Mạng riêng ảo MPLS và kỹ thuật điều khiển lưu lượng

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................................... I
MỤC LỤC ............................................................................................................................................... II
DANH MỤC HÌNH VẼ ..........................................................................................................................V
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................................... VIII
BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ....................................................................................................... IX
LỜI MỞ ĐẦU ...................................................................................................................................... XII
Chương 1: TỔNG QUAN MPLS ...........................................................................................................1
1.1. Các khái niệm chung MPLS ........................................................................................................1
1.1.1. Miền MPLS ( MPLS Domain) ................................................................................................1
1.1.2. Lớp chuyển tiếp tương đương FEC.........................................................................................2
1.1.3 Nhãn( Label) ..............................................................................................................................3
1.1.4. Ngăn xếp nhãn ..........................................................................................................................3
1.1.5. Đường chuyển mạch nhãn LSP ...............................................................................................4
1.1.6. Chế độ khung (frame mode) ....................................................................................................5
1.1.7.MPLS Payload ...........................................................................................................................6
1.1.8. Kiến trúc chuyển mạch của một LSR .....................................................................................6
1.1.9. Không gian nhãn (MPLS Label Spaces) ................................................................................7
1.2. Giao thức phân phối nhãn LDP ..................................................................................................8
1.2.1. Hoạt động LDP .........................................................................................................................9
1.2.2. Cấu trúc bản tin LDP ............................................................................................................ 11
1.2.3. PDU Header........................................................................................................................... 11
1.2.4. Định dạng bản tin LDP ......................................................................................................... 11
1.2.5. Các bản tin LDP .................................................................................................................... 13
1.2.6. Các chế độ phân phối nhãn ................................................................................................... 13
1.2.7. Chế độ duy trì nhãn ............................................................................................................... 14
1.2.8. Chế độ điều khiển.................................................................................................................. 15
1.2.9. Quá trình phân phối ra nhãn ................................................................................................. 16
1.3. Bóc nhãn tại nút áp chót PHP ...................................................................................................19

Đặng Đình Hưng, D13VT6

II


1.4. Phương thức hoạt động của MPLS ..........................................................................................20
1.5: Ưu điểm và các ứng dụng chung MPLS .................................................................................20
1.5.1. Ưu điểm ................................................................................................................................. 20
1.5.2.Nhược điểm ............................................................................................................................ 21
1.5.3.Các ứng dụng .......................................................................................................................... 21
1.6. Tổng kết chương 1.......................................................................................................................21
CHƯƠNG 2. MPLS VPN LAYER 3 ...................................................................................................22
2.1 Khái niệm VPN( Virtual Private Network) .................................................................................22
2.2. Khái niệm MPLS VPN layer 3 ......................................................................................................22
2.3. Kiến trúc và quá trình hoạt động của VPN trong MPLS .........................................................24
2.3.1: Quá trình chuyển tiếp định tuyến ảo VRF................................................................................25
2.3.2. Giá trị phân biệt tuyến RD( Route Distinguisher) ...................................................................26
2.3.3. Giá trị mục tiêu tuyến RT( Route Target) ................................................................................27
2.3.4. Quá trình quảng bá tuyến đường trong MPLS VPN................................................................28
2.4. Tổng kết chương 2 ..........................................................................................................................28
Chương III:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS TE( MPLS Traffic Engineering) .........................30
3.1.Giới thiệu QoS ..............................................................................................................................30
3.2. DiffServ trong gói tin IP.............................................................................................................35
3.3.Tổng quát về đường hầm DiffServ ............................................................................................36
3.4. Khái niệm về kỹ thuật lưu lượng ..............................................................................................37
3.5. Tổng quan kỹ thuật lưu lượng với MPLS (MPLS TE) .........................................................39
3.6. Sự phân phối thông tin của MPLS TE ....................................................................................41
3.7. Giao thức dành riêng tài nguyên (RSVP- Resource Reservation Protocol) ......................58
3.8. Chuyển tiếp lưu lượng vào một đường hầm – (Forwarding traffic down a tunnel) ........62
3.9. Chia sẻ tải (Load Sharing) .........................................................................................................64
3.9.1.Chia sẻ tải cân bằng................................................................................................................ 64

3.9.2.Chia sẻ tải không cân bằng .................................................................................................... 65
3.9.3. Điều chỉnh băng thông tự động (Automatic Bandwidth Adjustment) ............................... 66
3.10. Bảo vệ và phục hồi ....................................................................................................................67
3.10.1.Tổng quát .............................................................................................................................. 67
3.10.2. Bảo vệ đường đi .................................................................................................................. 67

Đặng Đình Hưng, D13VT6

III


3.10.3. Bảo vệ cục bộ (Local protection) ....................................................................................... 68
3.11. Tổng kết chương 3 ....................................................................................................................76
Chương IV: Mô phỏng MPLS TE .......................................................................................................77
4.1. Mô phỏng tổng hợp các tính năng MPLS VPN layer 3 kết hợp với MPLS TE( Path option,
Affinity, Fast Reroute) .......................................................................................................................77
4.1.1. Sơ đồ mạng ............................................................................................................................ 77
4.1.2 Mô tả sơ đồ ............................................................................................................................. 77
KẾT LUẬN .............................................................................................................................................79
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................................................80

Đặng Đình Hưng, D13VT6

IV


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Miền MPLS………………………………………………………………………. 1
Hình 1.2. Chiều luồng gói tin…………………………………………………….................. 2
Hình 1.3. Lớp chuyển tiếp tương đương FEC………………………………………………. 2

