Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
Lời nói đầu
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. Lưu lượng lớn nhất hiện
nay trên mạng trục là lưu lượng IP. Giao thức IP thống trị toàn bộ các giao thức lớp
mạng, hệ quả là tất cả các xu hướng phát triển công nghệ lớp dưới đều hỗ trợ cho IP.
Nhu cầu thị trường cấp bách cho mạng tốc độ cao với chi phí thấp là cơ sở cho một
loạt các công nghệ mới ra đời, trong đó có MPLS.
Trong 5 năm gần đây là khoảng thời gian mà công nghệ MPLS đã chứng minh được
tính ứng dụng thực tiễn các tính năng vượt trội của nó so với các công nghệ chuyển
mạch truyền thống khác như ATM.
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.
Do thời gian và trình độ có hạn, nên chắc chắn những vấn đề được đề cập trong
đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự lượng thứ và ý
kiến đóng góp của các thầy, cô cũng như những ai quan tâm.
Trong quá trình học tập tại trường đại học Bách Khoa Hà Nội và thực hiện đồ án
tốt nghiệp, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã trực tiếp và gián tiếp giúp đỡ em
hoàn thành tốt chương trình học tập. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo
Thạc sĩ Nguyễn Khắc Kiểm đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án tốt
nghiệp này.
Hà Nội, ngày tháng năm 2009
Sinh viên
Bùi Quang Thái
1
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
Tóm tắt đồ án
MPLS đã được lựa chọn để đơn giản hoá và tích hợp mạng trong mạng lõi. Nó cho

phép các nhà khai thác giảm chi phí, đơn giản hoá việc quản lý lưu lượng và hỗ trợ
các dịch vụ Internet. Quan trọng hơn cả, nó là một bước tiến mới trong việc đạt mục
tiêu mạng đa dịch vụ với các giao thức gồm di động, thoại, dữ liệu …
Tập đoàn BCVT Việt Nam đã lựa chọn IP/MPLS làm công nghệ cho lớp chuyển tải
mạng NGN đang triển khai trên phạm vi toàn quốc. Một trong những ưu điểm lớn
nhất của MPLS là ở khả năng thực hiện kỹ thuật lưu lượng.
Đề tài tốt nghiệp được chia thành 4 chương với những nội dung chính như sau:
• Chương 1 - Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS: Giới thiệu tổng quan
công nghệ MPLS, các khái niệm cơ bản, kiến trúc chức năng và cơ chế hoạt
động của MPLS.
• Chương 2 - Định tuyến và báo hiệu MPLS: Trình bày các kỹ thuật định tuyến
được hỗ trợ bởi MPLS , các chế độ báo hiệu và một số giao thức báo hiệu
phân phối nhãn của MPLS .
• Chương 3 – Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS: Trình bày các khái niệm và mục
tiêu
• của kỹ thuật lưu lượng, khả năng và các cơ chế thực hiện kỹ thuật lưu lượng
MPLS. Các vấn đề bảo vệ khôi phục đường - một trong những nhiệm vụ của
kỹ thuật lưu lượng cũng được trình bày trong chương này.
• Chương 4 – Mô phỏng MPLS – TE và đánh giá.
2
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
SUMMARIZED DESIGN
MPLS is chosen in order to simplify and integrate network in core-network . It allows
the operators lower their cost and simply in management traffic , support
Internet’services. The most importance , it’s the new move to multi-service included
mobile , voice , data .
Corporation BCVT Vietnam has applied technology MPLS network for the next
NGN which being operated over country. One of most advantage of MPLS is traffic
engineering .
With the theme: " Traffic enginneering in MPLS ’’the content of project including 4

chapters will in turn present the basic issues and trffic engineering of MPLS network
• Chapter 1 : The multi protocol label switching MPLS : Overview of MPLS ,
basic define , fuction and performance of MPLS .
• Chapter 2 : Routing and signalling in MPLS :Present routing mechanism used
by MPLS , the signalling modes and somes distribution label protocol .
• Chapter 3 : Traffic engineering in MPLS : Present the define , ambition of
MPLS techonogy and the mechanism to operate the taffic engineering of
MPLS. The problem about protection and repair road – most important
mission of trffic engineering is presented in this chapter.
• Chapter 4 : Simulation MPLS-TE and summary.
3
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
Mục lục
Lời nói đầu..................................................................................................................................1
Tóm tắt đồ án..............................................................................................................................2
Mục lục.......................................................................................................................................4
Các hình vẽ sử dụng trong luận văn...........................................................................................7
DANH MỤC BẢNG BIỂU........................................................................................................8
Các Thuật Ngữ Viết Tắt.............................................................................................................9
Chương 1: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS............................................11
1.1 Tổng quan.......................................................................................................................11
1.1.1 Tính thông minh phân tán.......................................................................................12
1.1.2 MPLS và mô hình tham chiếu OSI.........................................................................13
1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS................................................................................14
1.2.1 Miền MPLS (MPLS domain)..................................................................................14
1.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC)......................................................................16
1.2.3 Nhãn và Stack nhãn.................................................................................................16
1.2.4 Hoán đổi nhãn (Label Swapping)...........................................................................17
1.2.5 Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path).........................................17
1.2.6 Chuyển gói qua miền MPLS...................................................................................18

