Nghiên cứu, áp dụng về chuyển mạch nhãn đa giao thức trong mạng viễn thông Việt Nam

1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN THỊ PHIÊN

NGHIÊN CỨU, ÁP DỤNG VỀ CHUYỂN MẠCH NHÃN
ĐA GIAO THỨC TRONG MẠNG VIỄN THÔNG
VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2012


2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN THỊ PHIÊN

NGHIÊN CỨU, ÁP DỤNG VỀ CHUYỂN MẠCH NHÃN
ĐA GIAO THỨC TRONG MẠNG VIỄN THƠNG
VIỆT NAM

Ngành

: Cơng nghệ Điện tử - Viễn thông

Chuyên ngành

: Kỹ thuật Điện tử

Mã số:

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Quốc Tuấn

HÀ NỘI – 2012


5

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................... 3
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................... 4
MỤC LỤC ............................................................................................... 5
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................... 8
DANH MỤC HÌNH VẼ ......................................................................... 13
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................... 15
MỞ ĐẦU ............................................................................................... 16
CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN
MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS) ............................................ 18
1.1. Giới thiệu MPLS ............................................................................. 18
1.1.1 Đặc điểm và phƣơng thức hoạt động mạng MPLS ......................... 19
1.1.1.1 Đặc điểm mạng MPLS................................................................ 19
1.1.1.2 Phƣơng thức hoạt động của MPLS ............................................. 19
1.1.2 Lợi ích của MPLS ......................................................................... 20

1.2 Kiến trúc mạng MPLS ..................................................................... 21
1.2.1 Lớp vật lý ...................................................................................... 21
1.2.2 Lớp liên kết dữ liệu ...................................................................... 21
1.2.3 Chức năng của lớp mạng ............................................................... 22
1.3 Cấu trúc của nút MPLS .................................................................... 25
1.3.1 Mặt phẳng chuyển tiếp (Forwarding plane) ................................... 25
1.3.2 Mặt phẳng điều khiển (Control Plane) ........................................... 29
1.3.3 Các phần tử chính của MPLS ........................................................ 30
1.3.3.1 LSR (Label Switch Router) ........................................................ 30
1.3.3.2 LSP (label switch Path) .............................................................. 31
1.3.3.3 FEC (Forwarding Equivalence Class) ......................................... 33
1.4 Giao thức chính trong MPLS ............................................................ 34
1.4.1 LDP ............................................................................................... 34
1.4.2 CR-LDP ....................................................................................... 38
1.4.3 RSVP-TE ...................................................................................... 40
1.4.4 BGPv4 ........................................................................................... 43


6

1.5 Hoạt động của MPLS ....................................................................... 43
1.5.1. Các bƣớc hoạt động của MPLS ................................................... 43
1.5.2 Đƣờng hầm trong MPLS ............................................................... 46
Tóm tắt chƣơng 1 ................................................................................... 48
CHƢƠNG 2. KHƠI PHỤC LỖI ĐẢM BẢO QoS TRONG MPLS ........ 48
2.1. Chất lƣợng dịch vụ trong MPLS ...................................................... 48
2.1.1 MPLS kết hợp DiffServ ................................................................. 48
2.1.2 Thiết kế lƣu lƣợng TE nhận biết về DiffServ (DS-TE) .................. 49
2.2 Phát hiện lỗi ..................................................................................... 50
2.3 Bảo vệ và phục hồi MPLS ................................................................ 51

2.3.1 Bảo vệ toàn cục và bảo vệ cục bộ ................................................ 52
2.3.2. Tái định tuyến bảo vệ và chuyển mạch bảo vệ .............................. 52
2.3.3 Ba cách khôi phục bảo vệ tái định tuyến ...................................... 52
2.4. Mơ hình Haskin (Reverse Backup) .................................................. 54
Tóm tắt chƣơng 2 ................................................................................... 55
CHƢƠNG 3.NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MPLS TRONG THIẾT KẾ
MẠNG MAN-E TẠI VNPT HẢI DƢƠNG VÀ MÔ PHỎNG ............... 56
3.1 Nghiên cứu phát triển MPLS trong mạng MAN-E ........................... 56
3.1.1 Giới thiệu chung về mạng MAN-E ................................................ 56
3.1.2 Mơ hình phân lớp mạng MAN-E ................................................... 57
3.1.2.1 Lớp truyền tải dịch vụ ................................................................. 58
3.1.2.2 Lớp dịch vụ Ethernet (ETH layer) .............................................. 58
3.1.2.3 Lớp dịch vụ ứng dụng ................................................................. 58
3.1.3 Các kiểu dịch vụ mạng MAN-E..................................................... 58
3.2. Lợi ích của cơng nghệ mạng MAN-E .............................................. 59
3.3 Xây dựng mạng MAN-E tại VNPT Hải Dƣơng ................................ 60
3.3.1 Kiến trúc phân lớp mạng MAN-E của VNPT ................................ 60
3.3.2 Áp dụng thiết kế mạng MAN-E tại VNPT ..................................... 61
3.3.2.1 Truyền dẫn trong mạng MAN-E ................................................. 63
3.3.2.2 Sơ đồ đấu nối mạng MAN-E ...................................................... 63
3.3.3 Mạng truy nhập băng rộng của VNPT Hải Dƣơng ......................... 69
3.4 Các dịch vụ triển khai trên MPLS / MAN-E ..................................... 69


