Tiểu luận kỹ thuật chuyển mạch MPLS

Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
----------

TIỂU LUẬN
Kỹ thuật chuyển mạch MPLS

Giáo viên hướng dẫn:

Th.S Chu Tiến Dũng

5


Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU.......................................................................................................................6
GIỚI THIỆU..........................................................................................................................7
1. CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS.......................................................9
1.1. Định nghĩa:.......................................................................................................................9
1.2. Đặc điểm MPLS:...........................................................................................................10
1.3. Các thành phần cơ bản trong MPLS. ...........................................................................11
1.4. Đường chuyển mạch nhãn: ..........................................................................................12
1.5. Nhãn và các vấn đề liên quan ........................................................................................14
1.6. Hoạt động của MPLS: ...................................................................................................18
1.7. Kiến trúc ngăn xếp trong MPLS:...................................................................................20
2. ƯU ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA MPLS.......................................................................24
2.1. Ưu điểm của MPLS........................................................................................................24

2.2. Nhược điểm của MPLS..................................................................................................24
2.3. Ứng dụng của MPLS. ....................................................................................................24
KẾT LUẬN..........................................................................................................................26

LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây,cùng với việc bùng nổ Internet trên toàn cầu kéo theo
đó là các dịch vụ mới như truyền hình số đa phương tiện, video, xử lý ảnh đòi hỏi
băng thông ngày càng cao lên tới cỡ gigabyte với khoảng cách xa, mật độ cao độ rủi ro
thấp.
Nhưng các giao thức hiện nay không thể đáp ứng được nhu cầu đó.
Do đó xu thế tất yếu là cần phải có một giao thức mới ra đời nhằm thoả mãn các yêu
cầu trên.
Theo nghiên cứu thì các sợi quang với thuận lợi về băng thông (tần số sóng mang
cỡ 200 THz), trong lượng và kích thước nhỏ; hoàn toàn cách biệt về điện, không có
giao thoa cũng như suy hào về đường truyền thấp. Và những ưu điểm đó đã được phát
triển cho các ứng dụng rộng rãi trong mạng truyền dẫn hiện nay. Để tận dụng được
những ưu điểm trên thì việc phân luồng và gán bước sóng phù hợp cho tín hiệu đến và
6


Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

đi cho các tuyến trên sợi quang là công việc rất có ý nghĩa nhằm phát huy năng lực
tiềm tàng của sợi trong việc tăng dung lượng đường truyền.
Trên thế giới mạng ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Division
Multiplexing) đã được thương mại hoá từ năm 1996. Xu thế phát triển mạng hiện nay
ở Việt Nam là mục tiêu xây dựng mạng truyền tải toàn quang cho mạng thế hệ sau
NGN (Next Generation Network) dựa trên công nghệ WDM. Những lỗ lực phi thường
về công nghệ truyền dẫn quang trong đó tập trung vào nghiên cứu vấn đề công nghệ
mạng WDM trên thế giới hiện nay đang dần dần đáp ứng được nhu cầu tất yếu của

mạng. Có nhiều vấn đề cần phải được giải quyết trong mạng WDM nhằm ngày càng
hoàn thiện đặc tính mạng. Trong đó các vấn đề đó thì định tuyến và gán bước sóng
trong mạng quang nói chung và mạng WDM nói riêng được coi là một trong những kỹ
thuật quan trọng nhất và có tính sống còn. Một mặt kỹ thuật này cho phép xây dựng
được mạng truyền dẫn quang linh hoạt và đảm bảo thông suốt các lưu lượng tín hiệu
lớn. Mặt khác nó cho phép tận dụng băng tần của sợi quang trong khi vẫn đơn giản
hoá được rất nhiều cấu trúc mạng. Điều đó có tác động lớn tới việc xây dựng và bảo
dưỡng mạng rất có hiệu quả sau này.
Trong những năm gần đây ngành công nghiệp viễn thông đã và đang tìm một
phương pháp chuyển mạch có thể kết hợp ưu điểm của IP (như cơ cấu định tuyến) và
của ATM (như thông lượng chuyển mạch). Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức
MPLS (Multi Protocol Label Switching) 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.

GIỚI THIỆU
Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp viễn thông đã và đang tìm một
phương thức chuyển mạch có thể phối hợp ưu điểm của IP (như cơ cấu định tuyến) và
của ATM (như thông lượng chuyển mạch). Mô hình IP-over-ATM của IETF coi IP
như một lớp nằm trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con IP trên nền mạng ATM.
Phương thức tiếp cận xếp chồng này cho phép IP và ATM hoạt động với nhau mà
không cần thay đổi giao thức của chúng. Tuy nhiên, cách này không tận dụng được hết
khả năng của ATM. Ngồi ra, cách tiếp cận này không thích hợp với nhiều router và
không thật hiệu quả trên một số mặt. Tổ chức ATM-Forum, dựa trên mô hình này, đã
phát triển công nghệ LANE và MPOA. Các công nghệ này sử dụng các máy chủ để
chuyển đổi địa chỉ nhưng đều không tận dụng được khả năng đảm bảo chất lượng dịch
vụ của ATM.
7

Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

Công nghệ MPLS (MultiProtocol Label Switching) là kết quả phát triển của
nhiều công nghệ chuyển mạch IP (IP switching) sử dụng cơ chế chuyển gói của ATM
để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP.
Thiết bị CSR (Cell Switch Router) của Toshiba ra đời năm 1994 là tổng đài ATM đầu
tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM. Tổng đài IP của
Ipsilon về thực chất là một ma trận chuyển mạch ATM được điều khiển bởi khối xử lý
sử dụng công nghệ IP. Công nghệ Tag switching của Cisco cũng tương tự nhưng có bổ
sung thêm một số điểm mới như FEC (Forwarding Equivalence Class), giao thức phân
phối nhãn, v.v…
Từ những kết quả trên, nhóm làm việc về MPLS được thành lập năm 1997 với
nhiệm vụ phát triển một công nghệ chuyển mạch nhãn IP thống nhất mà kết quả của
nó là công nghệ MPLS.
MPLS tách chức năng của IP router ra làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển
gói tin và chức năng điều khiển:
- Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các IP router, sử
dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như của ATM. Trong MPLS, nhãn là một số có
độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng. Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất
là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và
nhãn mới của nó. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin theo kiểu
thông thường, do vậy cải thiện khả năng của thiết bị. Các router sử dụng thuật này
được gọi là LSR (Label Switching Router).
- Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp
mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển
thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch. MPLS có thể
hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác như : OSPF (Open Shortest
Path First) và BGP (Border Gateway Protocol). Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu
lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định nên việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các
tuyến là hồn tồn khả thi. Đây là một tính năng vượt trội của MPLS so với các giao

thức định tuyến cổ điển.
Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến (fast rerouting). Do MPLS là công
nghệ chuyển mạch hướng kết nối, khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền thường
cao hơn các công nghệ khác. Trong khi đó, các dịch vụ tích hợp mà MPLS phải hỗ trợ
lại yêu cầu chất lượng vụ cao. Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả
năng cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật
lý bên dưới.
Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến việc quản lý mạng được dễ
dàng hơn. Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồn thông tin, các gói tin thuộc
một FEC có để được xác định bởi giá trị của nhãn. Do vậy, trong miền MPLS. Các
thiết bị đo lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các gói tin. Lưu lượng đi
qua các đường chuyển nhãn (LSP) được giám sát một cách dễ dàng dùng RTFM
8


Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

(Real-time Flow Measurement). Bằng cách giám sát lưu lượng tại các LSR, nghẽn lưu
lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể được xác định nhanh
chóng. Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương thức này không đưa ra được tồn bộ
thông tin về chất lượng dịch vụ ( ví dụ như trễ từ điểm đầu đến điểm cuối của miền
MPLS). Việc đo trễ có thể được thực hiện bởi giao thức lớp 2. Để giám sát tốc độ của
mỗi luồng và đảm bảo các luồng lưu lượng tuân thủ tính chất lưu lượng đã được định
trước, hệ thống giám sát có thể dùng một thiết bị nắn lưu lượng. Thiết bị này sẽ cho
phép giám sát và đảm bảo tuân thủ tính chất lưu lượng mà không cần thay đổi các giao
thức hiện có.

1. CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS
1.1. Định nghĩa:

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 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).

9


Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

1.2. Đặc điểm MPLS:
1.2.1. Tốc độ và trễ:
Chuyển mạch nhãn nhanh hơn nhiều bởi vì giá trị nhãn được đặt ở header của gói
được sử dụng để truy nhập bảng chuyển tiếp tại router, nghĩa là nhãn được sử dụng để
tìm kiếm trong bảng. Việc tìm kiếm này chỉ yêu cầu một lần truy nhập tới bảng, khác
với truy nhập bảng định tuyến truyền thống việc tìm kiếm có thể cần hàng ngàn lần
truy nhập. Kết quả là lưu lượng người sử dụng trong gói được gửi qua mạng nhanh
hơn nhiều so với chuyển tiếp 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 gại mỗi node
giữa bên gửi và bên thu. Với gói là thoại thì 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 cung cấp các giải pháp cho sự phát
triển nhanh chóng và xây dựng các mạng lớn bằng việc cho phép một 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 router 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.
10


Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

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 phân lớp chính xác các phân
lớp lưu lượng (dựa trên các yêu cầu về QoS) khác nhau của dịch vụ.
1.3. Các thành phần cơ bản trong MPLS.
1.3.1. Các thiết bị trong mạng MPLS:
LSR là một thiết bị định tuyến tốc độ cao trong lõi của một mạng MPLS, nó
tham gia trong việc thiết lập các đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP) bằng việc sử
dụng giao thức báo hiệu nhãn thích ứng và thực hiện chuyển mạch tốc độ cao lưu
lượng số liệu dựa trên các đường dẫn được thiết lập.
LER là một thiết bị hoạt động tại biên của mạng truy nhập và mạng lõi MPLS. Các
LER hỗ trợ đa cổng được kểt nối tới các mạng không giống nhau (chẳng hạn FR, ATM và
Ethernet). LER đóng vai trò quan trọng trong việc chỉ định và huỷ bỏ nhãn, khi lưu lượng
vào trong hay đi ra khỏi mạng MPLS. Sau đó, tại lối vào nó thực hiện việc chuyển tiếp

lưu lượng vào mạng MPLS sau khi đã thiết lập LSP nhờ các giao thức báo hiệu nhãn và
phân bổ lưu lượng trở lại mạng truy nhập tại lối ra.