Hình 1.4. Cấu trúc nhãn………………………………………………………………………3
Hình 1.5. Ngăn xếp nhãn……………………………………………………………………. 4
Hình 1.6. Đường chuyển mạch LSP………………………………………………………… 4
Hình 1.7.: Hai đường chuyển mạch LSP lồng vào nhau…………………………................. 5
Hình 1.8. Chế độ khung…………………………………………………………................... 5
Hình 1.9. Kiến trúc LSR………………………………………………………….................. 6
Hình 1.10. Không gian nhãn Per-Interface……………………………………….................. 7
Hình 1.11. Không gian nhãn Per-Platform……………………………………….................. 8
Hình 1.13.Tổng quan hoạt động LDP……………………………………………………..... 9
Hình 1.14. LDP giữa kết nối trực tiếp……………………………………………………... 10
Hình 1.15. LDP giữa kết nối không trực tiếp……………………………………. ………...10
Hình 1.16. PDU header của LDP……………………………………………….................. 11
Hình 1.17. Định dạng các bản tin LDP ………………………………………………….….11
Hình 1.18. Phân phối nhãn không được yêu cầu…………………………………………....14
Hình 1.19. Phân phối nhãn theo yêu cầu…………………………………………………... 14
Hình 1.20: Chế độ duy trì nhãn tự do…………………………………………………….…15
Hình 1.21: Chế độ duy trì nhãn bảo toàn…………………………………………………....15
Hình 1.21: Điều khiển độc lập……………………………………………………………....16
Hình 1.22: Điều khiển tuần tự……………………………………………………………....16
Hình 1.23: Quá trình xây dựng bảng định tuyến…………………………………….……...17
Hình 1.24: Quá trình gán nhãn ……………………………………………………………..17
Hình 1.25: Quá trình phân phối nhãn……………………………………………………… 18
Hình 1.26: Cập nhật nhãn vào bảng LIB………………………………………………….. .18
Hình 1.27: Quảng bá nhãn…………………………………………………………………. 18

Đặng Đình Hưng, D13VT6

V

Hình 1.28: Hoàn thành việc thiết lập LSP…………………………………………………. 19
Hình 1.29. Bóc nhãn áp chót………………………………………………………………. 19
Hình 1.30. Cấu trúc nhãn…………………………………………………...……………… 20
Hình 2.1: Mạng riêng ảo VPN …………………………………………………...…………23
Hình 2.2:Mô hình phân tách VRF …………………………………………….……………24
Hình 2.2: Mô tả 2 chi nhánh khách hàng ……………………………...……………………25
Hình 2.3: Mô tả VRF trên PE ………………………………………………………………26
Hình 2.4: Định dạng địa chỉ VPNv4 …………………………………………..……………27
Hình 2.5: RT trong MPLS VPN ……………………………………………………………28
Hình 2.6: Quá trình quảng bá tuyến………………………………………..……………… 29
Hình 3.1. Nhiều luồng cho mỗi lớp lưu lượng…………………………………………….. 33
Hình 3.2. Hàng đợi CQ ……………………………………………………………..………34
Hình 3.3. Hàng đợi PQ …………………………………………………………..…………34
Hình 3.4. Giải thuật thùng rò…………………………………………………….………… 35
Hình 3.5. Giải thuật thùng token …………………………………………...………………35
Hình 3.6. Các bit trong ToS ……………………………………………………...…………36
Hình 3.7: Mô hình mạng IP con cá và luồng lưu lượng qua nó…………………………… 39
Hình 3.8: Bài toán con cá trong mạng ATM……………………………………….……… 40
Hình 3.9: Bài toán con cá với MPLS TE…………………………………………..………. 41
Hình 3.10: Đường hầm trên mạng từ A-D ………………………………………….………45
Hình 3.11: Đường hầm trên mạng từ B-D và A-D …………………………………………45
Hình 3.12: Đường hầm trên mạng từ B-D………………………………………….……… 46
Hình 3.13: Metric tính theo TE…………………………………………………….……… 48
Hình 3.14: Tính toán tunnel theo SPF ……………………………………………………...52
Hình 3.15. Tunnel tính theo CSPF……………………………………………………...…. 54
Hình 3.16. Mô hình mạng với phương pháp quyết định CSPF…………………………..... 56
Hình 3.17: Ví dụ về sự xuất hiện đường hầm TE tốt hơn ………………………………….58

Đặng Đình Hưng, D13VT6

VI


Hình 3.18: Thiết lập đường đi trong RVSP……………………………………………...… 61
Hình 3.19: Mạng dùng định tuyến tĩnh, theo chính sách và theo tự động………………..... 64
Hình 3.20. Sơ đồ mạng từ A-C…………………………………………………………...... 66
Hình 3.21. Sơ đồ mạng với 2 đường hầm A-C ……………………………………………..66
Hình 3.22. Tạo chia sẻ giữa đường hầm TE và đường định tuyến IGP đến D…………….. 66
Hình 3.23. Chia sẻ tải trong MPLS TE …………………………………………………..…67
Hình 3.24: Mô hình mạng với đường hầm dự phòng……………………………………… 69
Hình 3.25: Ví dụ bảo vệ kết nối …………………………………………………………… 70
Hình 3.26: Cơ chế phát hiện lỗi bằng mẫu tin Hello RSVP mở rộng……………………....72
Hình 3.27. LSP trước khi bị hỏng…………………………………………………………...73
Hình 3.28. LSP sau khi SLP chính bị đứt kết nối …………………………………………..73
Hình 3.29. Báo hiệu đầu LSP……………………………………………………………… 74
Hình 3.30. Báo hiệu cuối LSP……………………………………………………………... 75
Hình 3.31: Đường hầm NNHop…………………………………………………………… 76
Hình 4.1: Mô hình mạng mô phỏng………………………………………………………. 78

