Nghiên cứu công nghệ MPLS và ứng dụng trong mạng IPVPN

Đồ án tốt nghiệp
Lời Nói Đầu
Sự phát triển nhanh chóng các dịch vụ IP và sự bùng nổ của Internet hiện nay đã
dẫn đến một loạt sự thay đổi trong nhận thức cũng như kinh doanh của các nhà khai
thác. Giao thức IP thống trị toàn bộ các giao thức lớp 3. Hệ quả là tất cả các xu hướng
phát triển đều hướng vào IP, lưu lượng lớn nhất hiện nay trên mạng trục hầu hết đều là
lưu lượng IP, dẫn đến các công nghệ lớp dưới đều có xu hướng hỗ trợ các dịch vụ IP.
Nhu cầu thị trường cấp bách cho mạng tốc độ cao và bảo mật là cơ sở cho một loạt các
công nghệ, trong đó có MPLS-VPN.
Thông thường, mỗi công nghệ đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Vì thế, việc
kết hợp các công nghệ để tập hợp các ưu điểm của các công nghệ này cũng như khắc
phục các nhược điểm của từng công nghệ là hướng nghiên cứu phát triển của các nhà
cung cấp dịch vụ, việc kết hợp này nhằm đưa ra một công nghệ tương đối hoàn thiện
để cung cấp tới khách hàng. Điều này phù hợp với xu hướng tích hợp công nghệ trong
thời đại ngày nay.
Việc kết hợp giữa MPLS và VPN cũng nằm trong xu thế này. Việc kết hợp này
cho phép tận dụng các ưu điểm về chuyển mạch tiên tiến của MPLS với việc tạo ra các
mạng riêng bảo mật dưới dạng các đường hầm của VPN. Đồng thời khắc phục được
các nhược điểm của MPLS và VPN.
Đồ án đặt vấn đề nghiên cứu giải pháp kết hợp MPLS và VPN, trên cơ sở đó đề
xuất giải pháp triển khai dịch vụ mạng riêng ảo trên nền công nghệ chuyển mạch nhãn
đa giao thức áp dụng cho thực tế.
Đồ án chia làm 4 chương như sau:
Chương I : Giới thiệu công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
Chương II : Tổng quan công nghệ chuyển mạch nhãn
Chương III : Mạng riêng ảo MPLS VPN
Chương IV: Ứng dụng của MPLS trong việc cung cấp dịch vụ IP VPN của
EVNTelecom
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 1
Đồ án tốt nghiệp
Do nhiều mặt còn hạn chế nên nội dung của đề tài không tránh khỏi những sai sót.

Và trong quá trình tìm hiểu cũng mang nhiều tính chủ quan trong nhìn nhận nên không
tránh khỏi những hạn chế. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và
bạn đọc.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã tạo điều kiện tốt trong quá trình em
thực hiện đồ án. Đặc biệt, em xin cảm ơn sự quan tâm của cô Vũ Hoàng Hoa và cô
Nguyễn Yến Chi đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em để em có thể hoàn thành đồ án
này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 12 tháng 5 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Trần Văn Thành
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 2
Đồ án tốt nghiệp
Mục Lục
Lời Nói Đầu 1
Em xin chân thành cảm ơn! 2
Hà Nội, ngày 12 tháng 5 năm 2015 2
Sinh viên thực hiện 2
Thuật Ngữ Viết Tắt 7
A 7
Chương I : Giới thiệu công nghệ chuyển mạch nhãn 11
đa giao thức MPLS 11
1.1 Giới thiệu 11
1.1.1 Khái niệm công nghệ MPLS 12
1.1.2 Sự ra đời của MPLS 12
1.2. Quá trình chuẩn hóa và tình hình triển khai công nghệ MPLS 15
1.2.1. Quá trình chuẩn hóa MPLS 15
1.2.2 Tình hình triển khai công nghệ MPLS 16
1.3. Một số ưu điểm và ứng dụng của công nghệ MPLS 17
1.3.1. Ưu điểm 17

1.3.2. Các ứng dụng của MPLS 18
1.4 Tóm tắt chương 18
Chương II : Tổng quan chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 19
2.1.Mô hình tham chiếu của MPLS trên mô hình OSI 19
2.4 Các thành phần cơ bản của mạng MPLS 25
2.5 Các giao thức trong MPLS 27
2.5.1 Giao thức phân bổ nhãn LDP 27
Giao thức phân phối nhãn được nhóm nghiên cứu MPLS của IETF xây dựng và ban
hành dưới tên RFC 3036. Phiên bản mới nhất được công bố năm 2001 đưa ra những định
nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao thức LDP. 27
Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói thông tin.
Vị trí của giao thức LDP và các mối liên kết chức năng cơ bản của LDP với các giao thức
khác thể hiện trên hình 2.6. Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các
LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình gán nhãn/FEC. Giao thức này là một tập
hợp các thủ tục trao đổi các bản tin cho phép các LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC
nhất định để truyền các gói thông tin. 27
Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tin LDP
được truyền một cách trung thực theo đúng thứ tự. Các bản tin LDP có thể xuất phát từ
bất cứ một LSR (điều khiển đường chuyển mạch nhãn LSR độc lập) hay từ LSR biên lối
ra (điều khiển LSP theo lệnh) và chuyển từ LSR phía trước đến LSR phía sau cận kề.
Việc trao đổi các bản tin LDP có thể được khởi phát bởi sự phát hiện của luồng số liệu
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 3
Đồ án tốt nghiệp
đặc biệt, bản tin lập dự trữ RSVP hay cập nhập thông tin định tuyến. Khi một cặp LSR đã
trao đổi bản tin LDP cho một FEC nhất định thì một đường chuyển mạch LSP từ đầu vào
đến đầu ra được thiết lập sau khi mỗi LSR ghép nhãn đầu vào với nhãn đầu ra tương ứng
trong LIB của nó. LDP có thể hoạt động giữa các LSR kết nối trực tiếp hay không trực
tiếp 27
2.5.3 Giao thức dành trước tài nguyên RSVP 34
2.6 Hoạt động của MPLS 39

2.6.1 Hoạt động cơ bản 39
2.6.2. Định tuyến 41
2.6.3. Các chế độ hoạt động 43
Chương III : Mạng riêng ảo MPLS VPN 46
3.1 Giới thiệu về MPLS VPN 46
3.1.1 Định nghĩa VPN 46
3.1.2 Mô hình Overlay VPN và Peer to Peer VPN 48
3.1.3 Mô hình mạng MPLS VPN 53
3.2 Các thành phần chính của kiến trúc MPLS VPN 58
3.2.1 VRF - Virtual Routing and Forwarding Table 58
3.2.2 RD – Route Distinguisher 59
3.2.3RT – Route targets 61
3.2.4 Hoạt động của mặt phẳng điều khiển MPLS VPN 64
3.2.5 Hoạt động của mặt phẳng dữ liệu MPLS VPN 66
3.2.6 Định tuyến VPNv4 trong mạng MPLS VPN 67
3.3 Tóm tắt chương III 72
- Chi phí thuê kênh rẻ, nhất là trong việc kết nối điểm – đa điểm, hoặc đa điểm – đa
điểm.
4.1 Ứng dụng MPLS trong mạng IP core của EVNTelecom 74
4.1.1 Dịch vụ kênh thuê riêng leased line 76
4.1.2 Dịch vụ IP VPN 76
4.2 Chất lượng dịch vụ mạng EVNTelecom 78
4.3 Giới thiệu về việc cấp kênh tới khách hàng 83
4.4 Khó khăn trong việc cung cấp MPLS VPN 85
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87
Công nghệ MPLS (Multiprotocol Label Switching) là kết quả phát triển
của nhiều công nghệ chuyển mạch IP (IP Switching) sử dụng cơ chế hoán
đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi
các giao thức định tuyến IP. MPLS là một công nghệ chuyển mạch IP có
nhiều triển vọng. Với tính chất cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả

Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 4
Đồ án tốt nghiệp
năng nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng IP truyền thống. Bên cạnh đó,
thông lượng của mạng sẽ được cải thiện một cách rõ rệt. Đây là xu hướng
tất yếu của mạng truyền dẫn trong quá trình triển khai và xây dựng mạng
NGN ở Việt Nam 87
Hướng phát triển của đề tài 87
Trong công nghệ mới ngày nay, mạng truyền dẫn quang đang dần chiếm
lĩnh vị trí số một. Mạng truyền dẫn quang có dung lượng cao, nhưng để
giảm chi phí trên một đơn vị băng thông thì cần đến sự kết hợp của hai
công nghệ: mạng Quang và IP. Sự kết hợp của công nghệ IP và Quang sẽ
mang lại sự phát triển về dung lượng, khả năng mở rộng và sự linh hoạt. Sự
kết hợp IP và Quang đáp ứng yêu cầu cho các nhà cung cấp dịch vụ: 87
- Bổ sung công nghệ Quang cho nền tảng IP. 87
- Tiếp tục tích hợp IP và dữ liệu trên nền tảng Quang 87
- Phát triển một mức quản lý thống nhất, dựa trên tiêu chuẩn để đẩy mạnh
hơn nữa việc triển khai và tăng cường hiệu quả mạng IP và Quang 87
- Củng cố những công cụ quản lý mạng sử dụng cho các thành phần IP và
Quang 87
Cùng với chuyển mạch IP, chuyển mạch Quang cũng đang được cải tiến
cùng với sự phát triển của MPLS tổng quát (GMPLS – General MPLS) . .87
GMPLS mở rộng sự ảnh hưởng của việc điều khiển MPLS vượt ngoài thiết
bị định tuyến và chuyển mạch ATM, đến những thiết bị lớp vật lý như thiết
bị kết nối chéo quang và thiết bị TDM truyền thống như các bộ ghép kênh
xen kẽ SONET. GMPLS cung cấp tín hiệu thông minh và phần điều khiển
định tuyến để cung ứng một cách năng động các tài nguyên quang để cung
cấp tính bền vững của hệ thống sử dụng các kỹ thuật bảo vệ và phục hồi. 87
Trong môi trường quang, khái niệm nhãn được “tổng quát hóa” để bao
gồm các đối tượng trong các môi trường phân chia theo thời gian, tần số và
không gian. Ví dụ, trong môi trường chuyển mạch TDM (SONET/SDH),

các khe thời gian đều có nhãn. Trong chuyển mạch không gian (cổng vào
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 5
Đồ án tốt nghiệp
ingress và cổng ra egress) như trong đấu nối chéo quang các cổng đều có
nhãn. Trong ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM, các bước sóng đều
có nhãn. Đó là lý do mở rộng MPLS trong môi trường quang được gắn với
chữ “Tổng quát”. Thay vì hoán chuyển các nhãn ở mỗi Router, STS (khe
của SONET), bước sóng (quang) hoặc sợi cáp quang, nó được hoán chuyển
tại mỗi chỗ đấu nối chéo quang. Như vậy, tuyễn chuyển mạch nhãn trong
GMPLS là một tuyến quang được thiết lập bằng thủ tục tín hiệu GMPLS.
Mạng thông minh đang được định nghĩa là một tiêu chuẩn mở, theo các yêu
cầu được chỉ ra trong tiêu chuẩn Mạng truyền tải chuyển mạch tự động
ASTN (Automatic Switched Transport Network) của ITU mà gần đây đã
được chấp nhận như G.807. Những dịch vụ này cho phép thay đổi mạng
quang tĩnh ngày nay thành mạng năng động cho khách hàng và giảm chi
phí cung cấp cho các nhà khai thác mạng. GMPLS là cơ chế lý tưởng cho
giao diện chuyển tín hiệu ASTN giữa khách hàng và mạng, trong phạm vi
mạng giữa các mạng quang. 88
Trong mạng chuyển mạch gói hiện nay, cấu hình bị giới hạn bởi các liên
kết quang đã được thiết lập từ trước. Lớp mạng gói không thể thiết lập
được các tuyến quang một cách độc lập để đáp ứng được theo sự yêu cầu
băng rộng. Nếu những yêu cầu về lưu lượng mới xuất hiện, có thể đưa ra
yêu cầu cho nhà cung cấp mạng quang về việc băng rộng bổ sung mà điều
này cần phải có kế hoạch thực hiện trước (nhiều ngày). Khi sử dụng dịch vụ
ASTN, các kết nối có thể tiến hành với nhiều mức độ về khả năng lưu trữ,
phù hợp với mức chất lượng dịch vụ QoS mạng gói 88
Do nhiều tính năng khác biệt, GMPLS làm cho mạng Internet quang
nhanh hơn và thông minh hơn, giảm thời gian cung cấp hàng tháng xuống
còn hàng giây cho dung lượng mạng quang. Việc sử dụng NUNI quang hỗ
trợ các khách hàng IP và đa dịch vụ, khả năng kết nối năng động với lớp

mạng quang được quản lý có hiệu năng cao hơn và đem lại lợi nhuận cao
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 6
Đồ án tốt nghiệp
cho mạng VPN quang. GMPLS là điểm mấu chốt cho việc tích hợp của cả
mạng quang cũng như mạng toàn quang sau này. 88
Tài liệu tham khảo 89
Thuật Ngữ Viết Tắt
Thuật ngữ Tên Tiếng Anh Chú giải
A
AS Autonomous System Hệ thống tự trị
ATM Asynchronous Transfer Mode Cơ chế truyền tải không đồng bộ
B
CE Customer Edge Thiết bị biên của mạng người dùng
CR Constrained Routing Định tuyến cưỡng bức
CR-LDP Constrained Routing - LDP Định tuyến cưỡng bức - LDP
D
DLCI
E
Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nối lớp kênh dữ liệu
ER Explicit Routing Định tuyến hiện
F
FEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tương đương
FR Frame Relay Chuyển mạch khung
G
GRE Generic RoutingEncapsulation Giao thức đóng gói định tuyến chung
GMPLS Generalized Multiprotocol Label
Switching
Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát
H
HDLC High-level Data Link Control Điều khiển liên kết dữ liệu mức cao

