Công nghệ MPLS với hoạt động phân phối nhãn và chuyển mạch gói tin_Full Code

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN

Trang 1

TÓM TẮT NỘI DUNG CHÍNH CỦA ĐỒ ÁN
Chương 1: Tổng quan về MPLS
1.1 Tổng quan về MPLS
MPLS đó là từ viết tắt của Multi-Protocol label Switching hay còn gọi là chuyển
mạch nhãn đa giao thức. MPLS là một công nghệ lai kết hợp những đặc điểm tốt nhất
giữa định tuyến lớp 3 (layer 3 routing) và chuyển mạch lớp 2 (layer 2 switching) cho
phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi (core) và định tuyến tốt ở các mạng
biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn (label)
1.2 Các công nghệ nền tảng
1.2.1 Công nghệ IP
IP là chữ viết tắt của Internet Protocol (giao thức Internet). Là giao thức chuyển
tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp thực hiện theo cơ chế phi kết nối. IP định nghĩa cơ cấu đánh
số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (giao
thức bản tin điều khiển internet - ICMP)
1.2.2 Công nghệ ATM
ATM là viết tắt của từ Asychronous Transfer Mode còn gọi là phương thức truyền
tin không đồng bộ. ATM là một kỹ thuật truyền tin tốc độ cao, nó có thể nhận thông tin ở
nhiều dạng khác nhau như thông tin thoại, số liệu video … và cắt nhỏ tín hiệu này thành
các phần nhỏ riêng biệt gọi là tế bào, sau khi được chia nhỏ các tế bào này được chuyển
qua một kết nối ảo gọi là virtual connection (VC).
1.3 Ưu điểm và ứng dụng của MPLS
1.3.1 Ưu điểm
Mặc dù thực tế rằng MPLS ban đầu được phát triển với mục đích để giải quyết
việc chuyển tiếp gói tin, nhưng ưu điểm chính của MPLS trong môi trường mạng hiện tại
lại từ khả năng điều khiển lưu lượng của nó. Một số ưu điểm của MPLS là:
 Chuyển tiếp đơn giản.
 Tích hợp định tuyến và chuyển mạch.

 Thuận lợi trong tích hợp IP+ATM.
 Cho phép định tuyến tường minh trong IP.
 Di chuyển xử lý gói về biên, đơn giản họat động trong mạng lõi.
 Quản lý chung cho hai lớp mạng và tuyến dữ liệu, kỹ thuật đơn giản.
 Chuyển tiếp nhanh, đơn giản, rẻ tiền.
 Mạng hội tụ ngày càng được tiến gần hơn.
1.3.2 Ứng dụng của MPLS
 Tích hợp IP và ATM
TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN

Trang 2

 Dịch vụ mạng riêng ảo (VPN)
 Điều khiển lưu lượng
Chương 2: Cấu trúc gói tin cấu trúc nhãn trong MPLS
2.1 Cấu trúc gói tin trong công nghệ IP
Các gói tin IP bao gồm dữ liệu từ lớp trên đưa xuống và thêm vào một IP header
2.2 Nhãn trong MPLS
Nhãn là một thực thể có độ dài ngắn và cố định. 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.
2.2.1 Nhãn trong chế độ khung
Trong chế độ khung này Khi một router cạnh – edge router (router tiếp giáp giữa
MPLS và mạng ngoài) nhận một gói tin IP gồm thành phần frame header, edge router sẽ
xử lý theo các bước sau:
 Xác định interface ngõ ra để tới hop kế.
 Router sẽ chèn thêm vào giữa frame header và IP header thành phần nhãn sử dụng
trong MPLS. Trong thành phần Frame Header sẽ có thành phần PID để xác định
thành phần nhãn phía sau. Trong thành phần nhãn cũng có các bit S để xác định

thứ tự nhãn và vị trí bắt đầu của một IP Header.
 Edge router sẽ chuyển gói tin đến hop kế tiếp.
2.2.2 Nhãn trong chế độ dùng Cell
Ở chế độ này dùng khi có một mạng gồm các ATM-LSR dùng MPLS trong mặt
phẳng điều khiển để trao đổi thông tin VPI/VCI thay vì dùng báo hiệu ATM. Trong chế
độ này nhãn chính là VPI/VCI. Sau khi trao đổi nhãn trong mặt phẳng điều khiển, ở mặt
phẳng chuyển tiếp tức là tại Ingress LER sẽ phân tách gói tin trở thành lại kiểu tế bào
trong ATM và dùng giá trị VPI/VCI để chuyển gói tin đi qua mạng lõi theo đường mạch
ảo (ở đây là LSP) để chuyển gói tin đi.
Chương 3: Hoạt động phân phối nhãn và chuyển mạch gói tin trong MPLS
3.1 Các giao thức phân phối nhãn của MPLS
3.1.1 Giao thức phân phối nhãn LDP(Label Distribution protocol)
LDP là từ viết tắt của Label Distribution protocol. LDP có thể hoạt động giữa các
LSR kết nối trực tiếp hay không được kết nối trực tiếp. Các LSR sử dụng LDP để hoán
đổi thông tin ràng buộc FEC và nhãn được gọi là các thực thể đồng cấp LDP, chúng hoán
đổi thông tin này bằng việc xây dựng các phiên LDP.
TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN

