Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ GMPLS vào mạng NGN Việt Nam

Trang i

ĐạI HọC QUốC GIA Hà NộI
TRƯờNG ĐạI HọC CÔNG NGHệ









Vũ Minh Yên




Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ
GMPLS vào mạng NGN Việt nam




Ngành: Công nghệ Điện tử Viễn thông.
Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc.
Mã số: 2.07.00


Luận văn Thạc sĩ

Ng-ời h-ớng dẫn khoa học:
PGS.TS Nguyễn Cảnh Tuấn.






Hà nội-2008


Trang ii

ĐạI HọC QUốC GIA Hà NộI
TRƯờNG ĐạI HọC CÔNG NGHệ









Vũ Minh Yên

Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ
GMPLS vào mạng NGN Việt nam



Ngành: Công nghệ Điện tử Viễn thông.
Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc.
Mã số: 2.07.00


Luận văn Thạc sĩ



Ng-ời h-ớng dẫn khoa học:
PGS.TS Nguyễn Cảnh Tuấn.





Hà nội-2008


Trang iii

Mục lục
Trang

Ch-ơng I: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 1
1.1 Tổng quan về công nghệ MPLS 1
1.1.1 MPLS và mô hình tham chiếu OSI 1
1.1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS 2
1.1.3 Mã hoá nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS 6
1.1.4 Cấu trúc chức năng MPLS 9
1.1.5 Hoạt động chuyển tiếp MPLS 12
1.2 Định tuyến và báo hiệu MPLS 15
1.2.1 Định tuyến trong MPLS 15
1.2.2 Các chế độ báo hiệu MPLS 17
1.3 Các giao thức phân phối nhãn MPLS 20
1.3.1 Giao thức LDP (Label Distribution Protocol) 20
1.3.2 Giao thức CR-LDP (Constrain- Based Routing LDP) 23
1.3.3 Giao thức RSVP- TE (RSVP- Traffic Engineering) 26
1.3.4 Giao thức BGP (Boder Gateway Protocol) 30
1.4 Ưu, nh-ợc điểm của công nghệ MPLS 33
1.4.1 Ưu điểm của công nghệ MPLS 33
1.4.2 Nh-ợc điểm của công nghệ MPLS 34
Ch-ơng II: Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS 36
2.1 Giới thiệu về công nghệ GMPLS 36
2.1.1 Từ MPLS đến GMPLS 36
2.1.2 Thiết lập LSP trong mạng GMPLS 37
2.2 Báo hiệu trong mạng GMPLS 46
2.2.1 Nhãn tổng quát 47
2.2.2 LSP hai chiều 51

Trang iv
2.3 Mở rộng các giao thức trong mạng GMPLS 55
2.3.1 Giao thức RSVP-TE 55
2.3.2 Giao thức CR-LDP 61

2.3.3 Giao thức OSPF-TE, IS-IS-TE 65
2.3.4 Giao thức LMP (Link Management Protocol) 65
2.4 Công nghệ GMPLS cho quản lý điều khiển chuyển tải SDH 67
2.4.1 Giới thiệu 67
2.4.2 Các tham số l-u l-ợng SDH 68
2.4.3 Điều khiển, quản lý SDH trong giao thức RSVP-TE 71
2.4.4 Điều khiển, quản lý SDH trong giao thức CR-LDP 71
Ch-ơng III: Nghiên cứu ứng dụng GMPLS vào mạng NGN Việt Nam 73
3.1 Nhu cầu áp dụng công nghệ GMPLS cho mạng NGN Việt Nam 73
3.2 Kinh nghiệm áp dụng công nghệ GMPLS của các n-ớc 75
3.2.1 Dự án MUPBED của Châu Âu 75
3.2.2 Dự án KDDI của Nhật Bản 78
3.3 ứng dụng công nghệ GMPLS trong mạng NGN Việt Nam 79
3.3.1 Xây dựng mạng GMPLS đ-ờng trục 80
3.3.2 Xây dựng mạng GMPLS trong mạng biên 86
3.3.3 Xây dựng mạng GMPLS tổng thể 89
3.3.4 Lộ trình triển khai xây dựng mạng GMPLS 94
Tài liệu tham khảo 99


Trang v
ThuËt ng÷ viÕt t¾t
AAL ATM Adaptation Layer
AS Autonomous System
ASIC Application-Specific Integrated Circuit
ASON Automatic Switched Optical Network.
ATM Asynchronous Transfer Mode
BGP Border Gateway Protocol
CBQ Class Based Queueing
CBR Constant Bit Rate

CBS Committed Burst Size
CCI Connection Control Interface
CDR Committed Data Rate
CLIP Classical IP
CQ Custom Queuing
CR Constraint-based Routing
CR-LDP Constraint-based Routing Label Distribution Protocol
CR-LSP Constraint-based Routing Label Switched Path
CSPF Constrained Shortest Path First Diffserv Differentiated Service
DLCI Data Link Connection Identifier
DSCP Service Code Point
eBGP exterior Border Gateway Protocol
EBS Excess Burst Size
EGP External (Exterior) Gateway Protocol
E- NNI Exterior Network Network Interface.
ER Explicit Route
ERB Explicit Route Information Base
ERO Explicit Route Object
EXP Experimental field
FDDI Fiber Distributed Data Interface

