CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

MỤC LỤC
THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT................................................................................i
LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................iii
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ MPLS..............................................1
1.1 Xu hướng phát triển dịch vụ.................................................................................1
1.2 Xu hướng phát triển công nghệ mạng...................................................................3
1.2.1 Định tuyến và chuyển mạch gói truyền thống................................................3
1.2.2 Công nghệ mạng dựa trên giao thức IP..........................................................3
1.2.3 Công nghệ ATM.............................................................................................4
1.2.4 IP và ATM......................................................................................................4
So sánh giữa IP và ATM......................................................................................4
Giải pháp sử dụng mô hình xếp chồng................................................................6
1.3 Sự ra đời công nghệ MPLS...................................................................................8
1.3.1 Chuyển mạch nhãn là gì?...............................................................................8
1.3.2 Tại sao sử dụng MPLS?................................................................................10
Tốc độ và trễ......................................................................................................10
Khả năng mở rộng mạng....................................................................................11
Tính đơn giản.....................................................................................................11
Sử dụng tài nguyên............................................................................................12
Điều khiển đường đi..........................................................................................12
CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ MPLS..........................................................................14
2.1 Một số vấn đề cơ bản..........................................................................................14
2.1.1 Các thuật ngữ, định nghĩa sử dụng trong MPLS...........................................14
2.1.2 Một sồ vấn đề liên quan đến nhãn (Label)....................................................16
Không gian nhãn................................................................................................16

Lưu Anh Tú, D2001VT

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

Sự duy nhất của nhãn trong không gian nhãn....................................................17
Ngăn xếp nhãn...................................................................................................19
Sự duy trì nhãn..................................................................................................22
Tổng hợp FEC...................................................................................................23
Hợp nhất nhãn...................................................................................................25
2.1.3 Một số vấn đề liên quan đến ràng buộc nhãn (FEC/Label)...........................26
Các phương pháp ràng buộc nhãn với FEC.......................................................26
Các chế độ điều khiển ràng buộc nhãn với FEC................................................27
Phân bổ ràng buộc nhãn không theo yêu cầu và theo yêu cầu...........................29
2.2 Các loại thiết bị trong mạng MPLS.....................................................................30
2.3 Các chế độ hoạt động của MPLS........................................................................32
2.3.1 Chế độ khung...............................................................................................32
2.3.2 Chế độ tế bào................................................................................................33
2.4 Các giao thức phân bổ nhãn................................................................................35
2.4.1 Giao thức phân phối nhãn LDP....................................................................35
Giới thiệu...........................................................................................................35
Các loại bản tin LDP.........................................................................................36
Thủ tục thăm dò LSR lân cận............................................................................37
Các bản tin LDP................................................................................................38
Phát hành và sử dụng nhãn................................................................................43
2.4.2 Giao thức RSVP với việc phân bổ nhãn.......................................................48
2.4.3 Giao thức BGP với việc phân bổ nhãn..........................................................54
2.5 Định tuyến trong mạng MPLS............................................................................55
2.5.1 Định tuyến cưỡng bức (CR) với CR-LDP................................................56

Khái niệm..........................................................................................................56
Định tuyến hiện (ER) và định tuyến cưỡng bức (CR)........................................57
Lưu Anh Tú, D2001VT


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

LDP và định tuyến cưỡng bức (CR)..................................................................58
Thuật toán định tuyến cưỡng bức......................................................................58
Các bản tin và các TLV sử dụng trong CR.........................................................62
CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ MPLS..........................................71
3.1 Mạng thế hệ kế tiếp (NGN) của Tổng công ty BCVT Việt Nam.........................71
3.1.1 Mở đầu.........................................................................................................71
3.1.2 Cấu trúc phân lớp chức năng NGN...............................................................72
3.1.2 Nguyên tắc tổ chức mạng.............................................................................72
3.1.3 Tổ chức các lớp chức năng trong NGN.......................................................73
Tổ chức lớp ứng dụng và lớp dịch vụ mạng......................................................73
Tổ chức lớp điều khiển......................................................................................74
Tổ chức lớp truyền tải........................................................................................74
Tổ chức lớp truy nhập........................................................................................74
3.1.4 Kết nối NGN với các mạng hiện thời...........................................................74
Kết nối với mạng PSTN.....................................................................................74
Kết nối với mạng Internet..................................................................................75
3.1.5 Lộ trình chuyển đổi sang NGN.....................................................................76
3.2 Khả năng ứng dụng MPLS tại Việt Nam.............................................................78
3.2.1 Những điểm cơ bản trong định hướng phát triển của ngành viễn thông Việt
Nam....................................................................................................................... 78
3.2.2 Các công nghệ và triển vọng triển khai........................................................78

1. Công nghệ IP.................................................................................................79
2. Công nghệ ATM............................................................................................79
3. Công nghệ MPLS..........................................................................................79
3.2.3 Các giải pháp ứng dụng MPLS.....................................................................80
1. Giải pháp 1: MPLS trong mạng lõi................................................................81
Lưu Anh Tú, D2001VT


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Mục lục

2. Giải pháp 2: ATM lõi, MPLS ở các tổng đài đa dịch vụ................................83
3. Giải pháp 3: Mạng MPLS hoàn toàn.............................................................86
4. Đánh giá các giải pháp...................................................................................88
KẾT LUẬN.................................................................................................................89
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................90