Trang 3



3.1.2 Giao thức dành trước tài nguyên (RSVP)
RSVP là giao thức báo hiệu đóng vai trò quan trọng trong mạng MPLS, nó được
sử dụng để dành trước tài nguyên cho một phiên truyền trong mạng. Nó cho phép các ứng
dụng thông báo về yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) với mạng và mạng sẽ đáp ứng bằng
các thông báo thành công hay thất bại
3.1.3 Giao thức phân phối nhãn dựa trên ràng buộc CR-LDP
Giao thức phân phối nhãn dựa trên ràng buộc CR-LDP (Constraint-based Routing-
LDP) được sử dụng để điều khiển cưỡng bức LDP. Giao thức này là phần mở rộng của

LDP cho quá trình định tuyến cưỡng bức của LSP. Cũng giống như LDP, nó sử dụng các
phiên TCP giữa các LSR đồng cấp để gửi các bản tin phân phối nhãn.
3.1.4 Giao thức BGP với việc phân phối nhãn
BGP (Border Gateway Protocol) là giao thức tìm đường nòng cốt trên Internet. Nó
hoạt động dựa trên việc cập nhật một bảng chứa các địa chỉ mạng cho biết mối liên kết
giữa các hệ thống tự trị AS (Autonomous System - tập hợp các hệ thống mạng dưới cùng
sự điều hành của một nhà quản trị mạng, thông thường là một nhà cung cấp dịch vụ
Internet, ISP).
3.2 Hoạt động của MPLS
Để gói tin truyền qua mạng MPLS phải thực hiện các bước sau:
1.Tạo và phân phối nhãn
2.Tạo bảng cho mỗi bộ định tuyến
3.Tạo đường chuyển mạch nhãn
4. Gán nhãn dựa trên tra cứu bảng
5. Truyền gói tin.
Chương 4 Mô phỏng ứng dụng mạng riêng ảo VPN MPLS trên phần mềm GNS3
4.1 Tổng quan về mạng riêng ảo MPLS-VPN
VPN là mạng riêng ảo của khách hàng dựa trên cơ sở hạ tầng mạng công cộng
internet. VPN bùng nổ vào năm 1997 và ngày càng được nhiều nhà cung cấp đưa ra
nhưng giải pháp riêng về VPN cho khách hàng của họ. VPN cho phép thành lập các kết
nối riêng với nhưng người dùng ở xa, các văn phòng chi nhanh của doanh nghiệp và đối
tác sử dụng chung một mạng công cộng. Các router LER sử dụng các bảng định tuyến ảo
(vitual routing table) cho từng khách hàng nhằm cung cấp khả năng kết nối vào mạng của
TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN

Trang 4

nhà cung cấp cho nhiều khách hàng. Khách hàng hoàn toàn có thể dùng các địa chỉ IP
trùng nhau(overlap addresses).
4.2 Phần mềm GNS3

 GNS3 là phần mềm dùng để giả lập cisco router do Cristophe Fillot viết ra, nó
tương tự như VMWare. Tuy nhiên nó sử dụng IOS thực của Cisco để giả lập
router.
 Phần mềm này được viết ra nhằm:
 Giúp mọi người làm quen với thiết bị Cisco.
 Kiểm tra và thử nghiệm những tính năng trong cisco IOS.
 Test các mô hình mạng trước khi đi vào cấu hình thực tế.
4.3 Nội dung mô phỏng
Bài lab mô phỏng mạng đồng trục gồm có 4 router lõi LSR1,2,3,4 sử dụng công
nghệ MPLS và 2 router biên LER1,2 với LER1 kết nối trực tiếp với LSR1 và LER2 kết
nối trưc tiếp với LSR3. 2 router biên dùng để chuyển tiếp từ mang IP hay bất cứ mạng
nào khác từ khách hàng vào mạng MPLS. Mạng khách hàng ở bài lab này chúng ta mô
phỏng cho khách hàng đó là khách hàng 1 và 2, tương ứng với KH1A,KH1B là router của
khách hàng 1. KH2A,KH2B tương ứng là router của khách hàng 2.
Trong bài lab chúng ta sử dụng dải IP là 192.168.0.0
4.4 kết quả mô phỏng
Sau khi thực hiên mô phỏng với nội dung bài lab như trên ta có các kết quả như
sau:
4.4.1 Bảng forwarding-table

