kỹ thuật lưu lượng trong mpls

ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

Lời nói đầu
Ngày nay, sự phát triển nhanh chóng các dịch vụ IP và sự bùng nổ Internet đã dẫn đến
một loạt thay đổi trong nhận thức kinh doanh của các nhà khai thác. Công nghệ thông
tin và viễn thông đang hội tụ sâu sắc và cùng đóng góp rất tích cực trong sự phát triển
kinh tế, xã hội toàn cầu. 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. Ngoài ra, cách tiếp cận này không thích hợp với
mạng nhiều Router và không thật hiệu quả trên một số mặt Yêu cầu đặt ra là cần có
một giao thức kết hợp được các ưu điểm của mô hình TCP/IP và ATM. Và các kỹ
thuật trong TCP/IP và ATM chính là cơ sở hình thành nên giao thức mạng mới MPLS
( Multi Protocol Label Switching )
Để Internet có ảnh hưởng sâu rộng như hôm nay không thể không kể đến sự phát
triển nhanh chóng của kỹ thuật, đặc biệt là chuyển mạch nhãn đa giao thức ( MPLS )
đã trở thành một kỹ thuật nền tảng quan trọng trong Internet. Công nghệ MPLS là kết
quả phát triển của 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. MPLS tách chức năng của IP thành hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói
tin và chức năng điều khiển. Bên cạnh đó, MPLS cũng hỗ trợ việc quản lý dễ dàng
hơn.Vì lí do đó nên chúng em chọn đề tài “ KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG
MPLS” .

NHÓM 8 – Đ09VTA2

1|Page

ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

Do thời gian và trình độ có hạn, nên chắc chắn những vấn đề được đề cập trong đề tài
sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự đóng góp của
Thầy .

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS)

1. Lịch sử phát triển của MPLS
Công nghệ MPLS lần đầu tiên được đưa ra bởi hãng Ipsilon, một công ty nhỏ,
trong triển lãm về công nghệ thông tin và viễn thông tại Texas. Một thời gian ngắn sau
đó, Cisco và một loạt các hãng lớn khác như IBM, Toshiba... công bố các sản phẩm
của họ sử dụng công nghệ chuyển mạch mới. Tuy được đặt dưới nhiều tên khác nhau,
các công nghệ này thực sự có cùng bản chất là công nghệ chuyển mạch dựa trên nhãn.
Khái niệm chuyển mạch nhãn xuất phát từ quá trình nghiên cứu hai thiết bị cơ
bản trong mạng IP: tổng đài chuyển mạch và bộ định tuyến. Chúng ta có thể thấy rằng
chỉ xét trong các yếu tố tốc độ chuyển mạch, phương thức điều khiển luồng, tỉ lệ giữa
giá cả và chất lượng thì tổng đài chuyển mạch chắc chắn tốt hơn nhiều so với bộ định
tuyến. Tuy nhiên, các bộ định tuyến có các chức năng định tuyến mềm dẻo mà tổng
đài không thể so sánh được. Do đó không thể không nghĩ rằng có thể có một thiết bị
có khả năng điều khiển luồng, tốc độ cao của tổng đài cũng như các chức năng định
tuyến mềm dẻo của bộ định tuyến. Đó là động cơ then chốt để phát triển chuyển mạch
nhãn.

NHÓM 8 – Đ09VTA2

2|Page

ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

Nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch nhãn là sử dụng một thiết bị tương tự như bộ
định tuyến để điều khiển thiết bị chuyển mạch phần cứng ATM, do vậy công nghệ này
có được tỉ lệ giữa giá thành và chất lượng có thể sánh được với tổng đài. Nó cũng có
thể hỗ trợ thậm chí rất nhiều chức năng định tuyến mới mạnh hơn như định tuyến
hiện. Công nghệ này do đó kết hợp một cách hoàn hảo ưu điểm của các tổng đài
chuyển mạch với ưu điểm của các bộ định tuyến, phát triển MPLS là khả thi trên một
giao thức mạng bất kỳ, ATM hay TCP/IP. Do đó, MPLS gọi là mạng chuyển mạch
nhãn đa giao thức.

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS
2. Các khái niệm cơ bản MPLS
2.1. MPLS là gì?

