CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MPLS

CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MPLS 4 Năm, 8 Tháng Trước
1.Định nghĩa MPLS
Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS - Multiprotocol Label Switching) : là một công nghệ lai kết hợp những đặc
điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 (layer 3 routing) và chuyển mạch lớp 2 (layer 2 switching) cho phép chuyển tải
các gói rất nhanh trong mạng lõi (core) và định tuyến tốt ở các mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn (label).

2.Đặc điểm mạng MPLS
-Làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu.
-Tương thích với hầu hết các giao thức định tuyến và các công nghệ khác liên quan đến Internet.
-Hoạt động độc lập với các giao thức định tuyến (routing protocol).
-Tìm đường đi linh hoạt dựa vào nhãn(label) cho trước.
-Hỗ trợ việc cấu hình quản trị và bảo trì hệ thống (OAM).
-Có thể hoạt động trong một mạng phân cấp.
-Có tính tương thích cao.
-Không có MPLS API, cũng không có thành phần giao thức phía host.
-MPLS chỉ nằm trên các router.
-MPLS là một giao thức độc lập nên có thể hoạt động với các giao thức mạng khác IP như IPX, ATM, Frame-Relay,
PPP hoặc trực tiếp với tầng Data Link.
-Định tuyến trong MPLS được dùng để tạo các luồng băng thông cố định tương tự như kênh ảo của ATM hay Frame
Relay.
MPLS đơn giản hoá quá trình định tuyến, đồng thời tăng cường tính linh động với các tầng trung gian.
3.Các thành phần MPLS
NOTE :

Dịch Vụ Mpls Vpn
Có thể nói VPN là một trong những ứng dụng quan trọng nhất của MPLS. Kỹ thuật MPLS VPN đưa ra
một thay đổi cơ bản trong công nghệ VPN đó là sử dụng khái niệm Virtual Router thay cho Dedicated
Router và Shared Router. Trong khuôn khổ bài viết này không đề cập nhiều đến công nghệ MPLS VPN
mà chỉ đưa ra các lợi ích của nó so với các dịch vụ VPN truyền thống:
Riêng biệt và bảo mật: MPLS VPN giữ các thông tin định tuyến riêng biệt cho mỗi VPN, đảm bảo
người dùng chỉ có thể liên lạc được với các địa chỉ đã được lập sẵn cho VPN của mình.

Độc lập với khách hàng: MPLS VPN có cách đánh địa chỉ (gán nhãn trong mạng MPLS) hết sức linh
hoạt, người dùng có thể sử dụng bất cứ dải địa chỉ nào (kể cả các địa chỉ kiểm tra hoặc các địa chỉ không
được đăng ký) hoặc có thể sử sụng NAT (Network Address Translation). Mặt khác, người dùng còn có
thể sử dụng các dải địa chỉ trùng hoặc giống nhau. Một điểm nổi bật khác là mạng của người dùng không


yêu cầu các thiết bị hỗ trợ MPLS, các thiết bị đắt tiền như VPN Router với IP Sec hoặc bất cứ yêu cầu
đặc biệt nào khác ngoài IP.
Linh hoạt và khả năng phát triển: Với các dịch vụ VPN dựa trên IP, số lượng router trên mạng tăng
nhanh chóng theo số lượng các VPN. VPN sẽ phải chứa các bảng định tuyến ngày một lớn. MPLS VPN
sử dụng một tập các BGP (Border Gateway Protocol) ngang hàng giữa các LSR cạnh (Edge LSR), cho
phép số lượng VPN không hạn chế và hỗ trợ nhiều dạng VPN, dễ dàng tạo thêm các VPN hoặc site mới
(chỉ cần thực hiện tại router của site mới)

