Nghiên cứu và đánh giá kỹ thuật lưu lượng mạng trong công nghệ MPLS

MỤC LỤC

1


DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AS
ATM

Autonomous System

Hệ tự trị

Asynchronous Transfer Mode

Giao thức truyền tải cận đồng
bộ
Cơ sở thông tin chuyển tiếp
Giao thức định tuyến cổng

FIB
BGP

Forwarding
Information
Border Gateway
ProtocolBase

FIS

Fault Information Signal

CR

Constraint-based Routing

FRS
CR-LDP

Fault Recovery Signal
phục
Constraint-based Routing Label Tín
Giaohiệu
thứcthông
phânbáo
phốikhôi
nhăn
hỗ
lỗi
Distribution Protocol
trợ định tuyến ràng buộc

IGP
CR-LSP

Interior Gateway Protocol
thứcchuyển
định tuyến
nội miền
Constraint-based Routing Label Giao
Đuờng

mạch
nhãn

LDP
CSPF
LER

Switched Path
Label Distribution Protocol
Constraint-based Shortest
Label Edge Router
First

biênhiệu thông báo xảy ra lỗi
Tín
Định tuyến ràng buộc

được định tuyến ràng buộc
Giao thức phân phối nhãn
Path Thuật toán tìm đường dẫn
ngắn
nhất trước
tiên dựa
trên
Bộ
chuyển
mạch nhãn
tại biên
định tuyến ràng buộc

DiffServ
LFIB

Differentiated Service
Phân biệt dịch vụ
Label Forwarding Information Cơ sở thông tin chuyển tiếp

DSCP
LIB

Mã phân biệt dịch vụ
Base
Differentiated Service Code Point nhãn
Label Information Base
Cơ sở thông tin nhãn

EGP
LSA

External Gateway
Protocol
Link-State
Advertisement

Giao tin
thức
định bátuyến
Bản
quảng
trạngngoại

thái
miềnkết
liên

ER
LSP

Explicite
Route Path
Label Switched

Đường tường
chuyểnminh
mạch nhãn

ERO
LSR

Explicite
Route Object
Label
Switching
Router

Bộ chuyển mạch nhãn
Đối tượng đường tường minh

Mẩs

MPLS module for â S

FEC

Forwarding Equivalence Class

MPLS

Multiprotocol Label Switching

Module mô phỏng MPLS cho
ẩLớp
S chuyển tiếp tương đương
Chuyển mạch nhãn đa giao
thức

MPLS-TE

Multiprotocol

Label

Traffic Engineering

Switching- Kỹ thuật lưu lượng trong
chuyển mạch nhãn đa giao
thức


MTU

Maximum Transfer Unit

Đom vị truyền tải tối đa

ẩ Gẩ

a ext-Generation a etwork

Mạng thế hệ kế tiếp

ẩ HLFE

a ext Hop Label Forwarding Entry Chỉ mục nhãn chuyển tiếp kế
tiếp

PID

Protocol Identifier

Thành phần nhận dạng giao
thức

PHP

Penultimate Hop Popping

Gỡ nhãn ở chặng cuối

PML

Protection Merging LSR

LSR khôi phục

POR

Point of Repair

Điểm sửa chữa

PSL

Path Switch LSR

LSR chuyển mạch đường

PVC

Permanent Virtual Circuit

Kết nối ảo tĩnh

RIB

Routing Information Base

Cơ sở thông tin định tuyến

RSVP

Resource Reservation Protocol

Giao thức dành riêng tài
nguyên

Sychronous Optical a etwork

Mạng quang đồng bộ

TE

Traffic Engineering

Kỹ thuật lưu lượng

TLV

Type, Length, Value

Loại, độ dài, giá trị

TTL

Time to live

Thời gian tồn tại của gói tin

ToS

Type of Service

Loại dịch vụ của gói tin

soẩ

ET

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, mạng Internet đang phát triển rất mạnh và nhu cầu sử dụng những dịch vụ chất lượng cao ngày càng
tăng. Lưu lượng trên toàn bộ hệ thống mạng chủ yếu là lưu lượng IP. Tuy nhiên nó còn bộc lộ một số hạn chế nên
đòi hỏi một công nghệ mạng mới với chi phí thấp hon, chất lượng tốt hon. Một trong những công nghệ đó là công
nghệ MPLS. Công nghệ MPLS ra đời với những tính năng vượt trội hon mạng IP, trong đó nổi bật là khả năng điều


khiển lưu lượng qua mạng để nhà cung cấp dịch vụ có thể khai thác hiệu quả tài nguyên mạng, tránh được hiện tượng
nghẽn mạng ở một tuyến liên kết này trong khi các tuyến khác rãnh. Và đây cũng chính là đối tượng nghiên cứu
chính của đề tài. Đề tài được tổ chức thành 3 chương với nội dung chính như sau:
- Chương 1: Cơ sở lý thuyết: giới thiệu các khái niệm cơ bản, các thành phàn, cơ chế hoạt động cơ bản của
công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS.
- Chương 2: Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS: trình bày vấn đề nghẽn trong mạng, và các thuật toán điều khiển
lưu lượng, bảo vệ và khôi phục đường.
- Chương 3: Mô phỏng và đánh giá: thực hiện mô phỏng các thuật toán điều khiển lưu lượng, bảo vệ và khôi
phục đường. Khảo sát và đánh giá hiệu năng của 5 mô hình, đưa ra các đánh giá, so sánh và phân tích định
lượng trong từng mô hình.
Vì thời gian thực hiện đề tài có hạn nên đồ án chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được sự
đóng góp quý báu từ các thầy cô và các bạn sinh viên để đồ án có thể hoàn thiện kiến thức trong lĩnh vực này hơn và
hoàn thành công việc còn lại của đồ án thật tốt.
Em xin chân thành cảm ơn Ths. Ngô Thị Vinh , giáo viên hướng dẫn đề tài đã tận tình hướng dẫn em thực hiện
đề tài trong thời gian qua.

