DSpace at VNU: Kỹ thuật điều khiển lưu lượng trong chuyển mạch nhãn đa giao thức ( MPLS )

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Hoàng Chƣơng

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN LƢU LƢỢNG
TRONG CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà nội – 2007


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Hoàng Chƣơng

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN LƢU LƢỢNG
TRONG CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS)

Ngành:

Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Chuyên ngành:

Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc

Mã số:

2.07.00

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS Nguyễn Kim Giao

Hà nội – 2007


MỤC LỤC
MỤC LỤC ......................................................................................................................3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.....................................................................10
MỞ ĐẦU ........................................................................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG I ...................................................................... Error! Bookmark not defined.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MPLS ...................... Error! Bookmark not defined.
1.1. Lịch sử phát triển .......................................... Error! Bookmark not defined.
1.1.1. Lịch sử phát triển của Công nghệ MPLSError! Bookmark not defined.
1.1.2. Một số ứng dụng của Công nghệ MPLSError! Bookmark not defined.
1.2. Tổng quan về công nghệ MPLS ................... Error! Bookmark not defined.
1.2.1. Định nghĩa .............................................. Error! Bookmark not defined.
1.2.2. Lợi ích của MPLS .................................. Error! Bookmark not defined.
1.2.3. Nhược điểm của MPLS .......................... Error! Bookmark not defined.
1.2.4. Đặc điểm mạng MPLS ........................... Error! Bookmark not defined.
1.2.5. So sánh MPLS và IP .............................. Error! Bookmark not defined.
1.3. Kết luận .......................................................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG II ..................................................................... Error! Bookmark not defined.
CẤU TRÚC CỦA MẠNG MPLS ................................... Error! Bookmark not defined.

2.1. Định nghĩa về nhãn trong MPLS ................ Error! Bookmark not defined.
2.2. Cấu trúc khung của nhãn trong MPLS ...... Error! Bookmark not defined.
2.3. Cấu trúc tế bào của nhãn trong MPLS ....... Error! Bookmark not defined.
2.4. Mặt phẳng chuyển tiếp và Mặt phẳng điều khiển ... Error! Bookmark not
defined.
2.5. Thuật toán chuyển tiếp nhãn ....................... Error! Bookmark not defined.
2.6. Phân phối nhãn ............................................. Error! Bookmark not defined.
2.7. Duy trì nhãn .................................................. Error! Bookmark not defined.
2.8. Các loại nhãn đặc biệt .................................. Error! Bookmark not defined.
2.9. Kết luận .......................................................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG III ................................................................... Error! Bookmark not defined.


KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN LƢU LƢỢNG TRONG MPLS ..... Error! Bookmark not
defined.
3.1. Trung kế lƣu lƣợng trong MPLS ................ Error! Bookmark not defined.
3.1.1. Khái niệm ................................................ Error! Bookmark not defined.
3.1.2. Các thuộc tính của trung kế lưu lượng . Error! Bookmark not defined.
3.1.3. Các hoạt động cơ bản của trung kế lưu lượng ... Error! Bookmark not
defined.
3.2. Các bài toán cơ bản của kỹ thuật lƣu lƣợng trên MPLSError! Bookmark
not defined.
3.3. Thuộc tính tham số lƣu lƣợng ..................... Error! Bookmark not defined.
3.3.1. Thuộc tính chọn đường.......................... Error! Bookmark not defined.
3.3.2. Các thuộc tính tài nguyên ...................... Error! Bookmark not defined.
3.3.3. Bảo vệ và khôi phục đường.................... Error! Bookmark not defined.
3.3.4. Các cơ chế bảo vệ khôi phục .................. Error! Bookmark not defined.
3.4. Các mô hình khôi phục lƣu lƣợng trong MPLS ...... Error! Bookmark not
defined.
3.4.1. Mô hình Makam ..................................... Error! Bookmark not defined.

