Phân tích hiệu năng hoạt động định tuyến trong mạng MPLS và ứng dụng vào thực tế

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÙI THẾ KIÊN

PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG HOẠT ĐỘNG
ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MPLS VÀ
ỨNG DỤNG VÀO THỰC TẾ
Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Người hướng dẫn khoa học: TS. HỒ KHÁNH LÂM

Hà nội, 2009


ABSTRACT

Nowadays, with the appearance of new services and contraints for MPLS
network of users, providers and administrators, it is necessary to build new
advanced routing algorithms on MPLS. MPLS supports infrastructure and
potential environment to developing these algorithm. The thesis "Performance
Analysis of Routing Algorithms on MPLS and aplication" will present main
characteristic and classified advanced routing algorithm on MPLS and its practical
aplication. The simulation will be performed on PC with software Network
Simulation version 2. The results of the thesis will be the best reference for
telecommunication service providers in deploying MPLS technology.

Ngày nay, với sự xuất hiện của nhiều dịch vụ và ràng buộc mới cho mạng
MPLS của người dùng, nhà cung cấp và người quản trị, cần thiết phải có những
thuật toán định tuyến nâng cao mới trên mạng MPLS. MPLS hỗ trợ kiến trúc hạ

tầng và môi trường đầy tiềm năng cho việc phát triển các thuật toán này. Đề tài
"Phân tích hiệu năng hoạt động định tuyến trong mạng MPLS và ứng dụng vào
thực tế" sẽ phân tích, so sánh các phương pháp định tuyến trên mạng MPLS, từ đó
đưa ra một mô hình mạng MPLS thực tế đã ứng dụng được phương pháp định
tuyến nâng cao. Việc mô phỏng được thực hiện trên máy tính thông qua phần mềm
mô phỏng NS-2. Kết quả của đề tài sẽ là một sự tham khảo tốt cho những nhà
cung cấp dịch vụ viễn thông trong việc triển khai công nghệ MPLS.


Phân tích hiệu năng hoạt động định tuyến trong mạng MPLS

MỤC LỤC
THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT....................................................................4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ....................................................................................6
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI...........................................................................8
1.1 Tổng quan về đề tài ...........................................................................................8
1.2 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................9
1.2.1 Mục tiêu của đề tài ...................................................................................9
1.2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................9
1.3 Bố cụ của đề tài .................................................................................................9
CHƯƠNG 2: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS........................11
2.1 Tổng quan về MPLS........................................................................................11
2.2 Các khái niệm cơ bản trong mạng MPLS .......................................................13
2.2.1 Miền MPLS (MPLS domain) ...................................................................14
2.2.2 Nhãn..........................................................................................................15
2.2.3 Ngăn xếp nhãn ..........................................................................................16
2.2.4 FEC Lớp chuyển tiếp tương đương ..........................................................16
2.2.5 Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn .......................................................17
2.2.6 Đường chuyển mạch nhãn LSP ................................................................18
2.2.7 Cơ sở dữ liệu nhãn LIB ............................................................................18

2.3 Phương thức hoạt động của MPLS..................................................................19
2.4 Mô hình chuyển mạch nhãn ............................................................................25
2.5 Các giao thức báo hiệu trong MPLS ...............................................................26
2.5.1 Giao thức phân phối nhãn LDP ................................................................27
2.5.2 Giao thức phân phối nhãn định tuyến bắt buộc CR-LDP.........................27
2.5.3 Giao thức RSVP-TE .................................................................................27
2.5.4 Giao thức BGP-4 ......................................................................................28
2.6 Ưu điểm và ứng dụng của MPLS ....................................................................28
2.6.1 Đơn giản hóa chức năng chuyển tiếp........................................................28
2.6.2 Kỹ thuật lưu lượng....................................................................................28
2.6.3 Định tuyến QoS từ nguồn .........................................................................28
2.6.4 Mạng riêng ảo VPN ..................................................................................29
2.6.5 Chuyển tiếp có phân cấp (Hierachical forwarding)..................................29
2.6.6 Khả năng mở rộng (Scalability) ...............................................................29
2.7 Tổng kết chương..............................................................................................30
CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG ...............................................................31
HV: Bùi Thế Kiên

1

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Phân tích hiệu năng hoạt động định tuyến trong mạng MPLS

3.1 Giới thiệu.........................................................................................................31
3.2 Các mục tiêu thực hiện kỹ thuật lưu lượng ..................................................33
3.3 Vấn đề nghẽn..................................................................................................33
3.4 Các lớp dịch vụ dựa trên nhu cầu QoS và các lớp lưu lượng..........................35
3.5 Sự xếp hàng lưu lượng...................................................................................36

3.5.1 Hàng đợi FIFO ........................................................................................36
3.5.2 Hàng đợi WFQ ........................................................................................36
3.5.3 Hàng đợi CQ ...........................................................................................37
3.5.4 Hàng đợi PQ............................................................................................37
3.6 Thuật toán thùng rò và thuật toán thùng Token..............................................38
3.6.1 Thuật toán thùng rò (Leaky Bucket)...................................................38
3.6.2 Thuật toán thùng Token (Token Bucket)............................................39
3.7 MPLS và kỹ thuật lưu lượng ..........................................................................40
3.8 Các đặc tính và các thuộc tính của trung kế lưu lượng ..................................41
3.8.1 Các đặc điểm của trung kế lưu lượng ..................................................41
3.8.2 Các hoạt động cơ bản trên các trung kế lưu lượng............................41
3.8.3 Các thuộc tính kỹ thuật lưu lượng của trung kế lưu lượng .................42
3.9 Các thuộc tính tài nguyên..............................................................................45
3.9.1 Số nhân phân phối cực đại ....................................................................45
3.9.2 Thuộc tính lớp tài nguyên......................................................................45
CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH MẠNG MPLS THỰC TẾ ................................................47
4.1 Cấu trúc mạng MPLS tại Việt Nam ................................................................47
4.1.1 Cấu trúc mạng đường trục (mạng lõi) ......................................................47
4.1.2 Cấu trúc mạng truy nhập: .........................................................................49
4.2 Các giao thức định tuyến sử dụng trong mạng MPLS ....................................50
4.2.1 Tổng quan về định tuyến ..........................................................................50
4.2.2 Các giao thức định tuyến sử dụng trong mạng MPLS .............................52
4.2.3 Giao thức định tuyến OSPF......................................................................53
4.2.4 Giao thức định tuyến BGP (Border Gateway Protocol) ..........................57
4.3 Các dịch vụ trên mạng Truyền số liệu.............................................................64
4.3.1 Khái quát hệ thống mạng riêng ảo (Virtual Private Network – VPN): ....64
4.3.2 Dịch vụ cơ bản..........................................................................................66
4.3.3 Dịch vụ kết nối nâng cao ..........................................................................67
4.3.4 Các dịch vụ khác.......................................................................................68
4.4 Tổng kết chương..............................................................................................71

