Điều khiển lưu lượng trong chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là : Trần Phương Nhung
Sinh ngày: 04/01/1986
Học viên cao học khóa 2011-2013
Tôi xin cam đoan, toàn bộ kiến thức và nội dung trong bài luận văn của mình
là các kiến thức tự nghiên cứu từ các tài liệu tham khảo trong và ngoài nước, không
có sự sao chép hay vay mượn dưới bất kỳ hình thức nào để hoàn thành bản luận
văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Điện tử Viễn thông. Tôi xin chịu hoàn toàn
trách nhiệm về nội dung của luận văn này trước Trung tâm Đào tạo và Bồi dưỡng
sau Đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà nội.


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH NHÃN MPLS ........................ 3
1.1 Giới thiệu MPLS ............................................................................................... 3
1.2 Phƣơng thức hoạt động:................................................................................... 4
1.3 Các khái niệm cơ bản trong MPLS ................................................................ 5
1.4 Cấu trúc mạng và phƣơng thức hoạt động .................................................... 7
1.4.1 Cấu trúc nút của MPLS .................................................................................. 7
1.4.2. Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB) ................................................... 10
1.5 Thuật toán chuyển tiếp nhãn (Label Forwarding Algorithm) .................. 11
1.5.1 Hoạt động chuyển tiếp của MPLS .............................................................. 11
1.5.2 Module điều khiển trong MPLS .................................................................. 13
1.6.1 Giao Thức TDP ............................................................................................ 14
1.6.2 Giao Thức LDP ............................................................................................ 15
1.6.3 Sự duy trì nhãn MPLS ................................................................................ 15

1.6.4 Routing với nhãn......................................................................................... 16
1.7 Các loại nhãn ra đặc biệt ............................................................................ 203
1.8 Kết Luận Chƣơng ........................................................................................... 21
CHƢƠNG 2: VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN LƢU LƢỢNG VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU
KHIỂN LƢU LƢỢNG TRONG MPLS ................................................................ 22
2.1 Giới thiệu chung ............................................................................................. 22
2.2 Quản lý lƣu lƣợng trong MPLS .................................................................... 24
2.2.1 Khái niệm trung kế lưu lượng MPLS .......................................................... 24
2.2.2 Hoạt động cơ bản của các trung kế lưu lượng ............................................. 25
2.2.3 Các thuộc tính kỹ thuật lưu lượng cơ bản của trung kế lưu lượng. ............. 26


2.3 Bài toán điều khiển lƣu lƣợng trong MPLS ................................................. 26
2.3.1 Đặt vấn đề .................................................................................................... 26
2.3.2 Một số kĩ thuật điều khiển lưu lượng trong MPLS ...................................... 34
2.4 Kết luận chƣơng.............................................................................................. 40
CHƢƠNG 3: KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG VỚI MPLS TE ................................ 41
3.1 Tổng quan về Kỹ thuật MPLS TE ................................................................ 41
3.2 Bài toán minh họa ........................................................................................... 41
3.3 Thiết lập đƣờng truyền thiết kế lƣu lƣợng sử dụng MPLS-TE ................. 43
3.3.1 Thuộc tính ưu tiên (priority) và sự chiếm trước (preemption) LSP ............ 43
3.3.2 Phân phối thông tin – IGP mở rộng ............................................................. 43
3.3.3 Tính toán đường truyền – CSPF .................................................................. 44
3.3.4 Thiết lập đường truyền - RSVP mở rộng và điều khiển chấp nhận
(admission control) ............................................................................................... 46
3.4 Sử dụng đƣờng truyền thiết kế lƣu lƣợng .................................................... 47
3.5 Kết luận chƣơng.............................................................................................. 50
CHƢƠNG 4: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MPLS TẠI VIỆT NAM ....................... 52
4.1 Tại VNPT........................................................................................................ 52
4.2 Ứng Dụng MPLS tại tập đoàn Viettel .......................................................... 55

KẾT LUẬN .............................................................................................................. 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 62


THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT

AAL5

ATM Adaptation Layer 5

Lớp thích ứng ATM 5

Application Programming
API

ASN.1

Interface

Giao Diện chương trình ứng Dụng

Abstract Syntax Notation

Chuyển mạch IP theo phương pháp tổng

Number One

hợp tuyến

Addresss Resolution

ARP

Protocol

Giao thức phân tích địa chỉ

AS

Autonomous System

Hệ tự quản

Asynchronous Transfer
ATM

Mode

Phương thức truyền tải không đồng bộ

BroadBand Remote Access
BBRAS

Server

Máy chủ truy nhập từ xa băng rộng

BCF

Bearer Contrrol Function

Khối chức năng điều khiển tải tin

BGP

Border Gateway Protocol

Giao thức định tuyến cổng miền.