MPLS là viết tắt của “Multi-Protocol Label Switching”, tạm dịch là “Chuyển mạch
nhãn đa giao thức”. MPLS là một framework do IETF đưa ra , cung cấp thiết kế hiệu
quả cho việc định tuyến, chuyển tiếp, chuyển mạch cho luồng lưu lượng qua mạch.
MPLS cũng hoạt động tốt trên bất kỳ các giao thức lớp liên kết. Đây là một 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).
2.2. Vì sao chuyển mạch nhãn ra đời

NHÓM 8 – Đ09VTA2

3|Page


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

Ban đầu, công nghệ chuyển mạch nhãn ra đời nhằm cải thiện hiệu năng chuyển
tiếp gói tin của các bộ định tuyến lõi qua việc sử dụng các chức năng gán và phân
phối nhãn gắn với các dịch vụ định tuyến lớp mạng khác nhau. Nhằm giải quất một số
vấn đề đang được quan tâm hiện nay đối với công nghệ mạng nói chung và đối với
công nghệ chuyển mạch nhãn nói riêng, đó là: điều khiển định tuyến, tài nguyên
mạng, tính đơn giản, khả năng hệ thống, tốc độ và độ trễ.

- Tốc độ và độ trễ: Trễ trong quá trình chuyển tiếp gói tin chủ yếu là do quá trình
xử lý định tuyến gói tin. Mặc dù đã có nhiều cải tiến trong các quá trình tìm kiếm
bảng định tuyến nhưng tải lưu lượng trên bộ định tuyến luôn luôn lớn hơn khả năng
xử lý và dẫn đến kết quả là mất lưu lượng, mất đấu nối và giảm hiệu năng của toàn
mạng. Chuyển mạch nhãn với cơ chế chuyển tiếp gói tin khác so với cách chuyển tiếp
gói tin truyền thống sẽ giúp giải quyết được các vấn đề trên. Chuyển mạch nhãn thực
hiện gán nhãn cho các gói tin đầu vào và sử dụng nhãn để truy nhập vào bảng chuyển
tiếp tại bộ định tuyến như là một chỉ số của bảng. Quá trình này không đòi hỏi quá
nhiều quá trình tìm kiếm như thực hiện trong bảng định tuyến truyền thống mà nó chỉ
thực hiện duy nhất một truy nhập tới bảng. Kết quả là hoạt động này hiệu quả hơn và
vì vậy lưu lượng người sử dụng trong gói tin được gửi qua mạng nhanh hơn, giảm độ
trễ và thời gian đáp ứng tốt hơn cho các chuyển giao thông tin giữa các người sử
dụng với nhau.

NHÓM 8 – Đ09VTA2

4|Page


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

Hình 2: Khả năng giảm độ trễ của MPLS so với IP thông thường
Mỗi gói tin khi phải đi qua các nút mạng khác nhau và khi qua mỗi nút mạng , địa

chỉ đích trong gói tin được xác minh và tra trong bảng định tuyến để các bộ định tuyến
tìm ra đường đi phù hợp cho gói tin. Vì vậy, tùy thuộc và kích thước gói tin nhỏ hay
lớn, khả năng xử lý của bộ định tuyến cũng như lưu lượng gói tin mà trễ xảy ra nhiều
hay ít. Và với cơ chế chuyển tiếp gói tin nhanh thì chuyển mạch nhãn sẽ giải quyết
được vấn đề này.
-Nguyên tắc chuyển mạch nhãn : chuyển tiếp gói tin dựa vào nhãn của gói tin đó.
Giao thức này đã làm nên sự đơn giản trong các giao thức chuyển tiếp gói tin. Tuy
nhiên, cũng cần có các kỹ thuật để đảm bảo việc liên kết nhãn và đảm bảo tính tương
quan giữa các nhãn với luồng lưu lượng người sử dụng. Sau khi đã gắn nhãn vào dòng
lưu lượng người dùng thì hoạt động của chuyển mạch nhãn có thể nhúng vào trong
phần mềm.
- Tài nguyên sử dụng: các kỹ thuật được sử dụng để thiết lập nhãn không chiếm
nhiều tài nguyên của mạng, các cơ chế thiết lập tuyến đường chuyển mạch nhãn cho

NHÓM 8 – Đ09VTA2

5|Page


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

lưu lượng người dùng đơn giản là những tiêu chí đặt ra của việc thiết kế mạng chuyển
mạch nhãn. Ở phần sau của đề tài , vấn đề này sẽ được làm rõ hơn.
- Tăng khả năng hệ thống: ngoài khả năng chuyển các gói tin một cách nhanh
chóng thì chuyển mạch nhãn còn cung cấp mềm dẻo các tính năng khác nhau để tăng
khả năng xử lý lưu lượng người dùng trong mạng. Khi mà số lượng địa chỉ IP tăng lên
nhanh chóng theo từng ngày thì kích thước của bảng định tuyến của các bộ định tuyến
cũng ngày một tăng lên và nó làm chậm đi quá trình xử lý gói tin của bảng định tuyến,
thì chuyển mạch nhãn có cơ chế cho phép các địa chỉ này gắn với một hoặc vài nhãn,
việc này đã làm giảm kích thước của bảng địa chỉ và các bộ định tuyến có thể hỗ trợ