CHƯƠNG 5: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG MPLS ............................................72
HV: Bùi Thế Kiên

2

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Phân tích hiệu năng hoạt động định tuyến trong mạng MPLS

5.1 Định tuyến dựa trên QoS.................................................................................72
5.1.1 Giới thiệu chung .......................................................................................72
5.1.2 Một số thuật toán dựa trên QoS................................................................75
5.2 Định tuyến dựa trên lưu lượng ........................................................................76
5.2.1 Thuật toán định tuyến nhiễu tối thiểu MIRA (Minimum Interference
Routing Algorithm) ...........................................................................................76
5.2.2 Thuật toán định tuyến động trực tuyến DORA (Dynamic Online Routing
Algorithm) .........................................................................................................80
5.2.3 Thuật toán cân bằng tải động, điều khiển tắc nghẽn (Dynamic load
balancing algorithm)..........................................................................................82
5.3 Định tuyến trong mạng MPLS thực tế ............................................................87
5.3.1 Định tuyến dựa trên QoS: .........................................................................88
5.3.2 Định tuyến dựa trên lưu lượng..................................................................90
5.4 Tổng kết chương..............................................................................................91
CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC TẾ............................................92
6.1 Sơ lược về Network Simulator ......................................................................92
6.2. Mô phỏng hoạt động định tuyến trong mạng MPLS......................................95
6.2.1 Mô phỏng mạng IP không hỗ trợ MPLS ..................................................97
6.2.2 Mô phỏng cơ chế định tuyến cân bằng tải, chống tắc nghẽn trong mạng
MPLS .................................................................................................................99

6.2.3 Mô phỏng cơ chế ưu tiên gói tin.............................................................101
6.2.4 Mô phỏng quá trình hồi phục khi xảy ra lỗi trên đường truyền .............103
6.3 Một số kết quả đo được trên thực tế của một mạng MPLS...........................106
6.3.1 Mô hình đo kiểm.....................................................................................106
6.3.2 Kết quả đo...............................................................................................107
6.4 Kết luận: ........................................................................................................110
CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN........................................111
7.1 Kết Luận ........................................................................................................111
7.2 Hướng phát triển đề tài..................................................................................111
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................113

HV: Bùi Thế Kiên

3

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Phân tích hiệu năng hoạt động định tuyến trong mạng MPLS

THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT
ARP

Address Resolution Protocol

Giao thức phân giải địa chỉ

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền dẫn không đồng
bộ

BGP

Border Gateway Protocol

Giao thức cổng đường biên

CR

Constrained Routing

Định tuyến cưỡng bức

CR-LDP

Constrained Routing-LDP

Định tuyến cưỡng bức-LDP

CR-LSP

Constrained Routing-LSP

Định tuyến cưỡng bức-LSP

CSPF

Constrained SPF

SPF cưỡng bức

EGP

Exterior Gateway Protocol

Giao thức cổng ngoài

ER

Explicit Routing

Định tuyến hiện

FDDI

Fiber Distributed Data Interface

Giao diện phân bố sợi

FEC

Fowarding Equivalent Class

Lớp chuyển tiếp tương đương

FR

Frame Relay

Chuyển tiếp khung

FTP

File Transfer Protocol

Giao thức truyền tệp

ICMP

Internet Control Message Protocol

Giao thức thông điệp điều khiển
Internet

IETF

Internet Engineering Task Force

Nhóm đặc
Internet.

IGP

Interior Gateway Protocol

Giao thức cổng nội

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

ISPs

Internet Service Providers

Nhà cung cấp dịch vụ Internet

LAN

Local Area Network

Mạng cục bộ

LER

Label Edge Router

Router biên nhãn

LSA

Link State Advertisement

Gói quảng cáo trạng thái liên
kết

LSP

Label Switched Path

Đường dẫn chuyển mạch nhãn

LSP

Link State Packet

Gói trạng thái đường

LSR

Label Switch Router

Router chuyển mạch nhãn

HV: Bùi Thế Kiên

4

trách

kĩ

thuật

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm

Phân tích hiệu năng hoạt động định tuyến trong mạng MPLS

MAC

Media Access Control

Điều khiển truy xuất môi trường

MPLS

Multiprotocol Label Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

NGN

Next Generation Network

Mạng thế hệ tiếp theo

OSI

Open Systems Interconnection

Mô hình liên kết hệ thống đấu
nối mở

OSPF

Open Shortest Path First

Giao thức ưu tiên đường đi ngắn
nhất

PDU

Protocol Data Unit

Đơn vị số liệu giao thức

PPP

Point to Point Protocol

Giao thức điểm điểm

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

RARP

Reverse Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ
ngược

RIP

Routing Information Protocol

Giao thức thông tin định tuyến

RIP-2

RIP version 2

RIP phiên bản 2

RSVP

Resource Resevation Protocol

Giao thức dành trước tài nguyên

SPF

Shortest Path First

Thuật toán ưu tiên đường đi
ngắn nhất

TCP

Transport Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền dẫn

TLV

Time To Live

Thời gian sống

VLSM

Variable Length Subnet Mask

Mặt nạ mạng con có chiều dài
biến đổi

WAN

Wide Area Network

Mạng diện rộng

HV: Bùi Thế Kiên

5

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Phân tích hiệu năng hoạt động định tuyến trong mạng MPLS

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1 Miền MPLS............................................................................................... 14