7

3.4.1 Dịch vụ HSI (High Speed Internet) ................................................ 70
3.4.1.2 Kịch bản đơn truy cập ................................................................. 72
3.4.2 Dịch vụ VoD/ VoIP ...................................................................... 72
3.4.2.1 Cấu hình thiết bị mạng MAN-E cung cấp dịch vụ VoD .............. 74

3.4.2.2 Kịch bản VoIP/ VoD .................................................................. 75
3.4.3 Dịch vụ IPTV ................................................................................ 76
3.4.4 Dịch vụ VPN lớp 3 (L3 VPN) ....................................................... 76
3.5Mơ phỏng và phân tích ...................................................................... 77
3.5.1 Đặt vấn đề ..................................................................................... 77
3.5.2 Khái quát chung về NS-2 ............................................................... 77
3.5.3 Mơ phỏng phục hồi MPLS ............................................................ 77
Tóm tắt chƣơng 3 ................................................................................... 81
KẾT LUẬN CHUNG ............................................................................. 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO. ..................................................................... 83
PHỤ LỤC A........................................................................................... 85
PHỤ LỤC B ........................................................................................... 91


8

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ASIC

Application Specific Intergrated Mạch tích hợp chuyên dụng
Circuits

AS

Autonomous System

Hệ tự trị

ATM

Asynchnorous Tranfer Mode

Truyền dẫn không đồng bộ

AToM

Any Transport over MPLS
ATM Adaptation

Truyền tải qua MPLS

ASIC

Application-Specific Integrated
Circuit

Mạch tích hợp ứng dụng xác định

BRAS

Broadband Remote Access
Server

Truy cập dịch vụ băng thông rộng
từ xa

BGP

Border Gateway Protocol

Giao thức cổng biên

CE

Custome Edge

Biên phía khách hàng

CEF
CR-LDP

Cisco Express Forwarding
Constrained Routing-LDP

Chuyển tiếp nhanh của Cisco

CR-LSP

Constrained Routing-LSP

Định tuyến cƣỡng bức-LSP

CSPF

Constrained SPF

SPF cƣỡng bức

CoS

Class of Service

Cấp độ dịch vụ

CQ

Custom Queue

Hàng đợi tùy ý

CBR

Constraint-based routing

Định tuyến ràng buộc

DiffServ
DLCI

Differentiated Services
Dịch vụ phân biệt
Data Link Connection Identifier Thành phần nhận dạng giao diện
liên kết dữ liệu