Hình 4.1: Bảng forwarding-table của router LER1 Hình 4.2: Bảng forwarding-table của router LER2


TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN

Trang 5


Hình 4.3: Bảng forwarding-table của router LSR1 Hình 4.4: Bảng forwarding-table của router LSR2

Hình 4.5: Bảng forwarding-table của router LSR3 Hình 4.6: Bảng forwarding-table của router LSR4
4.4.2 Bảng định tuyến router khách hàng

Hình 4.7 Bảng định tuyến route KH1A Hình 4.8 Bảng định tuyến route KH1B

Hình 4.9 Bảng định tuyến route KH2A Hình 4.10 Bảng định tuyến route KH2B
TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN

Trang 6

4.4.3 Ping để kiểm tra kết nối của khách hàng

Hình 4.11 Bảng kiểm tra kết nối mạng khách hàng 1 Hình 4.12 Bảng kiểm tra kết nối mạng khách hàng 1


LỜI CAM ĐOAN



LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao chép của bất
cứ đồ án hoặc công trình đã có từ trước.
Đà Nẵng, ngày 6 tháng 1 năm 2012
Người cam đoan


Trịnh Xuân Đại

MỤC LỤC


CÁC TỪ VIẾT TẮT …… 1
LỜI MỞ ĐẦU …… 4
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MPLS …… 6
1.1 Giới thiệu chƣơng …… 6
1.2 Giới thiệu về MPLS …… 6
1.2.1 Khái niện MPLS …… 6
1.2.2 Lịch sử ra đời của MPLS …… 7
1.3 Công nghệ chuyển mạch nền tảng …… 7
1.3.1Công nghệ IP …… 7
1.3.2 Công nghệ ATM …… 9
1.3.3 Công nghệ MPLS là sự kết hợp giữa hai công nghệ IP và ATM …… 9
1.4 MPLS trong mô hình OSI …….10
1.4.1 Mô Hình OSI …….10
1.4.2 MPLS trong mô hình OSI …….11
1.5 Một số khái niệm thƣờng gặp trong MPLS …….12
1.5.1 FEC Chuyển tiếp tƣơng đƣơng …….12
1.5.2 Đƣờng dẫn chuyển mạch nhãn (LSP) …….12
1.5.3 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR) …….13
1.5.4 Miền MPLS (MPLS domain) …….13
1.5.5 Nhãn và stack nhãn …….14
1.5.6 Upstream và Downstream …….14
1.6 Cấu trúc nút của MPLS …….15
1.6.1 Bảng tra FIB và LFIB …….16
1.6.2 Mặt phẳng chuyển tiếp …….16
1.6.3 Mặt phẳng điều khiển …….16
1.7 Ƣu điểm và ứng dụng của MPLS …….17
1.7.1 Ƣu điểm của MPLS …….17

1.7.2 Một số ứng dụng của MPLS …….17
1.8 Kết Luận chƣơng …….18
MỤC LỤC


CHƢƠNG 2: CẤU TRÚC GÓI TIN TRONG MPLS …….19
2.1 Giới thiệu chƣơng …….19
2.2 Cấu trúc gói tin trong công nghệ IP …….19
2.2.2 Phân mảnh …….20
2.2.3 Cấu trúc gói tin Ipv4 …….22
2.3 Nhãn trong MPLS …….28
2.3.1 Nhãn trong chế độ dùng frame …….29
2.3.2 Nhãn trong chế độ dùng Cell …….31
2.4 Ngăn xếp nhãn(Label stack) …….32
2.5 Kết luận chƣơng …….33
CHƢƠNG 3: HOẠT ĐỘNG PHÂN PHỐI NHÃN VÀ CHUYỂN MẠCH GÓI TIN
TRONG MPLS …….34
3.1 Giới thiệu chƣơng …….34
3.2 Các giao thức phân phối nhãn của MPLS …….34
3.2.1 Giao thức phân phối nhãn LDP(Label Distribution Protocol) …….34
3.2.1.1 Các bản tin LDP …….35
3.2.1.2 Cấu trúc bản tin LDP …….36
3.2.1.3 Phát hiện LSR lân cận …….38
3.2.1.4 Thiết lập và duy trì phiên LDP …….39
3.2.2 Giao thức dành trƣớc tài nguyên (RSVP) …….40
3.2.2 1 Bản tin Path …….41
3.2.2.2 Bản tin RESV …….44
3.2.2.3 Quá trình xây dựng LSP …….45
3.2.3 Giao thức phân phối nhãn dựa trên ràng buộc CR-LDP …….48
3.2.4 Giao thức BGP với việc phân phôi nhãn …….48