Hình 2.2 Định dạng cấu trúc nhãn............................................................................15
Hình 2.3 Định tuyến, chuyển mạch, chuyển tiếp......................................................23
Hình 2.4 Đường nhanh và đường chậm....................................................................23
Hình 2.5 Lớp chèn MPLS.........................................................................................24
Hình 2.6 Mô hình chuyển mạch nhãn.......................................................................25
Hình 2.7 Thiết lập đường đi RSVP-TE.....................................................................27
Hình 3.1 Kỹ thuật lưu lượng.....................................................................................31
Hình 3.2 Các vấn đề nghẽn tiềm tàng.......................................................................34
Hình 3.3 Nhiều luồng cho mỗi lớp lưu lượng...........................................................36
Hình 3.4 Hàng đợi CQ..............................................................................................37
Hình 3.5 Hàng đợi PQ...............................................................................................38
Hình 3.6 Thùng rò (leaky bucket).............................................................................38
Hình 3.7 (a)Thùng rò với nước, (b) Thùng rò với các gói........................................39
Hình 3.8 Thùng Token (Token Bucket)....................................................................39
Hình 4.1 Mô hình mạng đường trục..........................................................................48
Hình 4.2 Mô hình mạng truy nhập............................................................................49
Hình 4.3 Mô hình mạng truy nhập tại các thành phố lớn....................................... ..49
Hình 4.4 Minh họa về định tuyến......................................................................... ....50
Hình 4.5 Phân vùng OSPF........................................................................................52
Hình 4.6 Lớp mạng truy nhập...................................................................................53
Hình 4.7 Mô hình mạng OSPF với các metric..........................................................54
Hình 4.8 Thiết kế phân cấp mạng OSPF...................................................................56
Hình 4.9 Minh họa thuộc tính next-hop....................................................................60
Hình 4.10 Minh họa thuộc tính next-hop trong môi trường Multiaccess........... ......60
Hình 4.11 Minh họa thuộc tính Local Preference.....................................................61
Hình 4.12 Minh họa thuộc tính Weight............................................................. ........62
Hình 4.13 Minh họa về thuộc tính Multi_Exit_Disc (MED)....................................63
Hình 4.14 Mô hình VPN IP/MPLS...........................................................................65
Hình 4.15 Mô hình L2 VPN......................................................................................67
Hình 4.16 Mô hình L3 VPN......................................................................................68

Hình 4.17 Dịch vụ IP Centrex...................................................................................69
Hình 4.18 Mô hình hệ thống truyền hình Hội nghị...................................................70
Hình 5.1 Minh họa phương pháp xác định Critical link............................................78
.

.

.

.

.

.

.

.

HV: Bùi Thế Kiên

6

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Phân tích hiệu năng hoạt động định tuyến trong mạng MPLS

Hình 5.2 Minh họa thuật toán MIRA........................................................................79
Hình 5.3 Thuật toán cân bằng tải động.....................................................................83

Hình 5.4 Cơ chế định tuyến lại của thuật toán cân bằng tải động.............................84
Hình 5.5 Mô phỏng thuật toán cân bằng tải động và thuật toán MIRA....................85
Hình 5.6 Mô hình mạng lõi.......................................................................................90
Hình 6.1 Cách nhìn đơn giản về NS..........................................................................92
Hình 6.2 Tính hai mặt của C++ và OTcl........................................................... .......93
Hình 6.3 Kiến trúc NS...............................................................................................94
Hình 6.4 Giao diện đồ thị trong Xgraph............................................................... ....95
Hình 6.5 Mô hình mạng thực tế................................................................................96
Hình 6.6 Mô hình mô phỏng.....................................................................................96
Hình 6.7 Kết quả băng thông nhận được bài 1...........................................................98
Hình 6.8 Mô phỏng trực quan bài 1 trong cửa sổ NAM...........................................98
Hình 6.9 Kết quả băng thông nhận được ở bài 2.................................. ..................100
Hình 6.10 Mô phỏng trực quan bài 2 trong cửa sổ NAM.......................................100
Hình 6.11 Kết quả băng thông nhận được trong bài 3............................................102
Hình 6.12 Mô phỏng trực quan bài 3 trong cửa sổ NAM.......................................102
Hình 6.13 Kết quả băng thông nhận được trong bài 4............................................104
Hình 6.14 Đường đi của các đường khi chưa xuất hiện lỗi.....................................105
Hình 6.15 Đường đi của các đường khi xuất hiện lỗi đường truyền.......................105
Hình 6.16 Mô hình đo lưu lượng, độ trễ của mạng MPLS.................................. ...106
.

.

.

.

HV: Bùi Thế Kiên

7

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Chương 1: Giới thiệu đề tài

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Tổng quan về đề tài
Các mạng máy tính trước đây vận chuyển các luồng bit liên tục trên các
đường truyền vật lý thông qua kỹ thuật gọi là chuyển mạch mạch. Điều này
thích hợp cho việc truyền tín hiệu thoại hoặc dữ liệu thời gian thực từ một nơi
gửi đến nơi nhận. Đối với loại đường truyền này, chỉ cần xảy ra lỗi trên một
đuờng truyền vật lý nào đó cũng sẽ dẫn đến những hậu quả khôn lường, làm
gián đoạn tất cả các truyền thông mà có sử dụng đường truyền bị lỗi. Ngày nay
Internet là một mạng chuyển mạch gói mà giải quyết hạn chế trên bằng cách
chia nhỏ dữ liệu thành những gói tin. Các gói này được định tuyến qua mạng
một cách riêng lẻ, vì vậy hai gói của cùng một đường truyền thông sẽ được
quản lý một cách độc lập. Do đó, nếu một đường truyền bị lỗi, các gói tin có thể
được tái định tuyến để tránh đuờng truyền lỗi và truyền thông không bị gián
đoạn. Việc quản lý luồng dữ liệu trong một mạng chuyển mạch gói sẽ khó hơn
trong mạng chuyển mạch mạch bởi vì mỗi gói được quản lý độc lập nhau.
Những năm gần đây việc sử dụng Internet có tốc độ phát triển như vũ
bão, các dịch vụ hướng kết nối thời gian thực mới, các dịch vụ hướng giao tác
cũng như một số dịch vụ mới đang được nhúng vào. Các dịch vụ này đang đáp
ứng được nhiều nhu cầu quan trọng cho các công ty, doanh nghiệp, nhưng chúng
lại đòi hỏi nhiều kỹ thuật xử lý phức tạp hơn so với các dịch vụ trước đây.
Người ta đã tiến hành nhiều nghiên cứu về chất lượng dịch vụ (QoS)
nhằm đưa ra các độ ưu tiên về lưu lượng trong một mạng. Vấn đề ở đây là
không phải tất cả các lưu lượng trong một mạng đều cần được xử lý giống nhau.
Một số lưu lượng có thể cần độ trễ ít hơn, trong khi các lưu lượng khác lại yêu

cầu băng thông nhiều hơn, hạn chế tối đa việc mất gói tin. Bằng cách phân loại
lưu lượng thành những lớp phân biệt, các lớp lưu lượng này có thể được xử lý
khác nhau bởi các bộ định tuyến.
Các giao thức IP ngày nay được thiết kế đủ mạnh để có thể tái thiết lập kết
nối sau khi có lỗi của bất kỳ thành phần mạng nào. Tuy nhiên, nó có thể tiêu tốn
nhiều thời gian và sẽ không thể chấp nhận đối với các dịch vụ cần độ ưu tiên cao.
HV: Bùi Thế Kiên