I
ID Identifier Nhận dạng
IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong miền
IP Internet Protocol Giao thức Internet
IPLS IP-Only Private LAN Service Dịch vụ LAN thuê riêng trên nền IP
IP-Sec Internet Protocol Security Giao thức an ninh Internet
ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet
L
L2F Layer 2 Forwarding Giao thức chuyển tiếp lớp 2
L2TP Layer 2 Tunneling Protocol Giao thức đường hầm lớp 2
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn
LER Label Edge Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn biên
LNS L2TP Network Server Máy chủ mạng L2TP
LSP Label Switching Path Đường chuyển mạch nhãn
LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
M
M2M Multipoint-to-Multipoint Đa điểm tới đa điểm
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 7
Đồ án tốt nghiệp
MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức
MPLS-TE MPLS-Traffice Engineering Kỹ thuật lưu lượng
N
NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp
O
OSPF Open Shortest Path First Giao thức đường đi ngắn nhất đầu tiên
P
PE Provider Edge Thiết bị biên của mạng nhà cung cấp
POP Point of Presence Điểm truy cập truyền thống
PPP Point to Point Tunneling Protocol Giao thức đường hầm điểm tới điểm

PVC Permanent Virtual Circuit Kênh ảo cố định
Q
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
R
RD Route Distinguisher Thuộc tính phân biệt tuyến
RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên
RT Route Target Thuộc tính tuyến đích
S
SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ
SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ
SP
T
Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ
TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn
TDP Tag Distribution Protocol Giao thức phân phối thẻ
TLV
V
Type-Length-Value Kiểu mã hóa độ dài-giá trị
VC Virtual Circuit Kênh ảo
VCI Virtual Circuit Identifier Nhận dạng kênh ảo
VPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảo
VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo
VR Virtual Router Bộ định tuyến ảo
VRF VPN Routing and Forwarding Bảng định tuyến và chuyển tiếp VPN
W
WAN Wide Area Network Mạng diện rộng
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 8
Đồ án tốt nghiệp
Danh mục bảng biểu và hình vẽ
A. Bảng biểu

Bảng 2.1 : Phân biệt chuyển mạch nhãn và chuyển mạch thông thường 27
Bảng 4.1 : Thông số trễ gói trong mạng EVN Telecom 80
Bảng 4.2 : Các đặc trưng yêu cầu của ANC 82
B. Hình vẽ
Hình 2.1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI 19
Hình 2.2: Khuôn dạng tiêu đề nhãn MPLS 22
Hình 2.3 : Cấu trúc ngăn xếp nhãn 23
Hình 2.4 : Mô hình mạng MPLS 25
Hình 2.5: Vị trí giao thức LDP trong bộ giao thức MPLS 28
Hình 2.6 : Tiêu đề LDP 29
Hình 2.7: Mã hoá TLV 30
Hình 2.8: Khuôn dạng các bản tin LDP 30
Hình 2.9: Thủ tục phát hiện LSR lân cận 33
Hình 2.10: Các thực thể hoạt động RSVP 35
Hình 2.11: Các bản tin PATH và RESV 35
Hình 2.12: Nhãn phân phối trong bảng tin RESV 37
Hình 2.13:Hoạt động của MPLS 40
Hình 2.14 : Định tuyến hiện 42
Hình 2.15 : Khung MPLS với PPP/Ethernet là lớp liên kết dữ liệu 44
Hình 2.16 : Khung MPLS với ATM là lớp liên kết dữ liệu 44
Hình 2.17: Khung MPLS với FR là lớp liên kết dữ liệu 45
Hình 3.1 : Mô hình mạng Overlay trên Frame relay 49
Hình 3.2 : Mạng Overlay - Customer Routing Peering 49
Hình 3.3 : Đường hầm GRE trên mạng overlay 50
Hình 3.4 : Đưa ra khái niệm của mô hình VPN ngang hàng 51
Hình 3.5 : MPLS VPN với VRF 52
Hình 3.6 : Định nghĩa mô hình peer to peer ứng dụng trong MPLS VPN. .52
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 9
Đồ án tốt nghiệp
Hình 3.7 : Biểu đồ tổng quan về MPLS VPN 53

Hình 3.8 : Mô hình MPLS VPN 55
Hình 3.9 : Các thành phần của MPLS VPN 56
Hình 3.10 : Chức năng của router PE 57
Hình 3.11 : Chức năng của VRF 58
Hình 3.12 : Ví dụ về RD 60
Hình 3.13 : Ví dụ về RT 62
Hình 3.14 : Sự tương tác giữa các giao thức trong mặt phẳng điều khiển
65
Hình 3.15 : Hoạt động của mặt phẳng điều khiển MPLS VPN 65
Hình 3.16 : Các bước chuyển tiếp trong mặt phẳng dữ liệu 67
Hình 3.17 : Sự truyền tuyến trong mạng MPLS VPN 68
Hình 3.18: Sự sống của một gói IPv4 qua mạng đường trục MPLS VPN
tuyến và quảng bá nhãn 71
Hình 3.19 : Đời sống của gói IPv4 qua mạng đường trục MPLS VPN:
chuyển tiếp gói 71
Hình 4.1 : Mô hình mạng IP của EVN Telecom 75
Hình 4.2 : Sơ đồ kết nối dịch vụ leased line 76
Hình 4.3 : Sơ đồ kết nối dịch vụ IPVPN 78
Hình 4.4 : Mức ưu tiên giữa các gói dịch vụ của EVNTelecom 79
Hình 4.5 : Kết nối IP VPN điểm – đa điểm 82
Hình 4.6 : Kết nối giữa 4 điểm khách hàng dựa trên giải pháp của IPLC. .83
Hình 4.8 Sơ đồ kết nối của khách hàng kết nối tới mạng EVNTelecom
84
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 10
Đồ án tốt nghiệp
Chương I : Giới thiệu công nghệ chuyển mạch nhãn
đa giao thức MPLS
1.1 Giới thiệu
Trong những năm gần đây, mạng Internet đã phát triển nhanh và trở nên rất phổ
biến, 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… Hiện nay ngày càng
phát triển các ứng dụng mới trong cả thương mại và thị trường người tiêu dùng. Thêm
vào đó các dịch vụ đa phương tiện đang được phát triển và triển khai thúc đẩy nhu cầu
về tốc độ và băng thông rộng tăng nhanh. Cùng với nó số lượng người sử dụng ngày
càng tăng, chất lượng người sử dụng phải được nâng cao.
Sự ra đời của chuyển mạch nhãn đa giao thức là tất yếu khi nhu cầu và tốc độ phát
triển nhanh của mạng Internet yêu cầu phải có một công nghệ mới đảm bảo chất lượng
dịch vụ theo yêu cầu đồng thời phải đơn giản và tốc độ xử lý phải rất cao.
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 được áp dụng để đáp ứng yêu cầu về chất lượng dịch
vụ. Chuyển mạch nhãn là yếu tố quan trọng cho quá trình mở rộng Internet, nó cung
cấp những ứng dụng quan trọng trong quá trình xử lý chuyển tiếp gói bằng cách đơn
giản hóa quá trình xử lý, hạn chế tạo ra các bản sao mào đầu tại mỗi bước trong
đường dẫn, và tạo ra một môi trường có thể hỗ trợ cho điều khiển chất lượng dịch vụ.
Phát triển MPLS cho phép tích hợp IP và ATM, hỗ trợ hội tụ dịch vụ và cung cấp các
cơ hội mới cho điều khiển lưu lượng và mạng riêng ảo. Hiệu năng xử lý gói có thể
được cải thiện bằng cách thêm nhãn có kích thước cố định vào các gói. Điều khiển
chất lượng dịch vụ có thể được cung cấp dễ dàng hơn và có thể xây dựng mạng công
cộng rất lớn. MPLS là một công nghệ 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, thoại….
Tóm lại MPLS sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc định tuyến, chuyển mạch
và chuyển tiếp các gói qua mạng cũng như giải quyết các vấn đề liên quan tới khả
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 11
Đồ án tốt nghiệp
năng mở rộng cấp độ và có thể hoạt động với các mạng Frame Relay hay ATM để đáp
ứng các nhu cầu về dịch vụ của người sử dụng.
1.1.1 Khái niệm công nghệ MPLS
Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ( MultiProtocol Label Switching ) là một