Trang vi
FEC Forwarding Equivalence Class
FF Fixed Filter (RSVP reservation style)
FIB Forwarding Infomation Base
FIFO Fault Information Signal
FR Frame Relay
FRS Fault Recovery Signal
FTN FEC to NHLFE Map
FSC Fiber-Switch Capable

GFC Generic Flow Control (ATM)
GMPLS Generalized MPLS
G-Pid Generalized PID
HEC Header Error Control (ATM)
iBGP interior Border Gateway Protocol
IETF Internet Engineering Task Force
IGP Interior Gateway Protocol
ILM Incoming Label Map
I- NNI Interior NNI
IP Internet Protocol
IS-IS Intermediate System - to - Intermediate System
IS-IS TE IS-IS with Traffic Engineering
LC-ATM Label Controlled ATM Interface
LDP Label Distribution Protocol
LER Label Edge Router
LFIB Label Forwarding Information Base
LIB Label Information Base
LIFO Last-in First-out
LMP Link Management Protocol
LSA Link State Advertisements
LSC Lambda-Switch Capable

Trang vii
L2SC Layer-2 Switch Capable
LSP Label Switched Path
LSR Label Switching Router
MPLS MultiProtocol Label Switching
MPLSCP MPLS Control Protocol
MPLS-TE MPLS Traffic Engineering
MPOA Multiprotocol over ATM

MSTP Multiple Spanning Tree Protocol
MTU Maximum Transfer Unit
NCP Network Control Program
NGN Next Generation Network
NHLFE Next Hop Label Forwarding Entry
NHRP Next Hop Resolution Protocol
NLRI Network Layer Reachability Information
NNI Network Network Interface.
OSI Open System Interconnection
OSPF Open Shortest Path First
OSPF-TE OSPF with Traffic Engineering
OXC Optical Cross Connect System
PBS Peak Burst Size
PDR Peak Data Rate
PDU Protocol Data Unit
PHP Penultimate Hop Popping
PIL Protection Ingress LSR
PML Protection Mergin LSP
POR Point of Repair
PPP Point to Point Protocol
PQ Priority Queuing
PSC Packet- Switch Capable

Trang viii
PSL Path Switch LSR
PTI Payload Type Identifier (ATM)
PVC Permanent Virtual Connection
PXC Photonic Cross-Connect
QoS Quality of Service
RED Random Early Detection (Discard)

RFC Transmission Control Protocol
REF Reference
RIB Routing Information Base
RSVP Resource reSerVation Protocol
RSVP-TE RSVP with Traffic Engineering
SDH Synchronous Digital Hierarchy
SLA Service Level Agreement
SONET Synchronous Optical Network
SPF Shortest Path First
TDMC Time-Division- Multiplex Capable
TCP Transmission Control Protocol
TE Traffic Engneering
TLV Type-Length-Value
ToS Type of Service
TTL Time To Live
UBR Unspecified Bit Rate
UDP User Datagram Protocol
UPSR Unidirectional Path Switched Ring
UNI User Network Interface
VC Virtual Circuit
VCI Virtual Circuit Identifier
VPI Virtual Path Identifier
VPN Virtual Private Network


Trang ix
danh mục hình vẽ
Trang

Hình 1: MPLS và mô hình tham chiếu TCP/IP, OSI 1

Hình 2: Miền MPLS 2
Hình 3: Upstream và Downstream LSR. 2
Hình 4: Lớp chuyển tiếp t-ơng đ-ơng trong MPLS. 3
Hình 5: Stack nhãn 4
Hình 6: Đ-ờng chuyển mạch nhãn LSP 4
Hình 7: Phân cấp LSP trong MPLS 5
Hình 8: Gói IP đi qua mạng MPLS 5
Hình 9: Định dạng một entry trong stack nhãn. 6
Hình 10: Shim header đợc chêm vo giữa header lớp 2 v lớp 3 7
Hình 11: Nhãn trong chế độ Cell ATM 8
Hình 12: Đóng gói gói có nhãn trên link ATM 8
Hình 13: Cấu trúc LER và Transit- LSR 9
Hình 14: FTN, ILM và NHLFE 10
Hình 15: Quá trình chuyển tiếp 1 gói đến hop kế tiếp 11
Hình 16: Một ví dụ về NHLFE 12
Hình 17: Bên trong mặt phẳng chuyển tiếp MPLS 13
Hình 18: Ví dụ hoạt động chuyển tiếp gói. 14
Hình 19: Một ví dụ định tuyến ràng buộc 15
Hình 20: Phân phối nhãn không cần yêu cầu 17
Hình 21: Phân phối nhãn theo yêu cầu 17
Hình 22: Duy trì nhãn tự do 18
Hình 23: Duy trì nhãn bảo thủ 18
Hình 24: Điều hiển độc lập 19
Hình 25: Điều khiển tuần tự 19
Hình 26: Vùng hoạt động của LDP 20