DSCP

Differentiated Service
CodePoint

Điểm mã dịch vụ khác biệt

DSLAM

Digital Subscriber Line Access
Multiplexer

Bộ ghép kênh truy nhập đƣờng
dây thuê bao số tập trung

AAL

Layer Lớp tƣơng thích ATM

Định tuyến cƣỡng bức-LDP

Edge LSR Edge Label Switching Router

Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
rìa

E-LSR
EPL

LSR biên ra

Egress LSR
Ethernet Private Line

Dịch vụ Ethernet riêng điểm-điểm

9

Ethernet over Multiprotocol
Label Switching
Ethernet Virtual Circuit

Ethernet qua chuyển mạch nhãn
đa giao thức

EBGP

External Border Gateway
Protocol

Giao thức định tuyến cổng biên
ngoại miền

EGP

External Gateway Protocol

Giao thức định tuyến ngoại miền

ER

Explicite Route

Đƣờng tƣờng minh

ERO

Explicite Route Object

Đối tƣợng đƣờng tƣờng minh

EXP

Experimetal

Bit trƣờng thực nghiệm

FEC
FR

Forwarding Equivalency Class
Frame Relay

Lớp chuyển tiếp tƣơng đƣơng

FIS

Fault Information Signal

Tín hiệu thơng báo xảy ra lỗi

FIFO

First In First Out

Vào trƣớc ra trƣớc

FR

Frame-Relay

Công nghệ Frame-Relay

FRS

Fault Recovery Signal

Tín hiệu thơng báo khơi phục lỗi

FTP

File Tranfer Protocol

Giao thức truyền file

GRE
GMPLS

Generic Routing Encapsulation
Generalized MPLS

Đóng gói định tuyến chung

HSI

High Speed Internet

Internet tốc độ cao

HDLC

High Data Link Control

Điều khiển kết nối data tốc độ cao

IETF

Ủy ban tƣ vấn kỹ thuật Internet

IP

Internet Engineering Task
Force
Internet Protocol

IPTV

Internet Protocol Television

Truyền hình Internet

ISDN

Integrated Services Digital
Network

Institute of Electrical and
Electronics Engineers

Mạng số tích hợp dịch vụ

Incoming Label Map

Ánh xạ nhãn đầu vào

EoMPLS
EVC

IEEE
ILM

Kênh ảo Ethernet

Chuyển tiếp khung

MPLS tập trung

Giao thức Internet

Viện nghiên cứu Kỹ sƣ điện và
điện tử


10

IPv4, 6

Internet Protocol version 4, 6

Giao thức Internet phiên bản 4, 6

IS-IS

Hệ thống trung gian

IGP

Intermediate System –
Intermediate System
Interior Gateway Protocol

I-LSR

Ingress LSR

LSR biên vào

IntServ

Integrated Services

Dịch vụ tích hợp

ISP

Internet Service Provider

Nhà cung cấp dịch vụ Internet

ISR

Integrated Switch Router

Bộ định tuyến chuyển mạch tích
hợp

LANE

LAN Emulation

Mơ phỏng LAN

LFIB

Label Forwarding Information
Base

Cơ sở thơng tin chuyển tiếp nhãn

LIB
LDP

Label Information Based
Label Distribution Protocol

Cơ sở thông tin nhãn

LER

Label Edge Router

Router biên nhãn

LSA

Link-State Advertisement

Bản tin quảng bá trạng thái liên
kết

LSP

Label Switching Path

Đƣờng chuyển mạch nhãn

LSR

Label Switching Router

Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn

MPLS

MultiProtocol Label Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

Giao thức cổng nội

Giao thức phân bổ nhãn

MPLS-TE Multiprotocol Label Switching- Kỹ thuật lƣu lƣợng trong chuyển
Traffic Engineering
mạch nhãn đa giao thức
Medium Access Control
Điều khiển truy nhập môi
MAC
trƣờng
Metro Area Network - Ethernet Mạng đô thị sử dụng công nghệ
MAN-E
Ethernet
Multi Service Access Node
MSAN
Thiết bị truy cập đa dịch vụ
MTU

