Xây dựng mô hình mạng đường trục ứng dụng công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ







Ngô Thị Khánh Ly





XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠNG ĐƯỜNG TRỤC
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH
NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS







LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2005
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ







Ngô Thị Khánh Ly





XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠNG ĐƯỜNG TRỤC
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH
NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS




Ngành : Kỹ thuật điện tử - viễn thông
Chuyên ngành : Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc

Mã số : 2.07.00


Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Kim Giao



LUẬN VĂN THẠC SĨ




Hà Nội - 2005



Hà Nội - 2005



1

Mục lục
Thuật ngữ và viết tắt 3
Danh mục các bảng biểu và hình vẽ 11
Mở đầu 13
Chương 1: Tổng quan về công nghệ IP và ATM
1.1 Khái quát về công nghệ IP và ATM 15
1.2 Công nghệ IP 17
1.3 Công nghệ ATM 20

Chương 2: Giới thiệu chung về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức
2.1 Khái niệm và các động lực cho sự ra đời của chuyển mạch nhãn 26
2.2 Lịch sử phát triển của MPLS 29
2.3 Tình hình triển khai công nghệ 30
2.3.1 Tình hình triển khai công nghệ 30
2.3.2 Quá trình chuẩn hoá MPLS 32
2.3.3 Vai trò chính của nhóm làm việc MPLS trong IETF 33
2.3.4 Các dự án thương mại triển khai MPLS 32
2.4 Một số ưu điểm và khả năng ứng dụng của MPLS 34
2.4.1 Một số ưu điểm 34
2.4.2 Khả năng ứng dụng 36
Chương 3 Cấu trúc mạng MPLS
3.1 Các khái niệm cơ bản 42
3.2 Các thành phần cơ bản của mạng MPLS 50
3.3 Các giao thức cơ bản 52
3.3.1 Giao thức phân phối nhãn LDP 52
3.3.2 Giao thức phân phối nhãn dựa trên ràng buộc CR-LDP 67
3.3.3 Giao thức đặt trước tài nguyên RSVP 71
3.3.4 Giao thức MPLS – BGP 74
3.4 Hoạt động của MPLS 74
3.4.1 Các hoạt động của MPLS 74
3.4.2 Các chế độ hoạt động 77



2

Chương 4 Các kỹ thuật được sử dụng trong mạng MPLS
4.1 Kỹ thuật lưu lượng 86
4.2 Quản lí lưu lượng 90

4.3 Định tuyến dựa trên ràng buộc 92
4.4 Chất lượng dịch vụ 100
4.5 Phát hiện và ngăn ngừa hiện tượng định tuyến vòng 103
Chương 5 Các mô hình mạng đường trục ứng dụng công nghệ MPLS
5.1 Các thiết bị MPLS dùng trên mạng 105
5.2 Xây dựng các mô hình cho mạng đường trục 112
5.2.1 Tìm hiểu mô hình mạng đường trục trên thế giới 114
5.2.2 Tìm hiểu các mô hình mạng đường trục Bắc – Nam 118
5.2.3 Xây dựng các mô hình mạng cho phòng thực tập viễn thông
khoa Công Nghệ phục vụ đào tạo 123
Kết luận 130
Tài liệu tham khảo 133



3

THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT
AAL5 ATM Adaptation Layer5 Lớp tương thích ATM5
ABR Available Bit Rate Tốc độ bít khả dụng
ADM Add-Drop Multiplexer Bộ ghép xen kênh
AF ATM Forum Diễn đàn ATM
ARIS Aggregate Route-Based IP Chuyển mạch IP theo phương
Switching pháp tổng hợp tuyến
ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ
AS Autonomoust System Hệ tự trị ( tự quản)
ASIC Application Specific Integrated Mạch tích hợp các ứng dụng
Circuits đặc biệt
ASTN Autonomous Switched Mạng truyền tải chuyển mạch
Transpost Network tự động

ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền dẫn không
đồng bộ
BBRAS BroadBand Remote Access Server Máy chủ truy nhập từ xa băng
rộng
BCF Bear Control Function Khối chức năng điều khiển tải tin
BGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng biên
BOF Board Of a Founders Cuộc họp trù bị WG - IETF
BL Burst Limit Giới hạn “cụm”
BT Burst Tolerance Dung sai “cụm”
BTT Bidirectional Traffic Trunk Trung kế lưu lượng hai hướng
C/R Command Response Đáp ứng yêu cầu
CBR Constant Bit Rate Tốc độ bít không đổi
CBS Committed Burst Size Kích thước cụm cho phép
CDR Committed Data Rate Tốc độ dữ liệu cho phép



4

CE Custumer Edge Thiết bị định tuyến biên phía
khách hàng
CLP Cell Loss Priority Độ ưu tiên mất mát tế bào
CPE Customer Premise Equipment Thiết bị phía khách hàng
CoS Cost of Service Giá thành dịch vụ
CR Cell Router Bộ định tuyến tế bào
CR Constraint-Based Routing Định tuyến dựa trên ràng buộc
CR Committed Rate Tốc độ cho phép
CSPF Constrained Shortest Path First Giao thức định tuyến tìm đường
ngắn nhất
CSR Cell Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch tế bào