Lưu Anh Tú, D2001VT


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Thuật ngữ và từ viết tắt

THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT
ATM

Asynchronous Transfer Mode

ARP
ATMARP
BGP
CoS
CLIP
CR
CR-LDP
CR-LSP
CSPF
DiffServ
DLCI
ER
FR
FEC
IETF
IP
IntServ
LAN
LANE
LDP
LER
LIB
LSP
LSR
MG
MPLS
MPOA
NGN
NHRP
OSPF

Address Resolution Protocol
ATM Address Resolution Protocol
Border Gateway Protocol
Class of Service
Classical IP
Constrained Routing
Constrained Routing-LDP
Constrained Routing-LSP
Constrained SPF
Differentiated Service
Data Link Connection Identifer
Explicit Routing
Frame Relay
Fowarding Equivalent Class
Internet Engineering Task Force
Internet Protocol
Integrated Service
Local Area Network
LAN Emulation
Label Distribution Protocol
Label Edge Router
Label Information Base
Label Switched Path
Label Switch Router
Media Gateway
Multiprotocol Label Switching
Multiprotocol Over ATM
Next Generation Network
Next Hop Resolution Protocol

Open Shortest Path First

PID
PNNI
QoS
RESV
RFC
RSVP

Protocol Identifier
Private Network-Network Interface
Quality of Service
Resevation
Request For Comment
Resource Resevation Protocol

Lưu Anh Tú, D2001VT

i

Chế độ truyền dẫn không đồng
bộ
Giao thức phân giải địa chỉ
Giao thức phân giải địa chỉ ATM
Giao thức cổng đường biên
Lớp dịch vụ
IP trên ATM
Định tuyến cưỡng bức
Định tuyến cưỡng bức-LDP
Định tuyến cưỡng bức-LSP

SPF cưỡng bức
Các dịch vụ được phân biệt
Nhận dạng kết nối liên kết dữ liệu
Định tuyến hiện
Chuyển tiếp khung
Lớp chuyển tiếp tương đương
Nhóm tác vụ kỹ thuật Internet
Giao thức Internet
Các dịch vụ được tích hợp
Mạng cục bộ
Mô phỏng LAN
Giao thức phân bổ nhãn
Router biên nhãn
Cơ sở thông tin nhãn
Đường dẫn chuyển mạch nhãn
Router chuyển mạch nhãn
Cổng đa phương tiện
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Đa giao thức trên ATM
Mạng thế hệ kế tiếp
Giao thức phân giải chặng kế tiếp
Giao thức đường đi ngắn nhất
đầu tiên
Nhận dạng giao thức
Mạng riêng ảo
Chất lượng dịch vụ
Bản tin dành trước
Yêu cầu ý kiến
Giao thức dành trước tài nguyên

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Thuật ngữ và từ viết tắt

SG
SPF
STM
SVC
TCP

Signaling Gateway
Shortest Path First
Synchronous Transmission Mode
Signaling Virtual Circuit
Transission Control Protocol

TGW
TLV
TLV
ToS
UDP
VC
VCI
VNPT
VP
VPN
VPI
WAN

Traffic Gateway
Time To Live
Type-Leng-Value
Type of Service
User Datagram Protocol
Virtual Circuit
Virtual Circuit Identifier
Vietnam Post & Telecommunications
Virtual Path
Virtual Private Network
Virtual Path Identifier
Wide Area Network

Lưu Anh Tú, D2001VT

ii

Cổng báo hiệu
Đường đi ngắn nhất đầu tiên
Chế độ truyền dẫn đồng bộ
Kênh ảo báo hiệu
Giao thức điều khiển truyền
dẫn
Cổng lưu lượng
Thời gian sống
Kiểu-Chiều dài-Giá trị
Kiểu dịch vụ
Giao thức lược đồ dữ liệu
Kênh ảo
Nhận dạng kênh ảo

Tổng công ty BCVT Việt Nam
Đường ảo
Mạng riêng ảo
Nhận dạng đường ảo
Mạng diện rộng


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của đất nước, những năm gần đây các ngành công nghiệp
đều phát triển mạnh mẽ, và ngành công nghiệp viễn thông cũng không là ngoại lệ. Số
người sử dụng các dịch vụ mạng tăng đáng kế, theo dự đoán con số này đang tăng theo
hàm mũ. Ngày càng có nhiều các dịch vụ mới và chất lượng dịch vụ cũng được yêu cầu
cao hơn. Đứng trước tình hình này, các vấn đề về mạng bắt đầu bộc lộ, các nhà cung
cấp mạng và các nhà cung cấp dịch vụ cũng đã có nhiều nỗ lực để nâng cấp cũng như
xây dựng hạ tầng mạng mới. Nhiều công nghệ mạng và công nghệ chuyển mạch đã
được phát triển, trong số đó chúng ta phải kể đến công nghệ chuyển mạch nhãn (MPLS
là tiêu chuẩn). MPLS cũng đang được nghiên cứu áp dụng ở nhiều nước, Tổng công ty
BCVT Việt Nam cũng đã áp dụng công nghệ này cho mạng thế hệ kế tiếp NGN.
Đứng trước sự phát triển nhanh chóng của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao
thức MPLS, việc tìm hiểu các vấn đề về công nghệ MPLS là vấn đề quan trọng đối với
sinh viên. Nhận thức được điều đó, đồ án tốt nghiệp “Công nghệ MPLS và ứng dụng”
giới thiệu về quá trình phát triển dịch vụ cũng như công nghệ mạng dẫn tới MPLS, tìm
hiểu các vấn đề kỹ thuật của công nghệ, và ứng dụng của công nghệ MPLS trong mạng
thế hệ kế tiếp NGN của Tổng công ty BCVT Việt Nam. Bố cục của đồ án gồm 3 chương.
 Chương I : Giới thiệu về công nghệ MPLS
 Chương II : Công nghệ MPLS