Trang x
Hình 27: Trao đổi thông điệp LDP 21
Hình 28: LDP header 22
Hình 29: Ví dụ LDP chế độ điều khiển độc lập theo yêu cầu 22

Hình 30: Thiết lập LSP với CR-LDP 24
Hình 31: Tiến trình dự trữ tài nguyên 25
Hình 32: Thiết lập LSP với RSVP-TE 29
Hình 33: Nội dung bản tin BGP Update 31
Hình 34: BGP phân phối nhãn qua nhiều Autonomous System 32
Hình 35: Thiết lập LSP qua môi tr-ờng mạng không đồng nhất 39
Hình 36: Cơ chế chuyển tiếp cận kề 41
Hình 37: Cấu trúc phân cấp mạng 42
Hình 38: Cấu trúc phân cấp LSP 42
Hình 39: Cơ chế bó đ-ờng LSP trong môi tr-ờng mạng không đồng nhất 43
Hình 40: Xử lý các h- hỏng trong mạng GMPLS 44
Hình 41: Cơ chế phục hồi hỗ trợ bởi mạng GMPLS 44
Hình 42: Khuôn dạng nhãn tổng quát 47
Hình 43: Khuôn dạng thông tin trong một tập hợp nhãn 51
Hình 44: Mô hình tranh chấp nhãn 53
Hình 45: Giải quyết tranh chấp nhãn không có hạn chế về tài nguyên 53
Hình 46: Tranh chấp nhãn với tài nguyên hạn chế 54
Hình 47: Khuôn dạng các đối t-ợng trong yêu cầu nhãn đề xuất 55
Hình 48: Khuôn dạng đối t-ợng nhãn tổng quát 57
Hình 49: Khuôn dạng đối t-ợng chuyển mạch băng thông 57
Hình 50: Khuôn dạng đối t-ợng tập hợp nhãn 59
Hình 51: Khuôn dạng các đối t-ợng trong yêu cầu nhãn đề xuất 61
Hình 52: Khuôn dạng đối t-ợng nhãn tổng quát 62
Hình 53: Khuôn dạng đối t-ợng chuyển mạch băng thông 63
Hình 54: Khuôn dạng đối t-ợng tập hợp nhãn 64
Hình 55: Khuôn dạng các bản tin LMP 66

Trang xi
Hình 56: Khuôn dạng các tham số l-u l-ợng trong SDH 68
Hình 57: Kiến trúc của mạng thử nghiệm MUPBED 76

Hình 58: Topo mạng giai đoạn đầu dự án MUPBED 77
Hình 59: 5 vùng mạng khác nhau trong dự án MUPBED 78
Hình 60: Mô hình thử nghiệm GMPLS dự án KDDI 79
Hình 61: Tổ chức mạng GMPLS đ-ờng trục theo mô hình chồng lấn 81
Hình 62: Tổ chức mạng GMPLS đ-ờng trục theo mô hình ngang hàng 83
Hình 63: Tổ chức mạng GMPLS đ-ờng trục theo mô hình lai ghép 85
Hình 64: Tổ chức mạng GMPLS Metro theo mô hình chồng lấn 87
Hình 65: Tổ chức mạng GMPLS Metro theo mô hình ngang hàng 88
Hình 66: Tổ chức mạng GMPLS Metro theo mô hình lai ghép 89
Hình 67: Ph-ơng án triển khai mạng với mạng trục là GMPLS 90
Hình 68: Ph-ơng án triển khai mạng với mạng trục là GMPLS mạng vùng là
mạng IP/MPLS 92
Hình 69: Ph-ơng án triển khai GMPLS hoàn toàn 93





Trang xii
Mở đầu
Từ khi chiếc máy điện tín đ-ợc Samuel FB Morse phát minh vào năm 1837
đến nay công nghệ truyền thông đã có những b-ớc tiến nhảy vọt. Các công nghệ
mới ra đời có tính kế thừa và phát triển trên nền của các công nghệ tr-ớc đó.
Hiện trạng mạng viễn thông của các nhà khai thác trên thế giới nói chung và
ở Việt Nam nói riêng là sự trộn lẫn giữa các mạng đang hoạt động dựa trên các
công nghệ mạng khác nhau. Việc xây dựng cơ sở hạ tầng mạng t-ơng lai cần
phải tính đến khả năng tận dụng những cơ sở hạ tầng mạng đã có sẵn.
Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS là sự kế thừa
và hội tụ những -u điểm của những công nghệ tr-ớc đó. Đ-ợc xây dựng và hoàn
thiện trên nền của công nghệ MPLS, công nghệ GMPLS cho phép thiết lập một