a. Miền MPLS (MPLS Domain).
RFC 3031 mô tả miền MPLS là “một tập hợp các nút mạng thực hiện hoạt động
định tuyến và chuyển tiếp MPLS”. Một miền MPLS thường được quản lý và điều
khiển bởi một nhà quản trị.

11


Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

- Hình 3.2.1: miền MPLS (MLPS Domain).
Miền được chia ra là hai phần: phần mạng lõi (Core) và phần mạng biên (Edge).
Các nút thuộc miền MPLS được gọi là Router chuyển mạch nhãn LSR (Label
Switching Router). Các nút thuộc mạng lõi được gọi là Transit_LSR hay Core_LSR.
Các nút ở biên gọi là LER (Label Edge Router).
Nếu một LER là nút đầu tiên trên đường đi của một gói đi qua miền MPLS thì nó
gọi là LER lối vào (Ingress_LER), còn nếu là nút cuối cùng thì nó gọi là LER lối ra
(Egress_LER). Lưu ý các thuật ngữ này được áp dụng theo chiều của luồng lưu lượng
trong mạng, do vậy một LER có thể là Ingress-LER vừa là Egress-LER tùy theo luồng
lưu lượng đang sét.

Ingress LER

LSR

Egress LER

Chieàu ñi cuûa goùi tin

- Hình 3.2.2: Ingress LER và Egress LER.
1.4. Đường chuyển mạch nhãn:
1.4.1. LSP: là một đường đi để gói tin qua mạng chuyển mạch nhãn trọn vẹn từ
điểm bắt đầu dán nhãn đến điểm nhãn bị loại bỏ khỏi gói tin. Các LSP được thiết lập
trước khi truyền dữ liệu.
Kiến trúc MPLS cho phép nâng cấp các LSP, tương tự như ATM sử dụng VPI và
VCI để tạo ra phân cấp kênh ảo (VC) nằm trong đường 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 được nhiều Entry nhãn trong Stack nhãn. Về lý thuyết, giới hạn
số lượng nhãn trong Stack phụ thuộc giá trị MTU (Maximum Transfer Unit) của các
giao thức liên kết được dùng dọc theo một LSR.

-

Hình 4.1: Phân cấp LSP trong MPLS.

1.4.2. Đường hầm LSP:

12


Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

LSP từ đầu tới cuối được gọi là đường hầm LSP, nó là chuỗi liên tiếp các đoạn
LSP giữa hai node kề nhau. Các đặc trưng của đường hầm LSP, chẳng hạn như phân
bổ băng tần, được xác định bởi sự thoả thuận giữa các node, nhưng sau khi đã thoả
thuận, node lối vào (bắt đầu của LSP) xác định dòng lưu lượng bằng việc chọn lựa
nhãn của nó. Khi lưu lượng được gửi qua đường hầm, các node trung gian không kiểm

tra nội dung của tiêu đề mà chỉ kiểm tra nhãn. Do đó, phần lưu lượng còn lại được
xuyên hầm qua LSP mà không phải kiểm tra. Tại cuối đường hầm LSP, node lối ra
loại bỏ nhãn và chuyển lưu lượng IP tới node IP.
Các đường hầm LSP có thể sử dụng để thực hiện các chính sách kỹ thuật lưu
lượng liên quan tới việc tối ưu hiệu năng mạng. Chẳng hạn, các đường hầm LSP có thể
được di chuyển tự động hay thủ công ra khỏi vùng mạng bị lỗi, tắc nghẽn, hay là node
mạng bị nghẽn cổ chai. Ngoài ra, nhiều đường hầm LSP song song có thể được thiết
lập giữa hai node, và lưu lượng giữa hai node đó có thể được chuyển vào trong các
đường hầm này theo các chính sách cục bộ.
Trong mạng MPLS các LSP được thiết lập bằng một trong ba cách đó là: Định
tuyến từng chặng, định tuyến hiện (ER) và định tuyến cưỡng bức (CR).
Một số khái niệm liên quan tới đường chuyển mạch nhãn là đường lên và đường
xuống.
Đường chuyển mạch nhãn được thiết lập từ Ingress LSR (dữ liệu đầu vào là gói
IP truyền thống, Ingress LSR sẽ ấn định nhãn cho gói thông tin này) đến Egress LSR
(sẽ gỡ bỏ nhãn cho gói dữ liệu khi đi ra khỏi miền MPLS). LSP được xây dựng bằng
các giao thức LDP (Lablel Distributed Protocol), RSVP(Resource Reservation
Protocol).
Một LSP nối từ đầu đến cuối gọi là đường hầm (LSP Tunnel), liên kết các đoạn
LSP giữa các nút.