3.3 Hoạt động của MPLS …….49
3.3.1 Các hoạt động của MPLS …….49
3.3.2 Chế độ hoạt động khung …….51
3.3.3 Chế độ hoạt động tế bào MPLS …….53
MỤC LỤC


3.3.4 Hoạt động của MPLS khung trong mạng ATM-LSR …….57
3.4 Kết luận chƣơng …….59
CHƢƠNG 4 : MÔ PHỎNG ỨNG DỤNG MẠNG RIÊNG ẢO MPLS-VPN TRÊN
PHẦN MỀM GNS3 …….60
4.1 Giới thiệu chƣơng …….60
4.2 Tổng quan về mạng riêng ảo MPLS-VPN …….60
4.3 Phần mềm GNS3 …….62
4.4 Nội dung và kết quả mô phỏng …….63
4.4.1 Nội dung mô phỏng …….63
4.4.2 Các bƣớc cấu hình …….64
4.4.3 Kết quả mô phỏng …….65
4.4.3.1 Bảng forwarding-table …….65
4.4.3.2 Bảng định tuyến router khách hàng …….68
4.4.3.3 Ping để kiểm tra kết nối của khách hàng …….70
4.5 Kết luận chƣơng …….72
Kết luận và hƣớng phát triển đề tài …….73
Tài liệu tham khảo …….74
CÁC TỪ VIẾT TẮT

Trang 1

AS
Autonomous System

Hệ thống tự trị
BGP
Border Gateway Protocol
Giao thức cổng biên
CoS
Class of Service
Lớp dịch vụ
CE
Customer
Khách hàng
CQ
Custom Queuing
Hàng đợi tuỳ chọn
CR
Constraint-based Routing
Định tuyến ràng buộc
CR-LDP
Constraint-based Routing LDP
Giao thức phân phối nhãn ràng buộc
CSPF

Constrained Shortest Path First

Giao thức chọn đường ngắn nhất
ràng buộc
ER
Explicit Route
Định tuyến tường minh
FDDI
Fiber Distributed Data Interface

Giao diện phân bố sợi
FEC
Forwarding Equivalence Class
Lớp chuyển tiếp tương đương
FIB
Forwarding Information Base
Bảng chuyển tiếp gói
IETF
Internet Engineering Task Force
Nhóm đặc trách kĩ thuật Internet
IGP
Interior Gateway Protocol
Giao thức cổng nội
IP
Internet Protocol
Giao thức Internet
CÁC TỪ VIẾT TẮT

Trang 2

ISP
Internet Service Provider
Nhà cung cấp dịch vụ internet
LDP
Label Distribution Protocol
Giao thức phân phối nhãn
LER
Label Edge Router
Bộ định tuyến biên
LFIB

Label Forwarding Information
Base
Bảng chuyển tiếp nhãn

LIB
Label Information Base
Bảng nhãn
LSP
Label Switched Path
Đường dẫn chuyển mạch nhãn
LSR
Label Switching Router
Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
MTU
Maximun Tranfer Unit
Kích thức tối đa mạng bên dưới xử lí
MPLS
Multi-Protocol Label Switching
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
OSI
Open Systems Interconnection
Mô hình kết nối các hệ thống mở
OSPF

Open Shortest Path First

Giao thức chọn đường ngắn nhất
mở rộng
PDU

Protocol Data Unit
Dữ liệu giao thức
PPP
Point-to-Point Protocol
Giao thức điểm nối điểm
PE
Provider Edge router
Route biên của nhà cung cấp dịch vụ
CÁC TỪ VIẾT TẮT

Trang 3

PVC
Permanent Virtual Circuit
Kênh ảo vĩnh viễn
QoS
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
RRO
Record Route Object
hồ sơ tuyến đường các đối tượng
RIB
Routing Information Base
Bảng định tuyến
RIP
Routing Information Protocol
Giao thức thông tin định tuyến
RSVP
Resource Resevation Protocol
Giao thức dành trước tài nguyên