được nhiều người dùng hơn.
- Điều khiển định tuyến: Điều khiển định tuyến trong mạng internet được thực
hiện dựa trên địa chỉ IP (trong mạng Lan là địa chỉ MAC). Có rất nhiều thông tin cần
được lấy ra trong tiêu đề của gói IP này, ví dụ như: trường kiểu dịch vụ Ip (TOS), chỉ
số cổng,…làm mất nhiều thời gian để bộ định tuyến có thể xử lý. Tuy nhiên, định
tuyến theo địa chỉ đích là phương pháp chuyển tiếp gói tin được sử dụng phổ biến
nhất hiện nay. Phương pháp này chưa phải là phương pháp chuyển tiếp gói tin hiệu
quả nhất vì nó xảy ra các vấn đề như hiện tượng lặp vòng trên mạng, và sự khác nhau
về kiến trúc mạng sẽ làm trở ngại cho việc chuyển tiếp gói tin theo phương pháp này.
Một vần đề nữa được đặt ra là các nhà cung cấp thiết bị định tuyến khác nhau sử dụng
phương pháp định tuyến theo địa chỉ đích theo các cách riêng khác nhau: một số nhà
cung cấp cho phép người quản trị mạng chia sẻ lưu lượng, số khác thì dựa vào các
trường chức năng TOS, chỉ số cổng,….

NHÓM 8 – Đ09VTA2

6|Page


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

Hình 2.1 : Lớp chuyển tiêp gói trong IP
Chuyển mạch nhãn cho phép các bộ định tuyến chọn tuyến đầu ra theo nhãn.(dùng
định tuyến lớp 2). Chuyển mạch nhãn là một cách thức tốt để hướng lưu lượng tải theo
một đường dẫn mà không cần phải nhận hết toàn bộ thông tin từ giao thức định tuyến
Ip động dựa theo địa chỉ IP đích.
Định tuyến IP thường gắn với các giao thức chuyển mạch nhãn như FR, ATM
hoặc MPLS. Phương pháp định tuyến dựa trên Ip sử dụng các trường trong tiêu đề của
địa chỉ IP như TOS, chỉ số cổng, nhận dạng giao thức IP hoặc kích thước gói tin. Các
trường chức năng này cho phép mạng phân lớp dịch vụ thành các kiểu lưu lượng và

thường thực hiện việc này tại các nút đầu vào mạng. Các bộ định tuyến trong lớp lõi
sử dụng các bit đã xử lý ở các nút đầu vào mạng để quyết định xử lý luồng lưu lượng
đến, quá trình xử lý này có thể sử dụng các kiểu hàng đợi khác nhau. Định tuyến IP
cũng cho phép người quản lý mạng định tuyến ràng buộc.

Các chính sách dựa trên IP cho phép bộ định tuyến:





Đặt các giá trị ưu tiên vào trong tiêu đề gói tin IP.
Thiết lập bước kế tiếp cho gói tin.
Thiết lập giao diện ra cho gói tin.
Thiết lập bước kế tiếp cho gói tin khi không có hướng ra trong bảng định
tuyến.

NHÓM 8 – Đ09VTA2

7|Page


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

Chuyển mạch nhãn khác với các loại chuyển mạch khác ở chỗ nó là một kỹ thuật điều
khiển giao thức chuyển mạch IP theo kiểu topo.
Có nhiều tài liệu đề cập rằng Ip không có khả năng định tuyến theo chính sách và
định tuyến ràng buộc, điều đó là do dựa trên thực tế trên mạng internet có rất nhiều
mạng khác nhau và cũng có rất nhiều nhà cung cấp dịch vụ khác nhau và các nhà cung
cấp dịch vụ này không có sự thỏa thuận với nhau về các bit ưu tiên. Và đối với chuyển

mạch nhãn cũng vậy, nó chỉ trở nên thật sự hiệu quả khi mà các nhà điều hành mạng
có sự thống nhất với nhau về cách sử dụng nhãn như thế nào.
Điểm nổi bật của công nghệ MPLS là khả năng chuyển tiếp lưu lượng nhanh , đơn
giản, điều khiển phân luồng, định tuyến linh hoạt và tận dụng tài nguyên mạng. Nó kết
hợp những đặc điểm tốt nhất của chuyển mạch kênh trong ATM và chuyển mạch gói
trong IP, có khả năng chuyển tiếp gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến như bình
thường ở mạng biên. Khi các gói đi vào miền MPLS, chúng chuyển mạch đơn giản
bằng chuyển mạch nhãn. Các nhãn còn giúp xác định chất lượng dịch vụ mà các gói
nhận được. Khi chúng ra khỏi mạng thì các nhãn sẽ được cắt bỏ ở các router biên
mạng và được định tuyến như thông thường.