CHƯƠNG I: TỎNG QUAN VỀ MPLS
1.1 Tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS
1.1.1

Giới thiệu

Ngày nay mạng máy tính đã phát triển rộng khắp, đặc biệt là mạng Internet nó đã trở thành phổ biến trên toàn thế
giới. Và nó đang phát triển cả về số lượng lẫn chất lượng, bên cạnh việc tăng vọt số người sử dụng trong mạng thì
việc gia tăng dịch vụ cũng là vấn đề rất lớn, trước đây nếu như ta chỉ có nhu cầu truyền dữ liệu thì bây giờ ta cần
truyền cả tín hiệu thoại tín hiệu video và một số dịch vụ mở rộng khác, Với mạng Internet truyền thống thì nguồn tài
nguyên về băng thông và tốc độ là hạn chế, vì vậy để thực hiện truyền tín hiệu thoại và video có chất lượng là không
thể.
Nhiều mạng thế hệ mới hơn đã ra đời như : Frame-Relay, ISDN, ATM, chúng đã giải quyết phần nào những yêu
càu trên nhưng vẫn còn nhiều hạn chế, theo đà phát triển của công nghệ mạng MPLS đã ra đời với ý tưởng dừng


nhãn để chuyển mạch nó đã giải quyết và khắc phục những hạn chế mà các mạng trước đây vẫn còn tồn tại như: Tốc
độ, băng thông không hữu ích, delay....
Mạng MPLS là sự kế thừa và kết họp của routing thông minh trong mạng IP và chuyển mạch tốc độ cao trong
mạng ATM, có cả routing ở layer 3 (IP) và switching ở layer 2 (VPI/VCI của ATM).
MPLS là cơ chế chuyển mạch nhãn do Cisco phát triển và được IETF chuẩn hóa, hỗ trợ khả năng chuyển mạch,
định tuyến luồng thông tin một cách hiệu quả.
MPLS là một công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp ba và chuyển mạch lớp hai cho phép

chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi (core) và định tuyến tốt ở mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn

(label). MPLS là một phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng các nhãn được gắn với mỗi gói IP, tế

bào ATM, hoặc frame lớp hai. MPLS hỗ trợ mọi giao thức lớp hai, triển khai hiệu quả các dịch vụ IP trên một mạng
chuyển mạch IP. MPLS hỗ trợ việc tạo ra các tuyến khác nhau giữa nguồn và đích trên một đường trục Internet.

Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến trúc mạng, các ISP có thể giảm chi phí, tăng lợi nhuận, cung cấp nhiều hiệu quả
khác nhau và đạt được hiệu quả cạnh tranh cao.
1.1.2 Các đăc điểm nồi bât của kỹ thuât MPLS
Kỹ thuật MPLS không chỉ mang lại tính năng truyền tải lưu lượng với hiệu năng cao hom so với kỹ thuật truyền tải
truyền thống mà còn là một loại các công nghệ hỗ trợ cho việc triển khai các dịch vụ giá trị gia tăng mới nhằm thỏa
mãn các nhu cầu cũng như đòi hỏi của các khách hàng. Các đặc điểm và ứng dụng nổi bật mà kỹ thuật MPLS mang
lại là:
-

Cung cấp cơ chế truyền tải lưu lượng với tốc độ cao.

-

Tăng cường khả năng tích hợp giữa IP và ATM.

-

Tối ưu hóa đường truyền lưu lượng.

-

Cung cấp mô hình Peer-to-Peer với ứng dụng mạng riêng ảo tại lớp 2 và 3

-

Cung cấp kỹ thuật lưu lượng với ứng dụng MPLS-TE.


1.2 Một số khái niệm cơ bản trong MPLS
1.2.1

Miền chuyển mạch nhãn MPLS

Theo đặc tả trong tài liệu RFC 3031 của IETF thì miền chuyển mạch nhãn MPLS là “một tập các node trong hệ
thống mạng thực hiện hoạt động định tuyến và chuyển mạch nhãn MPLS”. Miền chuyển mạch nhãn MPLS thường
được quản trị bởi một nhà cung cấp dịch vụ mạng.