3.4.2. Mô hình Haskin (Reverse Backup) ....... Error! Bookmark not defined.
3.4.3. Mô hình Hundessa ................................. Error! Bookmark not defined.
3.4.4. Mô hình Shortest-Dynamic .................... Error! Bookmark not defined.
3.4.5. Mô hình Simple-Dynamic ...................... Error! Bookmark not defined.
3.4.6. Mô hình Simple Static ............................ Error! Bookmark not defined.
3.5. Kết luận Chƣơng 3 ........................................ Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG IV ................................................................... Error! Bookmark not defined.
MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH VỚI NS2...................... Error! Bookmark not defined.
4.1. Môi trƣờng mô phỏng................................... Error! Bookmark not defined.
4.1.1. J-SIM ...................................................... Error! Bookmark not defined.
4.1.2. OMNeT++ ............................................... Error! Bookmark not defined.
4.1.3. GLASS..................................................... Error! Bookmark not defined.
4.1.4. NS2 .......................................................... Error! Bookmark not defined.
4.2. Cài đặt và cấu hình phần mềm mô phỏng .. Error! Bookmark not defined.
4.3. Các tình huống mô phỏng trong NS2 .......... Error! Bookmark not defined.
4.3.1. Mô phỏng trong môi trường không sử dụng MPLSError! Bookmark not
defined.
4.3.2. Mô phỏng định tuyến bắt buộc trong MPLS....... Error! Bookmark not
defined.
4.3.3. Mô phỏng lấn chiếm lưu lượng trong MPLS ..... Error! Bookmark not
defined.


4.3.4. Mô phỏng chuyển lưu lượng trong MPLS – Mô hình Makam .... Error!
Bookmark not defined.
4.3.5. Mô phỏng chuyển lưu lượng trong MPLS – Mô hình Haskin .... Error!
Bookmark not defined.
4.3.6. Mô phỏng chuyển lưu lượng trong MPLS – Mô hình SD ........... Error!
Bookmark not defined.
4.4. Kết luận Chƣơng 4 ........................................ Error! Bookmark not defined.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................12
PHỤ LỤC I ....................................................................... Error! Bookmark not defined.
Các bước cài đặt phần mềm mô phỏng NS2 và RSVP-TE....... Error! Bookmark not
defined.
PHỤ LỤC II ..................................................................... Error! Bookmark not defined.
Mã nguồn mô phỏng NS2 và RSVP-TE ..................... Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC III .................................................................... Error! Bookmark not defined.
Ý nghĩa câu lệnh trong phần mềm mô phỏng NS2 và RSVP-TEError! Bookmark not
defined.


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ATM

Asynchronous
Transfer Mode

Công nghệ chuyển mạch tế bào, công nghệ này
chia các gói tin thành những tế bào có kích thước
cố định là 53 byte, trong đó gồm 5 byte cho tiêu
đề và 48 byte cho dữ liệu.

Label Chạy giao thức MPLS trong mặt phẳng điều
ATM –LSR ATM
Switching Router
khiển để thiết lập các kênh ảo ATM , thực hiện
chuyển tiếp các gói tin có gắn nhãn như là các tế
bào ATM .

Gateway Giao thức định tuyến vùng biên giữa các vùng tự
trị ( AS – Autonomous System).

BGP

Border
Protocol

CoS

Class of Service

DLCI

Data Link Circuit Định danh kênh kết nối dữ liệu là số thứ tự của
Identifier
kênh được gắn vào các khung dữ liệu của mạng
Frame Relay để thông báo làm thế nào định
tuyến dữ liệu.

ELSR

Edge
Label Thiết bị định tuyến thực hiện hoặc là gắn nhãn
Switching Router
(push) hoặc là gỡ nhãn ra (hành động này gọi là
POP ) ở biên của mạng MPLS

FEC

Forwarding
Equivalence Class

FTN

FEC
Map

IGP

Interior
Protocol

to

Phân lớp các dịch vụ

Là khái niệm sử dụng trong chuyển mạch nhãn
đa giao thức nhằm mô tả việc thiết lập các gói có
đặc tính tương đương hoặc đồng nhất mà có thể
được chuyển đi theo cùng một đường.