8

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Chương 1: Giới thiệu đề tài

Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là công nghệ đề xuất cho mạng lõi, nên
yêu cầu đối với các cơ chế định tuyến trong MPLS cần phải đảm bảo tốc độ tính
toán nhanh nhất và đạt hiệu năng tổng thể cho nhiều luồng lưu lượng khác nhau.
Hơn nữa, cải thiện hiệu năng định tuyến luôn là một bài toán được quan tâm hàng
đầu trong mạng MPLS
Luận văn này sẽ tập trung phân tích các cơ chế, phương pháp định tuyến
trong mạng MPLS, từ đó đưa ra phương pháp định tuyến hoàn chỉnh đã được thực
hiện trên một mạng MPLS tại Việt Nam. Việc thực hiện đề tài có ý nghĩa thiết
thực, giúp các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông có thêm một tham khảo hữu ích
khi tiến hành triển khai mạng MPLS và các dịch vụ ứng dụng trên mạng này
1.2 Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.2.1 Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu chính của đề tài là đưa ra và phân tích hiệu năng một số phương
pháp định tuyến trong mạng MPLS hiện nay.
1.2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đề tài tập trung nghiên cứu, phân tích và xây dựng các mô hình định tuyến
trong mạng MPLS và đưa ra một mô hình thực tế hiện nay tại Việt Nam. Qua
thực nghiệm mô phỏng dựa trên phần mềm NS-2 (Network Simulator
version2.0) có bổ sung gói MNS-2 (MPLS Network Simulator version 2.0) sẽ
rút ra những nhận xét và đánh giá phương pháp định tuyến tối ưu phương pháp định
tuyến trong mạng MPLS.
1.3 Bố cụ của đề tài
Đề tài gồm các phần chính sau:
PHẦN 1: Cơ sở lý thuyết
Phần này bao gồm các chương sau:
Chương 1: Giới thiệu đề tài
Chương này trình bày tổng quan, mục đích và yêu cầu của các phần được
nghiên cứu trong luận văn.
HV: Bùi Thế Kiên

9

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Chương 1: Giới thiệu đề tài

Chương 2: 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 3: Kỹ thuật lưu lượng
Một trong những mục đích của việc sử dụng MPLS là khả năng hỗ trợ kỹ
thuật lưu lượng của nó. Trong phần này mô tả sơ lược một số chức năng cơ bản
của kỹ thuật lưu lượng trong một hệ thống tự trị thuộc mạng Internet hiện thời.
PHẦN 2: Hoạt động định tuyến trong mạng MPLS

Phần này bao gồm các chương sau:
Chương 4: Mô hình thực tế một mạng MPLS
Đưa ra một mô hình mạng MPLS tại Việt Nam cùng với những dịch vụ trên đó
Chương 5: Định tuyến trong mạng MPLS
Phân tích hoạt động định tuyến trong mạng một mạng MPLS và đưa ra
phương pháp hoạt động định tuyến tối ưu đã được áp dụng trên thực tế.
PHẦN 3: Kết quả mô phỏng và hướng phát triển
Phần này bao gồm các chương sau:
Chương 6: Kết quả mô phỏng và thực tế
Sử dụng phần mềm mô phỏng mạng NS-2 có bổ sung gói phần mềm
MNS-2 để mô phỏng hoạt động định tuyến tối ưu trong mạng MPLS và đưa ra một
số kết quả đo được trong một mạng MPLS thực tế.
Chương 7: Kết luận và hướng phát triển

HV: Bùi Thế Kiên

10

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Chương 2: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

CHƯƠNG 2: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS
2.1 Tổng quan về MPLS
Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là kết quả của quá trình phát triển
nhiều giải pháp chuyển mạch IP, đây là công nghệ chuyển mạch được đưa ra bởi
IETF và đã nhận được các quan tâm đặc biệt từ các nhà cung cấp dịch vụ Internet
ISP.
MPLS là một công nghệ tích hợp tốt nhất các khả năng hiện tại để phân phát

gói tin từ nguồn tới đích qua mạng Internet. Có thể định nghĩa MPLS là một tập các
công nghệ mở dựa vào chuẩn Internet mà kết hợp chuyển mạch lớp 2 và định tuyến
lớp 3 để chuyển tiếp gói tin bằng cách sử dụng các nhãn ngắn có chiều dài cố định.
MPLS cho phép các ISP hợp nhất các mạng sử dụng các công nghệ khác
nhau vào trong một mạng duy nhất, và đặc biệt quan trọng là cho các nhà ISP đạt
được việc điều khiển lưu lượng một cách chính xác tại lớp IP. MPLS sử dụng định
tuyến cưỡng bức để xác định các đường mà luồng lưu lượng sẽ đi ngang qua đó và
xác định đích tới của các gói chuyển mạch nhãn sử dụng các đường các đường được
xác định trước đó.
Bằng cách sử dụng các giao thức điều khiển và định tuyến Internet, MPLS
cung cấp chuyển mạch hướng kết nối ảo qua các tuyến Internet bằng cách sử dụng
các nhãn và trao đổi nhãn. MPLS bao gồm việc thực hiện các đường chuyển mạch
nhãn LSP, nó cũng cung cấp các thủ tục và các giao thức cần thiết để phân phối các
nhãn giữa các chuyển mạch và các bộ định tuyến .
Nghiên cứu MPLS đang được thực hiện dưới sự bảo trợ của nhóm làm việc
MPLS trong IETF. MPLS vẫn là một sự phát triển tương đối mới, nó mới chỉ được
tiêu chuẩn hoá theo Internet vào đầu năm 2001. Sử dụng MPLS để trao đổi khe thời
gian TDM, chuyển mạch không gian và các bước sóng quang là những phát triển
mới nhất. Các nỗ lực này được gọi là GMPLS (Generalized MPLS).
Nhóm làm việc MPLS đưa ra danh sách với 8 bước yêu cầu để xác định
MPLS, đó là:
9 MPLS phải làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu.
HV: Bùi Thế Kiên

11

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Chương 2: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