BOF

Board Of a Founders

Cuộc họp trù bị WG-IETF

COS

Class of Service

Lớp dịch vụ

CPE

Customer Premise Equipment

Thiết bị phía khách hàng

CR

Cell Router

Bộ định tuyến tế bào

Constrained Shortest Path

Giao thức định tuyến tìm đường ngắn

CSPF

First

nhất.

DNS

Domain Name System

Hệ thống tên miền

Data Link Connection
DLCI

Identifier

Nhận dạng kết nối lớp liên kết dữ liệu

DS

Differentiated Service

Các dịch vụ khác nhau

ECR

Egress Cell Router

Thiết bị định tuyến tế bào lối ra

EGP

Edge Gateway Protocol

Giao thức định tuyến cổng biên


Element Management
EMS

System

Hệ thống quản lý phần tử

Forwarding Equivalence
FEC

Class

Nhóm chuyển tiếp tương đương
Cơ sở dữ liệu chuyển tiếp trong bộ định

FIB

Forwarding Infomation Base

tuyến

FR

Frame Relay

Chuyển dịch khung

FTN

FEC - to – NHLFE

Sắp xếp FEC vào NHLFE

International Bussiness
IBM

Machine

Công ty IBM

Internet Control Message
ICMP

Protocol

Giao thức bản tin điều khiển Internet

ICR

Ingress Cell Router

Thiết bị định tuyến tế bào lối vào

International Engineering

Tổ chức tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế cho

IETF

Task Force

Internet

IGP

Interior Gateway Protocol

Giao thức định tuyến trong miền

IN

Intelligent Network

Mạng thông minh

INTSERV

Integrated services

Dịch vụ tích hợp

IP

Internet Protocol

Giao thức định tuyến Internet

IPv4

IP version 4

IP phiên bản 4.0

International Softswitch
ISC

Consortium

Tổ chức chuyển mạch mềm quốc tế.

Intergrated Service Digital
ISDN

Network

Mạng số liên kết đa dịch vụ

Intermediate System –
ISIS

Intermediate System

Giao thức định tuyến IS-IS

IT

Information Technology

Kỹ thuật thông tin


LAN

Local Area Network

Mạng cục bộ

Label Controlled ATM
LC-ATM

Interface

Giao diện ATM điều khiển bởi nhãn

LDP

Label Distribution Protocol

Giao thức phân phối nhãn

Label Forwarding
LFIB

Information Base

Cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn

LIB

Label Information Base

Bảng thông tin nhãntrong bộ định tuyến

L2TP

Layer 2 tunnel protocol

Giao thức đường hầm lớp 2

LMP

Link Management Protocol

Giao thức quản lý kênh

LPF

Logical Port Fuction

Khối chức năng cổng logic

LSP

Label Switched Path

Tuyến chuyển mạch nhãn

LSR

Label Switching Router

Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
Thiết bị điều khiển truy nhập mức

MAC

Media Access Controller

phương tiện truyền thông

MG

Media Gateway

Cổng chuyển đổi phương tiện

MGC

Media Gateway Controller

Thiết bị điều khiển MG

Management Information
MIB

Base

Cơ sở dữ liệu thông tin quản lý

MultiProtocol Label
MPLS

Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MPOA

MPLS over ATM

MPLS trên ATM

MSF

MultiService Switch Forum

Diễn đàn chuyển mạch đa dịch vụ

NGN

Next Generation Network

Mạng thế hệ sau

NextHop Label Forwarding

Phương thức gửi chuyển tiếp gói tin dán

Entry

nhãn

NHLFE

Next Hop Resolution
NHRP

Protocol

Giao thức phân tích địa chỉ nút tiếp theo

NLPID

Network Layer Protocol

Nhận dạng giao thức lớp mạng

NNI

Network Network Interface

Giao diện mạng - mạng


Network Management
NMS

system

Hệ thống quản lý mạng

OID

Object Identifier

Nhận dạng đối tượng

OOD

Object- Oriented Design

Thiết kế đối tượng định hướng

OPSF

Open Shortest Path First

Giao thức định tuyến OSPF

Open Systems
OSI

Interconnection

Kết nối các hệ thống mở

OSS

Operation Support system

Hệ thống hỗ trợ vận hành

PDU

Protocol Data Unit

Đơn vị dữ liệu giao thức

Public switch telephone
PSTN

Network

Mạng chuyển mạch thoại công cộng

PVC

Permanent Virtual Circuit

Kênh ảo cố định

QOS

Quality Of Service

Chất lượng dịch vụ

RFC

Request for Comment

Các tài liệu về tiêu chuẩn IP do IETF đưa ra

RIP

Realtime Internet Protocol

Giao thức báo hiệu IP thời gian thực

Resource Reservation

Giao thức giành trước tài nguyên (hỗ trợ

Protocol

QoS)