Maximum Transfer Unit

Đơn vị truyền tải tối đa

NGN

Next Generation Network

Mạng thế hệ kế tiếp

NAM

Network Animator

Mơ hình hóa mạng mơ phỏng NS

NHLFE

Next Hop Label Forwarding
Entry

Chỉ mục nhãn chuyển tiếp kế tiếp


11

NHRP

Next Hop Resolution Protocol

Giao thức phân giải địa chỉ

NS

Network Simulator

Phần mềm mô phỏng mạng

OSPF

Open Shortest Path First

Mở ra đƣờng đi ngắn nhất đầu tiên

OSI

Open System Interconnection

Kết nối hệ thống mở

PE

Provider Edge

Thiết bị biên của nhà cung cấp

PID

Protocol Identifier

Thành phần nhận dạng giao thức

PHP

Penultimate Hop Popping

Gỡ nhãn ở chặng cuối

PIL

Protection Ingress LSR

LSR bảo vệ đầu vào

PML

Protection Merging LSR

LSR khôi phục

PPP

Giao thức điểm - điểm

POR

Point to Point Protocol
Point of Repair

PSL

Path Switch LSR

LSR chuyển mạch đƣờng

PVC

Permanent Virtual Circuit

Kết nối ảo tĩnh

RESV

Bản tin dành trƣớc

RFC

Resevation
Request for Comment

RIB

Routing Information Base

Cơ sở thông tin định tuyến

RT

Route Targets

Tuyến đích

RSVP

Resource Reservation Protocol

Giao thức dành trƣớc tài nguyên

QoS

Quality of Service

Chất lƣợng dịch vụ

SLA

Thỏa thuận cấp độ dịch vụ

SMB

Service Level Agreements
Server Message Block

SP

Service Provider

Nhà cung cấp

SVC

Switch Virtual Connection

Chuyển mạch kết nối ảo

SONET

Sychronous Optical Network

Mạng quang đồng bộ

SPF

Shortest Path First

Đƣờng dẫn ngắn nhất trƣớc tiên

TCP

Tranmission Control Protocol
TDM Time division
multiplexing

Giao thức điều khiển truyền dẫn

TDM

Điểm sửa chữa

Các khuyến nghị

Dịch vụ chặn tin nhắn

Ghép kênh theo thời gian


12

TDP

Tag Distribution Protocol

Giao thức phân phối tag

TE
T-MPLS

Traffic Engineering
Transport MPLS

Kỹ thuật điều khiển lƣu lƣợng
Truyền tải chuyển mạch nhãn đa
giao thức

TLV

Type, Length, Value

Loại, độ dài, giá trị

ToS

Type of Service

Loại dịch vụ của gói tin

TTL

Time to Live

Thời gian sống

UDP

User Datagram Protocol

Giao thức UDP

UNI

Giao diện ngƣời dùng tới mạng

VC

User-to-Network Interface
VC Virtual Circuit Kênh ảo

VoD

Video on Demand

Dịch vụ video theo yêu cầu

VoIP

Voice over IP

Thoại trên nền Internet

VNPT

Vietnam Post &
Telecommunications

Tập đồn Bƣu chính Viễn thơng
Việt nam

VLAN

Virtual Local Area Network

Mạng LAN ảo

VP

Virtual Path

Đƣờng ảo

VPN

Virtual Private Network

Mạng riêng ảo

VLAN ID Virtual LAN Indentify

Kênh ảo

Nhận diện VLAN

WAN

Wide Area Network

Mạng diện rộng

xDSL

x Digital Subcriber Line

Các dịch vụ kênh thuê bao số


13

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1 Mối quan hệ giữa mơ hình OSI, mơ hìnhTCP/ IP với MPLS .. 22
Hình 1-2 Đóng gói Packet đƣợc gán nhãn .............................................. 23
Hình 1-3 Hoạt động MPLS .................................................................... 24
Hình 1-4 Cấu trúc một nút MPLS ........................................................... 25
Hình 1-5 Cấu trúc của nhãn MPLS ......................................................... 26
Hình 1-6 Ngăn xếp nhãn ........................................................................ 27
Hình 1-7 Cấu trúc của LFIB ................................................................... 28
Hình 1-8 Các thành phần mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển của
MPLS ..................................................................................................... 30
Hình 1-9 Ví dụ về một LSP qua mạng MPLS ......................................... 32
Hình 1-10 Mơ hình LSP Nested ............................................................. 32
Hình 1-11 Mạng MPLS chạy iBGP ........................................................ 34

Hình 1-12 Quan hệ giữa các LDP với các giao thức khác ....................... 35
Hình 1-13 Thủ tục phát hiện LSR lân cận............................................... 37
Hình 1-14 Thủ tục báo hiệu trong RSVP ................................................ 41
Hình 1-15 Nhãn phân phối trong bản tin RESV...................................... 42
Hình 1-16 LSP sáng tạo và chuyển tiếp gói dữ liệu thơng qua một miền
MPLS ..................................................................................................... 43
Hình 1-17 Đƣờng hầm trong MPLS ....................................................... 46
Hình 2-1 Các kỹ thuật QoS trong mạng IP ............................................. 48
Hình 2-2 Khắc phục liên kết .................................................................. 53
Hình 2-3 Phục hồi một phần đƣờng LSP ................................................ 53
Hình 2-4 Phục hồi tồn bộ đƣờng LSP .................................................. 54
Hình 2-5 Mơ hình Haskins (Link Protection) ......................................... 54
Hình 3-1 Mơ hình mạng theo các lớp ..................................................... 58
Hình 3-2 Kiến trúc phân lớp mạng MAN-E............................................ 61
Hình 3-3 Đấu nối IP DSLAM vào UPE .................................................. 64
Hình 3-4 Mơ hình đấu nối hiện tại trạm băng rộng VNPT Hải Dƣơng ... 66
Hình 3-5 Sơ đồ mạng MAN-E của tỉnh Hải Dƣơng ................................ 67
Hình 3-6 Sơ đồ chi tiết Ring 1 ............................................................... 68


14

Hình 3-7 Dịch vụ HSI sử dụng DSLAM smart VLAN ........................... 71
Hình 3-8 Ví dụ HSI - Kịch bản đơn truy cập .......................................... 72
Hình 3-9 Cơ chế hoạt động của dịch vụ VoD ......................................... 73
Hình 3-10 Mơ hình dịch vụ VoD sử dụng L2 Switch ............................. 74
Hình 3-11 Ví dụ VoIP/ VoD................................................................... 75
Hình 3-12 Ví dụ doanh nghiệp L3VPN .................................................. 76
Hình 3-13 Mơ hình haskins đƣợc hiển thị trong NAM ........................... 78
Hình 3-14 Mơ hình haskins gửi gói tin thăm dị ..................................... 78