Đặng Đình Hưng, D13VT6

VII


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các loại bản tin LDP………………………………………………….. 12
Bảng 3.1. So sánh sự khác nhau giữa hai mô hình ……………………………… 32
Bảng 3.2 So sánh các chê độ MPLS DiffServ Tunneling………………………... 38
Bảng 3.3. Mô tả các lệnh cơ bản bắt đầu đường hầm MPLS TE.……………….. 43
Bảng 3.4: Thuật toán SPF………………………………………………………... 53

Bảng 3.5. Kết quả khi tính toán thuật toán CSPF………………………………... 55
Bảng 3.6. Bảng liệt kê các thuộc tính đường đi…………………………………...57
Bảng 3.7: Các loại bản tin trong RSVP………………………………………….. 60
Bảng 3.8. Định tuyến khi dùng định tuyến tĩnh và định tuyến theo chính sách.... 65
Bảng 3.9.Định tuyến tại router A sau khi dùng định tuyến tự động……………... 65

Đặng Đình Hưng, D13VT6

VIII


BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
ATM

Asynchronous Transfer Mode

Truyền tải không đồng bộ

VPN

Virtual Private Network

Mạng riêng ảo

ASN

Autonomous System Number

Chỉ số xác nhận hệ thống tự trị

BGP

Border Gateway Protocol

Giao thức định tuyến BGP

CQ

Custom Queuing

Hàng đợi tùy chỉnh

CSPF

Constrained shortest path first

Thuật toán ràng buộc SPF

DiffServ Differentiated Services

Mô hình dịch vụ phân biệt

DSCP

Differentiated services code point

Điểm mã dịch vụ phân biệt

ERO

Explicit Route Object

Tuyến tường minh

EXP

Experimental

Trường QoS trong nhãn MPLS

FEC

Forwarding Equivalence Class

Lớp chuyển tiếp tương đương

FIB

Forwarding Information Base

Cơ sở thông tin chuyển tiếp

FIFO

First-in, First-out

Đến trước, phục vụ trước

FRR

Fast Reroute

Định tuyến lại nhanh

IGP

Interior Gateway Protocol

Giao thức định tuyến nội miền

IntServ

Intergrated Services

Mô hình dịch vụ tích hợp

ISP

Internet service provider

Nhà cung cấp dịch vụ Internet

LDP

Label Distribution Protocol

Giao thức phân phối nhãn

LER

Label Edge Router

Định tuyến biên chuyển mạch nhãn

LFIB

Label Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn

Đặng Đình Hưng, D13VT6

IX


LSP

Label-Switched Path

Đường chuyển mạch nhãn

LSR

Label Switch Router

Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn

MP-BGP Multiprotocol BGP

Định tuyến cổng nối biên đa giao
thức

MPLS

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

Multi Protocol Label Switching

MPLS TE MPLS Traffic Engineering

Kĩ thuật lưu lượng MPLS

NCP

Network Level Protocol

Giao thức lớp mạng

Nhop

Next – Hop backup tunnel

Đường dự phòng vòng qua link lỗi

NNhop

Next-Next-Hop backup tunnel

Đường dự phòng vòng qua node lỗi

OSPF

Open Shortest Path First

Giao thức định tuyến OSPF

PDU

Protocol Data Unit

Đơn vị dữ liệu giao thức

PHB

Per hop behavior

Ứng xử tiếp theo cho gói tin

PHP

Penultimate hop popping

Bóc nhãn nút áp chót

PLR

Point of local repair

Điểm đầu cuối đường hầm dự phòng

PQ

Priority Queuing

Hàng đợi theo độ ưu tiên

QoS

Quality of Service

Chất lượng của dịch vụ

RD

Route Distinguisher

Phân biệt tuyến

RIB

Routing Infomation Base

Cơ sở thông tin định tuyến

CE

Customer Edge

Router biên của khách hàng

P

Provider router

Router lõi của ISP

PE

Provider Edge router

Router biên của ISP

RSVP

Resource Reservation Protocol

Giao thức dành riêng tài nguyên

Đặng Đình Hưng, D13VT6

X


RT

Route Rarget

Mục tiêu tuyến

SLA

Service Level Agreement

Hợp đồng cam kết dịch vụ

SPF

Shorted path first

Thuật toán tìm đường đi ngắn nhất

TOS

Type of Services

Loại dịch vụ

VC

Virtual Circuit

Kênh ảo

VCI

Virtual Circuit Identifier

Trường nhận dạng kênh ảo

VRF

Virtual Routing Forwarding

Chuyển tiếp định tuyến ảo

WFQ

Weighted Fair Queuing

Hàng đợi công bằng theo trọng tải

Đặng Đình Hưng, D13VT6

XI


LỜI MỞ ĐẦU
Trong một vài năm gần đây, Internet đã phát triển thành một mạng lưới rộng khắp và
tạo ra một loạt các ứng dụng mới trong thương mại. Những ứng dụng này mang đến đòi hỏi
phải tăng và bảo đảm được yêu cầu băng thông trong mạng đường trục. Thêm vào đó, ngoài
các dịch vụ dữ liệu truyền thống được cung cấp qua Internet, thoại và các dịch vụ đa phương
tiện đang được phát triển và triển khai. Internet đã làm nảy sinh vấn đề hình thành một mạng
hội tụ cung cấp đầy đủ các dịch vụ. Tuy nhiên vấn đề đặt ra đối với mạng bởi các dịch vụ và
ứng dụng mới là yêu cầu về băng thông và tốc độ lại đặt gánh nặng cho nguồn tài nguyên trên
cơ sở hạ tầng Internet có sẵn.
Công nghệ MPLS Multi Protocol Label Switching và tính năng MPLS TE (điều khiển
lưu lượng MPLS được xem là giải pháp cho vấn đề này). Điểm nổi bật của công nghệ này là
chuyển tiếp lưu lượng nhanh, khả năng linh hoạt, đơn giản kết hợp với điều khiển phân luồng,
tối ưu hóa việc sử dụng băng thông mạng. Ngoài ra, MPLS TE còn có khả năng khắc phục
nhanh chóng các sự cố trên mạng lưới nhằm tránh sự ảnh hưởng dịch vụ và giảm khả năng
mất gói tới mức tối đa nhằm đáp ứng nhu cầu khắt khe của các dịch vụ thời gian thực
MPLS là một công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp ba và chuyển