9 MPLS phải thích ứng với các giao thức định tuyến lớp mạng và các công
nghệ Internet có liên quan khác.
9 MPLS cần hoạt động một cách độc lập với các giao thức định tuyến.
9 MPLS phải hỗ trợ mọi khả năng chuyển tiếp của bất kỳ nhãn cho trước
nào.
9 MPLS phải hỗ trợ vận hành quản lý và bảo dưỡng (OA&M).
9 MPLS cần xác định và ngăn chặn chuyển tiếp vòng.
9 MPLS cần hoạt động trong mạng phân cấp.
9 MPLS phải có tính kế thừa.
Các yêu cầu này chính là các nỗ lực phát triển cần tập trung. Liên quan tới
các yêu cầu này, nhóm làm việc cũng đưa ra 8 mục tiêu chính mà MPLS cần đạt
được:
9 Chỉ rõ các giao thức được tiêu chuẩn hoá nhằm duy trì và phân phối nhãn
để hỗ trợ định tuyến dựa vào đích unicast mà việc chuyển tiếp được thực
hiện bằng cách trao đổi nhãn. (Định tuyến unicast chỉ ra một cách chính
xác một giao diện, định tuyến dựa vào đích ngụ ý là định tuyến dựa vào
địa chỉ đích cuối cùng của gói tin).
9 Chỉ rõ các giao thức được tiêu chuẩn hoá nhằm duy trì và phân phối nhãn
để hỗ trợ định tuyến dựa vào đích multicast mà việc chuyển tiếp được
thực hiện bằng cách trao đổi nhãn.
9 Chỉ rõ các giao thức được tiêu chuẩn hoá nhằm duy trì và phân phối nhãn
để hỗ trợ phân cấp định tuyến mà việc chuyển tiếp được thực hiện bằng
cách trao đổi nhãn.
9 Chỉ rõ các giao thức được tiêu chuẩn hoá nhằm duy trì và phân phối nhãn
để hỗ trợ các đường riêng dựa vào trao đổi nhãn. Các đường này có thể
khác so với các đường đã được tính toán trong định tuyến IP thông
thường. Các đường riêng rất quan trọng trong các ứng dụng TE.
9 Chỉ ra các thủ tục được tiêu chuẩn hoá để mang thông tin về nhãn qua các
công nghệ lớp 2.

HV: Bùi Thế Kiên

12

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Chương 2: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

9 Chỉ ra một phương pháp tiêu chuẩn nhằm hoạt động cùng với ATM ở mặt
phẳng điều khiển và mặt phẳng người dùng.
9 Phải hỗ trợ cho các công nghệ QoS.
9 Chỉ ra các giao thức tiêu chuẩn cho phép các host sử dụng MPLS.
2.2 Các khái niệm cơ bản trong mạng MPLS
Về nguyên tắc, mỗi nhãn với khuôn dạng cố định được gán vào phía trước
mỗi gói dữ liệu trên đường vào trong mạng MPLS. Tại mỗi vị trí Hop ngang qua
mạng, gói tin được định tuyến dựa trên giá trị của giao diện đầu vào và nhãn, và
được gửi đi tới giao diện bên trong với một giá trị nhãn mới. Tại các bộ định tuyến,
nơi xảy ra việc gán các nhãn cho các gói tin được gọi là các bộ định tuyến biên nhãn
LERs, và đối với các bộ định tuyến thay đổi và hệ thống chuyển mạch mà sử dụng
các nhãn đó để truyền lưu lượng đi được gọi là các bộ định tuyến chuyển mạch
nhãn LSRs. Đường chuyển mạch nhãn LSP là một đường cụ thể mà gói tin hoặc
luồng lưu lượng truyền qua mạng dựa vào các nhãn đã được gán cho các gói tin
hoặc luồng trước đó. MPLS mang lại những lợi ích to lớn hỗ trợ cho các phương
pháp định tuyến đang tồn tại trong mạng được chỉ ra dưới đây:
9 Chuyển tiếp đơn giản: chuyển mạch nhãn cho phép chuyển tiếp gói tin
một cách chính xác dựa trên sự tương hợp đối với từng nhãn có chiều dài
cố định hiệu quả hơn so với dựa trên sự tương hợp về thuật toán áp dụng
cho địa chỉ như đã được sử dụng trong cơ chế chuyển tiếp dữ liệu thông
thường.

9 Khả năng định tuyến hiệu suất cao: MPLS cho phép bộ định tuyến hiện
được thực hiện tại thời điểm mà đường chuyển tiếp nhãn được thiết lập
và không áp dụng cho từng gói tin riêng biệt.
9 Điều khiển lưu lượng: MPLS có khả năng điều khiển tải dựa trên các
đường truyền và các bộ định tuyến luôn cân bằng thông suốt trong mạng.
Đây là chức năng quan trọng trong mạng MPLS, nơi đường truyền luân
phiên luôn luôn khả dụng.
9 Sắp xếp các gói tin IP trong các lớp chuyển tiếp tương đương FEC:

HV: Bùi Thế Kiên

13

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Chương 2: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

MPLS cho phép sắp xếp các gói tin IP trong các FEC chỉ thực hiện tại đầu
vào của MPLS. Trong trường hợp định tuyến dữ liệu, các gói tin IP sẽ được
sắp xếp theo mức dịch vụ và yêu cầu thâm nhập gói tin sẽ dựa trên địa chỉ
nguồn và địa chỉ đích và giao diện phía đầu vào.
2.2.1 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.
Miền MPLS được chia thành 2 phần: phần mạng lõi (core) và phần mạng biên
(edge). Các nút ở phần mạng lõi mạng MPLS được gọi là router chuyển mạch nhãn
LSR (Label Switch Router). Các nút ở biên được gọi là Router biên nhãn LER
(Label Edge Router)

Hình 2.1 Miền MPLS
2.2.1.1 Thiết bị LSR
Thành phần quan trọng nhất của mạng MPLS là thiết bị định tuyến chuyển
mạch nhãn LSR (Label Switch Router). Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển
tiếp gói thông tin trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn.
LSR là 1 thiết bị định tuyến tốc độ cao trong lõi của 1 mạng MPLS, nó tham
gia trong việc thiết lập các đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP bằng việc sử dụng
giao thức báo hiệu nhãn thích ứng và thực hiện chuyển mạch tốc độ cao lưu lượng
số liệu dựa trên các đường dẫn được thiết lập
HV: Bùi Thế Kiên

14

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Chương 2: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