Hình 3-15 Đƣờng dẫn hoạt động theo mơ hình haskins ........................ 79
Hình 3-16 Mơ hình haskins khi có lỗi xảy ra .......................................... 79
Hình 3-17 Mơ hình haskins khơi khục đƣờng dẫn .................................. 80
Hình 3-18 Đồ thị khơi phục lỗi của mơ hình haskins .............................. 80


15

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1 Bảng mô tả các hoạt động của nhãn ........................................ 31
Bảng 1-2 Hoạt động của MPLS .............................................................. 44
Bảng 1-3 Ví dụ về Bảng LIB .................................................................. 45
Bảng 3-1 Số liệu mạng truy cập băng rộng ............................................ 64
Bảng 3-2 Bảng kê chi tiết năng lực các loại thiết bị ................................ 66
Bảng 3-3 Yêu cầu dịch vụ ..................................................................... 69
Bảng 3-4 Bảng số liệu mẫu cấu hình ...................................................... 71
Bảng 3-5 Tham số cấu hình mẫu ............................................................ 75


16

LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây việc xuất hiện và phát triển mạnh mẽ các công
nghệ Viễn thông mới đã làm thay đổi hoàn toàn diện mạo ngành Viễn thông cả
về chất và lƣợng. Cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu phát triển các loại
hình dịch vụ Viễn thông, đặc biệt là Công nghệ MPLS (Multi Protocol Label
Switching) đƣợc tổ chức quốc tế IETF chính thức đƣa ra vào cuối năm 1997, đã
phát triển nhanh chóng trên toàn cầu.
MPLS phát triển trên nền tảng của ATM và TCP/IP, do đó MPLS là giao
thức cầu nối của hai cơng nghệ này. MPLS thích ứng đƣợc với nhiều giao thức

mạng khác nhau, điều này mang lại nhiều lợi ích cho các nhà cung cấp dịch vụ
và ngƣời sử dụng.
Cùng với sự phát triển về dịch vụ thì yêu cầu về chất lƣợng dịch vụ mạng
MAN-E là rất cần thiết.
Với đặc điểm là chi phí đầu tƣ và vận hành thấp, đơn giản, độ linh động
cao, công nghệ MAN-E của Tập đồn Bƣu chính viễn thơng Việt Nam (VNPT)
đã đƣợc sử dụng để cung cấp dịch vụ chất lƣợng cao, đảm bảo yêu cầu về chất
lƣợng dịch vụ cho khách hàng. Mạng MAN-E chính là yếu tố cốt lõi để các nhà
cung cấp dịch vụ triển khai cung cấp các dịch vụ băng rộng chất lƣợng cao đối
với khách hàng.
Chính vì vậy, trong luận văn “ Nghiên cứu, áp dụng về chuyển mạch
nhãn đa giao thức (MPLS) trong mạng Viễn thông Việt Nam ” tôi đã nghiên
cứu, áp dụng MPLS trong thiết kế mạng MAN-E tại VNPT Hải Dƣơng.
Nội dung của luận văn gồm 3 chƣơng:
Chương 1. Giới thiệu tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao
thức (MPLS): Trình bày tổng quan về cơng nghệ chuyển mạch nhãn đa giao
thức MPLS, kiến trúc mạng MPLS, các thành phần chính, các giao thức và hoạt
động của MPLS.
Chương 2. Khôi phục lỗi đảm bảo QoS trong MPLS: Trong phát triển
của MPLS, có một vấn đề là lỗi. Với một mạng bất kì đều phải có các phƣơng
pháp để phát hiện và sửa lỗi. Và trong chƣơng này, tôi sẽ giới thiệu về phát hiện
lỗi và cơ chế phục hồi sau đó sẽ tập trung để minh họa cho cơ chế này trong mô


17

hình của Haskin. Mơ hình này giải quyết vấn đề giảm các gói tin mất mát và lỗi
thứ tự gói tin khi có lỗi xảy ra trong mạng.
Chương 3. Nghiên cứu áp dụng MPLS trong thiết kế mạng MAN-E tại
VNPT Hải Dƣơng và mơ phỏng.