1.3 Mã hóa nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS.........................................................19
1.3.1 Mã hóa stack nhãn...................................................................................................19
1.3.2 Chế độ Frame..........................................................................................................20
1.3.3 Chế độ Cell..............................................................................................................21
Chương 2:ĐỊNH TUYẾN VÀ BÁO HIỆU MPLS..................................................................22
2.1 Định tuyến trong MPLS.................................................................................................22
2.1.1 Định tuyến ràng buộc (Constrain-based Routing)..................................................23
2.1.2 Định tuyến tường minh (Explicit Routing).............................................................24
2.2 Các chế độ báo hiệu MPLS............................................................................................24
2.2.1 Chế độ phân phối nhãn............................................................................................24
2.2.2 Chế độ duy trì nhãn.................................................................................................26
2.2.3 Chế độ điều khiển LSP............................................................................................27
2.2.4 Các giao thức phân phối nhãn MPLS ....................................................................28
2.3 Giao thức LDP (Label Distribution Protocol)................................................................29
2.3.1 Hoạt động của LDP.................................................................................................29
2.3.2 Cấu trúc thông điệp LDP.........................................................................................30
4
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
2.3.3 Các bản tin LDP......................................................................................................32
2.3.4 LDP điều khiển độc lập và phân phối theo yêu cầu...............................................34
2.4 Giao thức CR-LDP (Constrain-based routing LDP)......................................................35
2.4.1 Mở rộng cho định tuyến ràng buộc.........................................................................35
2.4.2 Thiết lập một CR-LSP (Constrain-based routing LSP)..........................................35
2.5 Giao thức RSVP-TE (RSVP Traffic Engineering)........................................................37
2.5.1 Các bản tin thiết lập dự trữ RSVP...........................................................................37
2.5.2 Các bản Tear Down, Error và Hello của RSVP-TE...............................................38
2.5.3 Thiết lập tuyến tường minh điều khiển tuần tự theo yêu cầu.................................39
2.5.4 Giảm lượng overhead làm tươi RSVP....................................................................40
2.6 Giao thức BGP................................................................................................................41
2.6.1 BGPv4 và mở rộng cho MPLS...............................................................................41

2.6.2 Kết nối MPLS qua nhiều nhà cung cấp dịch vụ.....................................................42
2.7 Tổng kết chương.............................................................................................................44
Chương 3:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS.............................................................................44
3.1 Kỹ thuật lưu lượng (Traffic Engineering)......................................................................44
3.1.1 Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng............................................................44
3.1.2 Các lớp dịch vụ dựa trên nhu cầu QoS và các lớp lưu lượng.................................45
3.1.3 Hàng đợi lưu lượng.................................................................................................46
3.1.4 Giải thuật thùng rò và thùng token..........................................................................49
3.1.5 Giải pháp mô hình chồng phủ (Overlay Model).....................................................51
3.2 MPLS và kỹ thuật lưu lượng..........................................................................................52
3.2.1 Khái niệm trung kế lưu lượng (traffic trunk)..........................................................52
3.2.2 Đồ hình nghiệm suy (Induced Graph)....................................................................53
3.2.3 Bài toán cơ bản của kỹ thuật lưu lượng trên MPLS...............................................53
3.3 Trung kế lưu lượng và các thuộc tính............................................................................53
3.3.1 Các hoạt động cơ bản trên trung kế lưu lượng.......................................................54
3.3.2 Thuộc tính tham số lưu lượng (Traffic Parameter)................................................54
3.3.3 Thuộc tính lựa chọn và quản lý đường (chính sách chọn đường)..........................54
3.3.4 Thuộc tính ưu tiên / lấn chiếm (Priority/Preemption)............................................56
3.3.5 Thuộc tính đàn hồi (Resilience)..............................................................................56
3.3.6 Thuộc tính khống chế (Policing).............................................................................56
3.4 Các thuộc tính tài nguyên...............................................................................................57
3.4.1 Bộ nhân cấp phát cực đại (maximum allocation multiplier)..................................57
3.4.2 Lớp tài nguyên (Resource-Class)............................................................................57
3.4.3 TE Metric.................................................................................................................58
3.5 Tính toán đường ràng buộc............................................................................................58
5
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
3.5.1 Quảng bá các thuộc tính của link............................................................................58
3.5.2 Tính toán LSP ràng buộc (CR-LSP).......................................................................59
3.5.3 Giải thuật chọn đường.............................................................................................60