-

Hình 4.2: Đường chuyển mạch nhãn LSP.

- Đường lên (Upstream): Hướng đi dọc theo đường dẫn từ đích đến nguồn. Một
router đường lên có tính chất tương đối so với một router khác, nghĩa là nó gần nguồn
hơn router được nói đến đó dọc theo đường dẫn chuyển mạch nhãn.
13

Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

- Đường xuống (Downstream): Hướng đi dọc theo đường dẫn từ nguồn đến đích.
Một router đường xuống có tính chất tương đối so với một router khác, nghĩa là nó gần
đích hơn router được nói đến đó dọc theo đường dẫn chuyển mạch nhãn.
Khái niệm UpStream và DownStream được hiểu biết trong hoạt động phân phối
nhãn và chuyển tiếp dữ liệu trong một miền MPLS và phụ thuộc vào chiều của luồng
dữ liệu.Ví dụ như hình dưới:

-

Hình 4.3: Upstream và Downstream.

1.5. Nhãn và các vấn đề liên quan
1.5.1. Nhãn, ngăn xếp nhãn, không gian nhãn
Tiêu đề MPLS: MPLS định nghĩa một tiêu đề có độ dài 32 bit, được đặt ngay sau
tiêu đề lớp 2 bất kì và trước một tiêu đề lớp 3.
Cấu trúc tiêu đề MPLS:
Link Layer
Header

MPLS SHIM

Network
Layer Header

Other Headers Layer and
Data

32 bits

20 bits

3 bits 1bit

8 bits
14


Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

Hình 5.1 Khuôn dạng tiêu đề nhãn
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): Có thể có hơn một nhãn với một gói. 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
chặng để tránh lặp vòng vô hạn. TTL cũng có thể được sử dụng khi các nhà điều hành
mạng muốn dấu cấu hình mạng nằm bên dưới.
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 .
Tiêu đề MPLS

Nhãn MPLS(20bit)

Nhãn#m

Nhãn#2

Nhãn#1

Gói IP

EXP

S

TTL

Gói IP

Hình 5.2 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.

15


Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

Mục đích ngăn xếp nhãn: tăng cường các dịch vụ (VPN, CoS), cho mở rộng
mạng (phân cấp) …

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 node.
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
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 node (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 node. Nghĩa là, node này
phải chỉ định không gian nhãn dọc theo tất cả các giao diện,
1.5.2. Ràng buộc FEC và 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: Label Information Base), 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.
1.5.3. Tạo, phân bổ, hợp nhất , duy trì và điều khiển nhãn

a. Tạo nhãn
Có một số phương pháp được sử dụng trong việc tạo nhãn:
16


Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

•Phương pháp dựa trên đồ hình (topology-based): sử dụng các giao thức định
tuyến thông thường như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Gateway
Protocol: Giao thức cổng đường biên).
•Phương pháp dựa trên yêu cầu (request-based): sử dụng điều khiển lưu lượng
dựa trên yêu cầu như RSVP (Resource Reservation Protocol: Giao thức dành trước tài
nguyên).
•
Phương pháp dựa trên lưu lượng (trafic-based): sử dụng sự tiếp nhận
của gói để phân bổ thông tin nhãn.
Các phương pháp dựa trên đồ hình và dựa trên yêu cầu là các ví dụ về các ràng
buộc nhãn điều khiển, trong khi phương pháp dựa trên lưu lượng là một ví dụ về các
ràng buộc dữ liệu.
1.5.4. Phân bổ nhãn
Kiến trúc MPLS không sử dụng một phương pháp báo hiệu riêng nào để phân bổ
nhãn. Các giao thức định tuyến đang tồn tại đã được tăng cường để mang thông tin
nhãn trong nội dung của giao thức:
•

LDP: ánh xạ các đích IP đơn hướng vào các nhãn.

•
nguyên.

RSVP, CP-LDP: được sử dụng cho kĩ thuật lưu lượng và đặt trước tài

•
Multicast độc lập giao thức: được sử dụng cho việc ánh xạ nhãn các
trạng thái đa hướng.
•

BGP: các nhãn bên ngoài (VPN).