biện pháp linh hoạt để giải quyết các vấn đề gặp nhiều khó khăn trong mạng hiện nay
như : tốc độ, quy mô, chất lượng dịch vụ ( QoS), quản trị và kĩ thuật lưu lượng. MPLS
thực hiện một giải pháp thông minh để đáp ứng những đòi hỏi về dịch vụ và quản lý
dải thông cho mạng IP thế hệ sau dựa trên mạng đường trục. MPLS giải quyết các vấn
đề liên quan đến tính quy mô và định tuyến (dựa trên QoS và chất lượng dịch vụ) và
có thể tồn tại trên mạng ATM (Asynchronous Transfer Mode) và mạng Frame Relay.
MPLS thực hiện một số chức năng sau :
- Xác định cơ cấu quản lý nhiều mức độ khác nhau của luồng lưu lượng, như các
luồng giữa các cơ cấu, phần cứng khác nhau hoặc các luồng giữa những ứng dụng
khác nhau.
- Duy trì sự độc lập của các giao thức lớp 2 và lớp 3
- Cung cấp phương pháp ánh xạ địa chỉ IP với các nhãn đơn giản có độ dài cố
định được sử dụng bởi các công nghệ chuyển tiếp gói và chuyển mạch gói khác nhau.
- Giao diện với các giao thức định tuyến hiện có như giao thức dành trước tài
nguyên (RSVP) và giao thức mở rộng theo phương thức ưu tiên tuyến đường ngắn
nhất (OSPF).
- Hỗ trợ IP, ATM và giao thức lớp 2 Frame Relay.
1.1.2 Sự ra đời của MPLS.
MPLS là sự kết hợp hoàn hảo các ưu điểm của công nghệ IP và ATM
a. Công nghệ IP
IP (Internet Protocol) là thành phần chính của kiến trúc mạng Internet. IP định
nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến, và các chức năng điều
khiển ở mức thấp. Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là một số duy nhất
trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cho việc chuyển gói tin đến đích.
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 12
Đồ án tốt nghiệp
Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng. Do vậy,
cơ cấu định tuyến phải cập nhật các thông tin về đồ hình mạng, thông tin về nguyên
tắc chuyển tin và nó phải có khả năng hoạt động trong môi trường mạng bao gồm
nhiều nút. Kết quả tính toán cơ cấu định tuyến được lưu trong các bảng chuyển tin

chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới đích.
Dựa trên các bảng chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói IP hướng tới
đích. Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một. Ở cách này, mỗi
nút mạng phải tính toán bảng chuyển tin một cách độc lập. Do vậy phương pháp này
yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán với
nhau. Sự không thống nhất của kết quả này đồng nghĩa với việc mất gói tin.
Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng. Ví dụ nếu các gói tin
chuyển đến cùng một địa chỉ và đi qua cùng một nút thì chúng sẽ được truyền qua
cùng một tuyến tới điểm đích. Điều này khiến mạng không thể thực hiện một số chức
năng khác như định tuyến theo đích, theo lại hình dịch vụ.
Tuy nhiên, bên cạnh đó phương thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao độ tin
cậy cũng như khả năng mở rộng của mạng. Giao thức định tuyến động cho phép mạng
phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi bộ định tuyến biết được sự thay
đổi về đồ hình mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối. Với các
phương thức như định tuyến liên miền không phân cấp (CIDR), kích thước bảng
chuyển tin duy trì ở mức chấp nhận được và việc tính toán định tuyến đều do các nút
thực hiện, mạng có thể mở rộng mà không cần bất kì thay đổi nào.
Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng
cao. Nhưng việc điều khiển lưu lượng rất khó khăn do phương thức định tuyến theo
từng chặng. Ngoài ra IP không hỗ trợ chất lượng dịch vụ.
b. Công nghệ ATM
Công nghệ ATM là một công nghệ truyền tin tốc độ cao. ATM nhận thông tin ở
nhiều dạng khác nhau như thoại, số liệu, video và cắt ra thành nhiều phần nhỏ gọi là tế
bào. Các tế bào này sau đó được truyền qua các kết nối ảo VC (Virtual Connection).
Vì ATM có thể hỗ trợ thoại, số liệu, video với chất lượng dịch vụ trên nhiều băng rộng
khác nhau, nó được coi là công nghệ chuyển mạch hàng đầu và thu hút được nhiều
quan tâm.
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 13
Đồ án tốt nghiệp
ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm. Nó là công nghệ chuyển mạch hướng

kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin
được gửi đi. ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập
một cách tự động thông qua báo hiệu. Một điểm khác nhau nữa là ATM không thực
điện định tuyến ở các nút trung gian. Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước
khi troa đổi dữ liệu và phải giữ cố định trong thời gian kết nối. Trong quá trình thiết
lập kết nối, các tổng đài ATM trung gian cấp cho kết nối một nhãn.Việc này thực hiện
hai điều : dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tiếp tế bào tại
mỗi tổng đài. Bảng chuyển tiếp tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các
kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài. Điều này khác với thông tin về toàn mạng chứa
trong bảng chuyển tin của bộ định tuyến dùng IP.
Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc chuyển gói tin
qua bộ định tuyến. Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên
các tế bào có kích thước cố định (nhỏ hơn của IP), kích thước của bảng định tuyến nhỏ
hơn nhiều so với định tuyến IP, và việc này được thực hiện trên các thiệt bị phần cứng
chuyên dụng. Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của
bộ định tuyến IP truyền thống.
Nói cách khác, công nghệ ATM là một kĩ thuật truyền tin tốc độ cao, đảm bảo thời
gian thực và chất lượng dịch vụ theo yêu cầu định trước.
c. Công nghệ MPLS - kết hợp giữa công nghệ IP và ATM
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 thực và chất
lượng dịch vụ theo yêu cầu định trước. Sự kết hợp IP và ATM là giải pháp được kì
vọng cho mạng viễn thông tương lai
Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS đáp ứng được yêu cầu đó. MPLS đã kết
hơp được những ưu điểm của công nghệ IP và ATM tạo ra một giải pháp linh hoạt cho
việc giải quyết các vấn đề mà các mạng ngày nay phải đối mặt đó là tốc độ, khả năng
mở rộng mạng, quản lý chất lượng dịch vụ và kĩ thuật lưu lượng.
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 14