Miền chuyển mạch nhãn được chia làm hai phàn: khu vực mạng lõi (Core) và khu vực mạng biên (Edge). Các
node thuộc miền chuyển mạch nhãn được gọi là các bộ định tuyến/chuyển mạch nhãn LSR. Tại khu vực mạng lõi,
chúng được gọi là các Transit-LSR hoặc Core-LSR hay gọi tắt là LSR, tại khu vực mạng biên chúng được gọi là các
Edge-LSR hay gọi tắt là LER. Đối với các nhà cung cấp dịch vụ mạng thì các bộ


định tuyến/chuyển mạch này thường được gọi tương ứng là các bộ định tuyến lõi p (Provider Router) và các bộ định
tuyến biên PE (Provider Edge Router). Ví dụ miền chuyển mạch nhãn MPLS truyền tải lưu lượng IP như hình 1.1
Hình 1.1: Miền chuyển mạch nhãn trong MPLS Các LER nhận vai trò đưa lưu lượng vào và

IP

IP

Edge LSR

LSR

Edge LSR

đưa lưu lượng ra khỏi miền chuyển mạch nhãn MPLS. LER đóng vai trò đưa luồng lưu lượng vào được gọi là

Ingress-LER và LER đóng vai trò đưa luồng lưu lượng này ra được gọi là Egress-LER. Do trong miền MPLS, các

luồng lưu lượng được truyền tải trên các đường dẫn đơn hướng LSP được thiết lập từ quá trình định tuyến tại các khu
vực biên nên một LER có thể là Ingress- LER đối với luồng lưu lượng này nhưng cũng đồng thời có thể là EgressLER đối với luồng lưu lượng khác.
về vai trò và nhiệm vụ của các node trong miền chuyển mạch MPLS:

-

LSR thực hiện nhiệm vụ chính là tiếp nhận các gói tin dữ liệu đã được gắn nhãn, thực hiện quyết định chuyển
mạch, gắn nhãn mới và chuyển tiếp các gói tin ra giao diện liên kết dữ liệu phù họp

-

Edge-LSR hay LER thực hiện nhiệm vụ gắn nhãn cho các gói tin và chuyển tiếp chứng vào miền chuyển
mạch MPLS hoặc dỡ bỏ nhãn cho các gói tin và chuyển tiếp chúng ra khỏi miền chuyển mạch MPLS


1.2.2

Lóp chuyển tiếp tương đương

Một lớp chuyển tiếp tương đương là một nhóm hoặc một luồng các gói tin được
chuyển tiếp trên cùng một đường dẫn đơn hướng LSP và được đối xử với cùng một
chính sách định tuyến/chuyển mạch xuyên suốt trên tất cả các node dọc đường dẫn LSP.
Tất cả các gói tin được xếp vào cùng một FEC sẽ có cùng một nhãn khi một node tiếp
nhận và cả khi node đó chuyển tiếp chứng ra giao diện liên kết dữ liệu. Tuy nhiên các
gói tin có cùng một nhãn chưa chắc đã thuộc cùng một FEC, trong trường họp trường
EXP nằm trong ngăn xếp nhãn của chúng mang giá trị khác nhau. Trong miền chuyển
mạch MPLS, node quyết định gói tin thuộc vào FEC nào là Ingress-LER, điều này có
thể giải thích được là do các Ingress-LER là thiết bị đầu tiên tiếp nhận, phân loại và gắn
nhãn các gói tin khi chúng được truyền vào trong miền chuyển mạch MPLS.
Các gói tin có cùng một tiêu chí xác định FEC sẽ cùng được truyền tải trên một đường

dẫn LSP trong miền chuyển mạch MPLS như hình 1.2

Hình 1.2: Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) trong MPLS FEC cho
phép nhóm các gói vào các lớp. Từ nhóm này, giá trị FEC trong một gói có thể được
dừng để thiết lập độ ưu tiên cho việc xử lý các gói. Nhãn trong MPLS
Các nhãn được gắn vào các gói tin bởi các Ingress-LER trước khi được chuyển tiếp
vào miền chuyển mạch nhãn MPLS hoặc được gỡ ra khỏi các gói tin bởi các EgressLER trước khi được đưa ra khỏi miền MPLS. Thông tin trên nhãn được sử dụng để các


node trong miền MPLS có thể định tuyến/chuyển mạch ra đứng giao diện liên kết dữ
liệu theo đường dẫn đorn hướng LSP đã được thiết lập trước.
Theo tài liệu RFC3031 thì nhãn được định nghĩa là “một bộ nhận dạng có độ dài ngắn
cố định và thống nhất trên toàn miền chuyển mạch MPLS, có tính chất cục bộ, được sử
dụng để nhận biết một FEC”.
Nhãn sẽ được gắn vào gói tin ở vị trí sau tiêu đề lớp liên kết dữ liệu và trước tiêu đề
lớp mạng. Một gói tin có thể được gắn nhiều nhãn, các nhãn sẽ được gắn trong cùng
một ngăn xếp nhãn, cấu trúc của từng nhãn như trên hình 1.3
20 bit

3 bit 1 bit

8bit

◄.................................................................X........x-x............................>
LABEL
0

EXP
19 20
31

s
22

TTL
23

24

Hình 1.3: Định dạng của một thực thể nhãn trong ngăn xếp nhãn
Một nhãn có độ dài 32 bit, bao gồm 4 trường thành phần như sau:
- Trường giá trị nhãn (LABEL) có độ dài 20 bit, các nhãn từ 0-15 được dành riêng
cho các tác vụ điều khiển và không được sử dụng để chuyển tiếp trong miền
MPLS.
- Trường Experimental (EXP) có độ dài 3 bit, mang thông tin phục vụ cho các ứng
dụng yêu cầu QoS
- Trường Bottom-of-Stack (S) có độ dài 1 bit, được sử dụng để đánh dấu nhãn ở vị
trí cuối cùng trong ngăn xếp nhãn, khi này trường s sẽ có giá trị bằng 1.
- Trường Time-to-live (TTL) có độ dài 8 bit, được sử dụng để ngăn ngừa việc gói
tin bị định tuyến/chuyển mạch lặp trong miền MPLS, khi gói tin được gắn nhãn
đi qua một node mạng, giá trị của trường này sẽ giảm đi 1 đom vị, khi giá trị
giảm xuống 0 thì gói tin sẽ bị loại bỏ.