Hình 2.2 : Lớp chuyển tiếp gói trong MPLS
MPLS thực hiện những chức năng sau:
• Định quá trình quản lý lưu lượng luồng của các mạng khác nhau, như luồng
giữa các máy, phần cứng khác nhau hoặc thậm chí luồng giữa các ứng dụng
khác nhau.
NHÓM 8 – Đ09VTA2

8|Page


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

•
•

Định tuyến và chuyển mạch chỉ sử dụng LSR (Label Stack Router
Cung cấp cách thức để ánh xạ các địa chỉ IP thành các nhãn đơn giản có độ dài
không đổi được sử dụng bởi các công nghệ chuyển tiếp gói và chuyển mạch

gói khác nhau.
• Duy trì sự độc lập giũa lớp 2 và 3.
• Giữ được ưu điểm và các đặc tính của các giao thức IP(định tuyến) ATM
(chuyển mạch), Frame Relay.
•

Cung cấp khả năng QoS (Quality of service)

2.3. Miền MPLS (MPLS Domain)

Miền MPLS là “ một tập hợp các nút mạng thực hiện hoạt động định tuyến và
chuyển tiếp MPLS”. Các nút thuộc miền MPLS được gọi là các bộ định tuyến chuyển
mạch nhãn LSR (Label Switching Router). Ở chặng đầu tiên trong mạng MPLS,
router chuyển tiếp gói dựa vào địa chỉ đích, sau đó nó xác định nhãn thích hợp-giá trị
này được xác định cho một lớp chuyển tiếp tương đương FEC – gán nhãn cho gói và
chuyển nó tới nút tiếp theo. Ở chặng tiếp theo, router dùng giá trị của nhãn như một
chỉ mục của một bảng để xác định nhãn mới. LSR gán nhãn mới rồi chuyển gói đến
nút tiếp theo. Tuyến đường mà một gói nhãn đi qua được gọi là đường chuyển mạch
nhãn LSR (Label Switching Router).

Hình 2.1: Miền MPLS
NHÓM 8 – Đ09VTA2

9|Page


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

Miền MPLS được chia thành 2 phần: phần mạng lõi (core) và phần mạng biên
(edge). Các nút ở phần mạng lõi được gọi là transit-LSR hay core-LSR (thường cũng

được gọi tắt là LSR). Các nút ở biên được gọi là bộ định tuyến biên nhãn LER (Label
Edge Router).
LSR được chia thành 2 loại: LSR hướng lên (upstream LSR) và LSR hướng
xuống (dowmstream LSR), phụ thuộc vào chiều của luồng lưu lượng. Các tài liệu
MPLS thường dùng ký hiệu Ru để biểu thị cho upstream-LSR và dùng ký hiệu Rd để
biểu thị cho downstream-LSR.

Hình 2.2: Upstream và Downstream của LSR
2.4. Chuyển gói qua miền MPLS

Đối với mạng MPLS, cơ sở để chuyển tiếp gói tin không còn là IP header hay cell
header nữa, mọi sự chuyển mạch đều dựa trên nhãn. Gói tin IP khi đi từ ngoài mạng
vào trong miền MPLS sẽ được router LSR 1, đóng vai trò là một ingress-LER, gán
nhãn có giá trị là 22 rồi chuyển tiếp đến router LSR 2. Router LSR 2, đóng vai trò là
một LSR, dựa vào bảng hoán đổi nhãn để kiểm tra nhãn của gói tin. Nó thay giá trị
nhãn mới là 16 và chuyển tiếp đến router LSR 3. Tại router LSR 3 đóng vai trò
egress-LER sẽ kiểm tra trong bảng hoán đổi nhãn và gỡ bỏ nhãn 16 ra khỏi gói tin rồi
định tuyến gói IP một cách bình thường đi ra khỏi miền MPLS.

NHÓM 8 – Đ09VTA2

10 | P a g e


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

Hình 2.3 : Gói IP đi qua miền MPLS

Với phương pháp làm việc này, các LSR trung gian như router LSR 2 sẽ không
phải thực hiện kiểm tra toàn bộ header IP của gói tin mà nó chỉ việc kiểm tra các giá

trị của nhãn, so sánh trong bảng và chuyển tiếp. Vì vậy tốc độ xử lý trong miền MPLS
sẽ nhanh hơn nhiều so với định tuyến IP truyền thống. Đường đi từ router LSR 1 đến
router LSR 3 được gọi là đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path).
2.5. Ưu điểm và ứng dụng của MPLS
2.5.1.Đơn giản hóa chức năng chuyển tiếp.