mặt phẳng điều khiển chung cho tất cả các môi tr-ờng chuyển mạch (TDMC,
PSC, LSC, FSC) có khả năng thiết lập các kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối xuyên
qua các môi tr-ờng mạng không đồng nhất.
Ngày nay, hầu hết các nhà khai thác đều có định h-ớng hoặc đã triển khai
mạng thế hệ sau trên cơ sở công nghệ MPLS & GMPLS. Việc tìm hiểu bản chất
công nghệ cũng nh- xu h-ớng phát triển, triển khai sản phẩm trên thế giới về
GMPLS và khả năng ứng dụng của công nghệ GMPLS là rất cần thiết, vì vậy em
đã chọn đề tài "Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ GMPLS vào mạng
NGN Việt nam". Nội dung của đề tài gồm 3 ch-ơng:
Ch-ơng I: Chuyển mạch nhãn đa giao thức.
Ch-ơng II: Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát.
Ch-ơng III: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GMPLS trong mạng NGN
Việt Nam.
Trong quá trình thực hiện đề tài, em xin chân thành cảm ơn sự h-ớng dẫn,
chỉ bảo tận tình của PGS.TS Nguyễn Cảnh Tuấn và các thầy cô tr-ờng Đại học
công nghệ đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại tr-ờng.

Trang xiii
Xin cảm ơn các đồng nghiệp tại Công ty Cổ phần phát triển Công trình viễn
thông, đơn vị em đang công tác. Cảm ơn các anh chị trong Ban viễn thông tập
đoàn VNPT, trung tâm thông tin B-u điện, Alcatel Việt nam, Huawei Cop và các
thành viên của lớp K11Đ2 đã tạo điều kiện giúp đỡ và có những lời khuyên bổ
ích cho em trong quá trình thực hiện đề tài.

Hà nội, ngày 20 tháng 11 năm 2008
Học viên

Vũ Minh Yên


Trang 1
Ch-ơng I: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
1.1 Tổng quan về công nghệ MPLS
MPLS l viết tắt ca từ Multi Protocol Label Switching. Đây l một công
nghệ lai, kết hợp những đặc tính tốt nhất của định tuyến lớp 3 và chuyển mạch
lớp 2.
Trong mạng chuyển mạch kênh, các thiết bị thông minh đều tập trung tại
mạng lõi (Core), ví dụ nh- tổng đài Toll, Transit, MSC .v.v. Các thiết bị kém
thông minh hơn thì đ-ợc đặt tại mạng biên (Edge), ví dụ nh- các tổng đài nội
hạt, truy nhập .v.v.
Trong mạng IP, tính thông minh gần nh- chia đều cho các thiết bị trên
mạng. Tất các các Router đều phải làm nhiệm vụ định tuyến và chuyển mạch.
Đây là -u điểm nh-ng cũng là nh-ợc điểm của mạng IP.
Trong mạng MPLS tính thông minh đ-ợc đ-a tối đa ra biên. Lý do là các
thiết bị ở mạng lõi phải chịu tải rất cao. Thành phần mạng lõi nên có độ thông
minh thấp và năng lực chuyển tải cao. MPLS phân tách hai chức năng định tuyến
và chuyển mạch: Các Router ở biên thực hiện định tuyến và gắn nhãn cho gói,
các Router ở mạng lõi chỉ tập trung làm nhiệm vụ chuyển tiếp gói với tốc độ cao
dựa vào nhãn. Tính thông minh đ-ợc đẩy ra ngoài biên là một trong những -u
điểm lớn nhất của MPLS.
1.1.1 MPLS và mô hình tham chiếu OSI


Hình 1: MPLS và mô hình tham chiếu TCP/IP, OSI
[1, 4, 5]

Trang 2

1.1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS
a. Miền MPLS
Miền MPLS là một tập hợp các nút mạng thực hiện hoạt động định tuyến và
chuyển tiếp MPLS. Một miền MPLS th-ờng đ-ợc định tuyến và quản lý bởi 1
nhà quản trị.

Hình 2: Miền MPLS
Miền MPLS đ-ợc chia làm 2 phần: Phần mạng lõi (Core) và phần mạng biên
(Edge). Các nút thuộc miền MPLS đ-ợc gọi là Router chuyển mạch nhãn LSR
(Label Switch Router). Các nút ở phần mạng lõi đ-ợc gọi là Transit- LSR hay
Core- LSR. Các nút ở biên đ-ợc gọi là LER (Label Edge Router).
Nếu một LER là nút đầu tiên trên đ-ờng của một gói đi qua vùng MPLS thì
nó đ-ợc gọi là LER lối vào (Ingress_LER), còn nếu là nút cuối cùng thì nó đ-ợc
gọi là LER lối ra (Egress- LER).