1.2.3

Ngăn xếp nhãn

Ngăn xếp nhãn là một tập họp gồm một hoặc nhiều thực thể nhãn được tổ chức theo
nguyên tắc LIFO (Last-In-First-Out). Tại mỗi node mạng, chỉ duy nhất thực thể trên

đỉnh ngăn xếp được xử lý, hay nói cách khác các node mạng chỉ thực hiện việc chuyển
tiếp dựa trên nhãn đầu tiên của ngăn xếp nhãn.
20 bít

3-bít lùit

3-bit
Mửc

d

Mửc d-1

Mức 1

Hình 1.4: Ngăn xếp nhãn
Nếu gói tin chưa có nhãn thì ngăn xếp nhãn là rỗng và độ sâu của ngăn xếp nhãn d=0,
nếu ngăn xếp nhãn có độ sâu

d^o thì mức 1 sẽ là đáy ngăn xếp nhãn (bit s được đặt

bằng 1), mức d sẽ là đỉnh của ngăn xếp.
1.2.4

Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn

Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn - Label Switch Router ( LSR ) là router có hỗ trợ
MPLS: gỡ nhãn cũ và gán nhãn mới cho gói. LSR có khả năng hiểu được nhãn MPLS
và có thể gửi, nhận gói tin được gán nhãn trong một tuyến dữ liệu, cấu trúc cơ bản của
một LSR có 2 thành phần chính: thành phần điều khiển còn được gọi là mặt phẳng điều

và thành phần chuyển tiếp còn được gọi là thành phần dữ liệu .
Mặt phẳng điều khiển sử dụng các giao thức IP để xây dựng nên bảng định tuyến. Từ
thông tin này, thảnh phần điều khiển sẽ tiến hành quá trình ấn định nhãn với các node
mạng lân cận.
Thành phần chuyển tiếp sử dụng thông tin của quá trình này để tạo bảng cơ sở thông
tin nhãn LIB .Khi nhận được gói dữ liệu, LSR sẽ sử dụng giá trị nhãn của gói và bảng
định tuyến nhãn để tìm ra và gắn một giá trị nhãn mới thích họp cho gói dữ liệu.


4- Ingress LSRs ( LSR ngõ vào): có chức năng nhận gói chưa có nhãn và gắn nhãn
vào gói tin sau đó chuyển gói tin lên tuyến dữ liệu.
4- Egress LSRs ( LSRs ngõ ra ): có chức năng nhận gói tin có nhãn, tiến hành gỡ
bỏ nhãn và gửi gói tin lên tuyến dữ liệu.
4 Intermỉdỉate LSRs ( LSRs trung gian ): nó nhận một gói tin có nhãn đến và thực
hiện một thao tác trên gói tin đó, chuyển mạch và sau đó gửi gói tin lên đứng
tuyến dữ liệu.
Trong 3 loại LSR trên thì Ingress LSR và egress LSR là các LSR. cấu trúc Edge LSR
có đôi chút khác biệt so với LSR. Trong cấu trúc Edge LSR, thành phàn chuyển tiếp có
thêm bảng định tuyến IP. Với thành phần này, Edge LSR có thể định tuyến các gói dữ
liệu IP truyền thống.
i-HiJi tuyển

í* lull tuyển clii
rkliruil)

Các

dụ piló lì $2

(LSPs)

Mauẹ

HiniiI

■

'

■ MPLS VPN A
MPLS VPN 0
Kẽl nói vật ly

MPLS

Hình 1.5: Các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn trong mạng MPLS
1.2.5

Đường chuyển mạch nhãn

Đường chuyển mạch nhãn là tuyến tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng
để chuyển tiếp gói của một FEC nào đó sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. Các tuyến chuyển
mạch nhãn chứa một chuỗi các nhãn tại tất cả các node dọc theo tuyến từ nguồn tới
đích. LSP được thiết lập trước khi truyền dữ liệu hoặc trong khi xác định luồng dữ


liệu nào đó. Các nhẵn được phân phối bằng các giao thức như LDP, RSVP. Mỗi gói dữ
liệu được đóng gối lại và mang các nhãn trong suốt thời gian di chuyển từ nguồn tới
đích
Ingress LSR là LSR đầu tiên của một LSP, egress LSR là LSR cuối cùng của LSP, tất
cả các LSR nằm giữa ingress LSR và egress LSR đều là intermediate LSR.

Ở hình 1.6 bên dưới thì hưáng mũi tên chính là chiều của các gối tỉn đã có nhãn, LSP
là vô hướng. Chiều của gói túi có nhãn theo chiều ngược lại với cùng Edge LSR cũng là
một LSP khác nữa.