3.5.4 Ví dụ về chọn đường cho trung kế lưu lượng.........................................................60
3.5.5 Tái tối ưu hóa (Re-optimization)............................................................................63
3.6 Bảo vệ và khôi phục đường............................................................................................63
3.6.1 Phân loại các cơ chế bảo vệ khôi phục...................................................................64
3.6.2 Mô hình Makam......................................................................................................65
3.6.3 Mô hình Haskin (Reverse Backup).........................................................................66
3.6.4 Mô hình Hundessa...................................................................................................66
3.6.5 Mô hình Shortest -Dynamic....................................................................................67
3.6.6 Mô hình Simple -Dynamic......................................................................................67
3.6.7 Mô hình Simple -Static...........................................................................................68
3.7 Tổng kết chương.............................................................................................................68
Chương 4 : Mô phỏng MPLS và đánh giá...............................................................................69
4.1.Tổng quan về NS2..........................................................................................................69
4.1.1 Giới thiệu.................................................................................................................69
4.1.2 Download và install NS-2 và NAM........................................................................69
4.1.3 Chạy chương trình NS-2 và NAM..........................................................................75
4.2.Kiến trúc của NS2..........................................................................................................76
4.2.1 Giới thiệu.................................................................................................................76
4.2.2 C++ và OTcl............................................................................................................78
4.2.3 Các đặc tính của NS-2.............................................................................................81
4.3.Giới thiệu các phần mềm dùng kết hợp với NS2...........................................................82
4.3.1 NAM........................................................................................................................82
4.3.2 NSCRIPT.................................................................................................................86
4.3.3 Topology Generator................................................................................................89
4.3.4 Trace Data Analyzers..............................................................................................90
4.4.Mô phỏng khôi phục đường theo cơ chế Shortest – Dynamic......................................96
4.4.1.Mô hình....................................................................................................................96
4.4.2.Thực hiện và kết quả...............................................................................................97
4.4.3.Nhận xét...................................................................................................................98
Kết luận.....................................................................................................................................99

Tài liệu tham khảo..................................................................................................................100
Phụ lục....................................................................................................................................101
6
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
Các hình vẽ sử dụng trong luận văn
Hình 1.1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI..........................................................................13
Hình 1.2: So sánh giữa chuyển tiếp IP và chuyển tiếp MPLS................................................14
Hình 1.3: Miền MPLS..............................................................................................................15
Hình 1.4: Upstream và downstream LSR................................................................................15
Hình 1.5: Lớp chuyển tiếp tương đương trong MPLS.............................................................16
Hình 1.6 : Stack nhãn................................................................................................................17
Hình 1.7:Đường chuyển mạch nhãn MPLS.............................................................................17
Hình 1.8 : Phân cấp LSP trong MPLS......................................................................................18
Hình 1.9 : Gói IP đi qua mạng MPLS......................................................................................18
Hình 1.10: Định dạng một entry trong stack nhãn MPLS......................................................19
Hình 1.11 : Shim header...........................................................................................................21
Hình 1.12 : Nhãn trong chế độ cell ATM................................................................................21
Hình 1.13 : Encapsulation gói có nhãn trên link ATM............................................................22
Hình 2.1: Một ví dụ định tuyến ràng buộc...............................................................................23
Hình 2.2: Phân phối nhãn không cần yêu cầu..........................................................................25
Hình 2.3: Phân phối nhãn theo yêu cầu....................................................................................25
Hình 2.4: Duy trì nhãn tự do.....................................................................................................26
Hình 2.5: Duy trì nhãn bảo thủ.................................................................................................27
Hình 2.6: Điều khiển độc lập....................................................................................................27
Hình 2.7: Điều khiển tuần tự....................................................................................................28
Hình 2.8 : Vùng hoạt động của LDP........................................................................................29
Hình 2.9: Trao đổi thông điệp LDP..........................................................................................30
Hình 2.10: LDP header.............................................................................................................31
Hình 2.11: Format thông điệp LDP..........................................................................................31
Hình 2.12: Ví dụ LDP chế độ điều khiển độc lập theo yêu cầu.............................................34

Hình 2.13: Thiết lập LSP với CR-LDP...................................................................................36
Hình 2.14: Thiết lập LSP với RSVP-TE.................................................................................39
Hình 2.15 : Nội dung bản tin BGP Update..............................................................................42
Hình 2.16 : BGP phân phối nhãn qua nhiều Autonomous System..........................................43
Hình 3.1 : Nhiều luồng cho mỗi lớp lưu lượng........................................................................47
Hình 3.2 : Hàng đợi CQ............................................................................................................48
Hình 3.4: Giải thuật thung rò....................................................................................................49
Hình 3.5: Giải thuật thùng token..............................................................................................50
7
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
Hình 3.6: Mô hình chồng phủ ( Overlay mode )......................................................................51
Hình 3.7 : Các trung kế lưu lượng............................................................................................53
Hình 3.8: Một ví dụ băng thông dự trữ cho từng mức ưu tiên................................................57
Hình 3.9: Minh họa cho cách dùng bit Affinity và Resource-Class........................................58
Hình 3.10: Băng thông khả dụng ứng với từng mức ưu tiên...................................................59
Hình 3.11: Xem xét các rằng buộc khống chế.........................................................................61
Hình 3.12: Xem xét tài nguyên khả dụng.................................................................................62
Hình 3.13: Chọn đường tốt nhất...............................................................................................62
Hình 3.14: Mô hình Makam.....................................................................................................65
Hình 3.15: Mô hình Haskin......................................................................................................66
Hình 3.16: Mô hình Shortest – Dynamic.................................................................................67
Hình 3.17: Mô hình Simple – Dynamic..................................................................................68
Hình 4.1: Kiến trúc thư mục cài đặt của NS-2 và NAM trong môi trường Linux..................75
Hình 4.2: Tổng quan về NS dưới góc độ người dùng..............................................................76
Hình 4.3: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS........................................................78
Hình 4.4: TclCL hoạt động như liên kết giữa A và B..............................................................79
Hình 4.5: Mô tả các công cụ của NAM....................................................................................84
Hình 4.6: Bốn thành phần cơ bản của Nscript GUI.................................................................88
Hình 4.7: Giao diện đồ họa người dùng của Xgraph...............................................................93
Hình 4.8 : Cửa sổ Graphs.........................................................................................................95