TCP
Transmistion Control Protocol
Giao thức điều khiển truyền dẫn
TLV
Type Length Value
Mã hoá kiểu độ dài giá trị
TTL
Time To Live
Thời gian tồn tại nhãn
UDP
User Datagram Protocol
Giao thức dữ liệu người dùng
VCI
Virtual Circuit Indentifier
Định danh kênh ảo
VRF
Virtual Routing and Forwarding
Định tuyến và chuyển tiếp ảo
VPI
Virtual Path Indentifier
Định danh đường ảo
VPN
Virtual Private Network
Mạng riêng ảo

LỜI NÓI ĐẦU

Trang 4

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay Khoa học công nghệ ngày càng phát triển hiện đại và đạt được nhiều
thành tựu tiên tiến giúp cho con người chúng ta ngày càng thuận tiện cho việc thông tin
liên lạc và trao đổi thông tin. Khi Internet ra đời và phát triển mạnh mẽ đã giúp chúng ta
rất nhiều trong công cuộc phát triển của mình, và nhu cầu sự dụng ngày càng tăng với các
dịch vụ đa phương tiện không ngừng dược phát triển mà gia tăng đòi hỏi có một công
nghệ đảm bảo yêu cầu chất lượng dịch vụ, truyền dẫn tốt, trễ gói thấp cũng như băng
thông đảm bảo với chi phí vừa phải.
Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS multiprotocol label
switching) là một công nghệ lai kết hợp những đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3
(layer 3 routing) và chuyển mạch lớp 2 (layer 2 switching) cho phép chúng ta tải các gói
nhanh hơn với việc sử dụng một mạng lõi (core) và việc định tuyến hoàn tàn thực hiện ở
mạng biên (edge) bằng cách sử dụng nhãn (label). Sự ra đời của MPLS là một giải pháp
quan trọng đối với sự bùng nổ công nghệ thông tin và truyền thông ngày nay, nó đã mang
lại rất nhiều lợi ích cũng như ứng dụng cụ thể mà chúng ta có thể khai thác triệt để tài
nguyên mạng với chi phí chấp nhận được
Vậy MPLS là gì? Nó có cấu trúc gói tin, hoạt động chuyển mạch và phân phối
nhãn như thế nào? Cách thức để cấu hình một trong những ứng dụng tiêu biểu nhất đó là
mạng riêng ảo MPLS VPN như thế nào? Tất cả nhưng vấn đề trên sẽ được trình bày cụ
thể trong đồ án tốt nghiệp “Công nghê MPLS với hoạt động phân phối nhãn và chuyển
mạch gói tin”.
Bố cục của đồ án gồm có 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về MPLS
Chương 2: Cấu trúc gói tin và cấu trúc nhãn trong MPLS
Chương 3: Hoạt động phân phối nhãn và chuyển mạch gói tin trong MPLS
LỜI NÓI ĐẦU

Trang 5

Chương 4: Mô phỏng ứng dụng mạng riêng ảo MPLS-VPN trên phần mềm GNS3
Công nghệ MPLS là một công nghệ rộng lớn và mới mẻ, việc tìm hiểu hiểu sâu về

các vấn đề cụ thể của công nghệ đòi hỏi phải có một kiếm thức chuyên ngành sâu rộng,
cùng một thời gian tìm hiểu dài lâu. Do vậy đồ án của em không tránh khỏi những thiếu
sót. Kính mong thầy cô nhận xét và đánh giá, giúp e hoàn thiện đồ án này
Em xin chân thành cảm ơn thầy Huỳnh Thanh Tùng đã giúp đỡ e tận tình trong
suốt quá trình e hoàn thành đồ án này.
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MPLS

Trang 6

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MPLS
(CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC)
1.1 Giới thiệu chƣơng
Ngày nay khoa học công nghệ phát triển ngày càng hiện đại, việc trao đổi
thông tin giữa con người ngày càng tăng lên không ngừng, ở mọi khoảng cách địa
lí xa cũng như gần. các công nghệ chuyển mạch truyền thống như X25, ATM…
ngày càng quá tải và trở nên lạc hậu theo thời gian với những vấn để khó khăn
trong mạng hiện nay như tốc độ, quy mô, chất lượng dịch vụ, quản trị và kỹ thuật
lưu lượng. Chính vì vậy sự ra đời của công nghệ chuyển mạch mới là một xu
hướng tất yếu. Và MPLS ra đời đáp ứng do nhu cầu ngày càng tăng về chất lượng
cũng như quy mô của người dùng. Ở chương 1 này chúng ta sẽ tìm hiểu về tổng
quan công nghệ MPLS cũng như lịch sử hình thành, các ứng dụng tiêu biểu cũng
như ưu nhược điểm của công nghệ này.
1.2 Giới thiệu về MPLS
1.2.1 Khái niện MPLS
MPLS đó là viết tắt của Multi-Protocol Label Switching hay còn gọi là
chuyển mạch nhãn đa giao thức. MPLS là một công nghệ lai kết hợp những đặc
điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 (layer 3 routing), và chuyển mạch lớp 2 (layer
2 switching) cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi (core) và định
tuyến tốt ở các mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn (label). Giống như các
mạng chuyển mạch, Nó là một biện pháp linh hoạt để giải quyết những vấn để khó