Labeí Switefied Paih

!§l i ỈỆ 1 3 ạj ị 5 Ingress
LSR

LSR

LSR

Egress
LSR

MPLS Network

Hình 1.6: Đường chuyển mạch nhãn
1.2.6

Truyền tảỉ lưu lượng trong miền chuyển mạch nhãn MPLS

Miền chuyển mạch nhãn MPLS được triển khai với khuôn dạng FEC là địa chỉ đích
dạng Unicast, giao thức định tuyến nội miền IGP dạng Link-State đã hội tụ và quảng bá
đầy đủ tất cả các mạng ừong miền chuyển mạch nhãn MPLS, giao thức phân phối nhãn
LDP/TDP đã thực hiện gắn nhãn cho các mạng và quảng bá nhãn giữa các node. Ta có
ví dụ thể hiện quá trình truyền tải lưu lượng của miền chuyển mạch gói MPLS đối với
lưu lượng 2 chiều đi từ node A tới node B ở bên ngoài miền MPLS như trên hình 1.7

Hình 1.7: Truyền tải lưu lượng trong miền chuyển mạch nhãn MPLS
1. Quá trình thiết lập LSP xác định đường dẫn để truyền lưu lượng từ bộ định tuyến
RI tới bộ định tuyến R4 đi theo đường R1-R2-R3-R4.
2. Quá trình thiết lập LSP xác định đường dẫn để truyền lưu lượng từ bộ định tuyến
R4 về bộ định tuyến RI đi theo đường R4-R3-R2-R1.
3. Gói tin IP xuất phát từ node A vào trong miền MPLS được tiếp nhận bởi bộ định
tuyến RI đóng vai trò làm Ingress-LER cho lưu lượng từ A đến B, RI sẽ bóc tách
và phân tích tiêu đề gói tin này, dựa vào các bảng FIB/LFIB để xác định FEC cho
gói tin, xác định đích đến và Egress-LER ở đầu ra, sau đó gắn nhãn và ngăn xếp
nhãn vào gói tin rồi chuyển tiếp gói tin ra đường truyền LSP tưomg ứng. Giả sử
nhãn gắn vào có giá trị 12 và được chuyển tiếp tới bộ định tuyến R2.
4. Bộ định tuyến R2 đóng vai trò làm LSR trong nội miền chuyển mạch nhãn
MPLS tiếp nhận gói tin được gắn nhãn giá trị 12, phân tích, xử lý, xác định
đường dẫn LSP và dựa vào bảng LFIB để thực hiện thủ tục hoán đổi nhãn, tráo
đổi nhãn cũ giá trị 12 trên đỉnh ngăn xếp bằng nhãn mới có giá trị 23, rồi mã hóa
hoàn chỉnh ngăn xếp nhãn, đính vào gói tin ban đầu vào chuyển tiếp gói tin với
nhãn có giá trị mới 23 ra đường truyền LSP tưomg ứng, gói tin được truyền tải
tiếp đến bộ định tuyến R3.
5. Quá trình xử lý trên bộ định tuyến R3 đóng vai trò làm LSR trong nội miền
chuyển mạch nhãn MPLS giống như trên bộ định tuyến R2, giả sử nhãn có giá trị
mới lúc này là 34 và được truyền tải tới bộ định tuyến R4


6. Bộ định tuyến R4 đóng vai trò làm Egress-LER cho lưu lượng từ A đến B, R4 sẽ
tiếp nhận gói tin được gắn nhãn giá trị 34, phân tích, truy xuất bảng FIB/LFIB để
tiến hành ra quyết định, để truyền dữ liệu ra khỏi miền MPLS, R4 tiến hành gỡ
bỏ hoàn toàn ngăn xếp nhãn đính kèm với gói tin ban đầu và truyền gói tin ra
giao diện liên kết dữ liệu tương ứng tới node B.

7. Đối với lưu lượng có chiều từ B về A, quá trình thực hiện tương tự như lưu
lượng truyền từ A đến B, nhưng do LSP có tính chất đơn hướng nên lưu lượng
sẽ được truyền trên một LSP khác với LSP ban đầu.

1.3 Các thành phần của MPLS
1.3.1

Router chuyển mạch nhãn (LSR-Label Switching Router)

LSR là một thiết bị thực hiện điều khiển và chuyển tiếp MPLS. LSR chuyển tiếp gói
dựa trên giá trị nhãn trong gói.
LSR là các router hỗ trợ MPLS hoặc chuyển mạch ATM hỗ trợ MPLS sử dụng nhãn
để chuyển tiếp lưu lượng. Một bước cơ bản trong chuyển mạch nhãn là các router thỏa
thuận các nhãn mà nó sử dụng để chuyển tiếp nhãn. Điều này được thực hiện dựa trên
các giao thức phân phối nhãn như CR-LDP, RSVP hoặc LDP. Có 2 loại LSR:
• LSR lõi hay LSR quá giang (core hay transit LSR): nằm bên trong mạng
MPLS và thực hiện chức năng chuyển tiếp gói. Chứng sẽ không kiểm tra
header của gói tin mà chỉ thực hiện hoán đổi nhãn và chuyển tiếp gói dựa
trên hoạt động tìm kiếm nhãn đơn giản.
• Router chuyển mạch nhãn biên (LER): là các nút ở biên của miền MPLS.
Các nút này có thể đặt ở ngõ vào và ngõ ra của mạng MPLS. LSR lối vào
nhận gói IP, thực hiện tìm kiếm trong bảng định tuyến lớp 3, sau đó phân
loại gói bằng cách nhóm các gói vào trong các FEC, chỉ định nhãn và
chuyển tiếp gói tin được dán nhãn đến router lõi. LSR lối ra gỡ bỏ nhãn
và chuyển tiếp gói IP đến đích dựa trên địa chỉ đích trong gói IP.