MPLS sử dụng cơ chế chuyển tiếp căn cứ vào nhãn có độ dài cố định nên quyết
định chuyển tiếp có thể xác định ngay chỉ với một lần tra cứu chỉ mục trong LFIB. Cơ
chế này đơn giản và nhanh hơn nhiều so với giản thuật “ longest prefix match “ dùng
trong chuyển tiếp gói datagram thông thường.
2.5.2.Kỹ thuật lưu lượng

Ưu điểm lớn nhất của MPLS là ở khả năng thực hiện lưu lượng (TE-Trafic
Engineering ), nó đảm bảo lưu lượng được định tuyến đi qua một mạng theo một cách
thức tin cậy và hiệu quả nhất. Kỹ thuật lưu lượng cho phép các nhà cung cấp dịch vụ
(ISP) định tuyến lưu lượng theo cách họ có thể cung cấp dịch vụ tốt nhất cho khách
hàng ở khía cạnh thông lượng và độ trễ. MPLS-TE cho phép lưu lượng được phân bố
hợp lý qua toàn bộ hạ tầng mạng, tối ưu hóa hiệu suất sử dụng mạng.
NHÓM 8 – Đ09VTA2

11 | P a g e


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

2.5.3. 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 luồng 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.
2.5.4. Mạng riêng ảo VPN

VPN (Virtual Private Network) cho phép khách hàng thiết lập mạng riêng,
giống như thuê kênh riêng nhưng với chi phí thấp hơn nhiều, bằng cách sử dụng hạ
tầng mạng công cộng dùng chung. Kiến trúc MPLS đáp ứng tất cả các yêu cầu cần
thiết để hỗ trợ VPN bằng cách thiết lập các đường hầm LSP sử dụng định tuyến tường
minh. Do đó, MPLS sử dụng các đường hầm LSP, cho phép nhà khai thác cung cấp
dịch vụ VPN theo cách tích hợp trên cùng hạ tầng mà họ cung cấp dịch vụ Internet.
Hơn nữa, cơ chế xếp chồng nhãn cho phép cấu hình nhiều VPN lồng nhau trên cùng
hạ tầng mạng đó.
2.5.5. Kết nối cấu hình đa lớp:

Thông thường, phần lớn các nhà điều hành mạng cung cấp mô hình chồng lấn mà
ATM được sử dụng tại lớp 2 và IP được sử dụng tại lớp 3. Bằng việc sử dụng MPLS,
các nhà điều hành mạng có thể mang chức năng của mặt điều khiển ATM vào lớp 3,
do đó sẽ làm đơn giản hóa mạng và việc quản lý mạng.
2.5.6. Khả năng mở rộng (Scalability)

Chuyển mạch nhãn cung cấp một sự tách biệt toàn diện hơn giữa định tuyến
liên miền (inter-domain) và định tuyến nội miền (intra-domain). Điều này cải thiện
đáng kể khả năng mở rộng của các tiến trình định tuyến. Hơn nữa, khả năng mở rộng
của MPLS còn nhờ vào FEC (thu gom luồng), và xếp chồng nhãn để hợp nhất
(merging) hoặc lồng nhau (nesting) các LSP. Ngoài ra, nhiều LSP liên kết với các
FEC khác nhau có thể được trộn vào cùng một LSP. Sử dụng các LSP lồng nhau cũng
cải thiện khả năng mở rộng của MPLS.
NHÓM 8 – Đ09VTA2

12 | P a g e


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

2.5.7.Các ứng dụng đang triển khai :

- MPLS VPN: Nhà cung cấp dịch cụ có thể tạo VPN lớp 3 dọc theo mạng đường trục
cho nhiều khách hàng, chỉ dùng một cơ sở hạ tầng công cộng sẵn có, không cần các
ứng dụng encryption hoặc end-user.
- MPLS Traggic Engineer: Cung cấp khả năng thiết lập một hoặc nhiều đường đi để
điều khiển lưu lượng mạng và các đặc trưng thực thi cho một loại lưu lượng.
- MPLS QoS (Quality of service): Dùng QoS các nhà cung cấp dịch vụ có thể cung
cấp nhiều loại dịch vụ với sự đảm bảo tối đa về QoS cho khách hàng.

CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA MPLS
3. Cấu trúc MPLS
3.1. Các thành phần trong miền MPLS :

Một miền MPLS có hai phần:
•

Mặt phẳng chuyển tiếp ( Forwarding Plane )

NHÓM 8 – Đ09VTA2

13 | P a g e


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

•

Mặt phẳng điều khiển ( Control Plane). Tại đầu nút MPLS có thể thực hiện
định tuyến lớp ba hoặc chuyển mạch lớp hai

Hình 3: Mặt phẳng chuyển tiếp LSR và LSR biên trong MPLS
a) Mặt phẳng chuyển tiếp (Forwarding Plane)

Sử dụng cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB - Label Forwarding Information
Base) và (FIB – Forwarding Information Base) để chuyển tiếp các gói. Mỗi nút MPLS
có hai bảng liên quan đến việc chuyển tiếp nhãn là: Cơ sở thông tin nhãn (LIB - Label
Information Base) và LFIB.
•

LFIB ( Label Forward Information Base )

LFIB là bảng liệt kê các giá trị chứa trong nhãn ngõ vào được chọn lọc từ bản LIB
đem so sánh kết hợp với FIB. Mỗi thực thể con bao gồm một nhãn ngõ ra, giao tiếp
ngõ ra và địa chỉ hop kế tiếp. Các thực thể con trong một thực thể riêng lẻ có thể có
các nhãn ngõ ra giống hoặc khác nhau.

NHÓM 8 – Đ09VTA2

14 | P a g e


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

Hình 3.1 : Bản LFIB

•

FIB ( Forwarding Information Base )

FIB chứa các thông tin chuyển tiếp IP từ Router. Cơ sở thông tin chuyển tiếp (FIB)
cũng tương tự như một bảng định tuyến hoặc thông tin cơ bản. Nó tự động giữ một
bản sao của thông tin phản ánh chuyển tiếp chứa trong bảng định tuyến IP (RIB –
Router Information Base). Khi định tuyến hoặc topo thay đổi xảy ra trong mạng lưới,
các bảng chỉ IP định tuyến được cập nhật, và những thay đổi được phản ánh trong
FIB. FIB duy trì thông tin địa chỉ hop tiếp theo dựa trên thông tin trong bảng định
tuyến IP.

NHÓM 8 – Đ09VTA2

15 | P a g e


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

Hình 3.2 : Bản FIB

b) Mặt phẳng điều khiển ( Control Plane ) :

Hình 3.2 : mặt phẳng điều khiển LSR và LSR biên
•

RIB ( Router Information Base )

Tất cả các nút MPLS phải chạy một giao thức định tuyến IP để trao đổi thông tin định
tuyến đến các nút MPLS khác trong mạng.Các giao thức định tuyến Link-state như

NHÓM 8 – Đ09VTA2

16 | P a g e


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

OSPF và IS-IS là các giao thức được chọn vì chúng cung cấp cho mỗi nút MPLS
thông tin của toàn mạng.
•

LIB – LDP ( Label Information Base – Label Distribution Protocol )

Mặt phẳng điều khiển MPLS chịu trách nhiệm tạo ra nhờ giao thức LDP (Label
Distribution Protocol) và lưu trữ LIB. Trong các bộ định tuyến thông thường, bản
định tuyến IP dùng để xây dựng bộ lưu trữ chuyển mạch nhanh (Fast switching cache
– do Cisco xây dựng ) hoặc FIB. Tuy nhiên với MPLS, bản định tuyến IP cung cấp
thông tin của mạng đích và subnet prefix, thông tin liên kết nhãn chỉ được phân phối
giữa các bộ định tuyến nối trực tiếp với nhau bằng cách dùng giao thức phân phối
(LDP – Label Distribution Protocol) hoặc TDP (Giao thức của Cisco-Tag Distribution
protocol). Các nhãn được trao đổi giữa các nút MPLS kế cận để xây dựng nên LIB.

3.2. Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR – Label Switching Router )

LSR là thiết bị thực thi các điều khiển và thực hiện yêu cầu tháo gỡ nhãn trong miền
MPLS. Tuy vậy LSR còn có thể chuyển tiếp gói tin ở lớp 3.
LSR có hai loại:
•

LSR biên: nằm ở biên mạng MPLS, nơi này tiếp nhận hay gữi đi các gói tin
đến từ mạng khác ( IP/Fram relay..) các LSR biên gán hay bỏ nhãn cho gói tin

trong miền MPLS.
• LSR lõi : Các LSR này chính là bộ định tuyến lõi router (Core-Router) các
router này chỉ quan tâm đến các nhãn đưa vào và chọn nhãn thích hợp để thực
hiện chuyển mạch.

NHÓM 8 – Đ09VTA2

17 | P a g e


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

Hình 3.3 : Ví dụ về LSR biên và LSR lõi
3.2.1.Các giao thức định tuyến và phân phối nhãn trong MPLS :
•

LSP (Label Switching Protocol )

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

Hình 3.4: Đường chuyển mạch nhãn
Kiến trúc MPLS cho phép phân cấp các LSP, tương tự như ATM sử dụng VPI và
các VCI để tạo ra các phân cấp kênh ảo (VC) nằm trong đường ảo (VP). Tuy nhiên

ATM chỉ 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 thực thể nhãn trong ngăn xếp nhãn. Về lý
thuyết,giới hạn số lượng nhãn trong ngăn xếp phụ thuộc giá trị MTU (Maximum
Transfer Unit) của các giao thức lớp liên kết được dùng dọc theo một LSP.