Đồ án tốt nghiệp
Thật vậy, công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là kết quả phát triển
của nhiều công nghệ chuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để
tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP. Tư
tưởng khi đưa ra MPLS là : định tuyến tại biên và chuyển mạch ở lõi.
Trong mạng MPLS, các gói được gán nhãn tại biên của mạng và chúng được định
tuyến xuyên qua mạng dựa trên các nhãn đơn giản. Phương pháp này cho phép định
tuyến rõ ràng và đối xử phân biệt các gói trong khi vẫn giữ được các bộ định tuyễn ở
lõi đơn giản.
Có thể nói MPLS là công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng. Với tính chất
cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ của
mạng IP truyền thống. Bên cạnh đó thông tin lưu lượng của mạng sẽ được cải thiện rõ
rệt.
1.2. Quá trình chuẩn hóa và tình hình triển khai công nghệ MPLS
1.2.1. Quá trình chuẩn hóa MPLS
Với sự hỗ trợ từ nhiều công ty, năm 1996 IETF triệu tập cuộc họp BOF. Đây là một
trong những cuộc họp thành công nhất trong lịch sử IETF. MPLS đi vào con đường
chuẩn hóa một cách hợp lý, mặc dù còn cân nhắc về tốc độ và mức độ cần thiết của nó.
Các tiêu chuẩn về IP và ATM đã được xây dựng và hoàn thiện trong một thời gian
tương đối dài. Các tiêu chuẩn về MPLS chủ yếu được IETF phát triển ( các tiêu chuẩn
RFC – Request for Comment) hiện đang được hoàn thiện và được thực hiện theo một
quá trình như sau :
- Đầu năm 1977, hiến chương MPLS được thông qua
- 4/1977, nhóm làm việc MPLS tiến hành cuộc họp đầu tiên
- 11/1977, tài liệu MPLS được ban hành
- 7/1998, tài liệu cấu trúc MPLS được ban hành
- 8/1998, 10 tài liệu Internet bổ sung được ban hành, bao gồm giao thức phân phối
nhãn MPLS (MPLS Label Distribution Protocol –LDP) mã hóa đánh dấu (Mark
Encoding), các ứng dụng ATM…MPLS cơ bản hình thành
- IETF hoàn thiện các tiêu chuẩn MPLS và đưa ra các tài liệu RFC năm 1999

Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 15
Đồ án tốt nghiệp
- Sau năm 1999 liên tục ban hành các tiêu chuẩn MPLS đặc biệt về quản lý, tính
tương thích với các công nghệ khác, tính bảo mật.
Quá trình chuẩn hóa MPLS còn do ITU-T xây dựng và phát triển
Như vậy, có thể thấy rằng MPLS phát triển nhanh chóng và hiệu quả. Điều này
cũng chứng minh những nhu cầu cấp bách trong công nghiệp cho một công nghệ mới.
Hầu hết tất cả các tiêu chuẩn MPLS hiện tại đã được ban hành dưới dạng RFC.
1.2.2 Tình hình triển khai công nghệ MPLS
Tập đoàn BellSouth phát triển hạ tầng SONET hiện hữu sang dạng cung cấp đa
dịch vụ thế hệ sau nhằm tăng hiệu suất và khả năng đáp ứng các giải pháp quang mới.
Cisco System và Juniper Networks là nhà cung cấp giải pháp cho mạng trục của
BellSouth. Với giải pháp này BellSouth có thể cung cấp các dịch vụ IP/MPLS mềm
dỏe theo các cấp độ khác nhau. Sản phẩm T640 và M160 của Juniper quản lý luồng
lưu lượng của khách hàng qua từng khu vực của BellSouth với 3 nút chính Miami,
Alanta và New Orleans. Các sẩn phẩm của Juniper Networks đồng thời cung cấp chất
lượng theo yêu cầu đối với từng ứng dụng đòi hỏi QoS cao. Bên cạnh các sản phẩm
của Juniper, BellSouth còn sử dụng các sản phẩm router dòng 10000 và 12000
IP/MPLS của Cisco. Các thiết bị này tập trung lưu lượng của khách hàng với yêu cầu
khác nhau về Qos, bảo mật, tính cước và định tuyến.
BIG PIPE nhà khai thác mạng trục IP của Canada đã lựa cho Cisco System là nhà
cung cấp thiết bị cho mạng trục IPOC 192 vào tháng 10 năm 2001. Các bộ định tuyến
12410 và 12416 của Cisco sẽ cho phép nhà cung cấp dịch vụ này triển khai các dịch
vụ IP thế hệ sau như MPLS/VPN, IP Qos và Voice over IP.
Juniper Networks và Fricsson Communication thông báo rằng thế hệ định tuyến
Internet trục mới (seri M) đã được triển khai trong mạng mới của TelstraSaturn.
TelstraSaturn là công ty đầu tiên tại NewZealand triển khai mạng băng tần lớn nhất
cung cấp cả IP và thoại. Các bộ định tuyến M160 và M20 đã được triển khai trong
mạng trục tải lưu lượng qua MPLS. Đây là mạng thương mại đầu tiên triển khai đầy
đủ STM-16 (2,5 Gb/s) tại NewZealand.

NTT communications : Vivace Networks công bố đã hoàn thành lắp đặt và đưa vào
khai thác mạng đa dịch vụ toàn quốc của NTT trên nền tảng công nghệ MPLS. Mạng
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 16
Đồ án tốt nghiệp
quốc gia Nhật Bản đã bắt đầu khai thác từ tháng 3 năm 2003 hiện đang cung cấp dịch
vụ Ethernet qua MPLS. Việc triển khai này cho phép NTT communications cung cấp
một loạt các dịch vụ mới như IP, Ethernet, Frame reley và ATM trên một nền tảng
chung. NTT sử dụng các thiết bị đa dịch vụ của Vivace như các bộ định tuyến biên lõi.
China Telecom lựa chọn Nortel Networks trong hai hợp đồng trị giá 12 triệu USD
để nâng cấp các mạng ATM đa dịch vụ tại các tỉnh Jiangsu và Shandong vào tháng 10
năm 2001. Hai mạng này cho phép China Telecom cung cấp dịch vụ ATM tiên tiến,
duy nhất. China Telecom có kế hoạch thay thế các thiết bị đường trục hiện tại bằng
giải pháp của Nortel Networks. Các thiết bị bao gồm Passport 15000 và Passport
7480MS. Các thiết bị này cung cấp dịch vụ ATM, Frame relay chuyển mạch và định
tuyến IP/MPLS.
10/2001, Alcatel ra mắt sản phẩm Alcatel 7670 RSP được lựa chọn mở rộng mạng
ATM toàn quốc của Belgacom. Sản phẩm này cho phép Belgacom mở rộng mạng
ATM đa dịch vụ hiện tại, Belgacom triển khai thêm các tổng đài truy nhập Alcatel
7470 MSP để tải lưu lượng IP và các dịch vụ DSL. Trong năm 2001 Belgacom đã tăng
số lượng khách hàng truy nhập Internet lên 100000 trong tháng 7 và 200000 vào cuối
năm. Thiết bị Alcatel 7670 RSP là thiết bị MPLS cho phép tích hợp ATM và IP/MPLS
trên cùng một thiết bị.
1.3. Một số ưu điểm và ứng dụng của công nghệ MPLS
1.3.1. Ưu điểm
Mặc dù thực tế MPLS ban đầu được phát triển với mục đích để giải quyết vấn đề
chuyển tiếp gói tin, nhưng điểm lợi chính của MPLS trong môi trường mạng hiện tại là
khả năng điều khiển lưu lượng. Một số lợi ích chính của MPLS là :
- Hỗ trợ mềm dẻo cho tất cả các dịch vụ trên một mạng đơn
- Đơn giản hóa đồ hình và cấu hình mạng khi so sánh với giải pháp IP qua ATM
- Hỗ trợ đa kết nối và đa giao thức : thiết bị chuyển tiếp chuyển mạch nhãn có thể