2.2.1.2 Thiết bị LER- Bộ định tuyến biên nhãn
LER là một thiết bị hoạt động tại biên của mạng truy nhập và mạng MPLS.
Các LER hỗ trợ các cổng được kết nối tới các mạng không giống nhau (như FR,
ATM, và Ethernet ) và chuyển tiếp lưu lượng này vào mạng MPLS sau khi thiết lập
LSP, bằng việc sử dụng các giao thức báo hiệu nhãn tại lối vào và phân bổ lưu
lượng trở lại mạng truy nhập tại lối ra. LER đóng vai trò quan trọng trong việc chỉ
định và huỷ nhãn, khi lưu lượng vào trong hay ra khỏi mạng MPLS. LER là nơi xảy
ra việc gán nhãn cho các gói tin trước khi vào mạng MPLS. Các thiết bị biên khác
với các thiết bị lõi ở chỗ là: ngoài việc phải chuyển tiếp lưu lượng nó còn phải thực
hiện việc giao tiếp với các mạng khác đó là chỉ định hay loại bỏ nhãn.
2.2.2 Nhãn

Nhãn là một thực thể độ dài ngắn, cố định và không có cấu trúc bên trong.
Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng như địa chỉ lớp
mạng. Nhãn được gán vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho một FEC mà gói tin đó
được ấn định.
Thường thì một gói tin được ấn định cho một FEC (hoàn toàn hoặc một
phần) dựa trên địa chỉ đích lớp mạng của nó. Tuy nhiên nhãn không bao giờ là mã
hoá của địa chỉ đó.
Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương tiện truyền mà gói tin được đóng gói.
Ví dụ các gói ATM (tế bào) sử dụng giá trị VPI/VCI như nhãn, FR sử dụng DLCI
làm nhãn. Đối với các phương tiện gốc không có cấu trúc nhãn, một đoạn đệm được
chèn thêm để sử dụng cho nhãn.
Khuôn dạng đoạn đệm 4 byte có cấu trúc như sau:

Hình 2.2 Định dạng cấu trúc nhãn

HV: Bùi Thế Kiên

15

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Chương 2: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

MPLS định nghĩa một tiêu đề có độ dài 32 bit và được tạo nên tại LSR vào.
Nó phải được đặt ngay sau tiêu đề lớp 2 bất kì và trước một tiêu đề lớp 3, ở đây là
IP và được sử dụng bởi LSR lối vào để xác định một FEC, lớp này sẽ được xét lại
trong vấn đề tạo nhãn. Sau đó các nhãn được sử lí bởi LSR chuyển tiếp.
Khuôn dạng và tiêu đề MPLS được chỉ ra trong hình 2.2. Nó bao gồm các
trường sau:

9 Nhãn: Giá trị 20 bit, giá trị này chứa nhãn MPLS.
9 S: bit ngăn xếp, sử dụng để xắp xếp đa nhãn.
9 TTL: Thời gian sống, 8bit, đặt ra một giới hạn mà các gói MPLS có thể
đi qua.
Đối với các khung PPP hay Ethernet giá trị nhận dạng giao thức P-ID (hoặc
Ethertype) được chèn thêm vào mào đầu khung tương ứng để thông báo khung là
MPLS unicast hay multicast.
2.2.3 Ngăn xếp nhãn
Một tập hợp có thứ tự các nhãn gắn theo gói để truyền tải thông tin về nhiều
FEC mà gói nằm trong đó để nói về các LSP tương ứng mà gói sẽ đi qua. Ngăn xếp
nhãn cho phép MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và một nhãn
cho IGP) và tổ chức đa LSP trong một trung kế LSP.
Chuyển mạch nhãn được thiết kế để co dãn các mạng lớn và MPLS hỗ trợ
chuyển mạch nhãn với hoạt động phân cấp, hoạt động phân cấp này dựa trên khả
năng của MPLS có thể mang nhiều hơn một nhãn trong gói. Ngăn xếp nhãn cho
phép thiết kế các LSR trao đổi thông tin với nhau và hành động này giống như việc
tạo đường viền node để tạo ra một miền mạng rộng lớn và các LSR khác. Có thể nói
rằng các LSR này là các node bên trong một miền và không liên quan đến đường
viền node. Sự xử lí một gói nhãn được hoàn thành độc lập với từng mức của sự
phân cấp.
2.2.4 FEC Lớp chuyển tiếp tương đương
Là khái niệm được dùng để chỉ một nhóm các gói được đối xử như nhau qua

HV: Bùi Thế Kiên

16

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm

Chương 2: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

mạng MPLS ngay cả khi có sự khác biệt giữa các gói tin này thể hiện trong mào
đầu lớp mạng.
Thuật ngữ FEC được sử dụng trong hoạt động chuyển mạch nhãn. FEC
được dùng để miêu tả sự kết hợp của các gói riêng biệt với một địa chỉ đích thường
là điểm nhận lưu lượng cuối cùng chẳng hạn như một tổng đài host. FEC cũng có
thể liên kết một giá trị FEC với một địa chỉ đích và một lớp lưu lượng. Lớp lưu
lượng được liên kết với một chỉ số cổng đích.
Tại sao phải dùng FEC? Thứ nhất, nó cho phép nhóm các gói vào các lớp.
Từ nhóm này, giá trị FEC trong một gói có thể được dùng để thiết lập độ ưu tiên
cho việc xử lý các gói. FEC cũng có thể được dùng để hỗ trợ hiệu quả hoạt động
QoS. Ví dụ, FEC có thể liên kết với độ ưu tiên cao, lưu lượng thoại thời gian thực,
lưu lượng nhóm mới ưu tiên thấp…
Sự kết hợp một FEC với một gói được thực hiện bởi việc dùng một nhãn để
định danh một FEC đặc trưng. Với các lớp dịch vụ khác nhau, phải dùng các FEC
khác nhau và các nhãn liên kết khác nhau. Đối với lưu lượng Internet, các định danh
sử dụng là các tham số ứng cử cho việc thiết lập một FEC. Trong một vài hệ thống,
chỉ địa chỉ đích IP được sử dụng.
FEC là một sự biểu diễn của nhóm các gói, các nhóm này chia sẻ cùng yêu
cầu trong sự vận chuyển của chúng. Tất cả các gói trong một nhóm như vậy được
cung cấp cùng một cách chọn đường tới đích. Ngược với chuyển tiếp IP truyền
thống, trong MPLS việc gán một gói cụ thể vào một FEC cụ thể được thực hiện chỉ
một lần khi các gói vào trong mạng. Các FEC dựa trên các yêu cầu dịch vụ đối với
một tập các gói cho trước hay đơn giản chỉ là đối với địa chỉ cho trước. Mỗi LSR
xây dựng một bảng để xác định xem gói được chuyển tiếp như thế nào. Bảng này
được gọi là bảng thông tin nhãn cơ bản LIB, nó là tổ hợp ràng buộc FEC với nhãn
(FEC- to- label).
2.2.5 Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn
Label Switching Forwarding Table, là bảng chuyển tiếp nhãn có chứa thông

tin về nhãn đầu vào, nhãn đầu ra, giao diện đầu ra và địa chỉ điểm tiếp theo.