NHÓM 8 – Đ09VTA2

18 | P a g e


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

•

Chế độ điều khiển LSP:

Khi một FEC ứng với một tiền tố địa chỉ được phân phối bởi định tuyến IP, việc thiết
lập mối kết hợp giữa các gán kết nhãn tại một LSR có thể thực hiện theo hai cách sau
đây:
•

Điều khiển độc lập

Khi mỗi LSR nhận dạng ra một FEC thì nó quyết định gán kết ngay một nhãncho FEC
đó và công bố luôn gán kết cho các đối tác phân phối nhãn (label
distribution peer). Điều này tương tự như định tuyến IP thông thường, ở đó mỗi bộ địn
h tuyến ra quyết định độc lập về nơi cần chuyển gói đi. Điều khiển độc lập có ưu điểm
là thiết lập nhanh vì việc kết nhãn diễn ra song song giữa nhiều cặp LSR và dòng lưu
lượng có thể bắt đầu truyền mà không cần đợi cho tất cả các gán kết nhãn thiết lập
xong.

Hình 3.5 : Chế độ điều khiển độc lập

•

Điều khiển tuần tự

NHÓM 8 – Đ09VTA2

19 | P a g e


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

Một bộ định tuyến đường xuống thực hiện kết nhãn cho một FEC và thông báo gán
kết đó chỉ nếu nó là LSR lỗi ra hoặc nếu nó nhận được một gán kết nhãn cho FEC đó
từ bộ định tuyến hướng đường xuống của nó. Việc thiết lập LSP tuần tự bắt đầu ở
LSR lối ra và diễn ra nối tiếp theo hướng ngược về LSR lối vào. Các LSP định tuyến
bắt buộc thì phải sử dụng kiểu điều khiển tuần tự và quá trình phân phối nhãn theo
chuỗi có thứ tự sẽ tạo ra thời gian trễ trước khi dòng lưu lượng đi trên LSP có thể bắt
đầu. Tuy nhiên, điều khiển tuần tự cũng cấp phương tiện tránh lặp và đạt được mức độ
hội tụ chắc chắn hơn.

Hình 3.6: Chế độ điều khiển tuần tự

•

Tính toán LSP ràng buộc

LSP cho một trung kế lưu lượng có thể khai báo tĩnh hoặc tính toán động. việc tính

toán sẽ xem xét các tài nguyên khả dụng, các thuộc tính liên kết và cả các trung kế
khác (vì vậy được gọi là tính toán đường ràng buộc). Kết quả của việc tính toán này là
tìm ra một chuỗi các địa chỉ IP đại diện cho các chặng trên đường LSP giữa đầu
nguồn và đầu đích của trung kế lưu lượng. Sau đó, thực hiện báo hiệu LSP và hoàn
thành việc thiết lập đường bằng giao thức báo hiệu cho MPLS như RSVP-TE. Tiến
trình tính toán đường đầu nguồn luôn được thực hiện tại đầu nguồn trung kế lưu lượng
và được kích hoạt do:
- Một trung kế mới xuất hiện.
- Một trung kế đang tồn tại nhưng thiết lập LSP thất bại.
- Tái tối ưu hóa một trung kế đang tồn tại
NHÓM 8 – Đ09VTA2

20 | P a g e


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

•

Giao thức phân phối nhãn (LDP –label Distrbutition protocol )

Nhóm nghiên cứu MPLS đã thực hiện đó là định nghĩa một số phương thức để trao
đổi thông tin nhãn giữa các LSRs. Giao thức LDP (Label Distribution Protocol) lả
giao thức chính và được vận hành nhiều nhất. Tuy nhiên, một số giao thức khác như
BGP (Border Gateway Protocol) hay RSVP-TE (Resource Reservation Protocol –
Traffic enginer) cũng có thể được dùng để trao đổi thông tin nhãn.
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 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.

Hình 3.7: Quan hệ giữa LDP với các giao thức khác
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
NHÓM 8 – Đ09VTA2

21 | P a g e


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

từ trong bất cứ một LSR (điều khiển đường chuyển mạch nhãn LSP độc lập) hay từ
LSR biên lối ra (điều khiển LSP theo lệnh) và chuyển từ LSR phía trước đến LSR bên
cạnh phía sau. Việc trao đổi các bản tin LDP có thể được khởi phát bởi sự xuất hiện
của luồng số liệu đặc biệt, bản tin lập dự trữ RSVP hay cập nhật 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 mối LSR ghép nhãn
đầu vào với nhãn đầu ra tương ứng trong LIB của nó.