Cuối cùng, để có đƣợc bản luận văn này, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu
sắc tới gia đình, bạn bè, tới các thầy cơ giáo Khoa Điện tử - Viễn thông, Ban
Giám hiệu Trƣờng Đại Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà nội đã hết sức tạo điều
kiện, động viên và truyền thụ các kiến thức bổ ích. Đặc biệt tơi xin gửi lời cảm
ơn chân thành đến thầy giáo - T.S Nguyễn Quốc Tuấn và các thầy cô trong tổ bộ
môn Hệ thống - Viễn thơng đã tận tình giúp đỡ để tơi có thể hồn thành tốt bài
luận văn này.
Do cịn hạn chế về thời gian và điều kiện kỹ thuật hiện có, luận văn
khơng tránh khỏi những thiếu sót, tơi rất mong nhận đƣợc sự đóng góp của các
thầy cơ giáo và các bạn để nghiên cứu đƣợc hoàn chỉnh hơn.


18

CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS)
1.1. Giới thiệu MPLS
Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS - Multiple Protocol Lable
Switching) những năm gần đây đã và đang đƣợc triển khai ngày càng qui mơ và
rộng lớn trên nhiều quốc gia. Nó trở thành công nghệ phổ biến sử dụng việc gắn
nhãn vào các gói dữ liệu để chuyển tiếp chúng qua mạng. Vậy MPLS là gì và
dựa trên những lợi ích to lớn nào mà nó có thể dần dần thay thế các cơng nghệ
cũ trƣớc đó?
MPLS nói chung là một cơng nghệ chuyển mạch không dựa vào IP mà
dựa vào một khái niệm mới gọi là nhãn (label). Nhãn đƣợc thêm vào gói IP và
đƣợc quảng bá đi giữa các router để hình thành nên các ánh xạ giữa nhãn và địa
chỉ IP. Lúc này, việc chuyển mạch các gói tin sẽ không cần thực hiện việc tra
cứu vào bảng định tuyến IP tức dựa trên địa chỉ đích nữa mà hồn tồn dựa vào
bảng ánh xạ nhãn. Đây khơng phải là một kỹ thuật xa lạ khi mà Frame Relay và
ATM đã áp dụng nó để vận chuyển frame hoặc cell. Ở mỗi hop trong network,

giá trị có thể hiểu là nhãn nhƣ là DLCI hay VPI/VCI sẽ bị thay đổi bởi 1 giá trị
nhãn khác và điều này làm nó khác với cách chuyển mạch IP truyền thống khi
địa chỉ đích ở mỗi next hop ln đƣợc duy trì không đổi. Vậy tại sao phải sử
dụng MPLS?
Trƣớc MPLS, ATM và Frame Relay đóng vai trị là những cơng nghệ
WAN chủ chốt, cung cấp các kết nối và đƣờng truyền riêng cho các dịch vụ lớp
2 với sự riêng tƣ và ảo hóa cao, đồng thời hỗ trợ ln các dịch vụ lớp 3 gọi là
các overlay network. Tuy nhiên, để có thể làm đƣợc điều đó, nhà cung cấp dịch
vụ phải xây dựng những hạ tầng riêng cho từng loại lớp dịch vụ và điều này làm
tiêu tốn không ít chi phí. Ở Việt Nam, hầu hết các mạng WAN đều sử dụng dịch
vụ leased line (đƣờng truyền có độ tin cậy cao) thông qua các nhà cung cấp dịch
vụ viễn thông với lối hoạt động theo giao thức định tuyến IP truyền thống khiến
cho giá thành trở nên đắt đỏ và chất lƣợng dịch vụ kém do các router thƣờng
xuyên bị quá tải dẫn đến việc mất lƣu lƣợng hay mất kết nối. Nhƣng khi triển
khai MPLS và dịch vụ điển hình của nó là MPLS VPN, các nhƣợc điểm kể trên
hồn tồn có thể đƣợc khắc phục.
MPLS là một công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp ba
và chuyển mạch lớp hai cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi
(core) và định tuyến tốt mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn (label).


19

MPLS là một phƣơng pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng cách
gắn nhãn vào mỗi gói IP, tế bào ATM, hoặc Frame Relay lớp hai.
ATM quyết định theo nội dung nhãn tốt hơn việc định tuyến phức tạp
theo địa chỉ IP đích. MPLS cho phép các ISP cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau
mà không cần phải bỏ đi cơ sở hạ tầng sẵn có. Cấu trúc MPLS có tính mềm dẻo
trong bất kỳ sự phối hợp với công nghệ lớp hai nào. MPLS hỗ trợ mọi giao thức
lớp hai, triển khai hiệu quả các dịch vụ IP trên một mạng chuyển mạch IP.