được dùng khi thực hiển chuyển mạch nhãn IP cũng tốt như với IPX. Chuyển mạch
nhãn cũng có thế vận hành ảo trên bất kì giao thức nào của lớp liên kết dữ liệu.
- Hỗ trợ cho tất cả các loại lưu lượng, có thể hỗ trợ các loại chuyển tiếp unicast
và multicast.
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 17
Đồ án tốt nghiệp
1.3.2. Các ứng dụng của MPLS
Mạng MPLS có nhiều ứng dụng trong đó có 3 ứng dụng chính và thông thường 2
trong 3 ứng dụng được sử dụng đồng thời :
- Tích hợp IP và ATM : do chuyển mạch nhãn có thể thực hiện được bởi chuyển
mạch ATM, MPLS là phương pháp tích hợp các dịch vụ IP trực tiếp trên chuyển
mạch ATM. Sự tích hợp này cần phải đặt định tuyến IP và phần mềm LDP trực
tiếp trên chuyển mạch ATM. Do tích hợp hoàn toàn IP trên chuyển mạch ATM,
MPLS cho phép ATM hỗ trợ tối ưu các dịch vụ IP như IP đa hướng (multicast), lớp
dịch vụ IP RSVP và mạng riêng ảo.
- Dịch vụ mạng riêng ảo IP/VPN : VPN thiết lập cơ sở hạ tầng cho mạng Intranet và
Extranet, đó là các mạng IP mà các công ty kinh doanh sẽ thiết lập trên cơ sở toàn
bộ cấu trúc kinh doanh của họ. Dịch vụ VPN là dịch vụ mạng Intranet và Extranet
mà các mạng đó được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ đến nhiều tổ chức khách
hàng. MPLS kết hợp với giao thức công biên BGP cho phép một nhà cung cấp dịch
vụ mạng hỗ trợ hàng nghìn VPN của khách hàng. Như vậy, mạng MPLS cùng với
BGP tạo ra cách thức cung cấp dịch vụ VPN trên cả ATM và các thiết bị dựa trên
gói tin rất linh hoạt, dễ mở rộng quy mô và dễ dàng quản lý.
- Điều khiển lưu lượng và định tuyến IP : vấn đề quan trọng trong các mạng IP liên
tục là thiếu khả năng điều khiển linh hoạt các luồng lưu lượng IP để sử dụng hiệu
quả dải thông mạng có sẵn. Do vậy, thiếu hụt này ảnh hưởng đến khả năng gửi các
luồng được chọn xuống các đường được chọn. MPLS sử dụng các đường chuyển
mạch nhãn LSP có thể được thiết lập trên cả ATM và thiết bị dựa trên gói tin. Khả
năng điều khiển lưu lượng IP của MPLS sử dụng thiết lập đặc biệt các LSP để điều
khiển một cách linh hoạt các luồng lưu lượng IP.

1.4 Tóm tắt chương
Như vậy, chương I đã giới thiệu về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức
MPLS. Trong chương này trình bày về khai niệm MPLS, sự ra đời của MPLS dựa trên
những ưu điểm nổi trội của IP và ATM. Ngoài ra, chúng ta còn tìm hiểu tình hình triển
khai công nghệ và quá trình chuẩn hóa MPLS cũng như ưu điểm và các ứng dụng quan
trọng của MPLS cũng được đề cập đến. Để tìm hiểu rõ hơn về cấu trúc và cách thức
hoạt động của công nghệ này chúng ta cùng tìm hiểu trong chương II.
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 18
Đồ án tốt nghiệp
Chương II : Tổng quan chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
2.1.Mô hình tham chiếu của MPLS trên mô hình OSI
MPLS là viết tắt của “ Multi – Protocol Label Switching ”. Thuật ngữ Multi-
protocol để nhấn mạnh rằng cộng nghệ này có thể được áp dụng cho nhiều các giao
thức lớp mạng chứ không riêng IP. MPLS cũng hoạt động tốt trên bất kì các giao thức
lớp liên kết. Đây là công nghệ lai kết hợp những đặc tính tốt nhất của định tuyến lớp
3 (Layer 3 routing) và chuyển mạch lớp 2 (Layer 2 switching).
Trong mạng chuyển mạch kênh, tính thông minh chủ yếu tập trung ở mạng lõi
(core). Tất cả các thiết bị thông minh đều đặt trong mạng lõi như các tổng đài, toll,
transit, MSC Các thiết bị kém thông minh hơn thì đặt ở mạng biên (edge), ví dụ như
các tổng đài nội hạt, truy cập Quan điểm của MPLS là tính thông minh càng đưa ra
biên thì mạng càng hoạt động tốt. Lý do là những thành phần ở mạng lõi phải chịu tải
rất cao. Thành phần mạng lõi nên có độ thông minh thấp và năng lực chuyền tải cao.
MPLS phân tách hai chức năng định tuyến và chuyển mạch: Các router ở biên thực
hiện định tuyến và gắn nhãn (label) cho gói, các router ở mạng lõi chỉ tập trung làm
nhiệm vụ chuyển tiếp gói tốc độ cao dựa vào nhãn. Tính thông minh được đẩy ra
ngoài biên là một trong những ưu điểm lớn nhất của MPLS.
Mô hình tham chiếu của MPLS trên mô hình OSI :
Hình 2.1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI.
MPLS được xem như một công nghệ lớp đệm (shim layer), nó nằm trên lớp 2
nhưng dưới lớp 3, vì vậy đôi khi người ta vẫn gọi là lớp 2,5.