Hình 3: Upstream và Downstream LSR.
Thuật ngữ Upstream- LSR và Downstream- LSR cũng đ-ợc dùng phụ thuộc
vào chiều của luồng l-u l-ợng. Các tài liệu MPLS th-ờng dùng ký hiệu Ru để
biểu thị cho Upstream- LSR và Rd để biểu thị cho Downstream- LSR.
b. Lớp chuyển tiếp t-ơng đ-ơng (FEC)
[1,5]

Trang 3
Lớp chuyển tiếp t-ơng đ-ơng FEC (Forwarding Equivalence Class) là một
tập hợp các gói đ-ợc đối xử nh- nhau bởi một LSR. Nh- vậy, FEC là một nhóm
các gói IP đ-ợc chuyển tiếp trên cùng một đ-ờng chuyển mạch nhãn LSP, đ-ợc
đối xử theo cùng một cách thức và có thể ánh xạ vào một nhãn bởi một LSR cho
dù chúng có thể khác nhau về thông tin header lớp mạng. Hình d-ới đây cho
thấy cách xử lý này.

Hình 4: Lớp chuyển tiếp t-ơng đ-ơng trong MPLS.

c. Nhãn và Stack nhãn
Nhãn là một bộ nhận dạng có độ dài ngắn và cố định, mang ý nghĩa cục bộ
dùng để nhận biết một FEC. Nhn đợc dn lên một gói để báo cho LSR biết
gói này cần đi đâu. Phần nội dung nhàn có độ dài 20 bít không có cấu trúc, nh-
vậy số giá trị nhãn có thể có là 2
20
(khoảng 1 triệu giá trị). Giá trị nhãn định
nghĩa chỉ mục (index) để dùng trong bảng chuyển tiếp.
Một gói lại có thể đợc dn chồng nhiều nhn, cc nhn ny chứa trong
một nơi gọi là stack nhãn (label stack). Stack nhãn là một tập hợp gồm một hoặc
nhiều entry nhãn tổ chức theo nguyên tắc LIFO. Tại mỗi hop trong mạng chỉ xử
lý nhãn hiện hành trên đỉnh stack. Chính nhãn này sẽ đ-ợc FEC sử dụng để
chuyển tiếp gói.

Trang 4

Hình 5: Stack nhãn
Nếu gói tin ch-a có nhãn thì stack nhãn là rỗng (độ sâu của nhãn =0). Nếu
stack nhãn có độ sâu = d thì mức 1 sẽ ở đáy stack và mức d sẽ ở đỉnh của stack.
Một entry có thể đ-ợc đặt thêm vào hoặc lấy bớt ra khỏi stack.
d. Hoán đổi nhãn (Label Swapping)
Là cách dùng các thủ tục để chuyển tiếp gói. Để chuyển tiếp gói có nhãn,
LSR kiểm tra nhãn trên đỉnh stack và dùng ánh xạ ILM (Incoming Label Map)
để ánh xạ nhãn này tới 1 entry chuyển tiếp nhãn NHLFE (Next Hop Label
Fowarding Entry). Sử dụng thông tin này trong NHLFE, LSR xác định ra nơi để
chuyển tiếp gói và thực hiện một tác vụ trên stack nhãn rồi mã hoá stack nhãn
mới vào gói và chuyển đi.

Chuyển tiếp gói ch-a có nhãn cũng t-ơng tự nh-ng xảy ra ở Ingress- LER.
LER phải phân tích header lớp mạng để xác định FEC rồi sử dụng ánh xạ FTN
(FEC to NHLFE) để ánh xạ FEC vào một NHLFE.
e. Đ-ờng chuyển mạch nhãn LSP (Label Switching Path)
Là một đ-ờng nối giữa router ngõ vào và router ngõ ra, đ-ợc thiết lập bởi
các nút MPLS để chuyển tiếp các gói xuyên qua mạng. Đ-ờng dẫn của một LSP
qua mạng đ-ợc định nghĩa bởi sự chuyển đổi các giá trị nhãn ở các LSR dọc theo
LSP bằng các thủ tục hoãn đổi nhãn.

Hình 6: Đ-ờng chuyển mạch nhãn LSP

Trang 5
Kiến trúc MPLS cho phép phân cấp các LSP, t-ơng tự nh- ATM sử dụng VPI
và VCI để tạo ra các phân cấp kênh ảo (VC) nằm trong đ-ờng ảo (VP). Tuy nhiên
ATM chỉ có thể hỗ trợ 2 mức phân cấp, trong khi với MPLS thì số mức phân cấp
cho phép rất lớn nhờ khả năng chứa đ-ợc nhiều entry trong stack nhãn. Về lý
thuyết, giới hạn số l-ợng nhãn trong stack phụ thuộc vào giá trị MTU (Maximun
Transfer Unit) của các giao thức lớp liên kết đ-ợc dùng trong một LSP.