1.3.2

Đường chuyển mạch nhãn (LSP - Label Switched Path)

Đường chuyển mạch nhãn LSP là một đường nối giữa router ngõ vào và router ngõ
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 các giá trị nhãn ở các LSR
dọc theo LSP bằng cách dùng thủ tục hoán đổi nhãn.

LSP (Label Switched Path)

IP

Ingress LER
IP 1
push L1

L1

LSR L2
IP
swap LI, L2

IP ĨLĨl

IP

Egress
LER
LSR
pop
L3L3
swap

L2.

Hình 1.5: Đường chuyển mạch nhãn LSP
LSP được cung cấp bởi các giao thức như LDP, RSVP-TE,CR-LDP hoặc BGP.
LSP có thể xem như là con đường bao gồm một tập các router mà các gói thuộc về 1
FEC nào đó đi qua để đến đích. LSP cho phép sử dụng chồng nhãn. Vì vậy có thể có
các LSP khác nhau tại các mức nhãn khác nhau để 1 gói đến đích. LSP là đơn hướng
(các gói tin không thể đi ngược trở lại). Đe xây dựng LSP, LSR phải sử dụng các giao
thức định tuyến và các tuyến được học từ các giao thức này.
4- Thiết lập LSP : thiết lập LSP có thể thực hiện theo 2 cách:
• Điều khiển độc lập: LSR tự chọn một nhãn trong số các nhãn chưa
được sử dụng trong bảng LIB cho một FEC cụ thể và cập nhật LFIB. Sau đó, thông tin
kết nhãn cục bộ này sẽ được gửi đến các LSR láng giềng của nó sử dụng giao thức phân
phối nhãn LDP. Các láng giềng sau khi nhận thông tin này sẽ kiểm tra sự hiện diện của
kết nhãn cục bộ trong bảng LFIB. Nếu có, nó sẽ gán nhãn ngõ ra cho chỉ mục đó bằng
giá trị nhãn nhận được. Lúc này bảng LFIB đã sẵn sàng cho việc chuyển tiếp gói. Neu
không, nó có 2 lựa chọn: loại bỏ hoặc là giữ lại thông tin.


LabelRequeđ

<— Lãhel Mãpping

Hình 1.6 : Thiết lập LSP điều khiển độc lập
• Điều khiển theo thứ tư:
■

—> Lỉòel tegcieíĩ

<— Lỉbel A líipp/ng

Hình 1.7: Thiết lập LSP điều khiển theo thứ tự
Việc gán nhãn được thực hiện theo thứ tự từ LSR lối ra đến LSR lối vào của LSP.
Việc thiết lập LSP có thể bắt nguồn từ LSR lối vào hoặc LSR lối ra. Điểm thiết lập này
sẽ lựa chọn LSR và các LSR dọc theo LSP đó cũng phải sử dụng cùng FEC. Phương
pháp điều khiển này yêu cầu các thông tin ràng buộc nhãn lan truyền qua tất cả các LSR
trước khi thiết lập LSP. Điều này dẫn đến thời gian hội tụ chậm hơn nhưng lại có khả
năng ngăn ngừa vòng lặp tốt hơn phương pháp điều khiển độc lập.


1.4 Kiến trúc nút MPLS

Hình 1.8: Kiến trúc cơ bản của một nút MPLS Nút MPLS bao gồm
2 mặt phẳng kiến trúc: mặt phẳng chuyển tiếp MPLS và mặt phẳng điều khiển MPLS.
Các nút MPLS có khả năng thực hiện chức năng định tuyến lớp 3 cũng như chuyển
mạch lớp 2 cùng với chức năng chuyển mạch gói được dán nhãn.
1.4.1

Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS
Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS chịu trách nhiệm chuyển tiếp gói dựa trên các giá

trị chứa trong nhãn đính kèm. Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng 1 cơ sở thông tin chuyển
tiếp nhãn LFIB (Label Forwarding Information Base) để chuyển tiếp gói tin được dán
nhãn. Mỗi nút MPLS duy trì 2 bảng liên quan đến việc chuyển tiếp MPLS là cơ sở
thông tin nhãn LIB (Label Information Base) và cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB.
LIB chứa tất cả các nhãn được gán bởi nút MPLS đó và ánh xạ các nhãn đó với nhãn
nhận được từ các nút MPLS lân cận. LFIB sử dụng 1 nhóm nhỏ các nhãn chứa trong
LIĐ để thực hiện chức nầng chuyển tiếp gói.

a. Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB.
Trong mạng IP, quyết định chuyển tiếp gói được xác lập bằng cách thực hiện ưa cứu
địa chỉ đích ừong bảng FIB để xác định Hop kế và gỉao diện ra. Trong mạng MPLS,
mỗi LSR duy trì một bảng LFIB riêng rẽ và tách biệt với FIB. Bảng LFIB có hai loại
Entry là ILM (Incoming Lable Map) và FTN (FEC-To-NHLFE).
Các NHLFE