 Chương III : Ứng dụng của công nghệ MPLS
Công nghệ MPLS là công nghệ tương đối mới mẻ, việc tìm hiểu về các vấn đề
của công nghệ MPLS đòi hỏi phải có kiển thức sâu rộng, và lâu dài. Do vậy đồ án
không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự phê bình, góp ý của các thầy
cô giáo và các bạn.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Trần Hạo Bửu, người đã tận tình hướng
dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án này.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông đã giúp đỡ em
trong thời gian qua.
Xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và người thân - những người đã giúp đỡ
động viên tôi trong quá trình học tập.

Lưu Anh Tú, D2001VT

iii


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ MPLS
Trong chương này, đầu tiên chúng ta nêu ra xu hướng phát triển dịch vụ và
những vấn đề nảy sinh với các mạng truyền thống trong quá trình phát triển. Tiếp đến
là phần mô tả quá trình phát triển công nghệ mạng, các ưu nhược điểm của mỗi công
nghệ và cuối cùng là phần giải thích cho việc ra đời của công nghệ chuyển mạch nhãn
-tại sao các mạng chuyển mạch nhãn (MPLS là tiêu chuẩn) đóng vai trò quan trọng
trong các liên mạng riêng và mạng Internet toàn cầu đa dịch vụ? Nội dung chương này
có các vấn đề chính sau.
1.1 Xu hướng phát triển dịch vụ

1.2 Xu hướng phát triển công nghệ mạng
1.3 Sự ra đời của MPLS

1.1 Xu hướng phát triển dịch vụ
Trong phần này chúng ta sẽ xem xét quan điểm đứng từ phía người sử dụng dịch
vụ để thấy được xu hướng phát triển dịch vụ hiện nay.
Chúng ta đang sống trong thời đại mà nhu cầu về trao đổi, tìm kiếm thông tin
trở nên rất cần thiết với con người. Gần như chúng ta có thể tìm kiếm mọi thông tin mà
chúng ta cần trên Internet, do đó nhu cầu truy cập vào mạng Internet để tìm kiếm, trao
đổi thông tin trở nên rất lớn. Trong bối cảnh đó mạng Internet trở thành công cụ hữu
ích đáp ứng một cách đầy đủ nhất và dẫn đến sự bùng nổ về số người sử dụng mạng,
người ta ước tính số ngưòi sử dụng mạng đang tăng theo hàm mũ.
Cùng với sự phát triển của xã hội về nhiều mặt, các ngành công nghiệp không
ngừng phát triển và ngành công nghiệp viễn thông cũng không là ngoại lệ. Nhu cầu sử
dụng của con người ngày càng tăng cả về số lượng và chất lượng: các dịch vụ đa
phương tiện mới xuất hiện ngày càng đa dạng và yêu cầu về chất lượng dịch vụ của
người sử dụng cũng ngày càng cao, khắt khe hơn, các ứng dụng yêu cầu băng thông
lớn, thời gian tương tác nhanh hơn, trễ và biến thiên trễ thấp, mất và lặp gói ít.
Từ những yếu tố này dẫn đến tài nguyên mạng Internet bị cạn kiệt nhanh chóng.
Lúc này mạng Internet bắt đầu biêu hiện rõ các vấn đề như là: tốc độ mạng, khả năng
mở rộng, quản lý chất lượng dịch vụ, và đặc biệt là vấn đề tắc nghẽn xảy ra trong
mạng. Truớc tình trạng như vậy cần có các biện pháp để giải quyết khắc phục. Chúng
Lưu Anh Tú, D2001VT