RSVP

Thoả thuận mức dịch vụ giữa nhà cung
SLA

Service Level Agreement

cấp và khác hàng

SNAP

Service Node Access Point

Điểm truy nhập nút dịch vụ

SNI

Signalling Network Interface

Giao diện mạng báo hiệu

Simple Network
SNMP

Management Protocol

Giao thức quản lý mạng đơn giản

Synchronous Optical

SONET

Network

Mạng truyền dẫn quang đồng bộ

SP

Service Provider

Nhà cung cấp dịch vụ

SPF

Shortest Path First

Giao thức định tuyến đường ngắn nhất

SVC

Switched Virtual Circuit

Kênh ảo chuyển mạch


TCP

Transport Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền tải

TDP

Tag Distribution Protocol

Giao thức phân phối thẻ

TE

Terminal Equipment

Thiết bị đầu cuối

TGW

Trunking Gateway

Cổng trung kế

TLV

Type-Length- Value

Giá trị chiều dài tuyến (số nút)

Telecommunication
TMN

Mângement Network

Mạng quản lý thông tin

Telecommunications
TOM

Operations MAP

Hoạt động thông tin MAP

TOS

Type of Service

Các kiểu dịch vụ

USM

User – based security Model

Kiểu bảo mật cơ sở người sử dụng

UDP

User Data Protocol

Giao thức dữ liệu người sử dụng

VC

Virtual Circuit

Kênh ảo

VCI

Virtual Circuit Identifier

Trường nhận dạng kênh ảo trong tế bào

VNS

Virtual Network Service

Dịch vụ mạng ảo

VPI

Virtual Path Identifier

Nhận dạng đường ảo

VPN

Virtual Private Network

Mạng riêng ảo

VR

Virtual Router

Bộ định tuyến ảo

VSC

Virtual Switched Controller

Khối điều khiển chuyển mạch ảo

Virtual Switched Control
VSCF

Fuction

Khối chức năng điều khiển chuyển mạch ảo

VSF

Virtual Switched Fuction

Khối chức năng chuyển mạch ảo

WAN

Wide Area Network

Mạng diện rộng

WDM

Wave Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo bước sóng

WFQ

Weighted Factor Queque

Hàng đợi theo trọng số


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1:Cấu trúc mạng MPLS ...................................................................................6
Hình 1.2: Cấu trúc nhãn MPLS ...................................................................................6
Hình 1.3 : Mặt Phẳng điều khiển và chuyển tiếp trong MPLS ...................................7
Hình 1.4: Định dạng tiêu đề của MPLS ......................................................................9
Hình 1.5 : Cấu trúc nhãn dạng tế bào ..........................................................................9
Hình 1.6 : Cấu trúc bảng LFIB..................................................................................10
Hình 1.7 : Sơ đồ thuật toán chuyển tiếp nhãn.........................................................11
Hình 1.8: Control Plane trong MPLS ........................................................................12
Hình 1.9: Mạng MPLS ..............................................................................................16
Hình 1.10: Nexthop trong MPLS ..............................................................................17
Hình 1.11 :Gán nhãn trong MPLS ............................................................................17
Hình 1.12 :Quảng bá nhãn trong MPLS ...................................................................17
Hình 1.13 :Bảng nhãn trong router MPLS ..............................................................18
Hình 1.14 :LIB và LFIB trong Router MPLS ...........................................................18
Hình 1.15 :FIB và LFIB trên các router ....................................................................19
Hình 1.16 : Gán nhãn cho các gói tin đi vào .............................................................19
Hình 1.17 :Chuyển tiếp gói tin dựa vào nhãn ...........................................................20
Hình 1.18 : POP nhãn tại router biên ........................................................................20

Hình 2.1: So sánh giữa chuyển tiếp MPLS và chuyển tiếp IP ..................................28
Hình 2.2.: Tắc nghẽn gây ra bởi kỹ thuật chon đường ngắn nhất .............................31
Hình 2.3: Giải pháp cho vấn đề sử dụng kỹ thuật lưu lượng. ...................................32
Hình 2.4: Cấu hình bộ đệm .......................................................................................36
Hình 3.1 : Đường đi LSP trong MPLS......................................................................43
Hình 3.2: LSP trong MPLS .......................................................................................46
Hình 3.3: Metric của LSP trong MPLS ....................................................................49
Hình 4.1: Kết nối các văn phòng và trụ sở chính ......................................................53
Hình 4.2: Sơ đồ MPLS L2VPN ................................................................................53
Hình 4.3 : Sơ Đồ MPLS L3VPN...............................................................................54
Hình 4.4: Sơ đồ kết nối Mạng MPBN.......................................................................55


Hình 4.5: Chi tiết kết nối mô hình mạng MPBN ......................................................55
Hình 4.6: Mô hình kết nối trong mạng IPBN ..........................................................56


LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của đất nước, ngành công nghiệp viễn thông cũng
phát triển không ngừng. Số người sử dụng các dịch vụ mạng tăng đáng kể, theo dự
đoán con số này đang tăng theo hàm mũ. Ngày càng có nhiều các dịch vụ mới và
chất lượng dịch vụ cũng được yêu cầu cao hơn. Trước tình hình này, các vấn đề về
mạng bắt đầu bộc lộ, các nhà cung cấp mạng và các nhà cung cấp dịch vụ cũng đã
có nhiều nỗ lực để nâng cấp cũng như xây dựng hạ tầng mạng mới. Nhiều công
nghệ mạng đã ra đời nhằm đáp ứng tốt nhất nhu cầu của khách hàng và giải quyết
các vấn đề nảy sinh. Trong số đó chúng ta phải kể đến công nghệ chuyển mạch
nhãn đa giao thức MPLS.
Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là kết quả phát triển của
nhiều công nghệ chuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để
tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP.

MPLS tách chức năng của bộ định tuyến IP ra làm hai phần riêng biệt: Chức năng
chuyển gói tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm
vụ gửi gói tin giữa các bộ định tuyến IP, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như
của ATM. Kĩ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong
một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn mới của nó. Việc này đơn
giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin theo kiểu thông thường, và do vậy cải thiện
khả năng của thiết bị. MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến
Internet khác như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Gateway
Protocol). Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố
định, nên việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi. Đây
là một tính năng vượt trội của MPLS so với các giao thức định tuyến trước đây.
Ngoài ra MPLS còn có cơ chế tái định tuyến lại (fast rerouting).
Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng hỗ trợ quản lý mạng dễ dàng và
đơn giản hơn. Bằng cách giám sát lưu lượng tại các bộ định tuyến chuyển mạch

1


nhãn (LSR), nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có
thể được xác định nhanh chóng.
MPLS là một công nghệ chuển mạch IP có triển vọng ứng dụng rất cao. Nhờ
đặc tính 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 cũng được cải
thiện rõ rệt.
Do MPLS có nhiều ưu điểm như vậy nên việc tìm hiểu các vấn đề về công
nghệ MPLS là vấn đề quan trọng đối với sinh viên ngành điện tử - viễn thông. Nhận
thức được điều đó tôi đã lựa chọn đồ án tốt nghiệp “Điều khiển lưu lượng trong
chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS”.
Nội dung đồ án được chia thành 4 chương.
Chương 1: Tổng quan về công nghệ MPLS

Chương 2: Vấn đề điều khiển lưu lượng và bài toán điều khiển lưu lượng trong MPLS
Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng với MPLS TE
Chương 4: Ứng dụng công nghệ MPLS tại Việt Nam
Do công nghệ MPLS còn tương đối mới, việc tìm hiểu các vấn đề của công nghệ
MPLS đòi hỏi phải có kiến thức sâu rộng và lâu dài. Do vậy đồ án không tránh khỏi
những sai sót. Rất mong nhận được sự phê bình, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Nguyễn Vũ Sơn đã tận tình hướng
dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông đã giúp đỡ
em trong thời gian qua và xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và người thân
những người đã giúp đỡ động viên tôi trong quá trình học tập.
Hà Nội, ngày 20 tháng 9 năm 2013
Học viên

2


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
VỀ CHUYỂN MẠCH NHÃN MPLS
1.1 Giới thiệu MPLS
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. Tổ chức ATMForum, dựa trên mô hình này, đã phát triển công nghệ LANE và MPOA. Các công
nghệ này sử dụng các máy chủ để chuyển đổi địa chỉ nhưng đều không tận dụng
được khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ của ATM.

MPLS – multi protocol lable switching. 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.
Phương pháp chuyển mạch nhãn giúp các Router và MPLS-enable ATM switch ra
quyết định theo nội dung nhãn tốt hơn việc định tuyến phức tạp theo địa chỉ IP đích.
MPLS kết nối tính thực thi và khả năng chuyển mạch lớp hai với định tuyến lớp ba.
Cho phép các ISP cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau mà không cần phải bỏ đi cơ sở
hạ tầng sẵn có. Cấu trúc MPLS có tính mềm dẻo trong bất kỳ sự phối hợp với công
nghệ lớp hai nào.
MPLS hỗ trợ mọi giao thức lớp hai, triển khai hiệu quả các dịch cụ 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

3


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.
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. Phương pháp chuyển mạch nhãn giúp
các Router và MPLS-enable ATM switch ra quyết định theo nội dung nhãn tốt hơn
việc định tuyến phức tạp theo địa chỉ IP đích. MPLS kết nối tính thực thi và khả
năng chuyển mạch lớp hai với định tuyến lớp ba. Cho phép các ISP cung cấp nhiều
dịch vụ khác nhau mà không cần phải bỏ đi cơ sở hạ tầng sẵn có. Cấu trúc MPLS có
tính mềm dẻo trong bất kỳ sự phối hợp với công nghệ lớp hai nào.