CQ Custom Queuing Hàng đợi khách hàng
DLCI Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nói lớp liên kết dữ
liệu
DVMRP Distance Vector Multicast Giao thức định tuyến đa hướng
Routing Protocol theo véc tơ khoảng cách
DWDM Density-Wave Division Ghép kênh phân chia theo mật
Multiplexing độ bước sóng
EBS Excess Burst Size Kích thước cụm vượt giới hạn
ECR Egress Cell Router Bộ định tuyến tế bào lối ra
EGP Edge Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng biên
ER Explicit Routing Định tuyến hiện
ETSI European Telecommunication Viện tiêu chuẩn viễn thông
Standard Institute Châu Âu
FA Forwarding Adjacence Chuyển tiếp cận kề
FEC Forwarding Equivalence Class Nhóm chuyển tiếp tương đương
FIFO Fisrt-in, Fisrt-out Vào trước, ra trước



5

FIB Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp
FMP Flow Management Protocol Giao thức quản lí luồng
FR Frame Relay Chuyển tiếp khung
FTN FEC- to- NHLFE Sắp xếp FEC vào NHLFE
GMPLS Generalized Multiprotocol Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Label Switching tổng quát
GFC Generic Flow Control Điều khiển luồng chung
GR Guaranteed Rate Tốc độ bảo vệ
HDLC High-Level Data Link Control Điều khiển liên kết dữ liệu mức

cao
HEC Header Error Control Điều khiển lỗi tiêu đề
IBM International Business Machine Công ty IBM
ICMP Internet Control Message Giao thức điều khiển bản tin
Protocol Internet
ICR Ingress Cell Router Bộ định tuyến tế bào lối ra
IETF Internet Enginerring Tổ chức tiêu chuẩn kỹ thuật
Task Force quốc tế cho Internet
IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng trong
miền
IN Intelligent Network Mạng thông minh
IP Internet Protocol Giao thức định tuyến Internet
IPOA IP over ATM IP trên nền ATM
IPOS IP over SONET IP trên nền SONET
IPv6 IP version 6 Giao thức IP phiên bản 6
IPX IP eXchange Giao thức IPX
ISC International Softswitch Tổ chức chuyển mạch mềm
Consortium quốc tế



6

ISDN Intergrated Service Digital Mạng số liên kết đa dịch vụ
Network tích hợp
IS- IS Intermediate System- Giao thức định tuyến IS-IS
Intermediate System
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LANE Local Area Network Emulation Mô phỏng mạng cục bộ
LB Local Binning Sự liên kết cục bộ

LCN Logic Channel Number Số kênh lôgic
LC-ATM Label Controlled ATM Interface Giao diện ATM được điều khiển
nhờ nhãn
LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn
LER Label Edge Router Bộ định tuyến nhãn biên
LFIB Label Forwarding Information Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn
Base
LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn
LIS Logical IP Subnet Mạng con IP logic
LMP Link Management Protocol Giao thức quản lí kênh
LPF Logical Port Function Chức năng cổng logic
LSP Label Switched Path Tuyến chuyển mạch nhãn
LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
MAC Media Access Controller Thiết bị điều khiển truy nhập mức
phương tiện truyền thông
MGR MultiGigabyte Router Bộ định tuyến nhiều GigaByte
MG Media Gateway Cổng chuyển đổi phương tiện
MGC Media Gateway Controller Thiết bị điều khiển MG
MIB Management Information Base Cơ sở dữ liệu thông tin quản lí
MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức



7

MPOA MPLS over ATM MPLS trên nền ATM
MSF MultiService Switch Forum Diễn đàn chuyển mạch đa dịch vụ
NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau
NHLFE Next-Hop Label Forwarding Phương thức gửi gói tin dán nhãn
Entry chặng tiếp theo

NHRP Next Hop Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ chặng
tiếp theo
NLPID Network Layer Protocol Bộ nhận dạng giao thức lớp mạng
Identifier
NNI Network-Network Interface Giao diện mạng - mạng
NSIF Network Service Interface Khối chức năng giao diện dịch vụ
Function mạng
OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến mở đường
ngắn nhất đầu tiên
PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức
PE Provider Edge Thiết bị định tuyến biên phía nhà
cung cấp
PIN Protocol ID Trường nhận dạng giao thức
PNNI Private Node to Node Interface Giao diện nút - nút riêng
PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm - điểm
PQ Priority Queuing Hàng đợi có độ ưu tiên
PRCC Physical Router Controlled Thành phần điều khiển bộ định
Component tuyến vật lí
PSTN Public Switch Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch
Network công cộng
PTI Payload Type Identifier Trường nhận dạng loại tải tin
PVC Permanent Virtual Circuit Kênh ảo cố định



8

QOS Quality Of Service Chất lượng dịch vụ
RFC Request for Comment Các tài liệu tiêu chuẩn IP do IETF
đề ra

RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyến
RESV Reservation Sự đặt trước
RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên
(hỗ trợ QoS)
SAR Segmentation and Reassembly Phân mảnh và hợp nhất gói tin
SDH Synchronous Digital Hierarchy Hệ thống phân cấp số đồng bộ
SGF Signalling Gateway Function Khối chức năng cổng báo hiệu
SLA Service Level Agreement Thoả thuận mức dịch vụ
SNAP Service Node Access Point Điểm truy cập mức dịch vụ
SNI Signalling Network Interface Giao diện mạng báo hiệu
SNMP Simple Network Management Giao thức quản lí mạng đơn
Protocol
SONET Synchronous Optical Network Mạng truyền dẫn quang đồng bộ
SP Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ
SPF Shortest Path First Phương thức định tuyến đường
ngắn nhất
STDM Statistical Time Division Ghép kênh phân chia theo thời
Multiplexing gian thống kê
SVC Switched Virtual Circuit Kênh ảo chuyển mạch
TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải
TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời
gian
TDP Tag Distribution Protocol Giao thức phân phối thẻ
TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối



9

TE Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng

TFIB Tag Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn
TIB Tag Information Base Cơ sở thông tin nhãn(thẻ)
TGW Trunking Gateway Cổng trung kế
TLV Type- Length-Value Giá trị chiều dài tuyến(số nút)
TOS Type of Service Loại dịch vụ
TTL Time to Live Thời gian sống
UDP User Data Protocol Giao thức dữ liệu người sử dụng
UK United Kingdom Vương quốc Anh
UNI User Network Interface Giao thức mạng - người dùng
USA United State of America Hợp chủng quốc Hoa Kì
VBR Variable Bit Rate Tốc độ bít biến đổi
VC Virtual Circuit Kênh ảo
VCC Virtual Channel Connection Kết nối kênh ảo
VCI Virtual Circuit Identifier Trường nhận dạng kênh ảo
VCID Virtual Circuit ID
VNS Virtual Network Service Dịch vụ mạng ảo
VPI Virtual Path Identifier Trường nhận dạng đường ảo
VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo
VPNID Virtual Private Network Identifier Bộ nhận dạng mạng riêng ảo
VR Virtual Router Bộ định tuyến ảo
VSC Virtual Switched Controller Khối điều khiển chuyển mạch ảo
VSCF Virtual Switched Controller Khối chức năng điều khiển chuyển
Function mạch ảo
VSF Virtual Switched Function Khối chức năng chuyển mạch ảo
WAN Wide Area Network Mạng diện rộng
WDM Wave Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước



10

sóng
WFQ Weighted Factor Queue Hàng đợi theo trọng số




11

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ
A.Danh mục các bảng
Bảng 1: Các dự án thương mại triển khai MPLS
Bảng 2: Các hoạt động MPLS
Bảng 3: Chọn thiết bị biên mạng MPLS cho mạng MPLS ATM
Bảng 4: Chọn LSR ATM
Bảng 5: Các LSR biên ATM Cisco và dung lượng LVC
Bảng 6: Dung lượng LVC và các LSR ATM Cisco nếu kết hợp VC được sử dụng
B. Danh mục các hình vẽ
Hình 1 - Dạng tiêu đề gói IP
Hình 2 - Khuôn dạng tiêu đề của tế bào ATM
Hình 3 - Định dạng chung của nhãn MPLS
Hình 4 - Lớp liên kết dữ liệu là ATM
Hình 5 - Lớp liên kết dữ liệu là Frame Relay
Hình 6 - Nhãn trong shim - giữa lớp 2 và lớp 3
Hình 7 - Thông tin được sử dụng trong các quyết định chuyển tiếp
Hình 8 - Cơ cấu báo hiệu
Hình 9 - Mô hình mạng MPLS
Hình 10 - Tiêu đề LDP
Hình 11 - Mã hoá Giá trị - Chiều dài - Loại
Hình 12 - Khuôn dạng bản tin LDP

Hình 13 - Bản tin thông báo
Hình 14 - Bản tin Hello
Hình 15 - Các tham số Hello chung TLV
Hình 16 - Bản tin Initialization
Hình 17 - Bản tin KeepAlive
Hình 18 - Bản tin địa chỉ
Hình 19 - Bản tin Address Withdraw
Hình 20 - Bản tin Label Mapping
Hình 21 - Bản tin Label Withdraw



12

Hình 22 - Bản tin Label Request
Hình 23 - Bản tin Label Release
Hình 24 - Bản tin Label Abort Request
Hình 25 - Tạo LSP và chuyển tiếp gói tin thông qua miền MPLS
Hình 26 - Mạng MPLS trong chế độ hoạt động khung
Hình 27 - Vị trí của nhãn MPLS trong khung lớp 2
Hình 28 - Phân bổ nhãn trong mạng ATM- MPLS
Hình 29 - Kết nối MPLS qua mạng ATM-PVC
Hình 30 - Bản tin yêu cầu nhãn
Hình 31 - Bản tin ánh xạ nhãn
Hình 32 - Bản tin thông báo
Hình 33 - Explicit routeTLV
Hình 34 - The Explicit RouteHop TLV
Hình 35 - The traffic parameters TLV
Hình 36 - The PreEmption TLV
Hình 37 - LSPID TLV

Hình 38 - Resource Class TLV
Hình 39 - The Route Pinning TLV
Hình 40 - The CR – LSP FEC TLV
Hình 41 - Mô hình DiffServ tại biên và lõi mạng
Hình 42 - Mô hình mạng thế hệ sau của Nortel
Hình 43 - Mô hình chức năng của NGN
Hình 44 - Cấu hình tổ chứcmạng MPLS phương án 1
Hình 45 - Cấu hình tổ chức mạng MPLS phương án 2
Hình 46 - Cấu hình tổ chức mạng MPLS phương án 3
Hình 47 - Mô hình mạngATM- MPLS đơn giản
Hình 48 - Mô hình lõi MPLS, biên ATM phục vụ cho đào tạo
Hình 49 - Mô hình mạng lõi ATM, biên MPLS phục vụ cho đào tạo