mạch lớp hai cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi (core) và định tuyến tốt ở
mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn (label). MPLS là một phương pháp cải tiến việc
chuyển tiếp gói trên mạng bằng các nhãn được gắn với mỗi gói IP, tế bào ATM, hoặc frame
lớp hai. MPLS 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.
Trong phạm vi kiến thức của mình, em sẽ trình bày những hiểu biết về kỹ thuật MPLS và
MPLS TE trong đồ án này.
Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô giáo của khoa Viễn Thông, đặc
biệt em xin bày tỏ sự tri ân sâu sắc đến giảng viên PGS.TS. Nguyễn Tiến Ban – người đã hết
lòng giúp đỡ và hướng dẫn để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Hà Nội, ngày… tháng… năm…
Sinh viên thực hiện
Đặng Đình Hưng

Đặng Đình Hưng, D13VT6

XII


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Tổng quan MPLS

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MPLS
1.1. Các khái niệm chung MPLS
MPLS là viết tắt của công nghệ Multil Protocol Label Switching là giao thức chuyển
mạch nhãn đa giao thức, đây là công nghệ được sử dụng chính trong miền mạng lõi( core) của
các ISP, 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

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. Nếu nhìn trong mô hình OSI, có thể
xem giao thức MPLS nằm ở lớp 2,5.
1.1.1. Miền MPLS ( MPLS Domain)
Miền MPLS (MPLS Domain) là tập hợp các router hay Switch layer 3 thực hiện định
tuyến và chuyển mạch dựa vào giao thức MPLS. Miền này thường được quản lý trong mạng
lõi của ISP.

Hình 1.1. Miền MPLS
Miền MPLS được chia làm 2 phần: phần mạng lõi (core) và phần mạng biên (edge).
Các nút thuộc miền MPLS được gọi là router chuyển mạch nhãn LSR (Label Switch Router).
Các nút ở phần mạng lõi được gọi là transit – LSR. Các LSR ở biên được gọi là các LSR biên
hay gọi tắt là LER (Label Edge Router).
Nếu một LER là nút đầu tiên trên đường đi của một gói tin khi đi qua miền MPLS thì
nó được gọi là LER ngõ vào (ingress – LER), còn nếu là nút cuối cùng thì được gọi là LER
ngõ ra (egress – LER). Các thuật ngữ này chỉ có ý nghĩa tương đối tùy theo chiều của luồng
Đặng Đình Hưng, D13VT6

1


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Tổng quan MPLS

lưu lượng trong mạng, do đó một LER có thể vừa là LER ngõ vào, vừa là LER ngõ ra tùy theo
các luồng lưu lượng đang xét.

Hình 1.2. Chiều luồng gói tin
Thuật ngữ upstream – LSR và downstream – LSR đây chỉ là định nghĩa mang tính chất
tương đối vì còn phải phụ thuộc vào chiều gói tin.
1.1.2. Lớp chuyển tiếp tương đương FEC
Là khái niệm được dùng để chỉ một nhóm các gói tin được đối xử như nhau qua mạng
MPLS. Các gói tin thuộc cùng 1 FEC thì sẽ có cùng nhãn như nhau, nhưng các gói tin có cùng
1 nhãn chưa chắc đã thuộc 1 FEC, bởi vì giá trị trường EXP trong nhãn gói tin khác nhau, gói
tin sẽ được đối xử khác nhau. Bộ định tuyến có thể quyết định việc nhóm các gói tin lại thành
1 FEC là Ingress LSRs.
Tại sao phải dùng FEC? Thứ nhất, nó cho phép nhóm các gói vào các lớp và đối xử
chúng theo từng nhóm cụ thể. 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… Nhưng nếu dùng DSCP gồm 8 bit thì khi ánh xạ qua EXP chỉ
có 3 bit của nhãn sẽ mất đi 5 bit thì đây vẫn còn là hạn chế.