MPLS hỗ trợ mọi giao thức lớp hai, triển khai hiệu quả các dịch cụ 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.

1.2 Phƣơng thức hoạt động:
Thay thế cơ chế định tuyến lớp ba bằng cơ chế chuyển mạch lớp hai.
MPLS hoạt động trong lõi của mạng IP. Các Router trong lõi phải enable MPLS
trên từng giao tiếp. Nhãn được gắn thêm vào gói IP khi gói đi vào mạng MPLS.
Nhãn được tách ra khi gói ra khỏi mạng MPLS. Nhãn (Label) được chèn vào giữa
header lớp ba và header lớp hai. Sử dụng nhãn trong quá trình gửi gói sau khi đã
thiết lập đường đi. MPLS tập trung vào quá trình hoán đổi nhãn (Label Swapping).
Một trong những thế mạnh của khiến trúc MPLS là tự định nghĩa chồng nhãn
(Label Stack).
- Công thức để gán nhãn gói tin là:
Network Layer Packet + MPLS Label Stack

4


- Không gian nhãn (Label Space): có hai loại. Một là, các giao tiếp dùng
chung giá trị nhãn (per-platform label space). Hai là, mỗi giao tiếp mang giá trị
nhãn riêng, (Per-interface Label Space).
- Bộ định tuyến chuyển nhãn (LSR – Label Switch Router): ra quyết định
chặng kế tiếp dựa trên nội dung của nhãn, các LSP làm việc ít và hoạt động gần
giống như Switch.
- Con đường chuyển nhãn (LSP – Label Switch Path): xác định đường đi của
gói tin MPLS. Gồm hai loại: Hop by hop signal LSP – xác định đường đi khả thi nhất
theo kiểu best effort và Explicit route signal LSP – xác định đường đi từ nút gốc.

Một số ứng dụng của MPLS:
- Internet có ba nhóm ứng dụng chính: voice, data, video với các yêu cầu
khác nhau. Voice yêu cầu độ trễ thấp, cho phép thất thoát dữ liệu để tăng hiếu quả.
Video cho phép thất thoát dữ liệu ở mức chấp nhận được, mang tính thời gian thực
(realtime). Data yêu cầu độ bảo mật và chính xác cao. MPLS giúp khai thác tài
nguyên mạng đạt hiệu quả cao.
Một số ứng dụng đang được triển khai là:
- 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.

1.3 Các khái niệm cơ bản trong MPLS
Để hiểu được nguyên tắc hoạt động của MPLS, trước hết ta phải làm quen
với một số khái niệm mới được dùng trong MPLS.

5


Hình 1.1:Cấu trúc mạng MPLS

• MPLS domain: Là tập hợp của các node mạng MPLS được quản lý và điều
khiển bởi cùng một quản trị mạng, hay nói một cách đơn giản hơn là một MPLS domain,
có thể coi như hệ thống mạng của một tổ chức nào đó (chẳng hạn nhà cung cấp dịch vụ).
• LSR (Label Switching Router): Là node mạng MPLS. Có hai loại LSR chính:
- LSR cạnh (gồm LSR hướng vào, LSR hướng ra): LSR nằm ở biên của

MPLS domain và kết nối trực tiếp với mạng người dùng.
- LSR chuyển tiếp (Transit LSR): LSR nằm bên trong MPLS domain, các
LSR này chính là các bộ định tuyến lõi (core router) của nhà cung cấp dịch vụ.
• Nhãn (Label): Thường được tổ chức dưới dạng ngăn xếp nhãn (Label
Stack), có độ dài 32 bit được thể hiện như sau:

Hình 1.2: Cấu trúc nhãn MPLS

Trường Label: Có độ dài 20 bit, đây chính là giá trị nhãn.
Trường Exp (Experimental): Có độ dài 3 bit dùng cho mục đích dự trữ
nghiên cứu và phân chia lớp dịch vụ (COS – Class Of Service).
Trường S: Có độ dài 1 bit, dùng chỉ định nhãn cuối cùng của Label Stack.
Với nhãn cuối cùng, S=1.

6


Trường TTL (Time To Live): Có mục đích như trường TTL trong gói tin IP.
• FEC: MPLS không thực hiện quyết định chuyển tiếp với gói dữ liệu lớp 3
(datagram) mà sử dụng một khái niệm mới gọi là FEC (Forwarding Equivalence
Class). Mỗi FEC được tạo bởi một nhóm các gói tin có chung các yêu cầu về truyền
tải hoặc dịch vụ (thoại, data, video, VPN…) hoặc cùng yêu cầu về QoS. Hay nói
một cách khác, MPLS thực hiện phân lớp dữ liệu để chuyển tiếp qua mạng.
• LSP (Label Switching Path): Là tuyến được bắt đầu tại một LSR hướng vào
thông qua một hoặc nhiều hoặc thậm chí là không LSR chuyển tiếp nào và cuối
cùng kết thúc tại một LSR hướng ra. LSP chính là đường đi của các FEC thông qua
mạng MPLS. Khái niệm về LSP tương tự như khái niệm về kênh ảo (Virtual
Channel) trong mạng IP, ATM, Frame Relay …
• LDP (Label Distribution Protocol): Là các giao thức phân bổ nhãn được
dùng trong MPLS để phân bổ nhãn và thiết lập các LSP thông qua mạng MPLS.