13

MỞ ĐẦU
Trong điều kiện toàn cầu hoá như hiện nay, nhu cầu trao đổi thông tin là một
vấn đề thiết yếu trong cuộc sống của xã hội loài người.
Đứng về phía khách hàng: Nhu cầu của họ không chỉ dừng lại ở chỗ trao đổi
được thông tin, mà là thông tin đó được trao đổi nhanh đến mức nào, độ tin cậy ra
sao, hiệu quả cũng như lợi nhuận của hệ thống mà họ lựa chọn, đầu tư và tin dùng
đã mang lại là gì
Đứng về phía những người sản xuất thiết bị, các nhà cung cấp và khai thác
dịch vụ:Trong môi trường nhiều nhà cung cấp như hiện nay, để cạnh tranh và
chiếm lĩnh được thị trường, thu hút được khách hàng về phía mình, không còn sự
lựa chọn nào khác ngoài việc phải tìm ra cho mình những công nghệ phù hợp, bắt
kịp và đáp ứng được nhu cầu của khách hàng đề ra .
Nền tảng cho xã hội thông tin chính là sự phát triển cao của các dịch vụ viễn

thông. Mềm dẻo, linh hoạt và gần gũi với người sử dụng là mục tiêu cần hướng tới.
Vài năm qua, Internet đang ngày càng phát triển với các ứng dụng mới trong
thương mại và thị trường người tiêu dùng. Cùng với các dịch vụ truyền thống hiện
nay được cung cấp qua Internet thì các dịch vụ thoại và đa phương tiện đang được
phát triển và sử dụng. Tuy nhiên, tốc độ và dải thông của các dịch vụ và ứng dụng
này đã vượt quá tài nguyên hạ tầng Internet hiện nay. Chính những điều đã gây một
áp lực cho mạng viễn thông hiện thời, phải đảm bảo truyền tải thông tin tốc độ cao
với giá thành hạ. Ở góc độ khác sự ra đời của những dịch vụ mới này đòi hỏi phải
có công nghệ thực thi tiên tiến.
Ưu điểm nổi bật của giao thức định tuyến TCP/IP là khả năng định tuyến và
truyền gói tin một cách hết sức mềm dẻo, linh hoạt và rộng khắp toàn cầu. Nhưng
IP không đảm bảo chất lượng dịch vụ, tốc độ truyền tin theo yêu cầu, trong khi đó
công nghệ ATM có thế mạnh ưu việt về tốc độ truyền tin cao, đảm bảo thời gian



14

thực và chất lượng dịch vụ theo yêu cầu định trước. Sự kết hợp IP với ATM có thể
là giải pháp kỳ vọng cho mạng viễn thông tương lai - mạng thế hệ sau NGN.
Từ những nhu cầu được đặt ra đó, cuối năm 1996, nhóm làm việc trong
IETF đã được thành lập để tập trung vào giải quyết vấn đề tích hợp giữa chuyển
mạch và định tuyến.Cũng đã có một vài tên được đề nghị, nhưng cuối cùng quyết
định lấy tên cho công nghệ tích hợp này là “ Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao
thức MPLS ”. Công nghệ chuyển mạch nhãn này được đề xuất để tải các gói tin
trên các kênh ảo và khắc phục được các vấn đề mà mạng ngày nay đang phải đối
mặt, đó là tốc độ, khả năng mở rộng cấp độ mạng, quản lý chất lượng, quản lý băng
thông cho mạng IP thế hệ sau - dựa trên mạng đường trục và có thể hoạt động với
các mạng Frame Relay và chế độ truyền tải không đồng bộ (ATM) hiện nay nhờ cơ
chế hoán đổi nhãn để đáp ứng các nhu cầu dịch vụ của người sử dụng mạng mà

không cần thay đổi các giao thức định tuyến IP.
Các ưu điểm mà MPLS mang lại là:
MPLS tách chức năng của bộ định tuyến IP ra làm hai phần riêng biệt:
+ Chức năng chuyển gói tin
+ Chức năng điều khiển
Phần chức năng chuyển gói tin có nhiệm vụ gửi gói tin giữa các bộ định
tuyến nhờ sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như của ATM. Các nhãn này có
độ dài cố định, không phụ thuộc vào lớp mạng. Kỹ thuật hoán đổi nhãn thực chất
là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng nhãn để xác định tuyến và nhãn
mới của gói. Các nhãn này không liên quan đến địa chỉ lớp mạng, do vậy quá trình
xử lí được thực hiện nhanh và giảm bớt độ phức tạp cho các bộ định tuyến.
MPLS có thể hỗ trợ các giao thức định tuyến Internet khác như giao thức tìm
đường ngắn nhất mở (OSPF: Open Shortest Path First) và giao thức cổng biên
(BGP : Border Gateway Protocol). MPLS còn hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng, cho