Hình 1.3. Lớp chuyển tiếp tương đương FEC

Đặng Đình Hưng, D13VT6

2


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Tổng quan MPLS

1.1.3 Nhãn( Label)

Hình 1.4. Cấu trúc nhãn

Label: trường này có độ dài 20 bit, tức là có tới 220 = 1.048.576 giá trị nhãn khác nhau.
EXP (Experimental): trường này có độ dài 3 bit, dùng để ánh xạ trường ToS (Type of
Service) hay DSCP (Differentiated Service Code Point) trong gói tin IP vào trường EXP để
phục vụ cho mục đích QoS.
S (Stack): trường này có độ dài 1 bit, dùng để chỉ định nhãn nào ở cuối một ngăn xếp
nhãn. Nhãn ở cuối ngăn xếp thì trường S sẽ có giá trị bằng 1.
TTL (Time To Live): trường này có độ dài 8 bit, là sao chép từ trường TTL trong IP
header. Giá trị trong trường này giảm tại mỗi hop để ngăn việc lặp định tuyến.
+) Trường này cũng có thể thiết lập khác với trường TTL trong IP header trong trường
hợp nhà cung cấp mạng(ISP) muốn che giấu cấu trúc mạng của ISP.
1.1.4. Ngăn xếp nhãn
Nhãn là một bộ nhận dạng ngắn, có độ dài cố định, chỉ có ý nghĩa nội bộ và được sử
dụng để xác định một FEC. Nhãn được “dán” lên một gói đại diện cho một FEC mà gói tin
đó được gán vào.
Một gói tin có thể được “dán chồng” nhiều nhãn, các nhãn này được chứa trong một
nơi gọi là ngăn xếp nhãn (label stack). Tại mỗi hop trong mạng chỉ xử lý nhãn trên cùng trong
ngăn xếp nhãn. Chính nhãn này được LSR sử dụng để chuyển tiếp gói.

Đặng Đình Hưng, D13VT6

3


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Tổng quan MPLS

Hình 1.5. Ngăn xếp nhãn
Nếu gói tin chưa có nhãn thì ngăn xếp nhãn là rỗng (độ sâu ngăn xếp là 0). Nếu ngăn
xếp nhãn có chiều sâu là d thì nhãn ở đáy ngăn xếp sẽ thiết lập bit S lên bằng 1. Một entry

nhãn có thể gắn thêm vào (push) hoặc lấy ra khỏi (pop) ngăn xếp nhãn.
1.1.5. Đường chuyển mạch nhãn LSP

Hình 1.6. Đường chuyển mạch LSP
Là tuyến tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để chuyển tiếp gói tin nào
đó sử dụng cơ chế chuyển đổi nhãn (label-swapping forwarding). Trong LSP, các LSR đầu
tiên là các Ingress LSRs, và các LSR cuối cùng là các Egress LSRs , ở giữa là các LSR trung
gian( transit).
Tuy nhiên, các LSR đầu vào ( Ingress LSR) không nhất thiết phải là nơi đầu tiên gắn
nhãn cho các gói tin đi vào, vì có thể các gói tin đã được gắn nhãn ở các LSR trước đó rùi.
Trường hợp này được gọi là nhiều LSP lồng nhau, có nghĩa là có 1 LSP này lồng trong 1 LSP
khác. Ta sẽ thấy trong phần trình bày MPLS VPN và MPLS TE. Hình dưới đây mô tả tổng
quan:

Đặng Đình Hưng, D13VT6

4


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Tổng quan MPLS

Hình 1.7.: Hai đường chuyển mạch LSP lồng vào nhau
Nhìn mô hình, ta có thể thấy có 1 LSP đi từ Ingress LSRs đến LSR đầu ra, khi gói tin
của LSP này đi đến LSR trung gian thứ 2, nó đã được gắn nhãn. Tại LSR trung gian thứ 2
này, 1 LSP mới đã được tạo ra lồng vào LSP cũ, vì thế, gói tin sẽ được LSR này gắn thêm
nhãn vào, nên bây giờ, trong ngăn chứa nhãn gói tin sẽ có 2 nhãn, nhãn trên cùng là của LSP
lồng vào và nhãn dưới cùng là của LSP ban đầu.Vấn đề này chúng ta sẽ tìm hiểu thêm trong
phần Traffic Engineering của MPLS và MPLS VPN.

1.1.6. Chế độ khung (frame mode)
Chế độ khung là thuật ngữ dùng để chỉ việc chuyển tiếp một gói tin với ngăn xếp nhãn
được chèn vào giữa header lớp 2 và header lớp 3. Đỉnh ngăn xếp nằm liền sau header lớp 2
và đáy ngăn xếp nằm liền trước header lớp 3.

Ethernet Header

Ethernet
Header

Label Stack

IP Header

Data

Shim
Header

PPP Header
Packet over SONET/SDH

PPP Header

Label Stack

IP Header

Data

Hình 1.8. Chế độ khung
Router gửi khung (frame) phải có cách để báo cho router nhận biết rằng khung này có
chứa shim header. Cách thức báo hiệu khác nhau giữa các giao thức lớp 2. Ethernet sử dụng
cặp giá trị Ethertype 0x8847 và 0x8848 để chỉ thị các khung đang mang gói MPLS unicast
hoặc multicast tương ứng. PPP sử dụng NCP (Network Control Protocol) sửa đổi gọi là
MPLSCP (MPLS Control Protocol) và đánh dấu tất cả các gói có chứa shim header bằng giá
trị 0x8281 trong trường PPP Protocol.
Đặng Đình Hưng, D13VT6

5


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Tổng quan MPLS

1.1.7.MPLS Payload
Trong nhãn của MPLS không có trường định danh cho phần payload theo sau ngay đó
gọi là Network Level Protocol identifier field. Làm thế nào để LSR có thể biết giao thức theo
sau ngăn xếp nhãn là gì. Hoặc theo cách hiểu khác là , làm thế nào LSR biết phần tải trọng(
payload) theo sau nhãn là gì. Hầu hết các LSR không cần biết, bởi vì chúng sẽ nhận các gói
tin đã gắn nhãn và công việc sẽ là hoán đổi phần nhãn trên cùng và gửi gói tin ra outgoing
interface tương ứng. Trong trường hợp này là các LSR trung gian.
Các LSR trung gian không cần biết phần tải trọng( payload) theo sau là gì bởi vì tất cả
thông tin cần cho chuyển mạch là chỉ cần tìm kiếm phần LFIB. Nếu chồng nhãn có chứa một
hoặc nhiều nhãn, nhãn sau của nhãn trên cùng phải không được gắn vảo bởi LSR và vì thế các
LSR trung gian không cần biết theo payload theo sau. Việc chuyển tiếp chỉ cần dựa vào nhãn
trên cùng rồi chuyến tiếp tới các next-hop tiếp theo.
Về phía Egress-LSR thì sẽ xóa hết nhãn còn lại đi vì thế nó phải biết phần tải trọng(
payload) theo sau là gì,bởi vì nó phải chuyển tiếp phần tải trọng MPLS đi ra ngoài vùng MPLS