1


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS

ta hãy xem xét kỹ hơn một vấn đề của mạng IP truyền thống để thấy rõ hơn là thực sự
chúng ta cần cái gì cho công nghệ mạng.
Vấn đề với mạng IP truyền thống và nhu cầu cần phải có một mạng
Internet dựa trên QoS
Mạng Internet truyền thống không có cơ chế phân loại dòng lưu lượng, và bởi vì
tính phức tạp của nó, mạng xử lý lưu lượng của tất cả các ứng dụng theo một lối như
nhau và phân phối lưu lượng trên cơ sở nỗ lực tối đa. Nghĩa là, lưu lượng được phân
phối nếu mạng có đủ tài nguyên. Tuy nhiên, nếu mạng trở nên tắc nghẽn, thì lưu lượng
sẽ bị loại bỏ ra ngoài. Một số mạng đã cố gắng để thiết lập một số phương pháp phản
hồi (điều khiển tắc nghẽn) tới người sử dụng để yêu cầu người sử dụng giảm lượng dữ
liệu gửi vào mạng. Nhưng thực tế thì kỹ thuật này không hiệu quả bởi vì nhiều dòng
lưu lượng trong mạng có thời gian hoạt động rất ngắn rất ngắn, chỉ có một vài gói. Vì
vậy, khi mà người sử dụng nhận được phản hồi thì đã không còn gửi dữ liệu. Các gói
phản hồi như vậy trở nên vô nghĩa và chính nó lại còn làm tăng lưu lượng trên mạng.
Khái niệm nỗ lực tối đa có nghĩa là lưu lượng bị huỷ bỏ một cách ngẫu nhiên;
không có cách nào để loại bỏ lưu lượng một cách thông minh trong mạng Internet
truyền thống. Chúng ta thử hình dung ra tình huống sau: khi 2 người sử dụng đang
cùng gửi lưu lượng vào mạng, một người có ứng dụng cần băng thông cao, dung lượng
dữ liệu lớn và một người có ứng dụng cần băng thông thấp hơn. Giả sử mạng bị nghẽn,
ai cũng biết là nếu để cho chúng ta phải loại bỏ một số lưu lượng thì nên loại bỏ dòng
lưu lượng của ứng dụng có độ ưu tiên thấp hơn trước (thường thì đó là ứng dụng có
yêu cầu băng thông thấp hơn), song mạng thì không làm như vậy, nó không phân biệt
người sử dụng và không dành quyền ưu tiên cho người sử dụng nào.
Vậy chúng ta có thể nói rằng giải pháp nỗ lực tối đa không phải là mô hình quá
tốt. Những gì chúng ta cần là có một cách để quản lý QoS phù hợp với sự đầu tư và
yêu cầu của người sử dụng.
Qua việc phân tích sơ bộ quan điểm đứng từ phía người sử dụng, chúng ta thấy
được xu hướng phát triển dịch vụ và một số vấn đề đang gặp phải với các mạng truyền
thống. Vậy thì các nhà cung cấp mạng và các nhà cung cấp dịch vụ cần phải làm gì để

đáp ứng yêu cầu của người sử dụng. Sau đây, chúng ta xem xét quá trình phát triển
công nghệ mạng mà các nhà cung cấp mạng đã thực hiện.

Lưu Anh Tú, D2001VT

2


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS

1.2 Xu hướng phát triển công nghệ mạng
1.2.1 Định tuyến và chuyển mạch gói truyền thống
Sự triển khai đầu tiên của mạng Internet nhằm vào các yêu cầu truyền số liệu
qua mạng. Các mạng này phục vụ cho các ứng dụng đơn giản như là truyền file và
đăng nhập từ xa. Để thực hiện các yêu cầu này, một bộ định tuyến dựa trên phần mềm
đơn giản, với các giao diện mạng T1/E1 hay T3/E3 để hỗ trợ các mạng xương sống, là
có thể đáp ứng được yêu cầu. Khi các dịch vụ yêu cầu tốc độ cao và khả năng để hỗ trợ
tốc độ truyền dẫn băng tần lớn xuất hiện thì các thiết bị với khả năng chuyển mạch tạo
lớp 2 và lớp 3 bằng phần cứng phải được triển khai. Các thiết bị chuyển mạch lớp 2
nhằm vào tắc nghẽn tại cổ chai chuyển mạch trong các mạng con của môi trường mạng
cục bộ (LAN). Các thiết bị chuyển mạch lớp 3 giúp làm giảm nhẹ tắc nghẽn cổ chai
trong việc định tuyển lớp 3 bằng việc đưa tuyến đường đã tìm kiếm ở lớp 3 tới phần
cứng chuyển mạch tốc độ cao.
Những giải pháp đầu tiên này đã đáp ứng được yêu cầu về tốc độ truyền bằng
với tốc độ trên đường truyền (nghĩa là tốc độ chuyển mạch bằng với tốc độ truyền trên
dây) của các gói khi chúng đi qua mạng, nhưng cũng chưa đáp ứng được các yêu cầu
dịch vụ của thông tin chứa trong các gói.
Ngoài ra, hầu hết các giao thức định tuyến được triển khai ngày nay dựa trên các

thuật toán được thiết kế để đạt được đường dẫn ngắn nhất trong mạng mà không tính
các metric bổ sung như là: trễ, biến thiên trễ và tắc nghẽn lưu lượng, những yếu tố này
lại là nguy cơ có thể làm giảm hiệu năng mạng. Kỹ thuật lưu lượng là một thách thức
cho các nhà quản lý mạng.