Hình 7: Phân cấp LSP trong MPLS
f. Chuyển mạch gói qua miền MPLS
Gói IP khi đi từ ngoài mạng vào vùng MPLS đ-ợc router A đóng vai trò là
một Ingress- LER sẽ gán nhãn có giá trị là 6 cho gói IP rồi chuyển tiếp đến
router B. router B dựa vào bảng hoán đổi nhãn để kiểm tra nhãn của gói tin. Nó
thay giá trị nhãn mới là 3 và chuyển tiếp đến router C. Tại C, việc kiểm tra cũng
diễn ra t-ơng tự nh- ở B và sẽ hoá đổi nhãn, gán nhãn cho gói tin mới là 9 và tiếp
tục đ-ợc đ-a đến router D.

Hình 8: Gói IP đi qua mạng MPLS

Trang 6
Router D đóng vai trò là một Egress- LER sẽ kiểm tra trong bảng hoán đổi
nhãn và gỡ bỏ nhãn 9 ra khỏi gói tin IP rồi định tuyến gói IP một cách bình
th-ờng ra khỏi miền MPLS. Với kiểu làm việc này thì các LSR trung gian nh-
router B và C sẽ không phải thực hiện toàn bộ header IP của gói tin mà nó chỉ
việc kiểm tra các giá trị của nhãn, so sánh trong bảng và chuyển tiếp. Vì vậy tốc
độ xử lý trong miền MPLS sẽ nhanh hơn nhiều so với định tuyến IP truyền
thống. Đ-ờng đi từ router A đến router D đ-ợc gọi là đ-ờng chuyển mạch nhãn.
1.1.3 Mã hoá nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS
a. Mã hoá Stack nhãn
Khi nhãn đ-ợc gắn lên gói, bản thân giá trị nhãn 20 bit sẽ đ-ợc mã hoá cùng
một số thông số thông tin cộng thêm để phụ trợ trong quá trình chuyển tiếp gói
để hình thành một entry nhãn. Hình d-ới đây minh hoạ định dạng một entry
nhãn trong stack nhãn.
00
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15

16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
Label
EXP
S
TTL
Label = 20 bits.
EXP = Experimental, 3 bits.
S = Bottom of Stack, 1 bit.
TTL = Time To Live, 8 bits.

Hình 9: Định dạng một entry trong stack nhãn.
Nhóm 32 bit ở hình trên là một entry trong stack nhãn, trong đó phần giá trị
nhãn thực sự chỉ có 20 bit. Tuy nhiên ng-ời ta th-ờng gọi chung cho cả entry 32
bit nói trên là một nhãn. Vì vậy khi thảo luận về nhãn cần phân biệt là đang xem
xét giá trị nhãn 20 bít hay nói về entry 32 bít trong stack nhãn. Phần thông tin 12

bít cộng thêm gồm các tr-ờng sau đây:
* EXP (một số tài liệu gọi là CoS)- gồm 3 bít, có thể là một hàm của tr-ờng
TOS (Type of Service) hoặc Diffeserv trong gói IP. Đa số các nhà sản xuất sử
dụng các bít này để mang chỉ thị QoS, th-ờng là Copy trực tiếp từ các bít TOS
[3]

Trang 7
trong gói IP. Khi gói MPLS vào hàng đợi, có thể sử dụng các bit EXP theo cách
giống nh- các bit -u tiên trong IP.
* S- gồm 1 bít, chỉ thị đáy của stack nhãn. Khi một nhãn nằm ở đáy của
stack nhãn, thì bít S nhận giá trị 1, tr-ờng hợp có nhiều hơn 1 nhãn nằm trong
stack nhãn, bit S nhận giá trị 0.
* TTL- gồm 8 bit, th-ờng là copy trực tiếp từ tr-ờng TTL của header IP,
đ-ợc giảm đi 1 qua mỗi hop để chặn loop định tuyến giồng nh- IP. Tuy nhiên
các bít TTL cũng có thể đ-ợc đặt khác với TTL trong gói IP, th-ờng dùng khi
nhà khai thác mạng muốn che giấu topology mạng MPLS.
MPLS có thể hoạt động ở chế độ Frame hoặc chế độ Cell.
b. Chế độ Frame
Các kỹ thuật lớp 2 nh- Ethernet, Token Ring, FDDI, PPP không có tr-ờng
nào phù hợp trong header của frame có thể mang nhãn. Vì vậy, stack nhãn sẽ
đ-ợc chứa trong header chêm (shim header). Shim header đợc chêm vo giữa
header lớp liên kết và header lớp mạng, nh- hình vẽ. Đỉnh stack nằm liền sau lớp
2 và đáy stack nằm liền tr-ớc header lớp mạng.