Domain. Egress-LSR phải biết giá trị NCP( Network Level Protocol) cho
1.1.8. Kiến trúc chuyển mạch của một LSR
Kiến trúc của một LSR gồm 2 thành phần: phần mặt phẳng điều khiển( Control Plane)
và mặt phẳng chuyển tiếp( Data Plane)

Hình 1.9. Kiến trúc LSR

Đặng Đình Hưng, D13VT6

6


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Tổng quan MPLS

Mặt phẳng điều khiển có chức năng định tuyến IP dùng để giao tiếp với các LSR, LER
khác hoặc các router IP thông thường bằng các giao thức định tuyến IP. Kết quả là một cơ sở
thông tin định tuyến RIB (Routing Information Base) được tạo ra gồm các thông tin miêu tả
các tuyến khả thi để tìm đến các địa chỉ prefix. LER sẽ sử dụng các thông tin này để xây dựng
cơ sở thông tin chuyển tiếp FIB (Forwarding Information Base) trong mặt phẳng chuyển tiếp.
Mặt phẳng điều khiển còn có chức năng báo hiệu MPLS để giao tiếp với các LSR khác
bằng giao thức phân phối nhãn LDP(Label Distribution Protocol). Kết quả là tạo ra cơ sở
thông tin nhãn LIB (Label Information Base) gồm các thông tin liên quan đến các tổ hợp nhãn
đã được trao đổi với các router chạy MPLS khác được tạo ra. Thành phần báo hiệu MPLS
nhận thông tin từ chức năng định tuyến IP và LIB để xây dựng cơ sở thông tin chuyển tiếp
nhãn LFIB (Label Forwarding Information Base) trong mặt phẳng chuyển tiếp.
Khi một gói tin đến nếu gói tin đó chưa có nhãn đi vào Ingress-LSR thì nó sẽ được
phần cơ sở thông tin chuyển tiếp FIB gắn nhãn phù hợp để chuyển tiếp hoặc trong trường hợp
gói tin đi tới router Egress-LSR ra ngoài thì cũng được xử lý tại FIB. Còn khi gói tin đã có

nhãn thì gói tin sẽ được xử lý tại phần cơ sở chuyển tiếp nhãn LFIB để được hoán đổi, thêm
nhãn hoặc bóc nhãn rồi chuyển đến next-hop tiếp theo.
1.1.9. Không gian nhãn (MPLS Label Spaces)
Có 2 kiểu không gian nhãn là : Per-Interface và Per-Platform.
Hình 1.10 dưới đây ta thấy LSR A cần quảng bá nhãn L1 của FEC 1 cho LSR B và
nhãn L1 của FEC 2 của LSR C, nhưng chỉ có LSR A có thể biết phân biệt sự khác nhau nhãn
L1. Trong trường hợp này LSRB và LSR C đều là kết nối trực tiếp với LSR A thông qua điểm
nối điểm trên đường link. Ta thấy duy nhất trên 1 đường link chỉ có 1 nhãn L1 mà thôi, nhưng
ở đường link khác thì cũng là nhãn L1 nhưng ý nghĩa lại khác hoàn toàn nó sẽ quảng bá các
interface sẽ đến đích khác nhau. Thì đây gọi là không gian nhãn Per-Interface label space.

Hình 1.10. Không gian nhãn Per-Interface

Đặng Đình Hưng, D13VT6

7


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Tổng quan MPLS

Hình 1.11 dưới đây thì ngược lại trong từ LSR A thì nhãn L1 được quảng bá cho các
Interface thì ý nghĩa sẽ giống nhau đều cùng đến một đích được định nghĩa trong FEC 1. Đây
gọi là per-platform.

Hình 1.11. Không gian nhãn Per-Platform
1.2. Giao thức phân phối nhãn LDP
Để một gói tin chuyển tiếp qua một tuyến đường chuyển mạch nhãn ( LSP) thông qua
mạng MPLS, tất cả các LSR phải chạy giao thức LDP để trao đổi nhãn. Khi tất cả các LSRs

có nhãn được quảng bá từ các FEC cụ thể, các gói tin có thể được chuyển tiếp trên LSP. Hoạt
động trên các nhãn( hoán đổi, dán thêm, bóc nhãn) mà các LSR sẽ tra bảng LFIB để biết.
Giao thức quảng bá nhãn LDP có 4 chức năng chính:
- Khám phá các LSR hàng xóm chạy giao thức LDP.
- Thiết lập và duy trì phiên
- Quảng bá và trao đổi nhãn( label mappings)
- Duy trì, làm mới, giải phóng nhãn và thông báo lỗi rồi giải phóng phiên
Khi 2 LSRs chạy LDP và chúng chia sẻ 1 hoặc nhiều đường link giữa chúng, chúng sẽ
khám phá hàng xóm bằng bản tin Hello messages. Bước 2 chúng nó thiết lập phiên thông qua
kết nối TCP. Thông qua kết nối TCP, LDP sẽ quảng bá nhãn giữa các hàng xóm chạy LDP.
Những nhãn được trao đổi sẽ được sử dụng, duy trì, làm mới và giải phóng. LDP cung cấp
thông báo nếu trong quá trình gặp sự cố và sẽ giải phóng phiên.