khăn trong mạng hiện nay như tốc độ, quy mô, chất lượng dịch vụ, quản trị và kỹ
thuật lưu lượng.
MPLS là cơ chế chuyển mạch nhãn do Cissco phát triển và được IETF
chuẩn hóa trong khuyến nghị RFC 3031.
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MPLS

Trang 7

1.2.2 Lịch sử ra đời của MPLS
Khi mạng Internet phát triển và mở rộng, lưu lượng Internet bùng nổ. Các
ISP xử lý bằng cách tăng dung lượng các kết nối và nâng cấp bộ định tuyến
(router) nhưng vẫn không tránh khỏi nghẽn mạch. Lý do là các giao thức định
tuyến thường hướng lưu lượng vào cùng một số các kết nối nhất định dẫn đến kết
nối này bị quá tải trong khi một số tài nguyên khác không được sử dụng. Đây là
tình trạng phân bố tải không đồng đều và sử dụng lãng phí tài nguyên mạng
Internet. Công nghệ MPLS ra đời trong bối cảnh này đáp ứng được nhu cầu của thị
trường đúng theo tiêu chí phát triển của Internet đã mang lại những lợi ích thiết
thực, đánh dấu một bước phát triển mới của mạng Internet trước xu thế tích hợp
công nghệ thông tin và viễn thông trong thời kỳ mới.
1.3 Công nghệ chuyển mạch nền tảng
1.3.1 Công nghệ IP
IP là chữ viết tắt của Internet Protocol (giao thức Internet). Là giao thức
chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp thực hiện theo cơ chế phi kết nối. IP định
nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều
khiển ở mức thấp (giao thức bản tin điều khiển Internet – ICMP).
Mỗi gói tin IP sẽ bao gồm một địa chỉ IP nguồn và một địa chỉ IP đích. Nó
giống với việc đánh số nhà vậy. Tất nhiên, hệ thống “số nhà” trên Internet phức
tạp và thú vị hơn nhiều so với nhà cửa trong thực tế
Mỗi thiết bị trong một mạng IP được chỉ định bằng một địa chỉ vĩnh viễn
(IP tĩnh) bởi nhà quản trị mạng hoặc một địa chỉ tạm thời, có thể thay đổi (IP

động) thông qua công cụ DHCP (giao thức cấu hình hoạt động sẽ tự động xác định
địa chỉ IP tạm thời) ngay trên Windows Server. Các Router (bộ định tuyến),
Firewall (tường lửa) và máy chủ proxy dùng địa chỉ IP tĩnh còn máy khách có thể
dùng IP tĩnh hoặc động.
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MPLS

Trang 8

Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng.
Do vậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về mô hình mạng và
nó phải có khả năng hoạt động trong môi trường mạng gồm nhiều nút. Kết quả
tính toán của 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 hướng 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 thức 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 với
phương thức này, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ mà đi qua cùng một
nút thì chúng sẽ được quyền 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
loại 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 mở rộng
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
(Classless Interdomain Routing – CIDR), kích thước của bảng chuyển tin được

duy trì ở mức chấp nhận được và việc tính toán định tuyến đều do các nút để thực
hiện, mạng có thể được mở rộng mà không cần thực hiện bất kỳ sự thay đổi nào.
Như vậy 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 thực hiện do phương thức định
tuyến theo từng chặng.
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MPLS