NHLFE

Gateway Giao thức định tuyến sử dụng trong một vùng tự
trị ( AS – Autonomous System).


ILM

Incoming
Map

Label

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet trong mô hình TCP/IP

IPSec

IP Security

Là bộ giao thức bảo mật Internet được sử dụng
cho các giao tiếp bằng cách xác thực hoặc mã
hóa mỗi gói IP trong luồng dữ liệu.

ISP

Internet
Provider

IXP

Internet eXchange Nhà cung cấp dịch vụ trao đổi lưu lượng Internet.
Provider

L2

Layer 2

Lớp 2 – Datalink trong mô hình OSI

L3

Layer 3

Lớp 3 – Network trong mô hình OSI

LDP

Label Distribution Giao thức phân phối nhãn.
Protocol

LIB

Label
Base

LSP

Label
Path

LSC

Label
Controler

Service Nhà cung cấp các dịch vụ Internet

Information Thông tin nhãn cơ sở

Switched Đường chuyển nhãn, xác định đường đi của gói
tin MPLS.
Switch Bộ điều khiển chuyển mạch nhãn

Hop by Hop signal Xác định đường đi khả thi nhất theo kiểu best
LSP
effort.
Explicit route signal Xác định đường đi từ nút gốc.
LSP
LSR

Label
Router

Switching Thiết bị định tuyến hoặc thiết bị chuyển mạch
thực hiện các thủ tục phân phối nhãn và có thể


chuyển tiếp các gói tin dựa trên thông tin nhãn.
Các LSR làm việc ít và hoạt động gần giống như
switch.
MPLS

MultiProtocol Label Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Switching

NHLFE

Next Hop Label
Forwarding Entry

PBH

Per-Hop Behavior

QoS

Quality of Service

RFC

Request
Comments

RSVP-TE

Resource
Giao thức sử dụng cho việc dự phòng tài nguyên
ReSerVation
mạng.
Protocol - Traffic
Engineering

SVC

Switched
Circuit

Virtual Chuyển mạch kênh ảo

SVP

Switched
Path

Virtual Chuyển mạch đường ảo

TTL

Time-To-Live

TIB

Tag
Base

VC

Virtual Circuit

VCI

Virtual
Identifier

Chất lượng dịch vụ

For Gồm các văn bản được phát hành bởi IETF dùng
để ghi nhớ các nghiên cứu mới, các sáng kiến và
các phương pháp ứng dụng trong công nghệ
Internet.

