiết bị mạng
qua cổng đầu vào, đƣợc xử lý bởi một thiết bị mà nó chỉ xử lý thông tin về gói để
đƣa ra quyết định logic. Quyết định logic này có thông tin đƣợc cung cấp từ mặt


10



bằng điều khiển chứa các tuyến, cho các thông tin về gói đƣợc cập nhật tới thiết bị
khác để chuyển tiếp gói thông qua cổng đầu ra để tới đích của gói tin đó.
I.2.5.2. Phấn phối nhãn
Có 2 cách thức để thực hiện điều này:
Dựa trên 1 giao thức định tuyến IP có sẵn:
Lợi ích của cách thức này là không cần sử dụng thêm một giao thức mới ở
các LSR để phân phối các nhãn, quá trình định tuyến và phân phối nhãn luôn đƣợc
đồng bộ hóa. Tuy nhiên, các giao thức IP hiện tại cần phải đƣợc mở rộng để có thể
thực hiện việc gắn nhãn vào, điều này không thật dễ dàng.
Đối với các giao thức định tuyến sử dụng vector khoảng cách nhƣ EIGRP, do
sử dụng bảng định tuyến nên việc gắn nhãn vào tƣơng đối đơn giản. Còn đối với các

giao thức sử dụng các liên kết trạng thái nhƣ IS –IS, OSPF, việc gán nhãn là không
đơn giản, vì thế, đối với các giao thức này, việc gắn nhãn sẽ đƣợc thực hiện bởi một
giao thức riêng.
Sử dụng giao thức phân phối nhãn LDP:
LDP là giao thức phân phối nhãn đầu tiên, là giao thức chuẩn mở, đƣợc hỗ
trợ trên tất cả các bộ định tuyến hỗ trợ chuyển mạch nhãn, bên cạnh LDP có giao
thức TDP là giao thức riêng của hãng Cisco, chỉ hoạt động trên các bộ định tuyến
của Cisco.
LDP đƣợc dùng để liên kết với chuẩn giao thức định tuyến lớp mạng để phân
phối thông tin nhãn bắt buộc giữa các thiết bị LSR trong mạng chuyển mạch nhãn.
LDP giúp cho việc thiết lập LSP nhờ việc dùng tập hợp các thủ tục để phân
phối nhãn giữa các LSR ngang hàng. LDP cung cấp kỹ thuật khám phá LSR để cho
phép các LSR xác định vị trí với nhau và thiết lập thông tin.
LDP hoạt động theo các bƣớc chính sau:
+ Dùng gói tin Hello tìm xem trong mạng có LSR nào đang sử dụng LDP.
+ Khi LSR nhận biết đƣợc địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ
thiết lập kết nối TCP đến LSR đó. Khi đó phiên LDP đƣợc thiết lập và duy trì giữa
hai LSR.
+ Khi phiên LDP đƣợc thiết lập thì cả hai LSR đều có thể yêu cầu và gởi liên
kết nhãn.
+ Gửi các thông báo
Duy trì nhãn
Có hai chế độ duy trì nhãn của các LSR để lƣu trữ nhãn là:


11



+ Duy trì nhãn tự do: các bộ định tuyến trong mạng sẽ lƣu giữ tất cả các gán

kết nhãn, cho dù không phải là bộ định tuyến hop kế của nó.
+ Duy trì nhãn bảo thủ: các bộ định tuyến trong mạng sẽ huỷ tất cả các gán
kết nhãn, chỉ giữ lại gán kết nhãn đƣợc gởi bởi bộ định tuyến đang là hop kế hiện
hành.
Điều khiển LSP
LSP có hai chế độ điều khiển là:
+ Điều khiển độc lập: mỗi bộ định tuyến trong mạng khi nhận ra một FEC sẽ
quyết định gán kết ngay một nhãn cho các đối tác phân phối nhãn.
+ Điều khiển tuần tự: yêu cầu gán kết nhãn đƣợc chuyển đến hop cuối, việc
thiết lập LSP mới đƣợc thực hiện, và tuần tự từ bộ định tuyến lối ra ngƣợc về bộ
định tuyến lối vào.
Chế độ các LSP thƣờng sử dụng là điều khiển tuần tự, thiết lập LSP rồi mới
truyền dữ liệu.
I.2.5.3. Kỹ thuật chuyển mạch CEF của Cisco
CEF (Cisco Express Forwarding) là một kỹ thuật chuyển mạch IP ở layer 3.
CEF giúp tối ƣu hoá hiệu suất mạng và sự linh động cho mạng.
CEF cung cấp những lợi ích sau:
+ Tăng hiệu suất: CEF giúp cho việc chuyển mạch diễn ra nhanh và đỡ tốn
resource của hệ thống hơn.
+ Tăng độ linh hoạt : CEF đƣợc thiết kế cho những mạng chuyển mạch IP ở
mạng xƣơng sống, và thƣờng chạy ở lớp nhân của thiết kế ba lớp, giúp cho việc
chuyển mạch đƣợc thực hiện một cách nhanh chóng.
CEF gồm hai thành phần chính:
+ Bảng cơ sở dữ liệu chuyển tếp (FIB).
+ Bảng cơ sở chuyển tiếp kề nhau.
FIB là một bảng định tuyến, nó duy trì một bản sao của bảng định tuyến, khi
quá trình định tuyến bị thay đổi, bảng định tuyến đƣợc cập nhật, và những thay đổi
đó cũng sẽ ảnh hƣởng đến FIB. FIB sẽ duy trì thông tin về các địa chỉ điểm đến kế
tiếp dựa trên bảng định tuyến hiện tại của thiết bị. Và do đó nó sẽ có thể thực hiện
việc chuyển mạch một cách nhanh chóng, và tối ƣu.

Bảng cơ sở chuyển tiếp kề nhau: Các điểm trong một mạng đƣợc xem là gần
kề khi chúng có thể liên lạc với nhau qua một thiết bị ở layer 2. Cùng với bảng FIB,
CEF sử dụng bảng gần kề để lƣu giữ những thông tin về địa chỉ layer 2. Do đó,