MPLS hỗ trợ việc tạo ra các tuyến khác nhau giữa nguồn và đích trên một
đƣờng trục Internet. Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến trúc mạng, các ISP có
thể giảm chi phí, tăng lợi nhuận và đạt đƣợc hiệu quả cạnh tranh cao.
1.1.1 Đặc điểm và phương thức hoạt động MPLS
1.1.1.1 Đặc điểm của MPLS [2]
- Khơng có MPLS API, cũng khơng có thành phần giao thức phía host;
- MPLS chỉ nằm trên các router;
- MPLS là giao thức độc lập nên có thể hoạt động cùng với giao thức khác
IP nhƣ IPX, ATM, Frame Relay;
- MPLS giúp đơn giản hố q trình định tuyến và làm tăng tính linh động
của các tầng trung gian.
1.1.1.2 Phương thức hoạt động của MPLS
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 có khả năng
giao tiếp trên từng MPLS. Nhãn đƣợc gắn thêm vào gói IP khi gói đi vào mạng
MPLS.
Nhãn đƣợc tách ra khi gói ra khỏi mạng MPLS. Nhãn (Label) đƣợc chèn
vào giữa header lớp ba và header lớp hai. Sử dụng nhãn trong quá trình gửi gói
sau khi đã thiết lập đƣờng đi. MPLS tập trung vào q trình hốn 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 [2].
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 tƣơng quan giữa Frame
relay và ATM là tại mỗi bƣớc nhảy qua mạng, giá trị “nhãn” trong phần mào

20

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 khơng thay đổi giá trị mà gắn liền với
đích đến của gói; hay nói cách khác nó khơng thay đổi địa chỉ IP đích của gói.
1.1.2 Lợi ích của MPLS
Những lợi ích này bao gồm [2]:
+ 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.
 Hợp nhất hạ tầng
Với MPLS, ý tƣởng là gán nhãn cho gói đi vào mạng dựa trên địa chỉ
đích của nó hoặc tiêu chuẩn trƣớc cấu hình khác và chuyển mạch tất cả lƣu
lƣợng qua hạ tầng chung. Đây là một ƣu điểm vƣợt trội của MPLS. Một trong
những lý do mà IP trở thành giao thức duy nhất ảnh hƣởng lớn tới mạng trên
toàn thế giới là bởi vì rất nhiều kỹ thuật có thể đƣợc chuyển qua nó. Khơng chỉ
là dữ liệu (số liệu) chuyển qua IP mà còn cả thoại.
Bằng việc sử dụng MPLS với IP, ta có thể mở rộng khả năng truyền loại
dữ liệu. Việc gắn nhãn vào gói cho phép ta mang nhiều giao thức khác hơn là
chỉ có IP qua mạng trục IP lớp 3 MPLS-enabled, tƣơng tự với những khả năng
thực hiện đƣợc với mạng Frame Relay hoặc ATM lớp 2. MPLS có thể truyền
IPv4, IPv6, Ethernet, điều khiển kết nối dữ liệu tốc độ cao (HDLC), PPP, và
những kỹ thuật lớp 2 khác.
Chức năng mà tại đó bất kỳ khung lớp 2 đƣợc mang qua mạng đƣờng trục
MPLS đƣợc gọi là Any Transport over MPLS (AToM). Những bộ định tuyến

đang chuyển lƣu lƣợng AToM không cần thiết phải biết tải MPLS; nó chỉ cần có
khả năng chuyển mạch lƣu lƣợng đƣợc dán nhãn bằng việc tìm kiếm nhãn trên
đầu của tải. Về bản chất, chuyển mạch nhãn MPLS là một công thức đơn giản
của chuyển mạch đa giao thức trong một mạng. Ta cần phải có bảng chuyển tiếp
bao gồm các nhãn đến để trao đổi với nhãn ra và bƣớc tiếp theo.
Tóm lại, AToM cho phép nhà cung cấp dịch vụ cung cấp dịch vụ ở cùng
lớp 2 tới khách hàng nhƣ bất kỳ mạng khác. Tại cùng một thời điểm, nhà cung


21

cấp dịch vụ chỉ cần một hạ tầng mạng đơn để có thể mang tất cả các loại lƣu
lƣợng của khách hàng.
1.2 Kiến trúc mạng MPLS
Để hiểu thêm về kiến trúc mạng MPLS, trƣớc hết chúng ta xét một số
chức năng của các lớp trong mơ hình MPLS.
1.2.1 Lớp vật lý
Đây là tầng thấp nhất trong mơ hình OSI, nó liên quan đến việc truyền các
dịng bit khơng có cấu trúc qua liên kết vật lý đảm bảo một cách tin cậy.
Tầng vật lý định nghĩa các quy cách về điện, cơ, thủ tục và các đặc tả
chức năng để kích hoạt, duy trì và kết thúc một liên kết vật lý giữa các hệ thống
đầu cuối. Các đặc trƣng nhƣ mức điện áp, định thời, thay đổi điện áp, tốc độ
chuyển dữ liệu vật lý, cự ly truyền tối đa, các đầu nối vật lý và những thuộc tính
tƣơng tự khác đều đƣợc định nghĩa bởi các đặc tả tầng vật lý.
Trong một mạng MPLS, với lớp này, chúng ta phải đảm bảo rằng các bộ
định tuyến đƣợc kết nối các giao diện, cấu hình chính xác trên các bộ định tuyến
vận chuyển.
Nếu mạng không hoạt động tại lớp này, đƣờng dẫn chuyển mạch nhãn
(LSP) không làm việc nhƣ cấu hình.
1.2.2 Lớp liên kết dữ liệu