Nguyên lý của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được gắn nhãn (label) và chuyển tiếp
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 19
Đồ án tốt nghiệp
theo một đường dẫn LSP (Label Switching Path). Các router trên đường dẫn chỉ căn
cứ vào nội dung của nhãn để thực hiện quyết định chuyển tiếp gói mà không cần phải
kiểm tra header IP.
2.2. Đặc điểm của MPLS
 Tốc độ và trễ: Với mạng chuyển mạch gói, các tham số hiệu năng cơ bản
là tốc độ, tỷ lệ mất gói, trễ và độ biến thiện trễ của lưu lượng người sử dụng. Cơ chế
chuyển tiếp IP truyền thống là quá chậm để xử lý tải lưu lượng lớn trên mạng
Internet toàn cầu hay trong các liên mạng. Ngược lại với chuyển tiếp IP, chuyển
mạch nhãn đạt được tốc độ cao vì giá trị nhãn nhỏ được đặt ở tiêu đề của gói và
được sử dụng để truy nhập bảng chuyển tiếp tại bộ định tuyến, nghĩa là nhãn được
sử dụng để tìm kiếm trong bảng định tuyến. Việc tìm kiếm này chỉ yêu cầu một lần
truy nhập tới bảng, khác với truy nhập bảng định tuyến truyền thống, khi mà việc
tìm kiếm có thể cần đến hàng ngàn lần truy nhập. Kết quả của hoạt động này là lưu
lượng người sử dụng trong gói sẽ được chuyển qua mạng nhanh hơn nhiều, đồng
thời sự tích lũy trễ cũng giảm được một cách đáng kể so với trong mạng IP truyền
thống.
 Jitter: Là sự thay đổi độ trễ của lưu lượng người sử dụng do việc
chuyển gói tin qua nhiều node trong mạng để chuyển tới đích của nó. Tại từng
node, địa chỉ đích trong gói phải được kiểm tra và so sánh với danh sách địa chỉ
đích khả dụng trong bảng định tuyến của node, do đó trễ và biến thiên trễ phụ thuộc
vào số lượng gói và khoảng thời gian mà bảng tìm kiếm phải xử lý trong khoảng
thời gian xác định. Kết quả là tại node cuối cùng, Jitter là tổng cộng tất cả các biến
thiên độ trễ tại mỗi node giữa bên gửi và bên thu. Với gói là thoại thì do Jitter cuộc
thoại bị mất đi tính liên tục. Do chuyển mạch nhãn hiệu quả hơn, lưu lượng người
dùng được gửi qua mạng nhanh hơn và ít Jitter hơn so với định tuyến IP truyền
thống.
 Khả năng mở rộng mạng: Chuyển mạch nhãn không chỉ cung cấp các dịch vụ tốc

độ cao mà nó còn có thể hỗ trợ khả năng mở rộng tương đối mềm dẻo cho mạng.
Khả năng mở rộng liên quan đến năng lực điều chỉnh của hệ thống để phù hợp với
sự tăng nhanh của số người sử dụng mạng. Chuyển mạch nhãn cung cấp giải pháp
cho sự phát triển nhanh chóng và xây dựng các mạng lớn bằng việc cho phép một
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 20
Đồ án tốt nghiệp
lượng lớn các địa chỉ IP được kết hợp với một hay vài nhãn. Giải pháp này giảm
đáng kể kích cỡ bảng địa chỉ và cho phép bộ định tuyến hỗ trợ nhiều người sử dụng
hơn.
 Tính đơn giản: Chuyển mạch nhãn là giao thức chuyển tiếp cơ bản, chuyển tiếp
gói chỉ dựa vào nhãn. Do tách biệt giữa điều khiển và chuyển tiếp nên kỹ thuật điều
khiển dù phức tạp cũng không ảnh hưởng đến hiệu quả của dòng lưu lượng người
sử dụng. Cụ thể là, sau khi ràng buộc nhãn được thực hiện, các hoạt động chuyển
mạch nhãn để chuyển tiếp lưu lượng là đơn giản, có thể được thực hiện bằng phần
mềm, bằng mạch tích hợp chuyên dụng hay bằng các bộ xử lý đặc biệt.
 Sử dụng tài nguyên: Các mạng chuyển mạch nhãn không cần nhiều tài nguyên
mạng để thực hiện các công cụ điều khiển trong việc thiết lập các đường đi chuyển
mạch nhãn cho lưu lượng người sử dụng.
 Điều khiển đường đi: Chuyển mạch nhãn cho phép các đường đi qua một liên
mạng được điều khiển tốt hơn. Nó cung cấp một công cụ để bố trí các node và liên
kết lưu lượng phù hợp hơn, thuận lợi hơn, cũng như đưa ra chính xác các phân lớp
lưu lượng (dựa trên các yêu cầu về QoS) khác nhau của dịch vụ.
2.3 Các khái niệm cơ bản trong chuyển mạch nhãn
2.3.1 Nhãn (Label)
Nhãn là một thực thể có độ dài ngắn và cố định không có cấu trúc bên trong. Nhãn
không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng như địa chỉ mạng. Nhãn được
gắn vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho một FEC (Forwarding Equivalence Classes:
Nhóm chuyển tiếp tương đương) mà gói tin được ấn định.
Thường thì một gói tin được ấn định một FEC (hoàn toàn hoặc một phần) dựa trên
địa chỉ đích lớp mạng của nó. Tuy nhiên nhãn không phải là mã hoá của địa chỉ đó.

Nhãn trong dạng đơn giản nhất xác định đường đi mà gói tin có thể truyền qua.
Nhãn được mang hay được đóng gói trong tiêu đề lớp 2 cùng với gói tin. Bộ định
tuyến kiểm tra các gói tin qua nội dung nhãn để xác định các bước chuyển kế tiếp. Khi
gói tin được gán nhãn, các chặng đường còn lại của gói tin thông qua mạng đường trục
dựa trên chuyển mạch nhãn. Giá trị nhãn chỉ có ý nghĩa cục bộ nghĩa là chúng chỉ liên
quan đến các bước chuyển tiếp giữa các LSR.
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 21
Đồ án tốt nghiệp
Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương thức truyền tin mà gói tin được đóng gói.
Kiểu khung (Frame mode): Kiểu khung là thuật ngữ khi chuyển tiếp một gói nhãn
gán trước tiêu đề lớp ba. Một nhãn được mã hoá với 20 bỉt, nghĩa là có thể có 2 mũ 20
giá trị khác nhau. Một gói có nhiều nhãn gọi là chồng nhãn (Lable stack). Ở mỗi chặng
trong mạng chỉ có một nhãn bên ngoài được xem xét
Tiêu đề MPLS: MPLS định nghĩa một tiêu đề có độ dài 32 bit, được đặt ngay sau
tiêu đề lớp 2 và trước một tiêu đề lớp 3.
Cấu trúc tiêu đề MPLS
Hình 2.2: Khuôn dạng tiêu đề nhãn MPLS
Ý nghĩa các trường
 Nhãn: là một thực thể có chiều dài cố định (20 bit) dùng làm cơ sở cho việc
chuyển tiếp.
 Exp (Experimental): Các bit Exp được dự trữ về mặt kỹ thuật cho sử dụng thực
tế. Chẳng hạn sử dụng những bit này để chỉ thị QoS - thường là một bản sao trực tiếp
của các bit chỉ thị độ ưu tiên trong gói IP. Khi các gói MPLS bị xếp hàng, có thể sử
dụng các bit Exp như cách sử dụng các bit chỉ thị độ ưu tiên IP.
 BS (Bottom of stack): Bit này dùng để chỉ thị cho nhãn ở cuối ngăn xếp nhãn.
Nhãn ở đáy của ngăn xếp nhãn có giá trị BS bằng 1. Các nhãn khác có giá trị bit BS
bằng 0.
 TTL (Time To Live): Thông thường các bit TTL là một bản sao trực tiếp của các
bit TTL trong tiêu đề gói IP. Chúng giảm giá trị đi một đơn vị khi gói đi qua mỗi
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 22