15

phép thiết lập tuyến cố định nên đảm bảo được chất lượng dịch vụ của các tuyến.
Đây là tính năng vượt trội của MPLS so với các giao thức định tuyến trước đó.
Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế tái định tuyến lại nhanh, hỗ trợ quản lí mạng
đơn giản và dễ dàng hơn bằng cách giám sát lưu lượng tại các bộ định tuyến chuyển
mạch nhãn (LSR). Bằng cách này, nghẽn lưu lượng cũng như vị trí xảy ra tắc nghẽn
sẽ được xác định nhanh chóng.
Với những ưu điểm như vừa nêu ở trên, MPLS được đệ trình như là “ứng cử
viên” nặng kí khi xem xét lựa chọn công nghệ chủ đạo để triển khai mạng thế hệ
sau. Nó là một công nghệ chuyển mạch IP có triển vọng ứng dụng rất cao. Nhờ có
đặc tính cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch
vụ của mạng IP truyền thống đồng thời cải thiện dải thông của mạng. Hiện nay, các

sản phẩm chuyển mạch MPLS đã được bán trên thị trường. Do đó, việc tìm hiểu
bản chất công nghệ cũng như nghiên cứu các sản phẩm phù hợp với từng nhu cầu
đặt ra là hết sức cần thiết. Từ thực tế đó, để hoàn thành khoá đào tạo thạc sĩ của
mình, đề tài em lựa chọn là: “Xây dựng mô hình mạng đƣờng trục ứng dụng
công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS” nhằm đề xuất như là một
giải pháp tăng cường độ tin cậy cũng như băng thông cho mạng, đặc biệt là mạng
đường trục, đáp ứng nhu cầu thực tế được đặt ra tại Việt Nam.
Như mục tiêu đã đề ra đó, nội dung của luận văn gồm các vấn đề sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ IP và ATM
Chƣơng 2: Tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức
Chƣơng 3: Các thành phần và hoạt động của mạng MPLS.
Chƣơng 4: Các kỹ thuật được sử dụng trong mạng MPLS
Chƣơng 5: Các mô hình mạng đường trục ứng dụng công nghệ chuyển
mạch nhãn đa giao thức




16


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IP VÀ ATM
1.1 Khái quát về công nghệ IP và ATM [23]
Kể từ đầu những năm 90, từ khi mạng Internet ra đời, đến nay đã phát triển
nhanh và trở nên rất phổ biến, Internet đã làm thay đổi hẳn bộ mặt của xã hội, đưa
con người chuyển sang một giai đoạn mới, giai đoạn toàn cầu hoá, nhịp độ bắt kịp
và cập nhật thông tin khác xa so với giai đoạn trước đó, những khó khăn về truyền
thông do khoảng cách địa lí gây ra không còn đáng lo ngại nữa. Internet đã mở ra
một phương tiện thông tin rất hiệu quả và tiện lợi phục vụ cho giáo dục, thương
mại, giải trí, thông tin giữa các cộng đồng .v.v… Hiện nay ngày càng phát triển các

ứng dụng mới cả trong thương mại và thị trường người tiêu dùng. Thêm vào đó các
dịch vụ đa phương tiện đang ngày một phát triển , điều đó đã thúc đẩy nhu cầu về
tốc độ truyền dữ liệu và dải thông tăng nhanh. Cùng với nó số lượng người sử dụng
ngày càng tăng, chất lượng dịch vụ cũng phải được nâng cao. Tuy nhiên, tài nguyên
hạ tầng Internet hiện nay không đáp ứng được các nhu cầu đó.
Khi mà nhu cầu về chất lượng dịch vụ của người sử dụng và tốc độ phát
triển của mạng Internet ngày càng tăng thì một giao thức mới để đảm bảo điều đó
là hết sức cần thiết, giao thức mới này không những phải thoả mãn nhu cầu về chất
lượng dịch vụ, độ tin cậy mà còn phải đơn giản và tốc độ xử lý phải rất cao để đáp
ứng được nhu cầu thời gian thực. Vì vậy, sự ra đời của chuyền mạch nhãn đa giao
thức MPLS là một tất yếu.
Thật vậy, MPLS cung cấp một nền tảng công nghệ mới cho quá trình tạo ra
các mạng đa người dùng, đa dịch vụ với hiệu năng cao hơn, khả năng mở rộng
mạng lớn, nhiều chức năng được cải tiến và đáp ứng được nhiều yêu cầu về chất
lượng dịch vụ. Chuyển mạch nhãn là yếu tố quan trọng nhất cho quá trình mở rộng
Internet, nó cung cấp những ứng dụng quan trọng trong xử lý chuyển tiếp gói bằng
cách đơn giản hóa quá trình xử lý, hạn chế việc tạo ra các bản sao mào đầu tại mỗi



17

bước trong đường dẫn, và tạo ra một môi trường có thể hỗ trợ cho điều khiển chất
lượng dịch vụ. Phát triển của MPLS cho phép tích hợp IP và ATM, hỗ trợ hội tụ
dịch vụ và cung cấp những cơ hội mới cho điều khiển lưu lượng và mạng riêng ảo.
Hiệu năng xử lý gói có thể được cải tiến bằng cách thêm nhãn có kích thước cố
định vào các gói. Điều khiển chất lượng dịch có thể được cung cấp dễ dàng hơn và
có thể xây dựng các mạng công cộng rất lớn. MPLS là một kỹ thuật mới được
mong đợi sẽ phát triển phổ biến trên phạm vi rộng ở cả các mạng IP riêng và công
cộng, mở đường cho việc hội tụ các dịch vụ mạng, video và thoại.