Hình 1.9: FTN, ILM và NHLFE.
NHLFE (Next Hop Lable Forwarding Entry) là Subentry chứa các trường như địa
chỉ Hop kế, các tác vụ Stack nhãn, giao diện ra và thông tin mào đầu lớp 2. ILM ánh xạ
một nhãn đến một hoặc nhiều NHLFE. Nhãn ưong gói đến sẽ dủng để chọn một Entry
ILM cụ thể nhằm xác định NHLFE. Còn FTN ánh xạ mỗi FEC vào một hoặc nhiều
NHLFE. Nhờ các Entry FTN, gói chưa có nhãn được chuyển thành gói có nhãn.
Như vậy, khi một gói không nhãn thuộc một FEC đi vào miền MPLS, LER lối vào
sẽ sử dụng một entry LFIB loại FTN để chuyển gói không nhãn thành gói cỏ nhãn. Sau
đó, tại các Transit-LSR sử dụng một loại entry LFIB loại ILM để hoán đổi nhãn vào
bằng nhãn ra. Cuối cùng, tại LER lối ra sử dụng một entry LFIB loại ILM để gỡ bỏ
nhãn đến và chuyển vào gói không nhãn đến router kế tiếp.


b. Thuật toán chuyển tiếp nhãn.
Các nút MPLS sử dụng giá trị nhãn trong các gói đến làm chỉ mục (entry) để tra
bảng LFIB. Khi tìm thấy chỉ mục tương ứng với nhãn đến, nút MPLS thay thế nhãn
trong gói bằng nhãn ra và gửi gói đi giao diện ra để đến Hop kế được đặc tả ừong
Subentry NHLFE. Nếu Subentry có chỉ định hàng đợi ra, nút MPLS sẽ đặt gói trên hàng
đợi đã chi định. Trường hợp nút MPLS duy trì một LFIB riêng cho mỗi giao diện, nó sẽ
dùng LFIB của giao diện mà gói đến để tra cứu chuyển tiếp gói.

Hình 1.10: Thuật toán chuyển tiếp nhãn.
Nút MPLS có thể lấy, định vị được các thông tin chuyển tiếp cần thiết trong LFIB

chỉ trong một lần truy xuất bộ nhớ, tốc độ thực thi rất cao nhờ các chip ASCI,
c. NHLFE (Next Hop Lable Forwarding Entry)
NHLFE là Subentry của ILM hoặc FTN, nó chứa các thông số sau:
• Hop kế (chặng tiếp theo của gói).
• Tác vụ sẽ được tiến hành trên stack nhãn của gói
Ngoài ra, NHLFE cũng có thể chứa những thông tin sau:
•

Đóng góp lớp Datalink để sử dụng khi truyền gói.

•

Cách thức mã hóa stack nhãn khi truyền gói

•

Bất kỳ các thông tin khác cần thiết để xử lý gói một cách chính xác.


1.4.2 Mặt phẳng điều khiển MPLS
Mặt phang điều khiển chịu trách nhiệm tạo ra và lưu trữ LFIB. Tất cả các nút MPLS
phải chạy cùng 1 giao thức định tuyến IP để trao đổi thông tin định tuyến với tất cả các
nút trong mạng. Các giao thức trạng thái liên kết (link-state) như OSPF và IS-IS được
chọn vì chúng cung cấp cho mỗi nút MPLS thông tin của toàn mạng. Trong các router
thông thường, bảng định tuyến IP được sử dụng để xây dựng cơ sở thông tin chuyển
tiếp được sử dụng bởi Cisco Express Forwarding (CEF). Tuy nhiên, trong MPLS bảng
định tuyến IP cung cấp thông tin về mạng đích và subnet prefix được sử dụng để hoán
đổi nhãn.
1.4.3

Hoạt động của MPLS


Khi một gói tin vào mạng MPLS, các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn không thực
hiện chuyển tiếp theo từng gói mà thực hiện phân loại gói tin vào trong các lớp tương
đương chuyển tiếp FEC, sau đó các nhãn được ánh xạ vào trong các FEC. Một giao
thức phân bổ nhãn LDP được xác định và chức năng của nó là để ấn định và phân bổ
các ràng buộc FEC/nhãn cho các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR. Khi LDP hoàn
thành nhiệm vụ của nó, một đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP được xây dựng từ lối
vào tới lối ra. Khi các gói vào mạng, LSR lối vào kiểm tra nhiều trường trong tiêu đề
gói để xác định xem gói thuộc về FEC nào. Nếu đã có một ràng buộc nhãn/FEC thì LSR
lối vào gắn nhãn cho gói và định hướng nó tới giao diện đầu ra tương ứng. Sau đó gói
được hoán đổi nhãn qua mạng cho đến khi nó đến LSR lối ra, lúc đó nhãn bị loại bỏ và
gói được xử lý tại lớp 3. Hiệu năng đạt được ở đây là nhờ việc đưa quá trình xử lý lớp 3
tới biên của mạng và chỉ thực hiện 1 lần tại đó thay cho việc xử lý tại từng núttrung gian
như của IP. Tại các nút trung gian việc xử lý chỉ là tìm sự phù hợp giữa nhẫn trong gói
và thực thể tương ứng trong bảng kết nối LSR và sau đó hoán đổi nhãn - quá trình này
thực hiện bằng phần cứng.