HV: Bùi Thế Kiên

17

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Chương 2: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

2.2.6 Đường chuyển mạch nhãn LSP
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 chuyển đổi nhãn (label-swapping
forwarding).
Đường đi qua một mạng chuyển mạch nhãn được quyết định bởi một trong
hai cách. Thứ nhất, các giao thức định tuyến truyền thống (như OSPF hay BGP)
được sử dụng để phát hiện các địa chỉ IP. Thông tin này, từ nút tiếp theo đến địa chỉ
là tương đương với một nhãn, một đường chuyển mạch nhãn mềm dẻo. Thứ hai,
LSP có thể được thiết lập dựa trên ý tưởng của định tuyến cưỡng bức. Cách này có
thể dùng một giao thức định tuyến để hỗ trợ việc thiết lập LSP nhưng LSP cũng bị
cưỡng bức bởi một số nhân tố khác như sự cần thiết phải cung cấp một mức độ QoS
tốt. Thực vậy, lưu lượng nhạy cảm với thời gian thực là thử thách đầu tiên của định
tuyến cưỡng bức.
2.2.7 Cơ sở dữ liệu nhãn LIB
Là bảng kết nối trong LSR có chứa các giá trị nhãn/FEC được gán vào cổng
ra cũng như thông tin về đóng gói phương tiện truyền.
2.2.8 Gói tin dán nhãn
Một gói tin dán nhãn là một gói tin mà nhãn được mã hoá. Trong một vài
trường hợp, nhãn nằm trong mào đầu của gói tin dành riêng cho mục đích dán nhãn.

Trong các trường hợp khác, nhãn có thể được đặt chung trong mào đầu lớp mạng và
lớp liên kết dữ liệu miễn là ở đây có trường có thể dùng được cho mục đích dãn
nhãn. Công nghệ mã hoá được sử dụng phải phù hợp với cả thực thể mã hoá nhãn
và thực thể giải mã nhãn.
2.2.9 Ấn định phân phối nhãn
Trong mạng MPLS, quyết định để kết hợp một nhãn L cụ thể với một FEC F
cụ thể là do LSR phía trước thực hiện. LSR phía trước sau khi kết hợp sẽ thông báo
với LSR phía sau về kết hợp đó. Do vậy các nhãn được LSR phía trước ấn định và
kết hợp nhãn được phân phối theo hướng từ LSR phía trước tới LSR phía sau.

HV: Bùi Thế Kiên

18

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Chương 2: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

2.3 Phương thức hoạt động của MPLS
Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là kết quả của quá trình phát triển
nhiều giải pháp chuyển mạch IP, được chuẩn hoá bởi IETF. Tên gọi của nó bắt
nguồn từ thực tế đó là hoán đổi nhãn được sử dụng như là kỹ thuật chuyển tiếp nằm
ở bên dưới. Sự sử dụng từ “đa giao thức” trong tên của nó có nghĩa là nó có thể hỗ
trợ nhiều giao thức lớp mạng, không chỉ riêng IP. Ngoài ra, các nhà cung cấp mạng
có thể cấu hình và chạy MPLS trên các công nghệ lớp 2 khác nhau như PPP, Fram
Relay … không chỉ riêng ATM. Về mặt kiến trúc điều này là đúng, nhưng trong
thực tế MPLS thường tập trung vào việc vận chuyển các dịch vụ IP trên ATM.
Bất kể kỹ thuật ATM từng được coi là nền tảng của mạng số đa dịch vụ băng
rộng (B-ISDN), hay là IP đạt thành công lớn trên thị trường hiện nay, đều tồn tại

nhược điểm khó khắc phục được. Sự xuất hiện của MPLS - kỹ thuật chuyển mạch
nhãn đa giao thức đã giúp chúng ta có được sự chọn lựa tốt đẹp cho cấu trúc mạng
thông tin tương lai. Phương pháp này đã dung hợp một cách hữu hiệu năng lực điều
khiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch với tính linh hoạt của bộ định tuyến. Hiện
nay, càng có nhiều người tin tưởng một cách chắc chắn rằng MPLS sẽ là phương án
lý tưởng cho mạng đường trục trong tương lai.
MPLS là giải pháp nhằm liên kết định tuyến lớp mạng và cơ chế hoán đổi
nhãn thành một giải pháp đơn nhất để đạt được các mục tiêu sau:
9 Cải thiện hiệu năng định tuyến
9 Cải thiện tính mềm dẻo của định tuyến trên các mô hình xếp chồng truyền
thống.
9 Tăng tính mềm dẻo trong quá trình đưa và phát triển các loại hình dịch vụ
mới.
Mạng MPLS có khả năng chuyển các gói tin tại lớp 3 bằng việc sử dụng xử
lý từng gói và chuyển tiếp gói tin tại lớp 2 sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. MPLS
dựa trên mô hình ngang cấp, vì vậy mỗi một thiết bị MPLS chạy một giao thức định
tuyến IP, trao đổi thông tin định tuyến với các thiết bị lân cận, và chỉ duy trì một
không gian cấu hình mạng và một không gian địa chỉ.

HV: Bùi Thế Kiên

19

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Chương 2: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

MPLS chia tách chức năng bộ định tuyến IP thành hai phần riêng biệt:
9 Chức năng chuyển gói tin.