1.2.2 Công nghệ mạng dựa trên giao thức IP
Đây là giao thức liên mạng phi kết nối. Từ khi giao thức IP ra đời, nó nhanh
chóng trở thành giao thức liên mạng thông dụng nhất, ngày nay gần như các liên mạng
công cộng sử dụng giao thức IP. Mạng IP có mặt ở khắp mọi nơi, đặc biệt mạng
Internet toàn cầu chúng ta hiện nay cũng đang sử dụng giao thức IP.
Bên cạnh những ưu điểm tuyệt vời của giao thức IP (như khả năng định tuyến),
nhưng cũng không ít nhược điểm (như khả năng quản lý chất lượng dịch vụ) (chúng ta
không nói chi tiết ở đây), các nhà cung cấp mạng trong quá trình phát triển đã liên tục bổ
sung các giao thức, thuật toán mới (chẳng hạn các giao thức QoS như: RSVP, IntServ,
Lưu Anh Tú, D2001VT

3


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS

DiffServ; giao thức IPSec, RTP/RTCP hay là các thuật toán tăng tốc độ tìm kiếm địa chỉ
trong bảng định tuyến) để có thể khắc phục các nhược điểm của mạng IP. Nhưng cái gì
cũng có giới hạn của nó, khi nhu cầu sử dụng dịch vụ của người sử dụng tăng lên cả về
hình loại lẫn chất lượng dịch vụ thì mọi sự bổ sung là không đủ và cần có những công
nghệ mạng mới có bản chất khác (không là giải pháp phi kết nối) đáp ứng yêu cầu QoS
tốt hơn. Và thế là nhiều công nghệ mạng đã ra đời, điển hình là FR và ATM.

1.2.3 Công nghệ ATM
Song song với sự phát triển chóng mặt của Internet và tăng tốc độ xử lý của bộ
định tuyến là sự phát triển mạnh trong lĩnh vực chuyển mạch. Mạng số dịch vụ tích
hợp băng rộng (B-ISDN) là một kỹ thuật cho phép truyền thông thời gian thực giữa các
thiết bị truyền thông đầu cuối, sử dụng kỹ thuật ATM. ATM có thể mang mọi dòng
thông tin như thoại, dữ liệu, video; phân mảnh nó thành các gói có kích thước cố định
(gọi là cell), và sau đó truyền tải các cell trên đường dẫn đã được thiết lập trước, gọi là
kết nối ảo. Bởi vì khả năng hỗ trợ truyền dữ liệu, thoại, và video với chất lượng cao
trên một số các công nghệ băng tần cao khác nhau, ATM từng được xem như là công
nghệ chuyển mạch hứa hẹn nhất và thu hút nhiều sự quan tâm. Tuy nhiên, hiện nay
cũng như trong tương lai hệ thống toàn ATM sẽ không phải là sự lựa chọn phù hợp
nữa.
Song đối với các ứng dụng có thời gian kết nối ngắn, thì môi trường hướng kết
nối dường như lại không thích hợp do thời gian để thiết lập kết nối cũng như tỷ lệ phần
thông tin mào đầu lại quá lớn. Với các loại lưu lượng như vậy thì môi truờng phi kết
nối với phương thức định tuyến đơn giản, tránh phải sử dụng các giao thức báo hiệu
phức tạp sẽ phù hợp hơn.

1.2.4 IP và ATM
So sánh giữa IP và ATM
ATM khác với kỹ thuật định tuyến IP ở nhiều điểm. ATM là một kỹ thuật kết nối
có hướng tức là hai hệ thống phải thiết lập đường truyền trước khi diễn ra quá trình
truyền dữ liệu. ATM yêu cầu các kết nối được thiết lập bằng nhân công hay được thiết
lập động bởi các giao thức báo hiệu. Một điểm khác nhau nữa là ATM không thực hiện
định tuyến theo từng gói tại mỗi node trung gian (cách mà IP thực hiện) mà đường dẫn
ATM qua mạng giữa hai thực thể phải được tính toán từ trước và cố định trong thời

Lưu Anh Tú, D2001VT

4

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS

gian liên lạc. Khi thiết lập kết nối, mỗi chuyển mạch ATM gán một giá trị nhận dạng
hay một nhãn cho chuyển mạch, kết nối và các cổng ra/vào của chuyển mạch. Kỹ thuật
này cho phép hệ thống dành riêng tài nguyên cố định cho một đường kết nối cụ thể và
mỗi chuyển mạch ATM riêng cần thiết phải xây dựng một bảng chuyển tiếp chỉ bao
gồm các thực thể về các kết nối đang hoạt động qua chuyển mạch. Ngược lại, với IP
một bộ định tuyến phải sử dụng một bảng định tuyến chứa tất cả các đích đến có thể
caca, trong số này có nhiều đường địa chỉ mà gói tin không bao giờ đi qua.
Quá trình chuyển tiếp một tế bào qua một chuyển mạch ATM tương tự như quá
trình chuyển tiếp một gói tin IP qua một bộ định tuyến. Cả hai đều sử dụng thông tin
trong tiêu đề gói (hay tế bào) làm khoá tìm kiếm trong bảng định tuyến hoặc bảng
chuyển tiếp để tìm địa chỉ chặng tiếp theo cho gói tin. Tuy nhiên, tốc độ chuyển tiếp tế
bào ATM nhanh hơn tốc độ chuyển tiếp gói tin IP rất nhiều lần bởi vì các bộ định tuyến
IP sử dụng các giao thức định tuyến được thực hiện trên cơ sở phần mềm và tiêu đề IP
có độ dài thay đổi và lớn hơn tiêu đề của tế bào ATM nhiều lần. Ngược lại tiêu đề của
tế bào ATM rất nhỏ và có độ dài cố định, bảng chuyển tiếp chứa các kết nối ảo nhỏ hơn
nhiều so với bảng định tuyến của IP và việc chuyển tiếp được thực hiện đơn giản bằng
cách “hoán đổi nhãn”. Một đặc điểm quan trọng làm tăng tốc độ chuyển tiếp ATM lên
đáng kể là cơ chế chuyển tiếp của nó được thực hiện bằng phần cứng, điều này cho
phép thực hiện nhiệm vụ một cách đơn giản và với tốc độ cực nhanh. Bảng sau so sánh
các đặc điểm cơ bản giữa IP và ATM.
Thuộc tính