Trang 9

1.3.2 Công nghệ ATM
ATM là viết tắt của từ Asychronous Transfer Mode còn gọi là phương thức
gọi là virtual connection (VC). Do ATM sử dụng công nghệ truyền tin hiệu thoại,
truyền tin không đồng bộ. ATM là một kỹ thuật truyền tin tốc độ cao, nó có thể
nhận thông tin ở nhiều dạng khác nhau như thông tin thoại, số liệu video …, và cắt
nhỏ tín hiệu này thành các phần nhỏ riêng biệt gọi là tế bào, sau khi được chia nhỏ
các tế bào này được chuyển qua một kết nối ảo video, dữ liệu, … nên nó được coi
là công nghệ chuyển mạch hàng đầu và thu hút được sự quan tâm hàng đầu hiện
nay.
Công nghệ chuyển mạch trong ATM đó là chuyển mạch hướng kết nối, kết
nối từ điểm đầu tới điểm cuối phải được thiết lập trước khi gói tin được chuyển đi.
ATM yêu cầu kết nối phải được thực hiện bằng công nhân hoặc thiết lập một cách
tự động thông qua báo hiệu. ATM không sử dụng định tuyến tại các nút trung gian
như ở công nghệ IP. Tuyến kết nối xuyên suốt được trước khi trao đổi dữ liệu và
được 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: Thứ
nhất dành cho kết nối một số tài nguyên, thứ hai xây dựng bảng chuyển tế bào tại
mỗi tổng đài. Bảng chuyển 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 router dùng IP.
1.3.3 Công nghệ MPLS là sự kết hợp giữa hai công nghệ IP và ATM

Từ những ưu điểm và hạn chế của cả 2 công nghệ IP và MPLS các nhà
khoa học đã tập trung được nhưng mặt ưu của cả 2 công nghệ này và tạo nên một
công nghê lai đó là MPLS, MPLS ra đời có lẽ là giải pháp kỳ vọng cho mạng viễn
thông tương lai- mạng thế hệ sau NGN.
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MPLS

Trang 10

MPLS đáp ứng được nhu cầu mà mạng trước đó là IP và ATM không thể
làm được như sự linh hoạt cho việc giải quyết các vấn đề đó là tốc độ, khả năng
mở rộng cấp độ mạng, quản lí chất lượng dịch vụ (QoS) và kỹ thuật lưu lượng.
MPLS là kết quả phát triển của nhiều công nghệ chuyển mạch IP sử dụng
công nghệ 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 biển chuyển mạch tại lõi. Các gói được gián nhãn tại biên của mạng và
chúng được định tuyến xuyên qua mạng dựa trên các nhãn đơn giản.
1.4 MPLS trong mô hình OSI
1.4.1 Mô Hình OSI
Mô hình OSI (Open System Interconnection): là mô hình được tổ chức ISO
đề xuất từ 1977 và công bố lần đầu vào 1984. Để các máy tính và các thiết bị
mạng có thể truyền thông với nhau phải có những qui tắc giao tiếp được các bên
chấp nhận. Mô hình OSI là một khuôn mẫu giúp chúng ta hiểu dữ liệu đi xuyên
qua mạng như thế nào đồng thời cũng giúp chúng ta hiểu được các chức năng
mạng diễn ra tại mỗi lớp. Trong mô hình OSI có bảy lớp, mỗi lớp mô tả một phần
chức năng độc lập.

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MPLS

Trang 11

Sự tách lớp của mô hình này mang lại những lợi ích sau
 Chia hoạt động thông tin mạng thành nhưng phần nhỏ hơn, giúp chúng ta dễ
khảo sát và tìm hiểu hơn
 Chuẩn hóa các thành phần mạng để cho phép phát triển mạng từ nhiều nhà
cung cấp sản phẩm.
 Ngăn chặn tình trạng sự thay đổi của một lớp ảnh hưởng đến các lớp còn lại,
như vậy giúp các lớp có thể phát triển độc lập và nhanh chóng hơn.
Mô hình tham chiếu OSI định nghĩa các qui tắc cho các nội dung sau
 Cách thức các thiết bị giao tiếp và truyền thông được với nhau
 Các phương pháp để các thiết bị trên mạng khi nào thì được truyền dữ liệu,
khi nào thì không được
 Các phương pháp để đẩm bảo truyền đúng dữ liệu và đúng bên nhận
 Cách thức vận tải, truyền, sắp xếp và kết nối với nhau
 Các thức đảm bảo các thiết bị mạng duy trì tốc độ truyền dữ liệu thích hợp
Mô hình tham chiếu OSI được chia thành bảy lớp với các chức năng sau
 Application layer (lớp ứng dụng): Giao diện giữa ứng dụng và mạng.
 Presentation layer(Lớp trình bày): Thỏa thuận khuôn dnagj trao đổi dữ liệu.
 Session Layer (Lớp phiên): Cho phép người dùng thiết lập các kết nôi.
 Transport Layer (Lớp vận chuyển): Đảm bảo truyền thông giữa 2 hệ thống.
 Network Layer (Lớp mạng): Định hướng dữ liệu truyền trong môi trường
liên mạng
 Data link Layer (Lớp liên kết dữ liệu): Xác định việc truy suất đến các thiết
bị.
 Physical Layer (Lớp vật lí): Chuyển đổi dữ liệu thành các bit và truyền đi.