1.5.5. Hợp nhất nhãn
Dòng lưu lượng đến từ các giao diện khác nhau có thể được kết hợp cùng nhau
và được chuyển mạch bằng cách sử dụng một nhãn chung nếu chúng đang đi qua
mạng hướng tới cùng một đích cuối cùng. Điều này được gọi là sự hợp nhất luồng hay
kết hợp các luồng.
Nếu mạng truyền tải nằm bên dưới là một mạng ATM, các LSR có thể sử dụng
hợp nhất đường ảo (VP) hay kênh ảo (VC).
1.5.6. Sự duy trì nhãn
MPLS định nghĩa cách xử lý các ràng buộc nhãn nhận được từ các LSR, mà các
LSR đó không phải là chặng kế tiếp với một FEC đã cho. Hai chế độ được định nghĩa:
•Bảo toàn (conservative): Trong chế độ này, các ràng buộc giữa một nhãn và
một FEC nhận được từ các LSR không là chặng kế tiếp cho một FEC cho trước bị
huỷ bỏ. Chế độ này dùng để một LSR duy trì số nhãn ít hơn. Đây là chế độ được
khuyến khích sử dụng cho các LSR ATM.
17

Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

•Tự do (liberal): Trong chế độ này, các ràng buộc giữa một nhãn và một FEC
nhận được từ các LSR không là chặng kế tiếp với một FEC cho trước được giữ
nguyên. Chế độ này cho phép tương thích nhanh hơn với các thay đổi cấu hình và cho
phép chuyển mạch lưu lượng tới các LSP khác trong trường hợp có sự thay đổi.
1.5.7. Điều khiển nhãn
MPLS định nghĩa các chế độ cho việc phân bổ nhãn tới các LSR lân cận như sau:
•Độc lập (Independent): Trong chế độ này, một LSR nhận dạng một FEC nào đó
và ra quyết định ràng buộc một nhãn với một FEC một cách độc lập để phân bổ ràng
buộc đến các thực thể đồng mức của nó. Các FEC mới được nhận dạng bất cứ khi nào
các tuyến (route) trở nên rõ ràng với router.
•Có thứ tự (ordered): Trong chế độ này, một LSR ràng buộc một nhãn với một
FEC nào đó nếu và chỉ nếu nó là router lối ra hay nó đã nhận được một ràng buộc nhãn
cho FEC từ LSR chặng kế tiếp của nó. Chế độ này được khuyến nghị sử dụng cho các
LSR ATM.
1.6. Hoạt động của MPLS:
Khi một gói tin vào mạng MPLS: LSR lối vào kiểm tra nhiều trường trong tiêu
đề của gói để xác định xem gói thuộc FEC nào:
 Nếu chưa có một ràng buộc nhãn/FEC thì: gói được phân loại gói tin vào
trong các FEC, sau đó nhãn được ánh xạ vào trong FEC. Nhiệm vụ ấn định và phân bổ
các ràng buộc FEC/nhãn cho các LSR do LDP đảm nhiệm.Khi LDP hoàn thành nhiệm
vụ , một LSP được xây dựng từ lối vào đến lối ra.
 Nếu đã có một ràng buộc nhãn/FEC thì: LSR lối vào gán nhãn cho gói và
định hướng gói tới giao diện đầu ra tương ứng.
Sau đó gói được hoán đổi nhãn qua mạng cho đến khi nó đến LSR đầu ra. Lúc
này nhãn được loại bỏ và gói được xử lý tại lớp 3.
Các lớp trên
Mặt phẳng
điều khiển

Mặt phẳng
chuyển tiếp

Duy trì tuyến

Định tuyến

Lựa chọn cổng ra
Nhận gói đầu vào

Các cổng đầu vào

Chuyển
mạch

Phát gói đầu ra
Các cổng đầu ra

18


Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

Hình 6.1 Xử lý gói
Như vậy, với một gói dữ liệu để đi qua một miền MPLS, cần phải thực hiện các
bước sau:
• Tạo và phân bổ nhãn.
• Tạo bảng tại mỗi router.
• Tạo các đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP).
• Chèn/tìm kiếm bảng nhãn.

• Chuyển tiếp gói.
Phân tích cụ thể các bước như sau:
1.6.1. Tạo & phân bổ nhãn:
Trước khi lưu lượng bắt đầu, các router quyết định để ràng buộc một nhãn với
một FEC xác định và xây dựng bảng của chúng.
Trong LDP, các router đường xuống khởi tạo sự phân bổ các nhãn và ràng buộc
nhãn/FEC.
Ngoài ra, các đặc tính liên quan đến lưu lượng và khả năng MPLS được thoả
thuận bằng việc sử dụng LDP.

Hình 6.1 Hoạt động của mạng MPLS
1.6.2. Tạo bảng :
Tại phía nhận các ràng buộc nhãn, mỗi LSR tạo các lối vào trong cơ sở thông tin
nhãn (LIB : Label Information Base).
19


Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

Nội dung của bảng sẽ xác định ánh xạ giữa một nhãn và một FEC.
Ánh xạ giữa cổng vào và bảng nhãn đầu vào tới cổng ra và bảng nhãn đầu ra.
Các lối vào được cập nhật bất cứ khi nào sự tái đàm phán về ràng buộc nhãn xảy
ra.
1.6.3. Tạo đường dẫn chuyển mạch nhãn :
Như được biểu diễn bằng đường ngắt quãng trong hình 6.1, các LSP được tạo ở
phương ngược lại với sự tạo các lối vào trong các LIB.
1.6.4. Chèn/tìm kiếm bảng nhãn :
Router đầu tiên (LER1 trong hình 6.1) sử dụng bảng trong LIB để tìm chặng kế
tiếp và yêu cầu một nhãn cho FEC xác định.
Các router lần lượt sử dụng nhãn để tìm chặng kế tiếp.