Đặng Đình Hưng, D13VT6

8


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Tổng quan MPLS
Trao đổi từ xa

Trao đổi cục bộ

Trao đổi cục bộ

LDP
A

LDP
B

C

Hình 1.13.Tổng quan hoạt động LDP
1.2.1. Hoạt động LDP
LDP có 4 chức năng chính là:
Phát hiện láng giềng (Neighbor discovery)
Thiết lập và duy trì phiên (Session establishment and maintenance)
Quảng bá nhãn (Label advertisement)
Thông báo (Notification)
Tương ứng chức năng trên, có 4 thông điệp sau:
Discovery: sử dụng bản tin Hello được trao đổi định kỳ nhằm kiểm tra một LSR trực
tiếp hoặc gián tiếp.
Session: sử dụng bản tin Initialization và Keepalive để thiết lập, thương lượng các
thông số cho việc khởi tạo, duy trì và chấm dứt các phiên LDP.
Advertisement: sử dụng các bản tin Label Mapping, Label Withdraw, Label Release,
Label Request, Label Abort Request để tạo ra, thay đổi hoặc xóa các ánh xạ FEC và nhãn.
Notification: sử dụng bản tin Notification để truyền đạt thông tin trạng thái, lỗi và cảnh
báo
Bản tin Hello được trao đổi bản tin UDP. Các kiểu thông điệp còn lại đòi hỏi tính tin
cậy nên dùng TCP. Trường hợp hai LSR có kết nối trực tiếp thì thủ tục phát hiện láng giềng
được thực hiện như sau:
Một LSR định kỳ gửi bản tin Hello tới địa chỉ multicast 224.0.0.2 cổng UDP 646.
Các LSR tiếp nhận bản tin Hello này trên cổng UDP 646. Đến một thời điểm nào đó
LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có kết nối trực tiếp.
Khi LSR nhận biết được địa chỉ các LSR bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lập kết nối
TCP đến LSR đó. Khi đó, phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR.

Đặng Đình Hưng, D13VT6

9


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Tổng quan MPLS

Phiên LDP là song hướng nên mỗi LSR ở 2 đầu kết nối đều có thể gửi yêu cầu và gửi
liên kết nhãn
Lưu ý router nào có địa chỉ IP lớn hơn sẽ chủ động thiết lập phiên TCP theo quy tắc
bắt tay 3 bước của giao thức TCP.

Hình 1.14. LDP giữa kết nối trực tiếp
Đối với trường hợp các LSR kết nối không trực tiếp thì các bản tin Hello được gửi bằng
cơ chế unicast (vẫn sử dụng cổng UDP 646). Điều này yêu cầu LSR phải biết trước nó có LSR
nào là láng giềng kết nối không trực tiếp. Điều này thực hiện thông qua việc định tuyến động
hoặc định tuyến tĩnh.
Đây gọi là phiên Targeted LDP Session được thiết lập từ xa.

Hình 1.15. LDP giữa kết nối không trực tiếp

Đặng Đình Hưng, D13VT6

10


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Tổng quan MPLS

1.2.2. Cấu trúc bản tin LDP
Một bản tin LDP bắt đầu với một PDU (Protocol Data Unit) header. Mỗi LDP PDU
header có thể mang theo một hoặc nhiều thông điệp, các thông điệp này không nhất thiết phải
liên quan với nhau.
1.2.3. PDU Header

Hình 1.16. PDU header của LDP
- Version: Gồm 2 octet thể hiện đây là phiên bản giao thức. Phiên bản của LDP đặt tại
đây có giá trị là 1.
- PDU Lenth: gồm 2 octet là tổng chiều dài của PDU nhưng bỏ đi độ dài 2 trường là
Version và PDU Length. Giá trị lớn nhất cho phép PDU Length được đàm phán khi 1 phiên
LDP được khởi tạo. Trước khi khởi tạo hoàn thành, tối đa cho phép chiều dài 4096 bytes.
- LDP Indentifier field: gồm 6 octets, dùng để xác định không gian nhãn cụ thể. Bốn
octets đầu là LSR – ID. Hai octets sau xác định không gian nhãn bên trong LSR. Hai octets
này được thiết lập là 0 đối với không gian nhãn per – platform, và bằng 1 đối với không gian
nhãn per – interface.
1.2.4. Định dạng bản tin LDP
Định dạng bản tin LDP có định dạng như hình 1.17:

Hình 1.17. Định dạng các bản tin LDP

Đặng Đình Hưng, D13VT6

11


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Tổng quan MPLS

Bit U (Unknown): đặt là 0 vì không có thông điệp nào định nghĩa là Unknown, nếu 1
bản tin nào do đặt là 1 nghĩa là Known do Vendors nào đó định nghĩa riêng thì chỉ có thiết bị
Vendors đó hiểu bản tin đó.
Trường Message Type: gồm có các kiểu bản tin và giá trị tương ứng như sau:
Tên thông điệp

Giá trị thông điệp

Notification

0x0001

Hello

0x0100

Initialization

0x0200

Keepalive

0x0201

Address

0x0300

Address Withdraw

0x0301

Label Mapping

0x0400

Label Request

0x0401

Label Release

0x0403

Label Withdraw

0x0402

Label Abort Request

0x0404

Bảng 1.1. Các loại bản tin LDP
Trường Message Length: độ dài (tính bằng bytes) của tập hợp các trường sau trường
này, bao gồm các trường Message ID, Mandatory Parameters, Optional Parameters.
Trường Message ID: thường được sử dụng để liên kết một số thông điệp với nhau. Ví
dụ, một thông điệp phản hồi cho một thông điệp khác sẽ sử dụng cùng Message ID của thông
điệp mà nó đang phản hồi đến.