IP

ATM

Hướng kết nối

Không

Có

Kích cỡ gói tin

Thay đổi

Không đổi (53B)

Hỗ trợ QoS

Không

Có

Quyết định chọn đường Theo từng gói tin

Thiết lập kết nối trước

Trạng thái chuyển tiếp

Tất cả mạng có thể

Kết nối chuyển tiếp tích cực
nội bộ

Cơ sở chuyển tiếp

Sự phù hợp dài nhất của tiến
tố địa chỉ mạng

Nhãn có chiều dài cố định

Lưu Anh Tú, D2001VT

5


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Thực hiện báo hiệu

Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS

Không

Có

Giải pháp sử dụng mô hình xếp chồng
Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp viễn thông đã và đang tìm một
phương thức chuyển mạch có thể phối hợp ưu điểm của IP (như cơ cấu định tuyến) và
của ATM (như phưng thức chuyển mạch). Mô hình IP-over-ATM (IP qua ATM) của
IETF coi IP như một lớp nằm trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con IP trên nền
mạng ATM. Phương thức tiếp cận xếp chồng này cho phép IP và ATM hoạt động với
nhau mà không cần thay đổi giao thức của chúng. Tuy nhiên cách này không tận dụng

hết khả năng của ATM. Ngoài ra cách này không thích hợp với mạng có nhiều router
và không hiệu quả trên một số mặt, chẳng hạn như có sự chồng chéo về chức năng,
quản lý mạng phức tạp. Tổ chức ATM-Forum dựa trên mô hình này đã phát triển công
nghệ LANE và MPOA. Các công nghệ này sử dụng các máy chủ để chuyển đổi địa chỉ
nhưng đều không tận dụng được khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ của ATM.
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn vấn đề này.
Từ sự so sánh IP và ATM trên ta thấy mỗi kỹ thuật đều có ưu và nhược điểm
riêng. Nhưng một điều chắc chắn là IP sẽ có mặt trong tất cả các mạng trong tương lai
bởi vì ưu điểm tuyệt vời nhất của của IP đó là nó có thể chạy trên bất kỳ công nghệ lớp
liên kết dữ liệu nào, kể cả ATM. Do vậy, ATM được xem như là công nghệ lớp 2 mạnh
mẽ cho IP có thể triển khai trên đó. Khi việc này thực hiện, lược đồ chuyển tiếp từng
chặng, phi kết nối của IP không bị thay đổi. Thực tế IP không có ý tưởng rằng, nó đang
chạy trên 1 mạng có khả năng dành trước tài nguyên và ràng buộc trễ. Từ quan điểm
ATM, một tập các giao thức đánh địa chỉ, định tuyến và báo hiệu đã được phát triển
cho ATM có thể hoạt động mà không cần phải thay đổi.
Một câu hỏi đặt ra là: phải làm gì để kết hợp hai kỹ thuật này với nhau? Và câu
trả lời nằm ở vấn đề phân gỉải địa chỉ. Để liên lạc với 1 trạm ngang cấp khác trong cùng
một mạng con, một trạm IP nguồn cần phân giải địa chỉ IP của trạm đích với địa chỉ lớp
2 tương ứng. Điều này cho phép trạm IP nguồn đánh địa chỉ cho các gói tin với địa chỉ
IP đích và sau đó đóng gói gói tin IP vào trong một khung thông tin lớp 2 với địa chỉ
đích lớp 2 tương ứng. Theo kỹ thuật ATM, địa chỉ ATM đích chỉ được sử dụng khi
chuyển tiếp yêu cầu thiết lập SVC (kênh ảo báo hiệu) trước khi thiết lập kết nối. Tuy
nhiên, trạm IP nguồn vẫn cần phân gii địa chỉ địa chỉ IP đích thành địa chỉ ATM để nó

Lưu Anh Tú, D2001VT

6


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS

có thể khởi tạo một kết nối ATM SVC đến đích. Quan điểm này được thể hiện như hình
1.1. Hình vẽ minh hoạ một trạm IP nguồn được gắn vào mạng ATM, nó yêu cầu server
phân giải địa chỉ (ARS) phân giải địa chỉ ATM của trạm IP đích. ARS gửi địa chỉ ATM
của trạm IP đích cho trạm IP nguồn và sau đó trạm IP thiết lập một SVC đến đích.
Server
Serverphân
phân
giải
giảiđịa
địachỉ
chỉ

Yêu cầu
Trả lời



SVC
ATM Network

Nguồn


Đích

Hình 1.1. Sử dụng Server phân giải địa chỉ cho mạng ATM
IETF lần đầu tiên đưa ra giải pháp kết hợp IP và ATM trong RFC1577, Classical