Mỗi lần gói chạm tới LSR lối ra (LER4), nhãn được xoá bỏ và gói được cung cấp
cho đích.
1.6.5. Chuyển tiếp gói :
LER1 có thể không có nhãn nào cho gói này khi đó là lần đầu tiên xảy ra yêu cầu
này. Trong một mạng IP, nó sẽ tìm sự phù hợp địa chỉ dài nhất để tìm chặng kế tiếp.
Cho LSR1 là chặng kế tiếp của LER1. LER1 sẽ khởi tạo một yêu cầu nhãn chuyển tới
LSR1.
Yêu cầu này sẽ phát thông qua mạng. Mỗi router trung gian sẽ nhận một nhãn từ
router phía sau nó bắt đầu từ LER2 và đi lên trên cho đến LER1. LSP được thiết lập
bằng cách sử dụng LDP hay bất kì giao thức báo hiệu nào khác. Nếu kĩ thuật lưu
lượng được yêu cầu, CR-LDP sẽ được sử dụng trong việc quyết định thiết lập đường
dẫn thực sự để chắc chắn yêu cầu QoS/CoS được tuân thủ.
LER1 sẽ chèn nhãn và chuyển tiếp gói tới LSR 1.
Mỗi LSR lần lượt, nghĩa là LSR2 và LSR3, sẽ kiểm tra nhãn với các gói nhận
được, thay thế nó với các nhãn đầu ra và chuyển tiếp nó.
Khi gói tới LER4, nó sẽ xoá bỏ nhãn bởi vì gói sẽ rời khỏi miền MPLS và được
phân phát tới đích.
1.7. Kiến trúc ngăn xếp trong MPLS:
Từ việc phân tích hoạt động MPLS như trên ta có thể chia MPLS ra thành các
thành phần cơ bản sau:
•Các giao thức định tuyến (IP) lớp mạng.
•Chuyển tiếp biên của lớp mạng.
•Chuyển tiếp dựa trên nhãn mạng lõi.
20


Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

•Lược đồ nhãn.
•Giao thức báo hiệu để phân bố nhãn.

•Kĩ thuật lưu lượng.
•Khả năng tương thích với các lược đồ chuyển tiếp lớp 2 khác nhau (ATM, FR,
PPP: Point to Point Protocol).
Routing

LDP

CR LDP

TCP

UDP

IP Fwd

LIB

MPLS Fwd

PHY

Hình7.1 Ngăn xếp giao thức MPLS
Trong đó:
•
Module định tuyến: có thể là bất cứ giao thức nào trong các giao thức
công nghiệp phổ biến. Phụ thuộc vào môi trường hoạt động, module định tuyến có thể
là OSPF, BGP hay PNNI của ATM, etc…
•Module LDP: sử dụng TCP để truyền dẫn tin cậy các dữ liệu điều khiển từ LSR
này đến LSR khác trong suốt một phiên. LDP cũng duy trì LIB. LDP sử dụng UDP
trong suốt quá trình khám phá của nó về trạng thái hoạt động. Trong trạng thái này,

LSP cố gắng nhận dạng các phần tử lân cận và cũng như sự có mặt của chính các tín
hiện của nó với mạng. Điều này được thực hiện thông qua trao đổi gói hello.
•
IP Fwd: là module chuyển tiếp IP cổ điển, nó tìm kiếm chặng kế tiếp
bằng việc so sánh để phù hợp với địa chỉ dài nhất trong các bảng của nó. Với MPLS,
điều này được thực hiện chỉ bởi các LER.
• MPLS Fwd: là module chuyển tiếp MPLS, nó so sánh một nhãn với một cổng
đầu ra và chọn sự phù hợp nhất với một gói đã cho.
21


Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

• Các lớp được biểu diễn trong hộp với đường gãp khúc có thể được thực hiện
bằng phần cứng để hoạt động nhanh và có hiệu quả.
1.7.1. Hoạt động trong mặt phẳng chuyển tiếp :
FEC là một tập con các gói căn cứ theo một số thông tin trong Header IP được
dùng bởi FIB. Một FEC được dùng thường dựa theo luật “Longest Prefix Match” trên
địa chỉ địch. Ví dụ: các địa chỉ IP so trùng 16 bit đầu có dạng “a.b.*.*” (trong đó *
biểu thị cho giá trị hợp lệ bất kì) được biễu diễn là “a.b/16” cho FEC đầu tiên trong
bảng FIB. FEC còn có thể căn cứ bổ sung theo các trường khác nhau trong Header IP
như ToS hay Diffserv. FIB sử dụng FEC để xác định ra giao tiếp đi đến hop kế cho các
gói IP, cách thực hiện giống như các Router cổ điển.