Hình 10: Shim header đợc chêm vo giữa header lớp 2 v lớp 3
Router gửi Frame phải có cách để cảnh báo router nhận biết rằng frame này
có chứa shim header, cách thức khác nhau giữa các kỹ thuật lớp 2. Ethernet sử
dụng cặp giá trị ethertype 0x8847 và 0x8848 để chỉ thị frame đang mang gói
MPLS unicast và multicast t-ơng ứng. PPP sử dụng NCP (Network Control
Program) sửa đổi gọi là MPLSCP (MPLS Control Protocol) và đánh dấu tất cả

các gói có chứa shim header bằng giá trị 0x8281 trong tr-ờng PPP protocol.
c. Chế độ Cell

Trang 8
Chế độ Cell đ-ợc dùng khi có một mạng gồm ATM-LSR (là các chuyển
mạch ATM có hỗ trợ MPLS), trong đó có sử dụng các giao thức phân phối nhãn
MPLS để trao đổi thông tin VPI/VCI thay cho báo hiệu ATM. Nhãn đ-ợc mã
hoá trong tr-ờng gộp VPI/VCI, trong VPI hoặc VCI của header cell ATM
(RFC3035).

Hình 11: Nhãn trong chế độ Cell ATM
Cell ATM gồm có 5 byte header và 48 byte payload. Để chuyển tải gói tin
có kích th-ớc lớn hơn 48 byte từ lớp trên đ-a xuống (ví dụ gói IP), ATM phải
chia gói tin thành nhiều phần nhỏ, việc này gọi là phân đoạn. Quá trình phân
đoạn do lớp AAL (ATM Addaptation Layer) đảm trách. Cụ thể, AAL5 PDU sẽ
đ-ợc chia làm nhiều đoạn 48 byte, mỗi đoạn 48 byte này đ-ợc thêm header 5
byte để tạo một cell ATM.

Hình 12: Đóng gói gói có nhãn trên link ATM
Khi đóng gói có nhãn MPLS trên ATM, toàn bộ stack nhãn đ-ợc đặt trong
tr-ờng AAL5 PDU. Giá trị thực sự của nhãn đỉnh đ-ợc đặt trong tr-ờng VPI/VCI,
hoặc đặt trong tr-ờng VCI nếu 2 ATM-LSR kết nối nhau qua một đ-ờng ảo ATM
(VP). Entry đỉnh stack nhãn phải chứa giá trị 0 (coi nh- entry giữ chỗ) và đ-ợc bỏ
qua khi nhận. Lý do các nhãn phải chứa ở cả trong AAL5 PDU và header ATM là để
mở rộng độ sâu stack nhãn. Khi các cell ATM đi đến cuối LSP, nó sẽ đ-ợc tái hợp

Trang 9
lại. Nếu có nhiều nhãn trong stack nhãn, AAL PDU sẽ bị phân đoạn lần nữa và nhãn
hiện hành trên đỉnh stack sẽ đ-ợc đặt vào tr-ờng VPI/VCI.
1.1.4 Cấu trúc chức năng MPLS

a. Kiến trúc một nút MPLS (LER và LSR)
Hình d-ới đây mô tả mặt phẳng điều khiển và chuyển tiếp của LSR và LER.
Mặt phẳng điều khiển có chức năng định tuyến IP dùng để giao tiếp với các LSR,
LER khác hoặc các router IP thông th-ờng bằng các giao thức định tuyến IP. Kết
quả là một cơ sở thông tin định tuyến RIB (Routing Information Base) đ-ợc tạo
lập gồm các thông tin miêu tả các router khả thi để tìm đến các prefix địa chỉ IP.
LER sẽ sử dụng các thông tin này để xây dựng cơ sở thông tin chuyển tiếp FIB
(Forwarding Information Base) trong mặt phẳng chuyển tiếp.

Hình 13: Cấu trúc LER và Transit- LSR
Mặt phẳng điều khiển còn có chức năng báo hiệu MPLS dùng để giao tiếp
với các LSR khác nhau bằng một giao thức phân phối nhãn. Kết quả là một cơ sở
thông tin nhãn LIB (Label Information Base) gồm nhiều thông tin liên quan đến
các gán kết nhãn đã đ-ợc th-ơng l-ợng với các router MPLS khác. Thành phần
[1,5]

Trang 10
báo hiệu MPLS nhận thông tin từ chức năng định tuyến IP và LIB để xây dựng
cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB (Label Forwarding Information Base)
trong mặt phẳng chuyển tiếp. Một LER có thể chuyển chuyển tiếp các gói tin IP,
gắn nhãn (label push), gỡ nhãn ra khỏi gói, trong khi đó một Transit- LSR chỉ có
khả năng chuyển tiếp gói có nhãn, thêm hoặc bỏ bớt nhãn.
b. Mặt phẳng chuyển tiếp
Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS chịu trách nhiệm chuyển tiếp dữ liệu của
ng-ời sử dụng. Nó sử dụng LFIB để thực hiện chuyển tiếp các gói có gắn nhãn
căn cứ vào giá trị của nhãn nằm trên đỉnh stack nhãn.
b1. Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB.
Trong mạng IP, quyết định chuyển tiếp gói đ-ợc xác lập bằng cách thực
hiện tra cứu địa chỉ đích trong bảng FIB để xác định hop kế tiếp và giao diện ra.
Trong mạng MPLS, mỗi LSR duy trì một bảng LFIB riêng rẽ và tách biệt với