Thời gian sống của gói tin

Information Thông tin thẻ cơ sở

Kênh ảo

Circuit Định danh kênh ảo


VP

Virtual Path

VPI

Virtual
Identifier

VPN

Virtual
Network

Đường ảo
Path Định danh đường ảo

Private Mạng riêng ảo


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 2.1 Nhãn trong MPLS
Hình 2.2 Ngăn xếp Nhãn trong MPLS
Hình 2.3 Các công nghệ kết hợp với MPLS
Hình 2.4 Cấu trúc điều khiển trong MPLS
Hình 2.5 Quá trình gán nhãn trong MPLS
Hình 3.1 Mô hình Makam
Hình 3.2 Mô hình Haskin
Hình 3.3 Mô hình Shortest Dynamic
Hình 4.1 Đồ thị mô phỏng truyền dữ liệu qua mạng IP
Hình 4.2 Mô hình biểu diễn sự mất gói trên đường truyền
Hình 4.3 Mô tả truyền lưu lượng của mạng IP trên phần mềm NS2
Hình 4.4 Đồ thị kết quả mô phỏng định tuyến bắt buộc trong MPLS
Hình 4.5 Mô hình giai đoạn truyền lưu lượng thứ nhất R1-R3-R5-R7-R9
Hình 4.6 Mô hình giai đoạn truyền lưu lượng thứ hai R1-R2-R4-R6-R8-R9
Hình 4.7 Mô hình giai đoạn truyền lưu lượng thứ ba R1-R3-R4…
Hình 4.8 Mô hình giai đoạn truyền lưu lượng thứ ba R1-R3-R4-R6-R5-…
Hình 4.9 Mô hình giai đoạn truyền lưu lượng thứ ba R1-R3-R4-R6-R5-R7-R8-R9
Hình 4.10 Mô tả định tuyến ràng buộc trên phần mềm NS2
Hình 4.11 Đồ thị kết quả mô phỏng lấn chiếm lưu lượng trong MPLS
Hình 4.12 Mô hình giai đoạn truyền lưu lượng thứ hai R1-R2-R6-R5-R7-R9
Hình 4.13 Mô hình biểu diễn sự mất gói của lưu lượng thứ hai
Hình 4.14 Mô hình biểu diễn lưu lượng thứ hai tiếp tục truyền tại R7 do đầy bộ đệm
Hình 4.15 Mô hình biểu diễn lưu lượng thứ hai được giải phóng từ bộ đệm

Hình 4.16 Mô tả hoạt động lấn chiếm của mạng MPLS trên phần mềm NS2


Hình 4.17 Đồ thị kết quả mô phỏng mô hình Makam trong MPLS
Hình 4.18 Mô hình sự mất gói do đứt kết nối của mô hình Makam
Hình 4.19 Mô hình chuyển hướng lưu lượng của mô hình Makam
Hình 4.20 Mô hình hoàn thành việc chuyển hướng lưu lượng của mô hình Makam
Hình 4.21 Mô hình khôi phục hướng lưu lượng của mô hình Makam
Hình 4.22 Mô phỏng mô hình Makam trên phần mềm NS2
Hình 4.23 Đồ thị kết quả mô phỏng mô hình Haskin trong MPLS
Hình 4.24 Mô hình sự mất gói do đứt kết nối của mô hình Haskin
Hình 4.25 Mô hình chuyển hướng lưu lượng của mô hình Haskin
Hình 4.26 Mô hình lưu lượng sau khi đã khôi phục kết nối của mô hình Haskin
Hình 4.27 Mô phỏng mô hình Haskin trên phần mềm NS2
Hình 4.28 Đồ thị kết quả mô phỏng mô hình shortest-dynamic trong MPLS
Hình 4.29 Quá trình chuyển hướng lưu lượng của mô hình shortest-dynamic
Hình 4.30 Sau khi đã khôi phục kết nối của mô hình shortest-dynamic
Hình 4.31 Mô phỏng mô hình shortest-dynamic trên phần mềm NS2


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Eric Osborne CCIE #4122, Ajay Simha CCIE #2970 “Traffic Engineering with
MPLS”
[2]. Haskin, et al. “A Method for Setting an Alternative Label Switched Paths to
Handle Fast Reroute”, Jun. 1999, 10 pages.
[3]. Jim Guichard CCIE #2069, Ivan Pepelnjak CCIE #1354 “MPLS and VPN
Architectures”
[4]. Johan Martin Olof Petersson “MPLS Based Recovery Mechanisms”
[5]. Lancy Lobo, - CCIE No. 4690, Umesh Lakshman “MPLS Configuration on Cisco
IOS Software”

[6]. RSVP-TE\ns “ />[7]. RFC 3031 : Multiprotocol Label Switching Architecture
[8]. RFC 3032 : MPLS Label Stack Encoding
[9]. RFC 3035 : MPLS using LDP and ATM VC Switching
[10]. RFC 3036 : LDP Specification
[11]. S.Makam, V.Sharma, K.Owens, C.Huang “Protection/Restoration of MPLS
Networks” draft-makam-mpls-protection-00.txt October 1999
[12]. Wikipedia NS-2 “ />