IP over ATM (CLIP). Trong RFC1577, một Server phân giải địa chỉ ATM (ATMARP)
được định nghĩa để duy trì một bảng các địa chỉ IP và ATM. Sau đó ATM Forum tổng
quát hoá giải pháp này để phân giải địa chỉ MAC với địa chỉ ATM và cũng bổ sung chức
năng quảng bá. Mục đích là phát triển một hệ thống cho phép các ứng dụng của mạng
LAN có thể chạy trên mạng ATM mà không cần bất cứ sự thay đổi nào. Nỗ lực của họ
được đặt tên là mô phỏng LAN (LANE), LANE được ứng dụng khá phổ biến vì nó cho
phép các ứng dụng LAN đa giao thức chạy một cách trong suốt trên các LAN kế thừa và
LANE. Cả hai giải pháp trên đều tương tự nhau ở chỗ chúng tách hoàn toàn chức năng
của LAN và IP lớp mức cao khỏi lớp các dịch vụ nằm bên được hỗ trợ bởi ATM.
Một điểm tương tự nữa giữa 2 giải pháp này đó là về phạm vi của các kết nối
ATM. CLIP chỉ hạn chế việc truyền thông ATM ở giữa các Host (hoặc Router) trên
cùng một mạng con IP logic (LIS). Ngay cả khi 2 host ở trên các mạng con khác nhau
được kết nối cùng một mạng ATM, thì vẫn phải cần 1 router để chuyển tiếp các gói.
Điều này lại sinh ra các thông tin bổ sung và trễ do định tuyến từng chăng. LANE cũng
có sự hạn chế tương tự, trong đó 2 host trên cùng một mạng ATM nhưng ở khác mạng

Lưu Anh Tú, D2001VT

7


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS

IP logic cũng không thể giao tiếp trực tiếp bằng việc sử dụng các kết nối ATM mà phải
sử dụng bộ định tuyến để trao đổi thông tin.
Sự phát triển tiếp theo cho phép 2 host ở trên hai mạng khác nhau có thể liên lạc
ATM trực tiếp với nhau. Điều này yêu cầu sự nới lỏng mô hình mạng nối tiếp đang tồn
tại. Giải pháp này tiếp tục hỗ trợ định tuyến từng chặng truyền thống nhưng cũng cung

cấp một phương tiện, theo đó thiết bị IP nguồn có thể thiết lập một kết nối ATM trực
tiếp tới thiết bị IP đích trên một mạng khác. Do đó, mạng có thể cung cấp một đường
dẫn với định tuyến từng chặng thông thường cho các luồng lưu lượng dung lượng nhỏ,
nỗ lực tối đa và một đường dẫn chuyển mạch cho lưu lượng lớn, thời gian truyền dài.
Kỹ thuật này được thực hiện lần đầu tiên ở giao thức phân giải chặng kế tiếp
(NHRP) do IETF đưa ra, sau đó nó được phối hợp cùng với đa giao thức ATM trên
ATM (MPOA) của ATM forum. Cả hai giải pháp này đã mở rộng cơ chế Server phân
giải địa chỉ được sử dụng bởi CLIP và LANE để phân giải địa chỉ ở biên mạng con.
Bởi vậy xuất hiện một kiểu định tuyến hiệu năng cao mới gọi là định tuyến đường tắt
(cut through hay shortcut). Nó bổ sung cho định tuyến IP một dịch vụ phân giải địa chỉ
cùng với các giao thức định tuyến và báo hiệu cần thiết để quản lý các SVC động. Khái
niêm định tuyến đường tắt được minh hoạ như hình 1.2.

Router
Router

Data
Query
Responsse


Nguồn

Data
Query
Responsse

Router
Router
Data

LIS2
LIS1

LIS3

Shortcut
SVC


Đích

Hình 1.2. Khái niệm định tuyến đường tắt

1.3 Sự ra đời công nghệ MPLS
1.3.1 Chuyển mạch nhãn là gì?
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
Lưu Anh Tú, D2001VT

8


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS

giao thức lớp mạng, không chỉ riêng IP. Ngoải 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.
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:
 Cải thiện hiệu năng định tuyến
 Cải thiện tính mềm dẻo của định tuyến trên các mô hình xếp chồng truyền thống.
 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.
MPLS chia bộ định tuyến làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và
chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn.
Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất 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 bảng định tuyến
chuyển mạch nhãn. MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet
như OSPF và BGP hay PNNI của ATM.
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

Lưu Anh Tú, D2001VT

9


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS

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 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.