-FEC (Forwarding Equivalence Class) là một nhóm các gói tin ở lớp mạng được dán nhãn giống nhau và gửi đi đồng
nhất theo một đường đi xác định.
-LSR (Label Switching Router) là bộ định tuyến có hỗ trợ MPLS, bao gồm các giao thức điều khiển MPLS, các giao
thức định tuyến lớp mạng và cách thức xử lý nhãn MPLS.
-LER(Label Edge Router) là các LSR ở biên mạng MPLS trong MPLS domain, gồm có LER vào (Ingress LER) và
LER ra (Egress LER).
-LSP (Label Switching Path) là đường đi xuất phát từ một LSR và kết thúc tại một LSR khác. Tất cả các gói tin có
cùng giá trị nhãn sẽ đi trên cùng một LSP.
-MPLS domain là tập các nút mạng MPLS.
-LIB (Label Information Base)-Cơ sở thông tin nhãn:
+Bảng này được gọi là cơ sở thông tin nhãn LIB (Label Information Base) mà bao gồm sự ràng buộc của FEC đến
nhãn
- Bảng tra FIB (Forwarding information based)-Cơ sở thông tin chuyển tiếp:
+Sẽ ánh xạ một gói tin IP không nhãn thành gói tin MPLS có nhãn ở router biên và ngược lại.
+Bảng này được hình thành từ bảng routing và các giao thức phân phối nhãn LDP và bảng LFIB.
-Bảng tra LFIB (Label Forwarding Information Based)-Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn:

+Bảng chứa đựng thông tin các nhãn đến các mạng đích, một gói tin có nhãn khi đi vào một router nó sẽ sử dụng


bảng tra LFIB để tìm ra hop kế tiếp, ngõ ra của gói tin này có thể là gói tin có nhãn cũng có thể là gói tin không nhãn.
Hai bảng tra FIB và LFIB có giá trị như bảng routing table trong mạng IP, nhưng trong mạng IP thì bảng routing table
có số entry rất lớn khoảng vài ngàn, còn với FIB và LFIB số nhãn mà nó nắm giữa rất ít khoảng vài chục là tối đa.
4.
Bảng tra FIB và LFIB

5.Kiến trúc MPLS
Nhãn :
-Một nhãn, trong dạng đơn giản nhất của nó, chỉ ra một con đường mà một packet sẽ đi.
-Khi Router nhận gói, nó sẽ kiểm tra nhãn để quyết định router tiếp theo để forward nhãn.
-Sự chỉ định nhãn cho một FEC dựa vào các yếu tố: đích đến của packet, chất lượng dịch vụ, kỹ thuật lưu lượng,
multicast, VPN.

-Nhãn được sử dụng trong tiến trình gửi gói tin sau khi đã thiết lập đường đi. MPLS tập trung vào quá trình hoán đổi
nhãn (Label Swapping).
-Một trong những thế mạnh của kiến trúc MPLS là tự định nghiã các chồng nhãn(label stack). Công thức để dán
nhãn gói tin là: +Network Layer Packet + MPLS Label Stack
+Label stack = 220 = 1048576 label
+Label Spaces : chia làm 2 loại
+Per-Platform Label Space: các interface dùng chung giá trị nhãn.
+Per-Interface Label Space: mỗi interface mang giá trị nhãn riêng.
6.Hoạt động của LSR & LER


Ý tưởng chính của MPLS là sử dụng nhãn để quyết định chặn kế tiếp, nên router làm việc ít hơn và hoạt động gần
giống như switch. Vì các nhãn thể hiện các tuyến đường trong mạng nên ta có thể điều khiển chính xác quá trình xử
lý lưu lượng bằng cách dùng các chính sách gán nhãn.

-Ở chặng router đầu tiên, router chuyển gói tin dựa vào địa chỉ đích, xác định nhãn thích hợp tùy vào FEC để gán
nhãn cho gói & chuyển gói đi tiếp.
-Ở chặng kế tiếp, LSR dùng giá trị nhãn để xác định nút tiếp theo cần chuyển gói, gán nhãn mới rồi chuyển gói đi
tiếp.
-Có hai phương pháp gán nhãn là:
+Phương pháp độc lập: các LSR sử dụng các giao thức định tuyến thông thường như OSPF, BGP… để lấy thông tin
trong bảng định tuyến IP. Sau đó chúng sẽ thõa thuận với nhau về nhãn cho các FEC và tự ghi nhận vào trong LIB.
+Phương pháp dựa theo yêu cầu: sử dụng các giao thức điều khiển lưu lượng theo yêu cầu như RSVP, các LSR sẽ
yêu cầu cấp nhãn cho một FEC từ LSR sau nó và ghi nhận vào trong LIB.
-Tương ứng có hai loại đường chuyển mạch nhãn(label switch path) là:
+Hop by hop signaled LSP - xác định đường đi khả thi nhất (best-effort path), mỗi LSR chọn lựa router tiếp theo một
cách độc lập đối với một FEC được cho.
+Explicit route signaled LSP(ER-LSP) - xác định các tuyến đường đi bắt nguồn từ nút gốc, LER ngõ vào sẽ chỉ định
một danh sách các node mà packet đi qua.
ER-LSP có các ưu điểm sau: khả năng định tuyến linh hoạt, xác định nhiều đường đi đến đích, quản lý lưu lượng linh
hoạt, việc tìm đường dựa trên quan hệ ràng buộc như mạng ATM.
7.Các bước vận hành của MPLS