Đồ án tốt nghiệp
chặng để tránh lặp vòng vô hạn. TTL cũng có thể được sử dụng khi các nhà điều hành
mạng muốn giấu cấu hình mạng nằm bên dưới.
2.3.2 Ngăn xếp nhãn (Label Stack)
Là một tập hợp thứ tự các nhãn gán theo gói để chuyển tải thông tin về nhiều FEC
và về các LSP tương ứng mà gói đi qua. Ngăn xếp nhãn cho phép MPLS hỗ trợ định
tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và một nhãn cho IGP) và tổ chức đa LSP trong
một trung kế LSP.
Ngăn xếp nhãn là một tập các nhãn có thứ tự được chỉ định cho gói. Việc xử lý các
nhãn này cũng tuân theo một thứ tự .
Hình 2.3 : Cấu trúc ngăn xếp nhãn
Nếu ngăn xếp nhãn của gói có độ sâu m, nhãn tại đáy của ngăn xếp được xem như
là nhãn mức 1, nhãn trên nó là nhãn mức 2, và nhãn trên cùng là nhãn mức m.
2.3.3 Không gian nhãn
Thuật ngữ không gian nhãn dùng để chỉ ra cách thức mà một nhãn được kết hợp với
một LSR. Có hai phương pháp để phân nhãn giữa các LSR, tương ứng với hai dạng
không gian nhãn, đó là không gian nhãn theo từng giao diện và không gian nhãn theo
từng nút.
Không gian nhãn theo từng giao diện: Nhãn được kết hợp với một giao diện đặc
trưng ở một LSR, ví dụ như DS3 hoặc giao diện SONET. LSR sẽ dùng một giá trị giao
diện để giữ dấu vết của các nhãn ở mỗi giao diện, nên nhãn có thể được dùng lại tại
mỗi giao diện, miễn là thoả mãn điều kiện một nhãn là duy nhất trong không gian
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 23
Đồ án tốt nghiệp
nhãn. Và khi này định danh giao diện này trở thành một nhãn nội bộ trong LSR đối với
nhãn bên ngoài được gửi đi giữa các LSR.
Không gian nhãn theo từng nút (theo tất cả các giao diện): Ở đây, các nhãn đầu vào
được xẻ dọc theo tất cả các giao diện tham gia vào một nút. Nghĩa là, nút này phải chỉ
định không gian nhãn dọc theo tất cả các giao diện,
2.3.4 Liên kết FEC với nhãn

Khái niệm FEC: FEC là một nhóm các gói, nhóm các gói này chia sẻ cùng yêu cầu
trong sự chuyển tiếp chúng qua mạng. Tất cả các gói trong một nhóm như vậy được
cung cấp cùng cách chọn đường tới đích. Dựa trên FEC, nhãn được thoả thuận giữa
các LSR lân cận từ lối vào tới lối ra trong một vùng định tuyến. Mỗi LSR xây dựng
một bảng để xác định xem một gói phải được chuyển tiếp như thế nào. Bảng này được
gọi là cơ sở thông tin nhãn LIB, nó là tổ hợp các ràng buộc FEC với nhãn (FEC-to-
label). Và nhãn lại được sử dụng để chuyển tiếp lưu lượng qua mạng.
Lý do dùng FEC: Thứ nhất, nó cho phép nhóm các gói vào các lớp. Từ nhóm này,
giá trị FEC trong một gói có thể được dùng để thiết lập độ ưu tiên cho việc xử lý các
gói. Thứ hai, FEC có thể được dùng để hỗ trợ hiệu quả hoạt động QoS. Ví dụ, FEC có
thể liên kết với độ ưu tiên cao, lưu lượng thoại thời gian thực, lưu lượng nhóm mới ưu
tiên thấp…
Sự kết hợp một FEC với một gói được thực hiện bởi việc dùng một nhãn để định
danh một FEC đặc trưng. Với các lớp dịch vụ khác nhau, phải dùng các FEC khác
nhau và các nhãn liên kết khác nhau. Đối với lưu lượng Internet, các định danh sử
dụng là các tham số ứng cử cho việc thiết lập một FEC. Trong một vài hệ thống, chỉ
địa chỉ đích IP được sử dụng.
Các phương pháp liên kết nhãn: Hoạt động liên kết nhãn xảy ra tại LSR, trong đó
một nhãn được kết hợp với một FEC. Các phương pháp liên kết nhãn bao gồm:
Liên kết tại chỗ và liên kết xa: Liên kết tại chỗ là trường hợp khi chính bộ định
tuyến thiết lập quan hệ giữa nhãn với một FEC. Bộ định tuyến có thể thiết lập quan hệ
này khi nó nhận lưu lượng hay thông tin điều khiển từ một node lân cận. Liên kết xa là
hoạt động trong đó một node lân cận chỉ định một liên kết nhãn tới node cục bộ.
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 24
Đồ án tốt nghiệp
Liên kết đường lên và liên kết đường xuống: Liên kết nhãn đường xuống liên quan
tới phương pháp trong đó liên kết nhãn được thực hiện bởi LSR đường xuống, còn đối
với liên kết nhãn đường lên thì được thực hiện bởi LSR đường lên. Thuật ngữ đường
xuống chỉ hướng từ nguồn đến đích, còn đường lên là từ đích đến nguồn.
2.4 Các thành phần cơ bản của mạng MPLS

Hình 2.4 : Mô hình mạng MPLS
Mạng MPLS bao gồm nhiều nút có chức năng định tuyến và chuyển tiếp nối với
nhau. Mỗi nút tương ứng với một thiết bị LSR ( Lable Switching Router)
Mạng MPLS có thể được chia thành hai miền là miền lõi MPLS ( MPLS core ) và
miền biên MPLS ( MPLS Edge ).Tương ứng với mỗi miền ta có thiết bị tương đương:
- Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ( Lable Switching router-LSR ): Là thành
phần quan trọng nhất trong mạng MPLS, nó là bộ định tuyến tốc độ cao trong mạng
lõi MPLS tham gia vào việc thiết lập đường chuyển mạch nhãn LSP sử dụng các giao
thức báo hiệu nhãn thích hợp và chuyển các gói dữ liệu trong phạm vi mạng MPLS
dựa trên các tuyến đã thiết lập bằng các thủ tục phân phối nhãn.
- Bộ định tuyến biên nhãn ( Lable Edge Router-LER ): Là thiết bị hoạt động tại
biên của mạng truy nhập và mạng MPLS. LER hỗ trợ nhiều cổng kết nối từ những
mạng khác như Frame-Relay, ATM, Ethernet. Nó tiếp nhận hay gửi đi các gói tin đến
hay đi từ các mạng khác đó tới mạng MPLS sau khi thiết lập đường chuyển mạch
nhãn. LER có vai trò rất quan trọng trong việc gán và tách nhãn khi gói tin đi vào hay
đi ra khỏi mạng MPLS. Các LER này có thể là bộ định tuyến lối vào (Ingress Router )
hoặc là bộ định tuyến lối ra (Egress Router ).
Trần Văn Thành – Kỹ thuật Thông tin và Truyền thông K52 25