1.5 Gỉao thức phân phối nhãn
1.5.1

Gỉới thiệu

Giao thức phân phối nhãn được nhóm nghiên cứu MPLS của IETF xây dựng và ban
hành có tên là RFC 3036. Phiên bản mới nhất được công bố năm 2001 đưa ra những
định nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao thức LDP.
Trao dổi íừ xa

Hình 1.12: Giao thức LDP

Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói tin, là
giao thức điều khiển tách biệt được các LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình
gán nhãn ừên một FEC. Giao thức này là một tập hợp thủ tục trao đổi các nhãn bản tin
cho phép các LSR sử dụng gỉá trị nhãn thuộc FEC nhất định để truyền gói tín. Một kết
nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tin LDP được truyền
theo đúng thứ tự. Các bản tin LDP có thể xuất phát từ bất kỳ một LSR hay từ LSR biên
lối ra và chuyển từ LSR phía trước đến LSR phía sau cận kề. Việc trao đổi các bản tin
LDP có thể được khởi phát bởi sự 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 đồi bản tin LDP cho
một FEC nhất định thì một đường chuyển mạch LSP từ đầu vào đến đầu ra được thiết
lập sau khi mỗi LSR ghép nhẫn đầu vào với đầu ra tương ứng trong LIB của nó.


1.5.2
Hoạt động của LDP
LDP có 4 chức năng chính là:
•

Discovery: Thông báo và duy trì sự tồn tại của một LSR trên mạng
• Session: Thiết lập, duy ữì và xóa các phiên làm việc giữa các ngang cấp

•

LDP.
Advertisement: Tạo, thay đổi và xóa các ánh xạ nhãn cho các FEC

•

Notification: Cung cấp thông tin trạng thái, chẩn đoán và thông tin lỗi

4- Phát hiện LSR lân cận:
Thủ tục phát hiện LSR lân cận của LDP chạy trên UDP và thực hiện như sau:
Một LSR định kỳ gửi bản tin Hello tới tất cả giao diện của nó. Những bản tin này
được gửi trên UDP, với địa chỉ multicast của tất cả router trên mạng con. Tất cả các
LSR tiếp nhận bản tin Hello này trên cổng UDP. Như vậy, tại một thòi điểm nào đó
LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có thể 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.Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR. Phiên LDP là phiên hai chiều có nghĩa
là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi ràng buộc nhãn.
Trong trường họp các LSR không kết nối trực tiếp trong một mạng con, người ta sử
dụng một cơ chế bổ sung như sau:
LSR định kỳ gửi bản tin Hello trên UDP đến điạ chỉ IP đã được khai báo khi lập cấu
hình. Phía nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin Hello khác truyền ngược lại
đến LSR gửi và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên


Hình

1-13:Thủ tục phát hiện LSR

lân cận

Thông thường trường họp này hay được áp dụng khi giữa hai LSR có một đường
LSP cho điều khiển lưu lượng và nó yêu cầu phải gửi các gói có nhẫn qua đường LSP
đó.
1.5.3

Các bản tin LDP

a. Mào đầu bẳn tin LDP
Mỗi một bản tin LDP được gọi là đơn vị dữ liệu giao thức PDU, được bắt đầu bằng
tiêu đề bản tin và sau đó là các bản tin LDP.
0

12

3

01234567890123456789012345678901
Version

PDU Length
LDP lndentifier

Hình 1.14: Mào đầu LDP
•

Phiên bản (Version): số phiên bản của giao thức, hiện tại là phiên bản 1.

Độ dài PDU(PDU Length): Tổng độ dài của PDU tính theo octet, không


tính trường phiên bản và trường độ dài.
• Nhận dạng LDP (LDP Indentifier): Nhận dạng không gian nhãn của LSR
gửi bản tin này. Bốn octet đầu tiên chứa địa chỉ IP được gán cho LSR:
nhận dạng bộ định tuyến. Hai octet cuối nhận dạng không gian nhãn bên
trong LSR.VỚi LSR có không gian nhãn lớn, trường này có giá trị bằng
0.

b. Khuôn dạng bản tin LDP Tất cả các bản tin
LDP có khuôn dạng sau:
0

12

3

Hình 1.15: Khuôn dạng bản tin LDP
• Bit U: bit bản tin chưa biết. Neu bit này bằng 1 thì nó không thể được
thông dịch bởi phía nhận, lúc đó bản tin bị bỏ qua mà không có phản hồi.
• Kiểu bản tin (Message Type): Chỉ ra kiểu bản tin là gì.
• Chiều dài bản tin (Message Length): Chỉ ra chiều dài của các phần nhận
dạng bản tin, các thông số bắt buộc, và các thông số tuỳ chọn.
• Nhận dạng bản tin (Message ID): là một số nhận dạng duy nhất bản tin.
Trường này có thể được sử dụng để kết họp các bản tin thông báo với một
bản tin khác.
•

Các tham số bắt buộc, và tham số tuỳ chọn tuỳ thuộc vào từng bản tin LDP. về mặt
nguyên lý, mọi thứ xuất hiện trong bản tin LDP có thể được mã hoá theo

TLV, nhưng các đặc tả LDP không phải luôn luôn sử dụng lược đồ TLV. Nó không
được sử dụng khi nó không cần thiết và sự sử dụng của nó sẽ gây lãng phí không gian.
Chẳng hạn không cần thiết phải sử dụng khuôn dạng TLV nếu chiều dài của giá trị là cố
định hay kiểu của giá trị được biết và không phải chỉ định một nhận dạng kiểu.