Tóm lại, MPLS sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc định tuyến,
chuyển mạch và chuyển tiếp các gói qua mạng thế hệ sau cũng như giải quyết các
vấn đề liên quan tới khả năng mở rộng cấp độ và có thể hoạt động với các mạng
Frame Relay và ATM hiện nay để đáp ứng các nhu cầu dịch vụ của người sử dụng
mạng.
MPLS được phát triển trên cơ sở của hai công nghệ nền tảng: Công nghệ
chuyển mạch dựa trên giao thức Internet (công nghệ IP) và công nghệ truyền dẫn
không đồng bộ ATM. Do vậy, để hiểu rõ hơn tại sao MPLS lại được phát triển, kế
thừa những ưu điểm của hai công nghệ đó và tại sao các công nghệ này lại không
đáp ứng được nhu cầu về băng thông, chất lượng dịch vụ cũng như tốc độ chuyển
mạch, tại sao MPLS lại ra đời… thì trước khi đi sâu vào tìm hiểu công nghệ chuyển
mạch nhãn đa giao thức, ta sẽ tìm hiểu sơ qua đặc điểm, cấu trúc cũng như những
ưu điểm , nhược điểm và những khó khăn mà hai công nghệ này đang gặp phải.
1.2 Công nghệ IP: [23]
Giao thức Internet là giao thức lớp hai trong mô hình 4 lớp của mô hình
tham chiếu TCP/IP. Nó là giao thức nằm trên môi trường vật lí mạng, môi trường
này có thể là Ethernet, FDDI, ATM. Giao thức này cung cấp sự truyền tải gói dữ
liệu từ nơi này đến nơi khác, định tuyến từ mạng này đến mạng khác để tới đích.



18

IP nhận gói dữ liệu từ lớp cao hơn, sau đó đóng gói dữ liệu này rồi chuyển
xuống lớp dưới. Các giao thức lớp cao cung cấp dữ liệu cho lớp IP có thể gồm
TCP, UDP và ICMP. Trong đó, TCP cung cấp dòng dữ liệu tin cậy của các ứng
dụng, các dịch vụ cung cấp cho giao thức TCP có thể gồm Telnet, HTTP, thư điện
tử. UDP là giao thức gói dữ liệu, cung cấp gói dữ liệu không tin cậy vì nó không có
các cơ chế kiểm lỗi cũng như xác nhận gói tin như TCP. Các dịch vụ sử dụng giao
thức này là TFTP(Trivial File Transfer Protocol) và NFS(Network File System)

.ICMP là giao thức bản tin điều khiển Internet, cung cấp các cơ cấu phản hồi và
điều khiển.
Dạng tiêu đề của một gói IP
Verso
n
IHL
Type of Service
Total Lenghth
Identification
Flags
Fragment Offset
Time To Live
Protocol
Header Checksum
Source Address
Destination Address
Options
Padding
Data
Hình 1- Dạng tiêu đề gói IP
Trong đó:
- Version: Phiên bản của IP được dùng ( IP4 hoặc IP6)
- IHL : Chỉ độ dài của tiêu đề, tính bằng các từ 32 bít. Nếu không có
trường này thì mặc định của tiêu đề là 5.
- Type of Service : Cho biết thông tin về loại dịch vụ và mức ưu tiên cả
gói IP, trường này gồm có 8 bít, giá trị mặc định là 0.
- Total Length : Cho biết độ dài của gói IP, gồm cả phần tiêu đề, được tính
bằng đơn vị byte
- Identification : Chứa từ định danh của gói phân mảnh
- Flags : Dùng cho quá trình phân mảnh và hợp nhất mảnh của các gói IP

19

- Fragment Offset : Cho biết khoảng cách tương đối của gói IP với gói bị
phân mảnh ( tính theo 8 byte).
- Time to Live : Cho biết thời gian tối đa mà gói có thể tồn tại. Trường này
bị giảm đi 1 mỗi khi phần tiêu đề gói IP qua một hệ thống xử lý. Trừ khi
gói bị lưu trong vòng đệm của một hệ thống quá lâu, trường này chỉ ra số
tối đa các thiết bị định tuyến trung gian mà gói có thể đi qua trước khi bị
loại bỏ. Khi trường này bằng 0, IP phải huỷ bỏ gói này vô điều kiện. Đặc
tính này cho phép loại bỏ các gói tồn tại quá lâu trong mạng do lỗi định
tuyến . Trường TTL này thường được hệ thống gửi đặt là 30 giây.
- Protocol : Chỉ loại số liệu giao thức mức trên được nhúng trong phần số
liệu của gói IP ( vd : giá trị 6 cho TCP, 17 cho UDP…)
- Header Checksum : Là giá trị bù 1 của tổng các từ 16 bít trong phấn tiêu
đề của gói IP. Trường này kiểm tra xem các thông tin tiêu đề của gói có
bị hỏng do lỗi truyền không. IP chỉ kiểm tra lỗi tiêu đề.
- Source Address : Địa chỉ IP của hệ thống gửi
- Destination Address : Địa chỉ IP của hệ thống đích
- Options: Chứa các thông số tuỳ chọn, như:
+ Source Routing : Cho phép định tuyến theo đường đã được xác định
trước
+ Route Recording : Ghi lại tuyến đường mà gói số liệu đã được chuyển
+ Time Stamping: Thêm một nhãn thời gian khi qua mỗi thiết bị định
tuyến trung gian
+ Security : Bao gồm nhiều tuỳ chọn về an ninh
- Padding : Số liệu vá, thêm vào phần tiêu đề của gói IP, làm cho nó thành
bội của 4 bytes hay 32 bít .