Các trường Mandatory Parameters và Optional Parameters phụ thuộc vào kiểu thông
điệp được gửi. Chúng thường là bộ ba TLV (Type/Length/Value), một cách mã hóa phổ biến
một lượng tùy ý dữ liệu bên trong một gói tin.

Đặng Đình Hưng, D13VT6

12


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Tổng quan MPLS

1.2.5. Các bản tin LDP
Hello: được trao đổi trong suốt quá trình hoạt động LDP. Gửi multicast với kết nối trực
tiếp, gửi unicast với hàng xóm ở xa.
Initialization: được gửi khi bắt đầu một phiên LDP giữa 2 LSR để đàm phán các tham
số, các tùy chọn cho phiên. Những tham số này bao gồm phiên bản, phương thức phân phối
nhãn (tự nguyện hay yêu cầu), giá trị các bộ định thời, v.v…
Keepalive: được gửi định kỳ trong suốt một phiên LDP để đảm bảo cho mỗi thành phần
LDP biết rằng các thành phần LDP khác vẫn đang hoạt động tốt. Trường hợp không xuất hiện
bản tin Keepalive hay một số bản tin LDP khác trong khoảng thời gian nhất định thì LSR sẽ
xác định láng giềng LDP hỏng hoặc kết nối có sự cố và phiên LDP kết thúc.
Label Mapping: được sử dụng để quảng bá tổ hợp nhãn – FEC.
Address:Thông báo cùng với bản tin Label mapping để mapping nhãn cùng với địa chỉ
này.
Label Withdraw: thực hiện quá trình ngược lại với bản tin Label Mapping. Nó được
LSR sử dụng để thu hồi tổ hợp nhãn trước đó nó đã gửi. Có thể tuyến đường đó đã bị lỗi nên
cần thu hồi nhãn tới đó.
Address Withdraw: LSR sẽ bỏ địa chỉ này trong bảng Label Forwarding Table. Bản tin

này thường đi ngay sau bản tin Label Withdraw.
Label Release: thông bản tin này dùng để xác nhận việc giải phóng tổ hợp nhãn đã
được xác định trong bản tin Label Withdraw.
Label Request: được sử dụng trong phương thức phân phối nhãn theo yêu cầu, khi một
upstream LSR yêu cầu một nhãn từ downstream LSR.
Label Abort Request: nếu bản tin Label Request cần phải hủy bỏ trước khi được chấp
nhận (do nút kế tiếp trong FEC yêu cầu đã thay đổi), thì LSR yêu cầu sẽ loại bỏ yêu cầu trước
đó bằng bản tin Label Abort Request.
Notification : Thực hiện LDP hàng xóm thông báo 1 sự kiện quan trọng ví dụ như thông
báo lỗi thì sau đó phiên LDP và TCP có thể kết sẽ kết thúc.
1.2.6. Các chế độ phân phối nhãn
MPLS cho phép các LSR hoạt động ở hai chế độ phân phối nhãn, đó là: phân phối nhãn
tự nguyện (Unsolicited Downstream) và phân phối nhãn theo yêu cầu (Downstream on
Demand – DoD).
1. Phân phối nhãn được không được yêu cầu (Unsolicited Downstream)

Đặng Đình Hưng, D13VT6

13


Đồ án tốt nghiệp đại học

Chương 1: Tổng quan MPLS

Trong chế độ phân phối nhãn không theo yêu cầu, mỗi LSR phân phối một tổ hợp nhãn
– FEC tới các LSR láng giềng của nó, không cần các LSR đó yêu cầu nhãn. Một LSR sẽ nhận
được một tổ hợp nhãn ở xa từ mỗi LSR láng giềng. Khi đó, trong bảng LIB sẽ hiển thị nhiều
hơn một tổ hợp nhãn.
Ưu điểm: trao đổi các nhãn một cách nhanh nhất

Nhược điểm: các hàng xóm không muốn nhận nhãn này, mà vẫn gửi gây tốn băng
thông.
Kiểu này thường dùng cho các kết nối trực tiếp
Upstream LSR

Downstream LSR

Phân phối tổ hợp nhãn - FEC

Hình 1.18. Phân phối nhãn không được yêu cầu
2. Phân phối nhãn theo yêu cầu (Downstream on Demand)
Ở chế độ này, upstream LSR yêu cầu một nhãn cho một FEC cụ thể thì downstream
LSR mới phân phối. Mỗi LSR chỉ nhận được một nhãn duy nhất cho một FEC. Trong bảng
LIB lúc này chỉ hiển thị duy nhất một tổ hợp nhãn – FEC.
Ưu điểm: Chỉ gửi những nhãn yêu cầu vì có lợi về băng thông.
Nhược điểm: Không có nhãn dự phòng cho các tuyến đường khi có khả năng lỗi.
Kiểu này thường dùng trao đổi cho các đầu đường hầm MPLS VPN, và MPLS TE.
Upstream LSR

Yêu cầu nhãn cho FEC

Downstream LSR

Phân phối tổ hợp nhãn - FEC

Hình 1.19. Phân phối nhãn theo yêu cầu
Thực tế hiện nay thì ISP sử dụng cả 2 phương thức này để sử dụng cho miền mạng lõi.
1.2.7. Chế độ duy trì nhãn
Có 2 chế độ duy trì nhãn: Chế độ duy trì nhãn tự do (Liberal Label Retention) và chế
độ duy trì nhãn bảo toàn (Conversative Label Retention)

1. Chế độ duy trì nhãn tự do (Liberal Label Retention)

Đặng Đình Hưng, D13VT6

14