- Hình 7.1: Hoạt động trong mặt phẳng chuyển tiếp.
Cho các ví dụ từng hoạt động LFIB ở hình 2-16. Phần ILM (Incoming Lable
Map) của LFIB thao tác trên một gói có nhãn và ánh xạ một nhãn vào (Incoming
Lable) tới một tập các entry NHLFE. ILM được thể hiện trong hình bởi các cột IN-IF
và IN-LBL, nhưng cũng có thể là một bảng riêng rẽ cho một giao tiếp, FTN ( FEC-toNHLFE) của FIB ánh xạ một FEC tới một tập hợp gồm một hoặc nhiều NHLFE. Như
ví dụ trong hình, nhãn A được gán (push) lên các gói IP thuộc FEC”d.e/16”. Lưu ý là

ILM hoặc FTN có thể ánh xạ tới nhiều NHLFE, chẳng hạn chế để dùng trong cân bằng
tải.
1.7.2. Gỡ nhãn ở Hop áp cuối PHP (Penultimate Hop Popping)
Một tối ưu hóa quan trọng mà MPLS hỗ trợ là tránh việc tra cứu nhãn (Lable
Lookup) phải xử lý ở Egress-LER trong trường hợp một gói đi trên một LSR mà yêu
22


Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

cầu tra cứu IP (IP lookup) tiếp ngay sau đó. Ơû trong hình 23, một gói tin đến có nhãn
A được gỡ nhãn (Pop) và chuyển sang FIB để tra cứu tiếp trên Header IP. Để tránh
việc xử lý phát sinh thêm này, MPLS định nghĩa một tiến trình gọi là gỡ nhãn ở Hop
áp cuối PHP (Penultimate Hop Popping), trong đó Router áp cuối trên LSP sẽ gỡ nhãn
thay vì Egress-LER phải làm việc đó. Nhờ vậy cắt giảm được việc xử lý ở Router cuối
cùng trên LSP.
- Ví dụ hoạt động chuyển tiếp gói.
Trong ví dụ này thể hiện đường đi và hoạt động chuyển tiếp được thực hiện ở
mỗi nút cho 2 LSP là LSP-1 và LSP-2.
LSP-1 bắt đầu từ LER E1, tại đó có một gói IP đến với địa chỉ đích là “a.b.c.d”
LER E1 kiểm tra bảng FIB của nó và xác định rằng gói này thuộc về FEC “ a.b.c/24”,
nó gán nhãn A lên gói và xuất ra trên giao tiếp số 2. Tiếp theo, LSR S1 thấy có gói gắn
nhãn A đến giao tiếp số 1, LFIB của nó chỉ thị rằng gói sẽ xuất ra trên giao tiếp số 4 và
nhãn sẽ được thay thế bằng nhãn D. Gói có nhãn đi ra trên giao tiếp số 4 trên LSR S1
nối đến giao tiếp số 1 trên LSR S4.

- Hình 2-18: chuyển tiếp gói trong MPLS.
Vì LSR S4 là Hop áp cuối của LSP-1 nên thao tác được chỉ thị trong LFIB của
nó là gỡ nhãn (pop) và gởi gói đi ra trên giao tiếp số 4. Cuối cùng, ở đích là LER E4,
entry FIB thao tác trên FEC”a.b.c/24” và chuyển phát gói đến hop kế trên giao tiếp ra

số 3.
Đối với ví dụ ở LSP-2, các entry trong FIB và LFIB cũng được thể hiện tương tự
như đã trình bày đối với LSP-1.

23


Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

2. ƯU ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA MPLS.
2.1. Ưu điểm của MPLS.
- Tích hợp các chức năng định tuyến, đánh địa chỉ, điều khiển, v.v… để tránh
mức độ phức tạp của NHRP, MPOA và các công nghệ khác trong IPOA truyền thống.
- Có thể giải quyết vấn đề độ phức tạp và nâng cao khả năng mở rộng đáng kể.
- Tỉ lệ giữa chất lượng và giá thành cao.
- Nâng cao chất lượng. Có thể thực hiện rất nhiều chức năng định tuyến mà các
công nghệ trước đây không có khả năng, như định tuyến hiện, điều khiển lặp, v.v…
Khi định tuyến thay đổi dẫn đến khóa một đường nào đó, MPLS có thể dễ dàng
chuyển mạch luồng dữ liệu sang một đường mới. Điều này không thể thực hiện được
trong IPOA truyền thống.
- Sự kết hợp giữa IP và ATM cho phép tận dụng tối đa thiết bị, tăng hiệu quả đầu
tư.
- Sự phân cách giữa các đơn vị điều khiển với các đơn vị chuyển mạch cho phép
MPLS hỗ trợ đồng thời MPLS và B-ISDN truyền thống. Và để thêm các chức năng
mạng sau khi triển khai mạng MPLS, chỉ đòi hỏi thay đổi phần mềm đơn vị điều
khiển.
2.2. Nhược điểm của MPLS.
- Hỗ trợ đa giao thức sẽ dẫn đến các vấn đề phức tạp trong kết nối.
- Khó thực hiện hỗ trợ QoS xuyên suốt trước khi thiết bị đầu cuối người sử dụng
thích hợp xuất hiện trên thị trường.