- Data : Chứa dữ liệu của giao thức mức vận chuyển, là bội của 8 byte.
Các bộ định tuyến muốn chuyển gói số liệu IP tới đích, thì phải dựa vào địa
chỉ IP đích chứa trong phần tiêu đề. Như vậy, tại mỗi bộ định tuyến phải có một
bảng định tuyến để lưu trữ thông tin liên quan đến địa chỉ cũng như các thông tin



20

khác như bản đồ, đường đi tới đích. Một vấn đề đặt ra là: Khi số lượng địa chỉ IP
tăng lên thì liệu các bộ định tuyến còn đủ không gian nhớ để lưu trữ một lượng
thông tin khổng lồ tại bảng định tuyến nữa không, lúc đó bộ xử lí có đủ năng lực để
xử lí thông tin và ra quyết định định tuyến kịp thời đáp ứng nhu cầu ngày càng cao
của khách hàng nữa không, nhất là các yêu cầu về thời gian thực.
Tóm lại : Công nghệ IP có ưu và nhược điểm là:
Ưu điểm : Đơn giản, đã được chuẩn hoá, mức độ phổ biến rộng, được coi
là công nghệ của tương lai. Những năm gần đây đã chỉ ra khả năng sử
dụng IP trực tiếp trên nền công nghệ quang và những sửa đổi giao thức
IP đảm bảo chất lượng dịch vụ mới đã tạo tiền đồ cho khả năng chiếm
lĩnh thị trường của công nghệ này trong tương lai.
Nhược điểm : Với định tuyến IP truyền thống, chất lượng dịch vụ chỉ
dừng lại ở mức cố gắng tối đa (Best Effort). Không có khả năng hỗ trợ
thời gian thực như thoại hoặc hình ảnh động chất lượng cao. Để có thể hỗ
trợ được các dịch vụ này cần bổ sung các giao thức điều khiển chất lượng
dịch vụ như RSVP hay chuyển sang IPv6.
1.3 Công nghệ ATM : [23]
ATM được coi là công nghệ mạng mức thấp để hỗ trợ các ứng dụng mạng
trong tương lai - các dịch vụ mạng tích hợp số băng rộng. Đó là công nghệ nền tảng
để phát triển B-ISDN. Trong mạng tích hợp số băng rộng này, các dịch vụ truyền
thông với lưu lượng lớn, thời gian thực yêu cần là có thể thoả mãn được như truyền

dữ liệu, âm thanh, điện thoại có hình, video chất lượng cao…
Trong mô hình tham chiếu B - ISDN, ATM đóng vai trò chính trong công
nghệ chuyển mạch các dữ liệu lớp cao, nhờ lớp tương thích ATM để đóng gói các
dữ liệu tại lớp cao thành các tế bào (cell) có kích thước cố định để chuyển tiếp nhờ
mạng sử dụng công nghệ này.



21

Sở dĩ ATM được coi là công nghệ chủ đạo trong mạng B-ISDN là nhờ tốc
độ chuyển mạch gói tin cao, có thể đáp ứng được chất lượng dịch vụ cũng như yêu
cầu về thời gian thực. Để hiểu được điều này, ta lần lượt xem xét từng vấn đề sau:
- ATM sử dụng kỹ thuật không đồng bộ, không như các kỹ thuật thường
được sử dụng trong truyền dữ liệu, dữ liệu thường được ghép kênh vào trong một
liên kết vật lí đơn, ATM truyền gói dữ liệu tế bào khi nào có dữ liệu sẵn sàng, các
tế bào được truyền đi một cách đồng bộ nhưng không phải là ghép xen kẽ một cách
đều đặn như trong các kỹ thuật khác. Thuật ngữ “không đồng bộ” thể hiện ở chỗ
này.
- ATM có cấu trúc mạng theo kiểu “phân cấp”, có hai giao diện được cung
cấp là:UNI (User- Network Interface) và NNIs (Network-Network Interface). Các
trạm đầu cuối ATM được kết nối với các mạng riêng thông qua giao diện UNI, còn
các mạng được kết nối với nhau nhờ giao diện NNI.
- ATM sử dụng các gói có chiều dài cố định nhỏ, được gọi là “các tế bào”.
Các tế bào này có kích thước cố định, với độ lớn là 53bytes, trong đó có 5 bytes
tiêu đề và 48 bytes tải tin. Việc sử dụng các tế bào này có một vài ưu điểm. Thứ
nhất thuận tiện trong thiết kế phần cứng, dễ dàng thiết kế các bộ xử lí gói có kích
thước giống nhau. Thứ hai, việc sử dụng các tế bào nhỏ làm giảm trễ trong xử lí, có
thể ngăn chặn được việc “tắc nghẽn đầu hàng đợi”(Head-of-line blocking). Đây
cũng là một yếu tố để tăng tốc độ xử lí và chuyển mạch nhằm đáp ứng chất lượng

dịch vụ và tăng tốc độ xử lí gói tin.
- ATM là một công nghệ kết nối có định hướng, đây là một ưu điểm so với
chuyển mạch IP, các tuyến ảo được thiết lập trước khi một phiên truyền dữ liệu
được bắt đầu, điều này đảm bảo rằng dữ liệu được truyền một cách tin cậy hơn, độ
mất mát tin tức cũng như xác suất hỏng gói tin là giảm đáng kể so với kết nối
không định hướng .
- Khuôn dạng tiêu đề của tế bào ATM:



22

GFC
VPI
VPI
VCI
VCI
VCI
PTI
CLP
HEC
Payload (48 bytes)
Hình 2 – Khuôn dạng tiêu đề của tế bào ATM
Trong đó:
GFC : Điều khiển luồng chung
VPI : Trường nhận dạng đường ảo
VCI : Trường nhận dạng kênh ảo
PTI : Bộ hiển thị loại tải tin
CLP : Trường ưu tiên mất mát tế bào
HEC : Trường kiểm tra lỗi tiêu đề

Payload : Dữ liệu
Điều khiển luồng chung chỉ sử dụng một cách cục bộ cho các chức năng
khác nhau, đối với chuyển mạch công cộng thì trường này có giá trị bằng 0
Trường nhận dạng đường ảo VPI và trường nhận dạng kênh ảo VCI được sử
dụng để định tuyến các tế bào trong một chuyển mạch hoặc từ chuyển mạch này
đến chuyển mạch khác.
Trường tải tin được sử dụng để chỉ ra rằng đó tải tin được chứa trong tế bào
là dữ liệu người sử dụng hay là thông tin điều khiển
Trường ưu tiên mất mát tế bào (1 bít) được sử dụng để đánh dấu các tế bào
có thể loại bỏ đầu tiên khi tắc nghẽn xuất hiện. Trường này rất có ích khi máy trạm
gửi thông tin lớn hơn dải thông được đặt trước.
Trường kiểm tra lỗi tiêu đề là trường CRC 8 bít, chỉ kiểm tra phần tiêu đề,
không kiểm lỗi cho phần tải tin, nhằm mục đích tăng tốc độ xử lí. Nó có thể dùng
để kiểm tra lỗi đơn hoặc lỗi cụm.
- ATM sử dụng cơ cấu chuyển mạch, khi các tế bào đến tại đầu vào của
chuyển mạch, trường VCI và VPI đầu vào tiêu đề gói tin được xem xét để quyết



23

định cổng ra. Sau quá trình xử lí, trường VCI mới được gắn vào để chuyển tiếp tới
chặng tiếp theo. Cuối cùng, các tế bào đã được xử lí này sẽ được đưa tới cổng ra
nhờ cơ cấu chuyển mạch. Tại mỗi lối vào và lối ra của chuyển mạch ATM sử dụng
các bộ đệm để lưu tạm các tế bào trong trường hợp bộ xử lí tại chuyển mạch chưa
xử lí kịp ( trong trường hợp bộ đệm lối vào) hoặc dải thông chưa khả dụng để
chuyển các tế bào tại lối ra (trường hợp với bộ đệm lối ra).Cơ cấu hỗ trợ đắc lực
trong việc làm giảm tắc nghẽn đầu hàng đợi (head of line blocking) thường xảy ra
trong các bộ chuyển mạch. Ngoài ra ở các bộ đệm này còn có cơ chế lọc dữ liệu.
Nó căn cứ vào trường ưu tiên độ mất mát tế bào CLP để quyết định cho tế bào nào

(có độ ưu tiên cao) được xử lí trước, tế bào nào thì được xử lí sau và tế bào nào có
thể loại bỏ trong trường hợp xảy ra tắc nghẽn. Chính nhờ kỹ thuật này mà công
nghệ ATM có thể đảm bảo được chất lượng dịch vụ khi đã đặt trước nguồn tài
nguyên.
- ATM sử dụng các kênh ảo và các đường ảo để chuyển mạch các tế bào tới
đích. Các kênh ảo (VC) không liên quan gì đến địa chỉ mạng của dữ liệu, nó thay
đổi khi đi qua một chuyển mạch. Đường ảo (VP) dùng để nhóm các kênh ảo lại với
nhau để chuyển chúng đi giữa các chuyển mạch. Mục đích của VP là để tăng hiệu
quả sử dụng dải thông của đường truyền dẫn. Có hai loại kênh ảo được sử dụng để
đáp ứng yêu cầu của người sử dụng:
+ Kênh ảo cố định (PVC): Loại kênh này tạo nên một “đường ảo” đã được
thiết lập trước khi truyền dữ liệu. Vì dữ liệu sẽ được truyền đi theo một đường đã
thiết lập trước nên tốc độ sẽ nhanh hơn nhiều, và hoàn toàn đảm bảo đúng dải
thông theo yêu cầu, dải thông “được đặt trước” sẽ không sử dụng bởi một kết nối
khác. Kênh ảo cố định được sử dụng phổ biến trong các mạng cục bộ ATM.
+ Kênh ảo chuyển mạch(SVC): Tuy nhiên, loại kênh PVC được thiết lập
một cách thủ công nên rất cồng kềnh. Hơn nữa, nếu sử dụng loại kênh này thì tại
mỗi chuyển mạch, các thông tin về tuyến của tất cả các kết nối phải được lưu giữ,