Hình 4.9 : Cửa sổ Network Imformation.................................................................................96
Hình 4.10 : Mô hình mạng mô phỏng......................................................................................96
Hình 4.11 :Đồ thị kết quả mô phỏng........................................................................................97
Hình 4.12 : Kết quả mô phỏng.................................................................................................98
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 : Các chế độ của các giao thức phân phối nhãn MPLS............................................28
Bảng 2.2: Các loại bản tin LDP................................................................................................31
Bảng 3.1 : Các lớp dịch vụ lưu lượng......................................................................................46
8
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
Các Thuật Ngữ Viết Tắt
Từ viết tắt Từ đầy đủ Chú giải tiếng Việt
AAL ATM Adapter Layer Lớp tương thích ATM
ACL Access Control List Danh sách điều khiển truy cập
AS Autonomous System Hệ thống tự trị
ASBR Autonomous System Border
Router
Bộ định tuyến biên hệ thống tự trị
ATM Asynchronous Transfer Mode Cơ chế truyền tải không đồng bộ
BGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng miền
CE Customer Edge Thiết bị biên của mạng người dùng
CEM Circuit Emulation Service over
MPLS
Dịch vụ mô phỏng kênh trên MPLS
CEP Circuit Emulation over Packet Mô phỏng kênh trên gói
CoS Class of Service Lớp dịch vụ
DLCI Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nối lớp kênh dữ liệu
EGP External Gateway Protocol Giao thức định tuyến liên miền
FEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tương đương
FR Frame Relay Chuyển mạch khung

GRE Generic RoutingEncapsulation Giao thức đóng gói định tuyến
chung
HDLC High-level Data Link Control Điều khiển liên kết dữ liệu mức cao
HEC Header Error Controller Điều khiển lỗi tiêu đề
ID Identifier Nhận dạng
IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong miền
IP Internet Protocol Giao thức Internet
IPLS IP-Only Private LAN Service Dịch vụ LAN thuê riêng trên nền IP
IP-Sec Internet Protocol Security Giao thức an ninh Internet
ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet
L2F Layer 2 Forwarding Giao thức chuyển tiếp lớp 2
L2TP Layer 2 Tunneling Protocol Giao thức đường hầm lớp 2
LAC L2TP Access Concentrator Bộ tập trung truy cập L2TP
9
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn
LER Label Edge Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
biên
LNS L2TP Network Server Máy chủ mạng L2TP
LSP Label Switching Path Đường chuyển mạch nhãn
LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
M2M Multipoint-to-Multipoint Đa điểm tới đa điểm
MD Multicast Domain Miền đa điểm
MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức
MPLS-TE MPLS-Traffice Engineering Kỹ thuật lưu lượng
MT Multicast Tunnel Đường hầm đa điểm
MTI Multicast Tunnel Interface Giao diện đường hầm đa điểm
MVPN Multicast VPN VPN đa điểm
MVRF Multicast VRF VRF đa điểm

NAS Network Access Server Máy chủ truy cập mạng
NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp
OSPF Open Shortest Path First Giao thức đường đi ngắn nhất đầu
tiên
PAC PPTP Access Concentrator Bộ tập trung truy cập PPTP
PE Provider Edge Thiết bị biên của mạng nhà cung
cấp
PNS PPTP Network Server Máy chủ mạng PPTP
POP Point of Presence Điểm truy cập truyền thống
PPP Point to Point Tunneling
Protocol
Giao thức đường hầm điểm tới
điểm
PVC Permanent Virtual Circuit Kênh ảo cố định
PW Pseudowire Dây giả
QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ
RD Route Distinguisher Thuộc tính phân biệt tuyến
RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên
RT Route Target Thuộc tính tuyến đích
SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ
10
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
SDU Service Data Unit Đơn vị dữ liệu dịch vụ
SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ
SP Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ
TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn
TDP Tag Distribution Protocol Giao thức phân phối thẻ
UDP User Datagram Protocol Giao thức lược đồ dữ liệu
VC Virtual Circuit Kênh ảo
VCI Virtual Circuit Identifier Nhận dạng kênh ảo

VLLS Virtual Leased Line Service Dịchvụ đường dây thuê riêng ảo
VP Virtual Path Đường ảo
VPDN Virtual Private Dial Network Mạng quay số riêng ảo
VPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảo
VPLS Virtual Private LAN Service Dịch vụ LAN riêng ảo
VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo
VPWS Virtual Private Wire Service Dịch vụ đường dây riêng ảo
VR Virtual Router Bộ định tuyến ảo
VRF VPN Routing and Forwarding Bảng định tuyến và chuyển tiếp
VPN
Chương 1: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC
MPLS