Lớp liên kết dữ liệu cung cấp khả năng truyền dữ liệu tin cậy xuyên qua
một liên kết vật lý. Trong khi làm công việc này, tầng liên kết dữ liệu gắn liền
với lƣợc đồ đánh địa chỉ vật lý, cấu hình mạng, truy xuất mạng, thông báo lỗi,
thứ tự phân phối frame, và điều khiển luồng. Lớp liên kết dữ liệu đảm bảo việc
hoán đổi các tin dạng bit nhận đƣợc từ lớp vật lý sang khung số liệu.
Lớp liên kết dữ liệu là các lớp giao thức truyền dữ liệu giữa các nút mạng
lân cận trong một mạng diện rộng hoặc giữa các nút trên các phân đoạn mạng
cục bộ. Lớp liên kết dữ liệu cung cấp các chức năng và thủ tục cục bộ để chuyển
dữ liệu giữa các thực thể mạng và có thể cung cấp phƣơng tiện để phát hiện. Lớp
liên kết dữ liệu liên quan đến việc phân phối cục bộ các khung giữa các thiết bị
trên cùng một mạng LAN. Liên mạng định tuyến và địa chỉ toàn cầu là chức
năng lớp cao hơn, cho phép các giao thức liên kết dữ liệu để tập trung vào phân
phối cục bộ, địa chỉ, và phƣơng tiện truyền thông.
Các liên kết dữ liệu do đó cung cấp cho truyền dữ liệu qua liên kết vật lý.
Điều đó chuyển giao có thể là đáng tin cậy hoặc khơng đáng tin cậy, nhiều giao
thức liên kết dữ liệu khơng có sự thừa nhận của khung hình tiếp nhận thành cơng


22

và chấp nhận, và một số giao thức liên kết dữ liệu có thể thậm chí khơng có bất
kỳ hình thức kiểm tra để kiểm tra lỗi truyền. Một số trƣờng hợp, giao thức cấp
cao hơn phải cung cấp hệ thống kiểm soát lƣu lƣợng, kiểm tra lỗi, và sự thừa
nhận và truyền lại.
1.2.3 Chức năng của lớp mạng
Lớp mạng thuộc lớp ba của mơ hình OSI trong bảy lớp của mạng máy
tính. Các lớp mạng chịu trách nhiệm cho end-to-end (nguồn tới đích) định tuyến
gói tin cung cấp bao gồm cả thông qua các vật chủ trung gian, trong khi các lớp
liên kết dữ liệu có trách nhiệm cung cấp khung node-to-node (hop-hop) trên
cùng một liên kết.

Nhiệm vụ của lớp mạng là đảm bảo chuyển chính xác số liệu giữa các
thiết bị cuối trong mạng. Để làm đƣợc điều đó, nó phải có chiến lƣợc định địa
chỉ thống nhất trong toàn mạng. Mỗi thiết bị đầu cuối và thiết bị mạng có một
địa chỉ mạng xác định.
Thực hiện việc tìm đƣờng tối ƣu cho các gói dữ liệu (đã đƣợc gán địa chỉ
nguồn và đích) bằng các giải thuật chọn đƣờng tối ƣu dựa trên các thiết bị chọn
đƣờng (router). Nó cịn có chức năng điều khiển liều lƣợng số liệu trong mạng
để tránh xảy ra tắc nghẽn bằng cách chọn các chiến lƣợc tìm đƣờng khác nhau.
Lớp mạng có cấu trúc phức tạp nhất trong mơ hình OSI vì ngồi việc ln
chuyển dữ liệu trong bản thân mạng, nó phải truyền dữ liệu qua các mạng khác.
Vì vậy, nó phải là giao diện kết nối có thể hiểu đƣợc các giao thức của mạng nó
sẽ kết nối.

Hình 1-1 Mối quan hệ giữa mơ hình OSI, mơ hìnhTCP/ IP với MPLS