- Việc hợp nhất các kênh ảo đang còn tiếp tục nghiên cứu. Giải quyết việc chèn
tế bào sẽ chiếm nhiều tài nguyên bộ đệm hơn. Điều này chắc chắn sẽ dẫn đến phải đầu
tư vào công việc nâng cấp phần cứng cho các thiết bị ATM hiện tại.
2.3. Ứng dụng của MPLS.
2.3.1. Kỹ thuật lưu lượng:
Ưu điểm lớn nhất của MPLS là ở khả năng thực hiện kỹ thuật lưu lượng (TE:
traffic Engineering), nó đảm bảo lưu lượng được định tuyến đi qua một mạng theo một
cách thức tin cậy và đảm bảo hiệu quả nhất. Kỹ thuật lưu lượng cho phép các ISP định
tuyến lưu lượng theo cách họ có thể cung cấp dịch vụ tốt nhất cho khách hàng ở khía
24


Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

cạnh thông lượng và độ trễ. MPLS-TE cho phép lưu lượng được phân bố hợp lý qua
tồn bộ hạ tầng mạng, tối ưu hóa hiệu suất sử dụng mạng.
2.3.2. Định tuyến QoS từ nguồn:
Định tuyến Qos từ nguồn là một cơ chế trong đó các LSR được xác định trước ở
nút nguồn (LSR lối vào) dựa vào một số thông tin về độ khả dụng tài nguyên trong
mạng cũng như yêu cầu Qos của lưu lượng. Nói cách khác, nó là một giao thức định
tuyến có mở rộng chỉ tiêu chọn đường để bao gồm các tham số như băng thông khả
dụng, việc sử dụng link và đường dẫn end-to-end, độ chiếm dụng tài nguyên của nút,
độ trễ và biến động trễ.
BẢNG SO SÁNH GIỮA CÁC CÔNG NGHỆ:
Công
IP
nghệ
Bản chất - Là một giao thức
công
chuyển mạch gói có

nghệ
độ tin cậy và khả
năng mở rộng cao.
- Do phương thức
định tuyến theo từng
chặng nên điều
khiển lưu lượng rất
khó thực hiện.
Ưu điểm
- Đơn
giản,
hiệu quả

Nhược
điểm

-

Không hổ trợ
QoS

ATM

MPLS

- Sử dụng gói tin
có chiều dài cố
định 53byte gọi là
tế bào (cell).
-Nguyên tắc định

tuyến: chuyển đổi
VPI/VCI.
- Nền tảng phần
cứng tốc độ cao.
-Tốc độ chuyển
mạch cao, mềm
dẻo, hổ trợ QoS
theo yêu cầu

-Tích hợp ATM và IP.
-Chuyển gói tin trên cơ sở nhãn
qua các đường chuyển mạch
nhãn LSP.
-Có thể áp dụng trên nhiều môi
trường mạng khác nhau như IP,
ATM, Ethernet, FR….

- Giá thành cao,
không mềm dẻo
trong
hổ
trợ
những ứng dụng
IP, VoA

- Tích hợp các chức năng định
tuyến, đánh địa chỉ, điều khiển.
- Khả năng mở rộng tốt.
- Tỉ lệ giữa chất lượng và giá
thành cao.

- Kết hợp giữa IP và ATM cho
phép tận dụng tối đa thiết bị,
nâng cao hiệu quả đầu tư.
- Sự phân tách giữa điều khiển
và chuyển mạch cho phép
MPLS được triễn khai trên
nhiều phương tiện.
- Hổ trợ đa giao thức dẫn đến
phức tạp trong kết nối.
- Khó thực thi QoS xuyên suốt
cho đến khi thiết bị đầu cuối
thích hợp cho người sử dụng
xuất hiện trên thị trường.
- Việc hợp nhất các kênh ảo
25


Tiểu luận Công nghệ mạng viễn thông

còn đang tiếp tục nghiên cứu.
Giải quyết việc chèn tế bào sẻ
chiếm nhiều tài nguyên bộ đệm
hơn, dẫn đến cần phải nâng cấp
cho các thiết bị ATM hiện tại.

KẾT LUẬN
Như vậy, trong tiểu luận này chúng ta đã tìm hiểu về công nghệ MPLS, các khái
niệm, tổ chức và hoạt động cơ bản của công nghệ này. Có thể thấy rằng, công nghệ
MPLS được thiết kế ban đầu chỉ nhằm mục đích tăng hiệu năng của chuyển mạch lớp
3, nhưng sau đó những lợi ích mà MPLS đem lại còn hơn cả mục đích ban đầu thiết

kế.
MPLS được dùng rất hữu hiệu cho các mạng đa dịch vụ, tích hợp các mạng kế
thừa, kỹ thuật lưu lượng, bảo vệ path/link, hỗ trợ QoS và CoS, tăng cường khả năng
mở rộng của IP và đặc biệt là các ứng dụng trong mạng riêng ảo. MPLS có thể hỗ trợ
cung cấp mạng riêng ảo ở cả lớp 2 và lớp 3.

26