1.1 Tổng quan
MPLS là viết tắt của “Multi-Protocol Label Switching”. Thuật ngữ multi-protocol để
nhấn mạnh rằng công nghệ này áp dụng được cho tất cả các giao thức lớp mạng chứ
không chỉ riêng có IP, MPLS có thể hoạt động với các giao thức khác IP như là IPX,
ATM, Fram Relay…. 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).
11
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
1.1.1 Tính thông minh phân tán
Trong mạng chuyển mạch kênh, tính thông minh chủ yếu tập trung ở mạng
lõi (core). Tất cả những thiết bị thông minh nhất đều đặt trong mạng lõi như các tổng
đài toll, transit, MSC… Các thiết bị kém thông minh hơn thì đặt ở mạng biên (edge),
ví dụ như các tổng đài nội hạt, truy nhập…
Trong mạng gói IP, tính thông minh gần như chia đều cho các thiết bị trong mạng.
Tất cả các router đều phải làm hai nhiệm vụ là định tuyến và chuyển mạch. Đây là ưu
điểm nhưng cũng là nhược điểm của IP.

Quan điểm của MPLS là tính thông minh càng đưa ra biên thì mạng càng
hoạt động tốt. Lý do là những thành phần ở mạng lõi phải chịu tải rất cao.
Thành phần mạng lõi nên có độ thông minh thấp và năng lực chuyển tải cao. MPLS
phân tách hai chức năng định tuyến và chuyển mạch: Các router ở biên thực hiện
định tuyến và gắn nhãn (label) cho gói. Còn các router ở mạng lõi chỉ tập trung làm
nhiệm vụ chuyển tiếp gói với tốc độ cao dựa vào nhãn. Tính thông minh được đẩy ra
ngoài biên là một trong những ưu điểm lớn nhất của MPLS. Do MPLS hỗ trợ việc
điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định, việc đảm bảo chất lượng
dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi. Đây là một điểm vượt trội của MPLS so
với các định tuyến cổ điển.
Tóm lại, MPLS là một công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng. Với tính chất
cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ của
mạng IP truyền thống. Bên cạnh đó, thông lượng của mạng sẽ được cải thiện một
cách rõ rệt.
12
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
1.1.2 MPLS và mô hình tham chiếu OSI
Hình 1.1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI
MPLS được xem như là một công nghệ lớp đệm (shim layer), nó nằm trên lớp 2
nhưng dưới lớp 3, vì vậy đôi khi người ta còn gọi nó là lớp 2,5.
13
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
Hình 1.2: So sánh giữa chuyển tiếp IP và chuyển tiếp MPLS
Nguyên lý của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được gắn nhãn (label) và được chuyển
tiếp theo một đường dẫn LSP (Label Switched Path). Các router trên đường dẫn chỉ
căn cứ vào nội dung của nhãn để thực hiện quyết định chuyển tiếp gói mà không cần
phải kiểm tra header IP.
1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS
1.2.1 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.
14
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
Hình 1.3: Miền MPLS
Miền MPLS được chia thành 2 phần: phần mạng lõi (core) và phần mạng
biên (edge). Các nút thuộc miền MPLS được gọi là router chuyển mạch nhãn LSR
(Label Switch Router). Các nút ở phần mạng lõi được gọi là transit-LSR hay
core- SR (thường được gọi tắt là LSR). Các nút ở biên được gọi là router biên nhãn
LER (Label Edge Router).
Nếu một LER là nút đầu tiên trên đường đi của một gói xuyên qua miền MPLS thì nó
được gọi là LER lối vào (ingress-LER), còn nếu là nút cuối cùng thì nó được gọi là
LER lối ra (egress-LER). Lưu ý là các thuật ngữ này được áp dụng tùy theo chiều của
luồng lưu lượng trong mạng, do vậy một LER có thể là ingress-LER vừa là egress-
LER tuỳ theo các luồng lưu lượng đang xét.
Hình 1.4: Upstream và downstream LSR
Thuật ngữ upstream-LSR và downstream-LSR cũng được dùng, 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.
15
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
1.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC)
Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class) là một tập hợp
các gói được đối xử như nhau bởi một LSR. Như vậy, FEC là một nhóm các gói IP
được chuyển tiếp trên cùng một đường chuyển mạch nhãn LSP, 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 header lớp mạng. Hình dưới cho thấy cách xử lý này.
Hình 1.5: Lớp chuyển tiếp tương đương trong MPLS
1.2.3 Nhãn và Stack nhãn
RFC 3031 định nghĩa nhãn là “một bộ nhận dạng có độ dài ngắn và cố định, mang ý