1.4 Cấu trúc mạng và phƣơng thức hoạt động
1.4.1 Cấu trúc nút của MPLS

Hình 1.3 : Mặt Phẳng điều khiển và chuyển tiếp trong MPLS

7


Một nút của MPLS có hai mặt phẳng: mặt phẳng chuyển tiếp MPLS và
mặt phẳng điều khiển MPLS. Nút MPLS có thể thực hiện định tuyến lớp ba hoặc
chuyển mạch lớp hai. Kiến trúc cơ bản của một nút MPLS như sau:
●Mặt phẳng chuyển tiếp (Forwarding plane)
Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng một cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn
(LFIB - Label Forwarding Information Base) để chuyển tiếp các gói. Mỗi nút
MPLS có hai bảng liên quan đến việc chuyển tiếp là: cơ sở thông tin nhãn (LIB Label Information Base) và LFIB. LIB chứa tất cả các nhãn được nút MPLS cục
bộ đánh dấu và ánh xạ của các nhãn này đến các nhãn được nhận từ láng giềng
(MPLS neighbor) của nó. LFIB sử dụng một tập con các nhãn chứa trong LIB để
thực hiện chuyển tiếp gói.
● Nhãn (Label) trong MPLS
Nhãn là giá trị có chiều dài cố định dùng để nhận diện một FEC nào đó.
Nhãn được “dán ” lên một gói để báo cho LSR biết gói này cần đi đâu. 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 LIFO. 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.
+ Kiểu khung (Frame mode):
Kiểu khung là thuật ngữ khi chuyển tiếp một gói với nhãn gắn trước tiêu

đề lớp ba. Một nhãn được mã hoá với 20bit, nghĩa là có thể có 220 giá trị khác
nhau. Một gói có nhiều nhãn, gọi là chồng nhãn (label stack). Ở mỗi chặng trong
mạng chỉ có một nhãn bên ngoài được xem xét. Hình 4 mô tả định dạng tiêu đề
của MPLS

8


Hình 1.4: Định dạng tiêu đề của MPLS

Trong đó:
− EXP=Experimental (3 bit): dành cho thực nghiệm. Cisco IOS sử dụng các
bit này để giữ các thông báo cho QoS; khi các gói MPLS xếp hàng có thể dùng các
bit EXP tương tự như các bit IP ưu tiên (IP Precedence).
− S=Bottom of stack (1 bit): là bít cuối chồng. Nhãn cuối chồng bit này được
thiết lập lên 1, các nhãn khác có bít này là 0.
− TTL=Time To Live (8 bit): thời gian sống là bản sao của IP TTL. Giá trị
của nó được giảm tại mỗi chặng để tránh lặp (giống như trong IP). Thường dùng khi
người điều hành mạng muốn che dấu cấu hình mạng bên dưới khi tìm đường từ
mạng bên ngoài.
+ Kiểu tế bào (Cell mode):

Hình 1.5 : Cấu trúc nhãn dạng tế bào

9


Thuật ngữ này dùng khi có một mạng gồm các ATM LSR dùng MPLS trong
mặt phẳng điều khiển để trao đổi thông tin VPI/VCI thay vì dùng báo hiệu ATM.
Trong kiểu tế bào, nhãn là trường VPI/VCI của tế bào. Sau khi trao đổi nhãn trong

mặt phẳng điều khiển, ở mặt phẳng chuyển tiếp, bộ định tuyến ngõ vào (ingress
router) phân tách gói thành các tế bào ATM, dùng giá trị VCI/CPI tương ứng đã
trao đổi trong mặt phẳng điều khiển và truyền tế bào đi. Các ATM LSR ở phía trong
hoạt động như chuyển mạch ATM – chúng chuyển tiếp một tế bào dựa trên
VPI/VCI vào và thông tin cổng ra tương ứng. Cuối cùng, bộ định tuyến ngõ ra
(egress router) sắp xếp lại các tế bào thành một gói.
Trong đó:
GFC (Generic Flow Control): Điều khiển luồng chung
VPI (Virtual Path Identifier): nhận dạng đường ảo
VCI (Virtual Channel Identifier): nhận dạng kênh ảo
PT (Payload Type): Chỉ thị kiểu trường tin
CLP (Cell Loss Priority): Chức năng chỉ thị ưu tiên huỷ bỏ tế bào
HEC (Header error check): Kiểm tra lỗi tiêu đề.