•

Các tính chất cơ bản của giao thức phân phối nhãn LDP

Cung cấp cơ chế nhận biết LSR cho phép các LSR ngang cấp tìm kiếm nhau và thiết
lập kết nối.
•

Định nghĩa bốn lớp bản tin:

ƒ- Bản tin DISCOVERY: Thông báo, duy trì sự tồn tại của 1 LSR trên mạng (UDP)

ƒ- Bản tin Session: Thiết lập, duy trì, xóa các phiên giữa hai LSR (TCP).
ƒ- Bản tin ADVERTISEMENT: Tạo, thay đổi và xóa các kết hợp nhãn (TCP).
ƒ- Bản tin NOTIFICATION: Cung cấp thông tin trạng thái và thông tin lỗi tín hiệu,
(TCP).

NHÓM 8 – Đ09VTA2

22 | P a g e


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

Hình 3.10 : Một số giao thức phân phối nhãn trong MPLS

•

Thủ tục phát hiện LSR lân cận :

- Một LSR định kỳ gửi đi bản tin HELLO tới các cổng UDP đã biết trong tất cả các bộ
định tuyến trong mạng con của nhóm multicast.
- Tất cả các LSR tiếp nhận bản tinh HELLO này trên cổng UDP. Như vậy, tại một
thời điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có kết nối trực tiếp.
- Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lập kết
nối TCP đến LSR đó.

NHÓM 8 – Đ09VTA2

23 | P a g e

ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

- Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR. Phiên LDP là phiên hai chiều nghĩa là
mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi liên kết nhãn.

Hình 3.8 : Thủ tục phát hiện LSR lân cận

•

Các bản tin LDP

+ Dạng bản tin Initialization
Các bản tin thuộc loại này gửi đi khi bắt đầu một phiên LDP giữa 2 LSR để trao đổi
các tham số, các tùy chọn cho phiên. Các tham số này bao gồm:
- Chế độ phân bổ nhãn
- Các giá trị bộ định thời
- Phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa 2 LSR đó.
Cả 2 LSR đều có thể gửi các bản tin Initialization và LSR nhận sẽ trả lời bằng
KeepAlive nếu các tham số được chấp nhận. Nếu có một tham số nào đó không được
chấp nhận LSR trả lời thông báo có lỗi và phiên kết thúc.

+ Dạng bản tin KeepAlive
Các bản tin KeepAlive được gửi định kỳ khi không có bản tin nào được gửi để đảm
bảo cho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDP khác đang hoạt động tốt.
NHÓM 8 – Đ09VTA2

24 | P a g e


ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

Trong trường hợp không xuất hiện bản tin KeepAlive hay một số bản tin khác của
LDP trong khoảng thời gian nhất định thì LSR sẽ xác định đối phương hoặc kết nối bị
hỏng và phiên LDP bị dừng.
+ Dạng bản tin Label Mapping
Các bản tin Label Mapping được sử dụng để quảng bá liên kết giữa FEC (Prefix địa
chỉ) và nhãn. Bản tin Label Withdrawal thực hiện quá trình ngược lại: nó được sử
dụng để xóa bỏ liên kết vừa thực hiện. Bản tin này được sử dụng khi có sự thay đổi
trong cấu hình LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó.
+ Dạng bản tin Label Release
Bản tin này được sử dụng bởi LSR khi nhận được chuyển đổi nhãn mà nó không cần
thiết nữa. Điều đó thường xảy ra khi LSR giải phóng nhận thấy nút tiếp theo cho FEC
đó không phải là LSR quảng bá liên kết nhãn/FEC đó.
•

Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC – Forwarding Equivalence Classes)

Lớp chuyển tiếp tương đương FEC ( Forwarding Equivalence Classes ) được sử
dụng trong hoạt động chuyển mạch nhãn. FEC mô tả sự liên hệ giữa các gói với địa
chỉ đích người nhận cuối. . Nói cách khác, FEC là một nhóm các gói (ví dụ gói tin IP)
được chuyển tiếp trên cùng một đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path),
được đối xử theo cùng một cách thức và có thể ánh xạ vào một nhãn bởi một LSR cho
dù chúng có thể khác nhau về thông tin mào đầu (header) lớp mạng.
Lý do dùng phải dung FEC:
Trước tiên, 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. FEC cũng 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.
FEC được xác định duy nhất bằng việc sử dụng một nhãn. Đối với các lớp dịch
vụ khác nhau người ta sử dụng các FEC và các nhãn liên kết khác nhau. Với Internet,

NHÓM 8 – Đ09VTA2

25 | P a g e