nghĩa cục bộ dùng để nhận biết một FEC”. Nhãn được “dán” lên một gói để báo cho
LSR biết gói này cần đi đâu. Phần nội dung nhãn có độ dài 20 bit không cấu trúc, như
vậy số giá trị nhãn có thể có là 220 (hơn một triệu giá trị). Giá trị nhãn định nghĩa chỉ
mục (index) để dùng trong bảng chuyển tiếp.
Một gói lại có thể được “dán chồng” nhiều nhãn, các nhãn này chứa trong một nơi
gọi là stack nhãn (label stack). Stack nhãn là một tập hợp gồm một hoặc nhiều entry
nhãn tổ chức theo nguyên tắc FIFO. 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.
16
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
Hình 1.6 : Stack nhãn
Nếu gói tin chưa có nhãn thì stack nhãn là rỗng (độ sâu của stack nhãn bằng 0). Nếu
stack có chiều sâu là d thì mức 1 sẽ ở đáy stack (bit S trong entry nhãn đặt lên 1) và
mức d sẽ ở đỉnh của stack. Một entry nhãn có thể được đặt thêm vào (push) hoặc lấy
ra (pop) khỏi stack.
1.2.4 Hoán đổi nhãn (Label Swapping)
Hoán đổi nhãn là cách dùng các thủ tục để chuyển tiếp gói. Để chuyển tiếp gói có
nhãn, LSR kiểm tra nhãn trên đỉnh stack và dùng ánh xạ ILM (Incoming Label Map)
để ánh xạ nhãn này tới một entry chuyển tiếp nhãn NHLFE (Next Hop Label
Forwarding Entry). Sử dụng thông tin trong NHLFE, LSR xác định ra nơi để chuyển
tiếp gói và thực hiện một tác vụ trên stack nhãn. Rồi nó mã hóa stack nhãn mới vào
gói và chuyển gói đi.
Chuyển tiếp gói chưa có nhãn cũng tương tự nhưng xảy ra ở ingress-LER. LER
phải phân tích header lớp mạng để xác định FEC rồi sử dụng ánh xạ FTN (FEC-to-
NHLFE) để ánh xạ FEC vào một NHLFE.
1.2.5 Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path)
Đường chuyển mạch nhãn LSP là một đường nối giữa router ngỏ vào và router ngỏ
ra, được thiết lập bởi các nút MPLS để chuyển các gói đi xuyên qua mạng. Đường
Hình 1.7:Đường chuyển mạch nhãn MPLS
17

Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
dẫn của một LSP qua mạng được định nghĩa bởi sự chuyển đổi các giá trị nhãn ở các
LSR dọc theo LSP bằng cách dùng thủ tục hoán đổi nhãn. Khái niệm LSP
tương tự như khái niệm mạch ảo (VC) trong ATM.
Kiến trúc MPLS cho phép phân 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 lớp liên kết được dùng dọc theo một LSP.
Hình 1.8 : Phân cấp LSP trong MPLS
1.2.6 Chuyển gói qua miền MPLS
Sau đây là một ví dụ đơn giản minh họa quá trình truyền gói IP đi qua miền MPLS.
Gói tin IP khi đi từ ngoài mạng vào trong miền MPLS được router A đóng vai trò là
Hình 1.9 : Gói IP đi qua mạng MPLS
18
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
một ingress-LER sẽ gán nhãn có giá trị là 6 cho gói IP rồi chuyển tiếp đến router B.
Router B dựa vào bảng hoán đổi nhãn để kiểm tra nhãn của gói tin. Nó thay giá trị
nhãn mới là 3 và chuyển tiếp đến router C. Tại C, việc kiểm tra cũng tương tự như ở
B và sẽ hoán đổi nhãn, gán cho gói tin một nhãn mới là 9 và tiếp tục được
đưa đến router D.
Router D đóng vai trò egress-LER sẽ kiểm tra trong bảng hoán đổi nhãn và gỡ bỏ
Hình 1.10: Định dạng một entry trong stack nhãn MPLS
nhãn 9 ra khỏi gói tin rồi định tuyến gói IP một cách bình thường đi ra
khỏi miền MPLS. Với kiểu làm việc này thì các LSR trung gian như router B và C 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 A đến router D được gọi là đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched

Path).
1.3 Mã hóa nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS
1.3.1 Mã hóa stack nhãn
Khi nhãn được gắn lên gói, bản thân giá trị nhãn 20 bit sẽ được mã hoá cùng với một
số thông tin cộng thêm để phụ trợ trong quá trình chuyển tiếp gói để hình thành một
entry nhãn. Hình 10 minh họa định dạng một entry nhãn trong stack nhãn.
19
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
Nhóm 32 bit ở hình trên là một entry trong stack nhãn, trong đó phần giá trị nhãn
thực sự chỉ có 20 bit. Tuy nhiên người ta thường gọi chung cho cả entry 32 bit nói
trên là một nhãn. Vì vậy khi thảo luận về nhãn cần phân biệt là đang xem xét giá trị
nhãn 20 bit hay nói về entry 32 bit trong stack nhãn. Phần thông tin 12 bit cộng thêm
gồm các trường sau đây:
EXP (một số tài liệu gọi là CoS - Class of Service ) – Gồm 3 bit, có thể là một hàm
của trường TOS (Type of Service) hoặc Diffserv trong gói IP. Đa số các nhà sản xuất
sử dụng các bit này để mang chỉ thị QoS, thường là copy trực tiếp từ các bit TOS
trong gói IP. Khi gói MPLS vào hàng đợi, có thể sử dụng các bit EXP theo cách
giống như các bit ưu tiên trong IP.
S – Gồm 1 bit, chỉ thị đáy của stack nhãn. Khi một nhãn nằm ở đáy stack nhãn, thì bit
S đặt lên 1; còn các nhãn khác có bit S đặt về 0. Bit S là phương tiện để xác định đáy
của stack nhãn nằm ở đâu.
TTL – Gồm 8 bit, thường là copy trực tiếp từ trường TTL của header IP, được giảm
đi 1 qua mỗi hop để chặn loop định tuyến giống như IP. Tuy nhiên, các bit TTL cũng
có thể được đặt khác với TTL trong gói IP, thường dùng khi nhà khai thác mạng
muốn che giấu topology mạng MPLS.
MPLS có thể hoạt động ở các chế độ: chế độ frame và chế độ cell.
1.3.2 Chế độ Frame
Các kỹ thuật lớp 2 như Ethernet, Token Ring, FDDI, PPP không có trường nào phù
hợp trong header của frame có thể mang nhãn. Vì vậy, stack nhãn sẽ được chứa trong
header chêm (shim header). Shim header được “chêm” vào giữa header lớp liên kết