-Tạo và phân phối nhãn
-Tạo bảng LIB tại mỗi router
-Tạo các đường chuyển mạch nhãn LSP
-Chèn nhãn, phân tích nhãn, swapping nhãn và chuyển gói đi
8.Routing với nhãn


-Giả sử ta có một mạng đơn giản như sau trong đó Router A là Ingress router (router biên ngõ vào), Router C là
Egress router (router biên ngõ ra).
-Phương thức gán và phân tán nhãn gồm những bước như sau:
+Step 1: Giao thức định tuyến (OSPF hay IS IS …) xây dựng bảng routing table.

Đầu tiên các router sẽ dùng các giải thuật định tuyến như OSPF hay IS IS… để tìm đường đi cho gói tin giống như
mạng IP thông thường và xây dựng nên bảng routing- table cho mỗi router trong mạng. Giả sử, ở đây router A muốn
đến mạng X thì phải qua router B, B chính là Next-hop của router A để đến mạng X.
+Step 2: Các LSR lần lượt gán 1 nhãn cho một dest-IP trong bảng routing Table một cách độc lập.


Sau khi bảng routing table đã hình thành, các router sẽ gán nhãn cho các đích đến mà có trong bảng routing table
của nó, ví dụ ở đây router B sẽ gán nhãn bằng 25 cho mạng X, nghĩa là những nhãn vào có giá trị 25 router B sẽ
chuyển nó đến mạng X.
+Step 3: LSR lần lượt phân tán nhãn cho tất cả các router LSR kế cận.

Router B phân tán nhãn 25 cho tất cả các router LSR kế cận nó với ý nghĩa “Nếu bạn muốn đến X thì hãy gán nhãn
25 rồi gửi đến tôi”, cùng lúc đó bảng tra LIB hình thành trong router B.
+Step 4: Tất cả các LSR xây dựng các bảng LIB, LFIB, FIB dựa trên label nhận được.


Các router LSR nhận được nhãn được từ router hàng xóm sẽ cập nhập vào bảng LIB, riêng với router biên (Edge
LSRs) sẽ cập nhập vào bảng LIB và cả FIB của nó.
-Cũng giống như B, router C sẽ gán nhãn là 47 cho network X và sẽ quảng bá nhãn này cho các router kế cận, C
không quảng bá cho router D vì D không chạy MPLS.

-Cùng lúc đó router C hình thành 2 bảng tra LIB và LFIB có các entry như trên. Sau khi nhận được quảng bá của
router C, router B sẽ thêm nhãn 47 vừa nhận được vào trong bảng tra FIB và LIB đồng thời xây dựng bảng tra LFIB
có các entry như hình vẽ, router E chỉ thêm nhãn 47 vào trong LIB và FIB.
-Cùng lúc đó router C hình thành 2 bảng tra LIB và LFIB có các entry như trên. Sau khi nhận được quảng bá của
router C, router B sẽ thêm nhãn 47 vừa nhận được vào trong bảng tra FIB và LIB đồng thời xây dựng bảng tra LFIB
có các entry như hình vẽ, router E chỉ thêm nhãn 47 vào trong LIB và FIB.


-Như vậy ta đã có được đường đi từ biên router A đến mạng cần đến là mạng X, hay nói cách khác một LSP đã hình

thành.
9.Phương thức truyền gói tin trong mạng MPLS
-Một gói tin IP từ mạng IP đến router biên Ingress, router A sẽ thực hiện tra bảng FIB của nó để tìm ra nexthop cho
gói itn nay, ở đây A sẽ gán nhãn 25 cho gói tin này theo entry có trong bảng FIB của nó và sẽ gởi tới next hop là
router B để đến mạng X.