1.4.2. Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB)
Cấu trúc của LFIB được mô tả như hình sau:

Hình 1.6 : Cấu trúc bảng LFIB

10


1.5 Thuật toán chuyển tiếp nhãn (Label Forwarding Algorithm)
Bộ chuyển tiếp nhãn sử dụng một thuật toán chuyển tiếp dựa vào việc hoán
đổi nhãn. nút MPLS lấy giá trị trong nhãn của gói vừa đến làm chỉ mục đến LFIB.
Khi giá trị nhãn tương ứng được tìm thấy, MPLS sẽ thay thế nhãn trong gói đó bằng
nhãn ra từ mục con và gửi gói qua giao tiếp ngõ ra tương ứng đến trạm kế đã được
xác định. Nếu nút MPLS chứa nhiều LFIB trên mỗi giao tiếp, nó sử dụng giao tiếp
vật lí nơi gói đến để chọn một LFIB cụ thể phục vụ việc chuyển tiếp gói. Các thuật
toán chuyển tiếp thông thường sử dụng nhiều cơ chế như Unicast, Multicast và các

gói Unicast có thiết lập bit ToS. Tuy nhiên, MPLS chỉ dụng một thuật toán chuyển
tiếp dựa trên sự hoán đổi nhãn (Label Swapping). Một nút MPLS truy xuất bộ nhớ
đơn để lấy ra các thong tin như quyết định tài nguyên cần thiết để chuyển tiếp gói.
Khả năng chuyển tiếp và tra cứu tốc độ nhanh giúp chuyển nhãn trở thành công
nghệ chuyển mạch có tính thực thi cao

Hình 1.7 : Sơ đồ thuật toán chuyển tiếp nhãn

1.5.1 Hoạt động chuyển tiếp của MPLS
Thực hiện chuyển tiếp dữ liệu với MPLS gồm các bước sau:
●Gán nhãn MPLS trên LSR.

11


●Giao thức phân phối nhãn (LDP hay TDP) thực hiện gán nhãn vả trao đổi
nhãn giữ các LSR trong miền MPLS để thiết lập phiên làm việc. Việc gán nhãn có
thể gán cục bộ trên Router hoặc trên các giao tiếp của Router.
Thiết lập LDP/TDP giữa LSR/ELSR.
Mặc định trên cùng một Router Cisco có thể chạy ngẫu nhiên hai giao thức
LDP hay TDP, vì thế khi cấu hình điều cần thiết là gán cho các Router một giao
thức phân phối nhãn chung nhất.

Hình 1.8: Control Plane trong MPLS

Mặt phẳng điều khiển MPLS chịu trách nhiệm tạo ra và lưu trữ LFIB. 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 nút MPLS enable ATM sẽ dùng một
bộ điều khiển nhãn (LSC – Label Switch Controller) như bộ định tuyến 7200, 7500
hoặc dùng một mô đun xử lý tuyến (RMP – Route Processor Module) để tham gia

xử lý định tuyến IP.

12


Các giao thức định tuyến Link-state như OSPF và IS-IS là các giao thức
được chọn vì chúng cung cấp cho mỗi nút MPLS thông tin của toàn mạng. Trong
các bộ định tuyến thông thường, bản định tuyến IP dùng để xây dựng bộ lưu trữ
chuyển mạch nhanh (Fast switching cache) hoặc FIB (dùng bởi CEF - Cisco
Express Forwarding). Tuy nhiên với MPLS, bản định tuyến IP cung cấp thông tin
của mạng đích và subnet prefix.
Các giao thức định tuyến link-state gửi thông tin định tuyến (flood) giữa một
tập các bộ định tuyến nối trực tiếp (adjacent), 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 (Cisco „s proproetary Tag
Distribution protocol)
Các nhãn được trao đổi giữa các nút MPLS kế cận để xây dựng nên LFIB. MPLS
dùng một mẫu chuyển tiếp dựa trên sự hoán đổi nhãn để kết nối với các mô đun điều
khiển khác nhau. Mỗi mô đun điều khiển chịu trách nhiệm đánh dấu và phân phối một
tập các nhãn cũng như lưu trữ các thông tin điều khiển có liên quan khác. Các giao thức
cổng nội (IGPs – Interior Gateway Potocols) được dùng để xác nhận khả năng đến được,
sự liên kết, và ánh xạ giữa FEC và đia chỉ trạm kế (next-hop address).