và header lớp mạng, như trong hình 11. Đỉnh stack nằm liền sau header lớp 2 và đáy
stack nằm liền trước header lớp mạng.
20
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
Hình 1.11 : Shim header
Router gởi frame phải có cách để báo cho router nhận biết rằng frame này có chứa
shim header, cách thức này khác nhau giữa các kỹ thuật lớp 2. Ethernet sử dụng cặp
giá trị ethertype 0x8847 và 0x8848 để chỉ thị frame đang mang gói MPLS unicast và
multicast tương ứng. PPP sử dụng NCP (Network Control Program) sửa đổi
gọi là MPLSCP (MPLS Control Protocol) và đánh dấu tất cả các gói có chứa shim
header bằng giá trị 0x8281 trong trường PPP Protocol.
1.3.3 Chế độ Cell
Chế độ Cell được dùng khi ta có một mạng gồm các ATM-LSR (là các
chuyển mạch ATM có hỗ trợ MPLS), trong đó nó sử dụng các giao thức
phân phối nhãn MPLS để trao đổi thông tin VPI/VCI thay cho báo hiệu ATM.
Nhãn được mã hoá trong trường gộp VPI/VCI, trong VPI hoặc VCI của header cell
ATM (RFC 3035).
Hình 1.12 : Nhãn trong chế độ cell ATM
Cell ATM gồm có 5 byte header và 48 byte payload. Để chuyển tải gói tin có kích
thước lớn hơn 48 byte từ lớp trên đưa xuống (ví dụ gói IP), ATM phải chia
gói tin thành nhiều phần nhỏ hơn, việc này gọi là phân đoạn (fragmentation). Quá
trình phân đoạn do lớp AAL (ATM Adaptation Layer) đảm trách. Cụ thể, AAL5
PDU sẽ được chia thành nhiều đoạn 48 byte, mỗi đoạn 48 byte này được thêm header
5 byte để tạo ra một cell ATM.
21
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
Khi đóng gói có nhãn MPLS trên ATM, toàn bộ stack nhãn được đặt trong AAL5
PDU. Giá trị thực sự của nhãn đỉnh được đặt trong trường VPI/VCI, hoặc đặt
trong trường VCI nếu 2 ATM-LSR kết nối nhau qua một đường ảo ATM (VP). Entry
đỉnh stack nhãn phải chứa giá trị 0 (coi như entry “giữ chỗ”) và được bỏ qua khi

nhận. Lý do các nhãn phải chứa ở cả trong AAL5 PDU và header ATM là để mở
rộng độ sâu stack nhãn. Khi các cell ATM đi đến cuối LSP, nó sẽ được tái hợp
Hình 1.13 : Encapsulation gói có nhãn trên link ATM
lại. Nếu có nhiều nhãn trong stack nhãn, AAL5 PDU sẽ bị phân đoạn lần nữa và nhãn
hiện hành trên đỉnh stack sẽ được đặt vào trường VPI/VCI.
Chương 2:ĐỊNH TUYẾN VÀ BÁO HIỆU MPLS
2.1 Định tuyến trong MPLS
MPLS hỗ trợ cả hai kỹ thuật định tuyến: định tuyến từng chặng (hop-by-hop) và
định tuyến ràng buộc (constrain-based routing). Định tuyến từng chặng cho phép mỗi
nút nhận dạng các FEC và chọn hop kế cho mỗi FEC một cách độc lập, giống như
định tuyến trong mạng IP. Tuy nhiên, nếu muốn triển khai kỹ thuật lưu
lượng với MPLS, bắt buộc phải sử dụng kiểu định tuyến ràng buộc.
22
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
2.1.1 Định tuyến ràng buộc (Constrain-based Routing)
Định tuyến ràng buộc là một phương tiện để thực hiện xử lý tự động hóa kỹ thuật lưu
lượng, khắc phục được các hạn chế của định tuyến theo đích (destination-based
routing). Nó xác định các route không chỉ dựa trên topology mạng (thuật toán chọn
đường ngắn nhất SPF) mà còn sử dụng các metric đặc thù khác như băng thông, trễ,
cost và biến động trễ. Giải thuật chọn đường có khả năng tối ưu hóa theo một hoặc
nhiều metric này, thông thường người ta dùng metric dựa trên số lượng hop và băng
thông.Để đường được chọn có số lượng hop nhỏ nhất nhưng phải đảm bảo băng
thông khả dụng trên tất cả các chặng liên kết, quyết định cơ bản như sau: chọn đường
ngắn nhất trong số tất cả các đường có băng thông khả dụng thỏa mãn yêu cầu.
Hình 2.1: Một ví dụ định tuyến ràng buộc
Để minh họa hoạt động của định tuyến ràng buộc, xét cấu trúc mạng “con
cá” kinh điển như hình trên. Giả sử rằng định tuyến ràng buộc sử dụng số hop (hop-
count) và băng thông khả dụng làm các metric. Lưu lượng 600 Kbps được định tuyến
trước tiên, sau đó là lưu lượng 500 Kbps và 200 Kbps.
Cả 3 loại lưu lượng này đều hướng đến cùng một egress-router. Ta thấy rằng:

Vì lưu lượng 600 Kbps được định tuyến trước nên nó đi theo đường ngắn nhất là R8-
R2-R3-R4-R5.Vì băng thông khả dụng là như nhau trên tất cả các chặng kênh
(1 Mbps), nên lưu lượng 600 Kbps chiếm 60% băng thông.
23
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
Sau đó, vì băng thông khả dụng của đường ngắn nhất không đủ cho cả 2 lưu lượng
600Kbps và 500 Kbps, nên lưu lượng 500 Kbps được định tuyến đi theo đường mới
qua R6 và R7 mặc dù nhiều hơn một hop so với đường cũ.
Với lưu lượng 200 Kbps tiếp theo, vì vẫn còn băng thông khả dụng trên đường ngắn
nhất nên đường này được chọn để chuyển lưu lượng 200 Kbps.
Định tuyến ràng buộc có 2 kiểu online và offline. Kiểu online cho phép các router
tính đường cho các LSP bất kỳ lúc nào. Trong kiểu offline, một server tính đường
cho các LSP theo định kỳ (chu kỳ có thể được chọn bởi nhà quản trị, thường là vài
giờ hoặc vài ngày). Các LSP được báo hiệu thiết lập theo các đường đã được chọn.
2.1.2 Định tuyến tường minh (Explicit Routing)
Định tuyến tường minh (Explicit Routing) là một tập con của định tuyến ràng buộc,
trong đó sự ràng buộc là đối tượng tuyến tường minh ER (explicit route).
Tuyến tường minh ER là một danh sách các “nút trừu tượng” (abstract node) mà một
đường chuyển mạch nhãn ràng buộc CR-LSP phải đi qua. Nút trừu tượng có thể là
một nút (địa chỉ IP) hoặc một nhóm nút (như IP prefix hoặc một AS). Nếu ER chỉ
quy định một nhóm trong số các nút mà CR-LSP đi qua thì nó được gọi là tuyến
tường minh thả lỏng (loose ER). Ngược lại, nếu ER quy định toàn bộ các nút trên
CR-LSP thì được gọi là tuyến tường minh nghiêm ngặt (strict ER).
CR-LSP được mã hóa như là một chuỗi các ER-Hop (chặng tường minh)
chứa trong một cấu trúc Type-Length-Value ràng buộc (constraint-based route TLV).
Mỗi ER-Hop có thể xác định một nhóm các nút. CR-LSP khi đó bao gồm tất cả các
nhóm nút đã được xác định theo thứ tự xuất hiện trong cấu trúc TLV.
2.2 Các chế độ báo hiệu MPLS
2.2.1 Chế độ phân phối nhãn
MPLS cho phép hai chế độ hoạt động của các LSR để phân phối các ánh xạ nhãn, đó

là phân phối không cần yêu cầu (Downstream Unsolicited) và phân phối theo yêu cầu
24
Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Sinh viên thực hiện : Bùi Quang Thái
(Downstream on Demand). Thuật ngữ downstream ở đây ngụ ý rằng phía
downstream sẽ thực hiện gán kết nhãn và thông báo gán kết đó cho phía upstream.
2.2.1.a Phân phối nhãn không cần yêu cầu (Downstream Unsolicited)
Downstream-LSR phân phối các gán kết nhãn đến upstream-LSR mà không cần có
yêu cầu thực hiện việc kết nhãn. Nếu downstream-LSR chính là hop kế đối với định
tuyến IP cho một FEC cụ thể thì upstream-LSR có thể sử dụng kiểu kết nhãn này để
chuyển tiếp các gói trong FEC đó đến downstream-LSR.
Hình 2.2: Phân phối nhãn không cần yêu cầu
2.2.1.b Phân phối nhãn theo yêu cầu (Downstream on Demand)
Upstream-LSR phải yêu cầu rõ ràng một gán kết nhãn cho một FEC cụ thể
thì downstream-LSR mới phân phối. Trong phương thức này, downstream-router
không nhất thiết phải là hop kế đối với định tuyến IP cho FEC đó, điều này rất quan
trọng đối với các LSP định tuyến tường minh.
Hình 2.3: Phân phối nhãn theo yêu cầu
25