-Gói tin với nhãn 25 được truyền đến cho router B, router B sẽ tra bảng LFIB của nó và tìm ra giá trị nhãn ngõ ra cho
gói tin có nhãn ngõ vào 25 là 47, router B sẽ swap nhãn thành 47 và truyền cho next hop là router C.
/>- Gói tin với nhãn 47 được truyền đến router C, router C sẽ tra bảng LFIB của nó và tìm ra hoạt động tiếp theo cho
gói tin có nhãn vào 47 là sẽ pop nhãn ra khỏi gói tin và truyền cho next hop là router D, như vậy gói tin đến D là gói
tin IP bình thường không nhãn.


-Gói tin IP này đến D, router D sẽ tra bảng routing table của nó và truyền cho mạng X.
10.Các đặc tính của MPLS
So sánh tổng quan MPLS với IP và ATM:

Các lợi ích của MPLS:
- Giá vận hành thấp hơn:
+Chuyển mạch MPLS là ít phức tạp hơn IP
+Dễ dàng mở rộng hơn ATM
+Nâng cấp và tận dụng lại các chuyển mạch ATM có sẵn
-Hổ trợ QoS tiên tiến:
+ Với khả năng xử lý và phân biệt lưu lượng theo luồng, các nhà cung cấp dịch vụ có thể cấp phát đủ tài nguyên
mạng cho các luồng đặc biệt dựa vào các dạng ứng dụng khác nhau
+Cung cấp QoS theo đề nghị mức dịch vụ SLA của khách hàng


- Kỹ thuật lưu lượng mở rộng:
+Lưu lượng trong MPLS có thể được ghép hay tách tại nhiều mực khác nhau

+ Lưu lượng có thể được phân phối trên nhiều LSP hay tái định tuyến sang các link khác để đảm bảo cân bằng tải
-Tạo ra các dịch vụ mới một cách mềm dẻo:
+ Thích nghi với mọi giao thức tầng 2
+ Cung cấp dịch vụ VPN MPLS thông qua phương pháp xếp chồng nhãn. Lúc đó một gói có thể có nhiều nhãn, nhãn
dành để chuyển mạch và nhãn dùng để phân biệt các mạng riêng ảo khác nhau

11.Kết luận
-Giải pháp chuyển mạch nhãn đa giao thức là một kỹ thuật mạng mới với mục tiêu kết hợp tính mềm dẻo của công
nghệ IP và ATM.
-MPLS bao gồm 3 thành phần chính:
+Giao thức định tuyến IP như OSPF, BGP tại biên mạng và lõi mạng để tìm kiếm các bộ định tuyến MPLS.
+Chuyển mạch gói tin dựa trên địa chỉ IP tại biên mạng.
+Gán nhãn và phân bố nhãn trong mạng lõi để gửi gói nhanh và hiệu quả nhất.
-Phương pháp định tuyến trong MPLS hỗ trợ 2 dạng hop-by-hop(định tuyến từng bước) và explicit(định tuyến
nguồn).
-Phương pháp định tuyến nguồn có tính động lớn hơn trên cơ sở yêu cầu QoS và các chính sách khác.
-Quá trình phân phối nhãn là độc lập với quá trình truyền tin và thông qua giao thức phân phối nhãn. Quá trình gán
nhãn và phân phối nhãn phụ thuộc rất nhiều vào topo mạng, lưu lượng điều khiển và lưu lượng số liệu.
12.Một số ứng dụng
Các dịch vụ internet có thể chia làm 3 nhóm chính: voice, data, video với các yêu cầu khác nhau. Như voice yêu cầu
độ trễ thấp, cho phép thất thoát dữ liệu để tăng hiệu quả. Video cho phép mất mác dữ liệu ở mức chấp nhận được,
mang tính real time. Data yêu cầu độ bảo mật, độ chính xác cao...Việc triển khai công nghệ MPLS làm tăng hiệu quả
khai thác các tài nguyên mạng một cách hữu hiệu nhất.
Hiện có một số ứng dụng MPLS đang được triển khai là:
- MPLS Traffic Engineering
- MPLS VPN
- MPLS QoS
- MPLS Unicast/Multicast IP Routing
...

+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 encrytion 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.
+MPLS Unicast/Multicast IP routing.