1.5.2 Module điều khiển trong MPLS
Các module điều khiển trong mpls bao gồm
o Định tuyến Unicast (Unicast Routing)
o Định tuyến Multicast (Multicast Routing)
o Kỹ thuật lưu lượng (Traffic engineering)
o Mạng riêng ảo (VPN – Virtual private Network)
o Chất lượng dịch vụ (QoS – Quality of service)

Các thành phần data plane và control plane của MPLS:
Cisco Express Forwarding (CEF) là nền tảng cho MPLS và hoạt động trên
các router của Cisco. Do đó, CEF là điều kiện tiên quyết trong thực thi MPLS trên

13


mọi thiết bị của Cisco ngoại trừ các ATM switch chỉ hỗ trợ chức năng của mặt
phẳng chuyển tiếp dữ liệu.
CEF là một cơ chế chuyển mạch thuộc sở hữu của Cisco nhằm làm tăng tính
đơn giản và khả năng chuyển tiếp gói IP. CEF tránh việc viết lại overhead của cache
trong môi trường lõi IP bằng cách sử dụng một cơ sở thông tin chuyển tiếp (FIB –
Forwarding Information Base) để quyết định chuyển mạch. Nó phản ánh toàn bộ
nội dung của bảng định tuyến IP (IP routing table), ánh xạ 1-1 giữa FIB và bảng
định tuyến. Khi router sử dụng CEF, nó duy trì tối thiểu 1 FIB, chứa một ánh xạ các
mạng đích trong bảng định tuyến với các trạm kế tiếp (next-hop adjacencies) tương
ứng. FIB ở trong mặt phẳng dữ liệu, nơi router thực hiện cơ chế chuyển tiếp và xử
lý các gói tin. Trên router còn duy trì hai cấu trúc khác là cơ sở thông tin nhãn (LIB
– Label Information Base) và cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB – Label
Forwarding Information Base). Giao thức phân phối sử dụng giữa các láng giềng
MPLS có nhiệm vụ tạo ra các chỉ mục (entry) trong hai bảng này. LIB thuộc mặt
phẳng điều khiển và được giao thức phân phối nhãn sử dụng khi địa chỉ mạng đích
trong bảng định tuyến được ánh xạ với nhãn nhận được từ router xuôi dòng. LFIB
thuộc mặt phẳng dữ liệu và chứa nhãn cục bộ (local label) đến nhãn trạm kế ánh xạ
với giao tiếp ngõ ra (outgoing interface), được dùng để chuyển tiếp các gói được
gán nhãn. Như vậy, thông tin về các mạng đến được do các giao thức định tuyến
cung cấp dùng để xây dựng bảng định tuyến (RIB - Routing Information Base). RIB
cung cấp thông tin cho FIB. LIB được tạo nên dựa vào giao thức phân phối nhãn và
từ LIB kết hợp với FIB tạo ra LFIB.
1.6 Phân phối nhãn trong mpls

1.6.1 Giao Thức TDP
Trước đây, trong quá trình "thai nghén" ra MPLS, Cisco đưa ra công nghệ
tag-switching và hỗ trợ từ IOS 11.1CT. MPLS được hỗ trợ bởi các router cisco từ
IOS 12.1(3)T.

14


Tag-switching chính là tiền thân của mpls nên rất giống, chỉ có một số khác
biệt như: Giao thức sử dụng phân phối nhãn của tag-switching là TDP - sử dụng
tcp/udp port 711, còn mpls là LDP sử dụng tcp/udp port 646. Để cho phép chuyển
mạch nhãn hoạt động thì IOS 11.1 là tag-switching ip, IOS 12.1 là mpls ip. Cú pháp
lệnh tùy vào IOS.

1.6.2 Giao Thức LDP
MPLS là thế hệ sau của tag-switching, nó sử dụng giao thức LDP để
phân phối nhãn, hoạt động như TDP chỉ khác là nó sử dụng LDP để phân phối
nhãn, LDP phải được cấu hình trên từng interface chạy MPLS, các láng giềng của
chúng sẽ tự động nhận ra các interface có chạy LDP kết nối với chúng. Sử dụng
UDP broadcast và mulicast để tìm ra các láng giềng của chúng.
Để kích hoạt LDP MPLS trên các router ta dùng các lệnh sau:
P1#config t
P1(config)#ip cef
P1(config)#mpls ip
P1(config-if)#interface serial 0/0
P1(config-if)#mpls ip
Trong một miền MPLS, một nhãn gán tới một địa chỉ (FIB) đích được phân
phối tới các láng giềng ngược dòng sau khi thiết lập session. Việc kết nối giữa mạng
cụ thể với nhãn cục bộ và một nhãn trạm kế (nhận từ router xuôi dòng) được lưu trữ

trong LFIB và LIB.

1.6.3 Sự duy trì nhãn MPLS
Có hai chế độ duy trì nhãn:
- Chế độ duy trì nhãn tự do (liberal label retention mode): duy trì kết nối giữa
nhãn và mạng đích nhưng không lưu giữ trạm kế cho đích đến đó. LSR có thể
chuyển tiếp gói ngay khi IGP hội tụ và số lượng nhãn lưu giữ rất lớn cho từng đích
đến cụ thể nên tốn bộ nhớ.

15