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MPLS

Trang 12

1.4.2 MPLS trong mô hình OSI
Trong mô hình OSI MPLS nằm trên lớp 2 nhưng ở dưới lớp 3 nên đôi khi
chúng ta có thể gọi là lớp 2,5.

Hình 1.1 MPLS trong mô hình OSI
1.5 Một số khái niệm thƣờng gặp trong MPLS
1.5.1 FEC Chuyển tiếp tƣơng đƣơng
Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class) là tập
hợp các gói tin được ưu tiên như nhau trong quá trình vận chuyển. Tất cả các gói
trong một nhóm được đối xử như nhau trên đường tới đích. Trong MPLS các gói
tin riêng biệt được gán vào các FEC riêng ngay sau khi chúng vào mạng.
1.5.2 Đƣờng dẫn chuyển mạch nhãn (LSP)

Hình 1.2: Đường chuyển mạch nhãn LSP
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MPLS

Trang 13

Đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP (Label Switch Path) là một đường nối
giữa router ngỏ vào và router ngỏ ra, được thiết lập bởi các nút MPLS để truyền
các gói đi xuyên qua mạng. Đường dẫn của một LSP qua mạng được định nghĩa
bởi sự chuyển đổi các giá trị nhãn ở các router dọc theo LSP bằng cách dùng thủ
tục hoán đổi nhãn.
1.5.3 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR)

Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router) là bộ định
tuyến có hỗ trợ MPLS, bao gồm các giao thức điều khiển MPLS, các giao thức
định tuyến lớp mạng và cách thức xử lý nhãn MPLS. LSR gồm 2 loại:
- LSR biên (hay LER: Label Edge Router): Cung cấp giao tiếp giữa mạng IP với
LSP, gồm có LER vào (ingress-LER) và LER ra (egress-LER).
- Router trung tâm(Core LSR): Cung cấp dịch vụ chuyển tiếp qua miền MPLS sử
dụng LSP được thiết lập trước.
1.5.4 Miền MPLS (MPLS domain)
Miền MPLS là tập các nút mạng thực hiện hoạt động định tuyến và chuyển
tiếp MPLS.

Hình 1.3: Miền MPLS
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MPLS

Trang 14

Miền MPLS được chia thành 2 phần : Phần mạng lõi (core) và phần mạng
biên (edge). Trên ngõ vào của miền MPLS, LER dán nhãn vào các gói IP và
truyền trên LSP, LER ngõ ra sẽ gỡ nhãn này để khôi phục lại gói IP ban đầu.
1.5.5 Nhãn và stack nhãn
Nhãn là một bộ nhận dạng có độ dài ngắn và cố định, mạng ý nghĩa cục bộ
dùng để nhận biết một FEC. Nhãn sẽ được dán lên một gói để báo cho LSR biết
gói này cần đi đâu. Phần nội dung nhãn có độ dài 20 bit. Giá trị nhãn định nghĩa
chỉ mục để dùng trong bảng chuyển tiếp.
Một gói có thể được dán chồng nhiều nhãn, các nhãn này chứa trong một
nơi gọi là stack nhãn (label stack). Stack nhãn được tổ chức theo nguyên tắc LIFO
(Last In First Out). Tại mỗi hop trong mạng chỉ xử lý nhãn hiện hành trên đỉnh
stack. Chính nhãn này sẽ được LSR sử dụng để chuyển tiếp gói. Mỗi entry nhãn có
thể được thêm vào (push) hoặc lấy ra (pop) khỏi stack nhãn.
1.5.6 Upstream và Downstream

Upstrem và downstream là các khái niệm then chốt để hiểu hoạt động của
sự phân phối nhãn và chuyển tiếp dữ liệu trong MPLS. Dữ liệu mà router định gửi
đi cho một mạng xác định gọi là downstream, còn việc cập nhập thông tin (giao
thức định tuyến hoặc phân phối nhãn) từ một router khác gọi là upstream. Có thể
hiểu là thông tin về nhãn của một router được chính nó gửi đi cho các LSR kế cận
được gọi là downstream. Còn thông tin định tuyến thì gọi là upstream.
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MPLS

Trang 15

Hình 1.4:Upstream và Downstream
1.6 Cấu trúc nút của MPLS
Một nút của MPLS có 2 mặt phằng: Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS và mặt
phẳng điều khiển MPLS. Nút MPLS có thể thực hiện định tuyến lớp 3 hoặc
chuyển mạch lớp 2.
Kiến trúc cơ bản của một nút MPLS như sau:

Hình 1.5 Cấu trúc nút MPLS