FIB. Bảng LFIB có hai loại entry là ILM và FTN.
NHLFE là Subentry chứa các tr-ờng nh- địa chỉ hop kế tiếp, các tác vụ của
stack nhãn, giao diện ra và thông tin header lớp 2. ILM ánh xạ một nhãn đến một
hoặc nhiều NHLFE. Nhãn trong gói đến sẽ dùng để chọn ra một entry ILM cụ
thể nhằm xác định NHLFE. Nhờ các entry FTN, gói ch-a có nhãn đ-ợc chuyển
thành gói có nhãn.

Hình 14: FTN, ILM và NHLFE

Trang 11
Nh- vậy gói không thuộc một FEC đi vào miền MPLS, Ingress- LER sẽ sử
dụng một entry LFIB loại FTN để chuyển gói không có nhãn thành gói có nhãn.
Sau đó, tại các transit- LSR sử dụng một entry LFIB loại ILM để hoán đổi nhãn
vào bằng nhãn ra. Cuối cùng, tại egress- LER sử dụng một entry LFIB loại ILM
để gỡ bỏ nhãn đến và chuyển tiếp gói không có nhãn đến router kế tiếp.
b.2 Thuật toán chuyển tiếp nhãn
Các nút MPLS sử dụng giá trị nhãn trong các gói đến làm chỉ mục để tra
bảng LFIB. Khi tím thấy entry t-ơng ứng với nhãn đến, nút MPLS thay thế nhãn
trong gói bằng nhãn ra và gởi nó đi qua giao diện ra để đến hop kế tiếp đ-ợc đặc
tả trong subentry NHLFE. Nếu subentry có địa chỉ hàng đợi ra, nút MPLS sẽ đặt
gói trên hàng đợi đã chỉ định. Tr-ờng hợp nút MPLS duy trì một FLIB riêng cho
mỗi giao diện, nó sẽ dùng FLIB của giao diện mà gói đến để tra cứu chuyển tiếp
gói.

Hình 15: Quá trình chuyển tiếp 1 gói đến hop kế tiếp
Nút MPLS có thể lấy định vị đ-ợc các thông tin chuyển tiếp cần thiết trong
LFIB chỉ trong một lần truy xuất bộ nhớ, tốc độ thực thi rất cao nhờ các chip
ASIC.
b3. NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry)
NHLFE là subentry của ILM hoặc FTN, nó chứa các thông tin sau:

- Hop (chặng tiếp theo) của gói.
- Tác vụ sẽ đ-ợc tiến hành trên stack của gói nh- sau:

Trang 12
Swap: Thay nhãn ở đỉnh của stack nhãn bằng một nhãn mới đ-ợc chỉ định.
Pop: Bóc một nhãn ra khỏi stack.
Push: Chồng thêm một nhãn vào stack nhãn.

Hình 16: Một ví dụ về NHLFE
Ngoài ra, NHLFE cũng có thể chứa những thông tin sau:
- Đóng gói lớp datalink để sử dụng khi truyền gói.
- Cách thức mã hoá stack nhãn khi truyền gói.
- Bất kỳ những thông tin khác cần thiết để xử lý gói một cách chính xác.
c. Mặt phẳng điều khiển
Nhiệm vụ của các giao thức trong mặt phẳng điều khiển là phân phối các
thông tin cần thiết cho mỗi LER và LSR để cấu hình bảng FIB và LFIB. Trong
hình 13, một giao thức định tuyến sử dụng bảng thông tin định tuyến RIB hoạt
động kết hợp với một giao thức báo hiệu MPLS sử dụng bảng thông tin nhãn LIB
để phân phối các nhãn. Việc phân tách mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng
chuyển tiếp cho phép cài đặt một giao thức điều khiển MPLS trên một ATM
Switch.
Tại sao MPLS cần giao thức báo hiệu, trong khi các router IP cổ điển chỉ cần
định tuyến IP? Một lý do quan trọng phải dùng giao thức báo hiệu MPLS kết hợp
với một giao thức định tuyến xuất phát từ sự cần thiết phải thực hiện định tuyến
ràng buộc của đ-ờng chuyển mạch nhãn MPLS.
1.1.5 Hoạt động chuyển tiếp MPLS
a. Hoạt động trong mặt phẳng chuyển tiếp
FEC là một tập con các gói căn cứ theo một số thông tin trong header IP
đ-ợc dùng bởi FIB. Một FEC đ-ợc dùng dựa theo luật LPM (Longest Prefix
Match) trên địa chỉ đích. Ví dụ: các địa chỉ IP so trùng 16 bít đầu có dạng

a.b.*.* đợc biểu diễn l a.b/16 cho entry FEC đầu tiên trong bng FIB, FEC