9 Chức năng điều khiển.
Phần chức năng chuyển gói tin: Với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các bộ định
tuyến, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như ATM. Trong MPLS, nhãn là một
số có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng. Kỹ 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 tìm nhãn mới của nó. Hay nói cách khác kỹ thuật hoán đổi nhãn là việc
tìm chặng kế tiếp của gói tin trong một bảng chuyển tiếp nhãn, sau đó thay thế giá
trị nhãn của gói rồi chuyển ra cổng ra của bộ định tuyến. Việc này đơn giản hơn
nhiều so với việc xử lý gói tin thông thường và do vậy cải tiến khả năng của thiết bị.
Các bộ định tuyến sử dụng thiết bị này gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
LSR.
Phần chức năng điều khiển của MPLS: Bao gồm các giao thức định tuyến
lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin định tuyến giữa các LSR, và thủ tục gán
nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển
mạch nhãn. MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác
như OSPF và BGP. 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.
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
HV: Bùi Thế Kiên

20

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Chương 2: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

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 node trung gian như của IP. Tại các node
trung gian việc xử lý chỉ là tìm sự phù hợp giữa nhãn 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.
Mặc dù hiệu năng và hiệu quả là 2 kết quả quan trọng, song chúng không
phải là các lợi ích duy nhất mà MPLS cung cấp. Trong mắt của những nhà cung cấp
các mạng lớn, thì khả năng để thực hiện kỹ thuật lưu lượng tiên tiến mà không phải
trả giá về hiệu năng của MPLS được quan tâm đặc biệt.
Ngoài ra MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến (Fast rerouting). Do MPLS là
công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền
thường cao hơn các công nghệ khác. Trong khi đó, các dịch vụ tích hợp mà MPLS
phải hỗ trợ lại yêu cầu dung lượng cao. Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm
bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi
của lớp vật lý bên dưới.
Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến cho việc quản lý mạng
được dễ dàng hơn. Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các
gói tin thuộc một FEC có thể được xác định bởi một giá trị của nhãn. Do vậy, trong
miền MPLS, các thiết bị đo lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các
gói tin. Lưu lượng đi qua các tuyến chuyển mạch nhãn LSP được giám sát một cách
dễ dàng dùng RTFM (Real Time Flow Measurement). Bằng cách giám sát lưu
lượng tại các LSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu

lượng có thể được xác định nhanh chóng. Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo
phương pháp này không đưa ra được toàn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ
như trễ từ điểm đầu đến điểm cuối của miền MPLS).
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. Tuy nhiên, độ tin cậy là một vấn đề thực tiễn có thể khiến việc triển
HV: Bùi Thế Kiên

21

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Chương 2: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

khai MPLS trên mạng Internet bị chậm lại.
MPLS là kỹ thuật chuyển tiếp và trao đổi nhãn, nhưng có kết hợp trao đổi
nhãn với định tuyến lớp mạng. Việc trao đổi nhãn nghĩa là thay đổi giá trị nhãn
trong mào đầu gói khi gói di chuyển từ một nút tới nút khác.
Ý tưởng này của MPLS cải thiện hoạt động của định tuyến lớp mạng và độ
đáp ứng của lớp mạng. Một mục đích hơn nữa là cung cấp độ linh hoạt lớn hơn
trong việc phân phối dịch vụ định tuyến (bởi việc cho phép thêm vào các dịch vụ
định tuyến mới mà không thay đổi mô hình chuyển tiếp). MPLS không tạo ra một
quyết định chuyển tiếp với mỗi dữ liệu đồ lớp 3 nhưng dùng một khái niệm là lớp
tương đương chức năng (FEC). Một FEC được kết hợp với một lớp dữ liệu đồ, lớp
này phụ thuộc vào một số nhân tố như địa chỉ đích và loại lưu lượng trong dữ liệu
đồ (voice, data, fax…). Dựa vào FEC, một nhãn khi ấy sẽ thương lượng với các
LSR lân cận nhau từ lối vào đến lối ra của miền định tuyến. Nhãn cũng được dùng
để chuyển lưu lượng qua mạng.

Tư tưởng nền tảng không giới hạn MPLS với bất cứ kĩ thuật lớp liên kết đặc
biệt nào, giống như ATM hoặc Frame Relay. Cho đến nay, mọi nỗ lực đã được thi
hành để kết hợp MPLS và ATM nhưng trong tương lai MPLS có thể hoạt động trực
tiếp với IP thông qua lớp vật lý mà không cần dùng ATM chút nào.
Thêm vào đó, MPLS không yêu cầu một giao thức phân phối nhãn riêng biệt
(chấp nhận việc dùng của các giá trị nhãn giữa các LSR cạnh nhau). Các giao thức
đó là RSVP, BGP, LDP. Trong đó LDP được chú ý nhất ngay từ khi nó được thiết
kế để cho mạng MPLS, các giao thức còn lại cũng là các phương thức tốt cho việc
phân bổ nhãn.
MPLS là công nghệ chuyển mạch cho phép các nhà cung cấp dịch vụ hợp
nhất các mạng sử dụng các công nghệ khác nhau vào trong một mạng duy nhất để
phân phát gói tin từ nguồn tới đích một cách hiệu quả và có thể điều khiển được.
MPLS sử dụng các đường chuyển mạch nhãn LSP để chuyển tiếp ở lớp 2 mà đã
được thiết lập báo hiệu bởi các giao thức định tuyến lớp 3. Tìm hiểu rõ về chuyển
tiếp, chuyển mạch và định tuyến là các vấn đề quan trọng để hiểu MPLS hoạt động
như thế nào, do vậy cần phải xem xét kĩ các khái niệm này.
HV: Bùi Thế Kiên

22

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm


Chương 2: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

Mỗi bộ định tuyến đều có chức năng chuyển gói tin từ nguồn tới đích bằng
cách thu hoặc nhận, chuyển mạch và chuyển tiếp nó tới thiết bị mạng khác cho tới
khi nó tới được đích cuối cùng.
Hình 2.3 sau đây mô tả mô hình chung. Mặt bằng điều khiển quản lý tập các
tuyến mà một gói có thể sử dụng, trong mô hình này một gói đi vào thiết bị mạng

qua giao diện đầu vào, được xử lý bởi một thiết bị mà nó chỉ xử lý thông tin về gói
để đưa ra quyết định logic. Quyết định logic này có thông tin được cung cấp từ mặt
bằng điều khiển chứa các tuyến, cho các thông tin về gói được cập nhật tới thiết bị
khác để chuyển tiếp gói thông qua giao diện đầu ra để tới đích của gói tin đó.

Hình 2.3 Định tuyến, chuyển mạch, chuyển tiếp
Đây là mô hình đơn giản nhất trong các công nghệ mạng, nhưng nó là sự bắt
đầu cho sự thảo luận về MPLS được thực hiện như thế nào. Các công nghệ MPLS
đưa ra mô hình mới cho việc định tuyến, chuyển mạch và chuyển tiếp để chuyển
các gói tin trong mạng Internet.

Hình 2.4 Đường nhanh và đường chậm
HV: Bùi Thế Kiên

23

GVHD: TS. Hồ Khánh Lâm