1.3.2 Tại sao sử dụng MPLS?
Sau đây chúng ta nêu ra các sở cứ để lựa chọn công nghệ MPLS.
Tốc độ và trễ
Chuyển tiếp dựa trên IP truyền thống là quá chậm để xử lý tải lưu lượng lớn trong
mạng toàn cầu (the Internet) hay trong các liên mạng. Thậm chí với các kỹ thuật tăng
cường, như là tìm kiếm bảng nhanh cho các datagram nào đó, thì tải trên các router
thường nhiều hơn lượng tải mà router có thể xử lý. Dẫn đến kết quả là lưu lượng và các

kết nối có thể bị mất và hiệu năng toàn mạng giảm sút trong một mạng dựa trên IP.
Ngược lại với chuyển tiếp IP, chuyển mạch nhãn đang chứng tỏ là một giải pháp
hiệu quả để giải quyết vấn đề này. Chuyển mạch nhãn nhanh hơn nhiều bởi vì giá trị
nhãn được đặt ở header của gói được sử dụng để truy nhập bảng chuyển tiếp tại router,
nghĩa là nhãn được sử dụng để tìm kiếm trong bảng. Việc tìm kiếm này chỉ yêu cầu
một lần truy nhập tới bảng, khác với truy nhập bảng định tuyến truyền thống việc tìm
kiếm có thể cần hàng ngàn lần truy nhập.
Kết quả của hoạt động hiệu quả này là ở chỗ lưu lượng người sử dụng trong gói
được gửi qua mạng nhanh hơn nhiều so với chuyển tiếp IP truyền thống.
Jitter. Với các mạng máy tính, ngoài các yếu tố về: tốc độ và sự đáp ứng của nó,
trễ, còn có một thành phần khác, đó là độ biến thiên trễ của lưu lượng người sử dụng,
Lưu Anh Tú, D2001VT

10


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS

nó được gây ra bởi việc các gói đi qua nhiều node mạng trước khi chạm tới đích. Ngoài
ra sự tích luỹ của các trễ biến thiên khi các gói tạo ra đường đi từ nguồn đến đích. Tại
mỗi node, địa chỉ đích trong gói phải được kiểm tra và so sánh với một tập dài các địa
chỉ đích có thể trong bảng định tuyến của node.
Khi gói đi qua những node này, nó gặp phải cả trễ và biến thiên trễ, phụ thuộc
vào việc nó cần thời gian bao lâu để tìm kiếm trong bảng định tuyến và tất nhiên là phụ
thuộc vào cả số các gói phải được xử lý trong một khoảng thời gian cho trước. Kết quả
cuối cùng là tại node nhận xảy ra hiện tượng biến thiên trễ, nó được là kết quả của sự
tích luỹ biến thiên trễ tại mỗi node và giữa nguồn với đích.
Tình huống này là phiền hà với các gói thoại vì người nghe có thể nghe các câu

nói của ngưòi nói không theo đúng thứ tự như ngưòi nói đã nói.
Một lần nữa, hoạt động chuyển mạch nhãn sẽ làm cho lưu lượng được gủi qua
mạng nhanh hơn và biến thiên trễ ít hơn so với hoạt động định tuyến IP truyền thống.
Khả năng mở rộng mạng
Rõ ràng, tốc độ là khía cạnh quan trọng của chuyển mạch nhãn, và xử lý lưu
lượng nhanh cũng rất quan trọng. Nhưng chuyển mạch nhãn không chỉ cung cấp các
dịch vụ tốc độ cao mà nó còn có thể cung cấp cho mạng khả năng mở rộng. Khả năng
mở rộng liên quan đến khả năng mà một hệ thống, trong trường hợp chúng ta quan tâm
là Internet, có khả năng điều chỉnh để phù hợp với một lượng lớn người sử dụng đang
tăng lên từng ngày. Hàng ngàn người sử dụng mới và các node hỗ trợ như là router và
server đang được đưa vào trong mạng Internet mỗi ngày. Chúng ta thử hình dung
nhiệm vụ của router nếu nó phải theo kịp lượng người sử dụng này. Chuyển mạch nhãn
cung cấp các giải pháp cho sự phát triển nhanh chóng và xây dựng các mạng lớn bằng
việc cho phép một lượng lớn các địa chỉ IP được kết hợp với một hay vài nhãn. Giải
pháp này giảm đáng kể kích cỡ bảng địa chỉ và cho phép router hỗ trợ nhiều người sử
dụng hơn.
Tính đơn giản
Một khía canh hấp dẫn khác của chuyển mạch nhãn là ở chỗ nó là một giao thức
chuyển tiếp cơ bản. Nó đơn giản đến tuyệt vời: chuyển tiếp gói chỉ dựa vào nhãn. Nhãn
được xác nhận thế nào là một vấn đề khác; nghĩa là, các kỹ thuật điều khiển được thực
hiện như thế nào để ràng buộc nhãn với lưu lượng người sử dụng là không liên quan tới

Lưu Anh Tú, D2001VT

11


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS

hoạt động chuyển tiếp thực sự. Những kỹ thuật điều khiển này là một cái gì đó phức tạp,
nhưng chúng không ảnh hưởng đến hiệu quả của dòng lưu lượng người sử dụng.
Tại sao khái niệm này lại quan trọng? Nó có nghĩa rằng nhiều phương pháp khác
nhau có thể được sử dụng để thiết lập các ràng buộc nhãn với lưu lượng người sử dụng.
Nhưng sau khi ràng buộc được thực hiện, các hoạt động chuyển mạch nhãn để chuyển
tiếp lưu lượng là đơn giản. Các hoạt động chuyển mạch nhãn có thể được thực hiện bằng
phần mềm, bằng các mạch tích hợp chuyên dung, hay bằng các bộ xử lý đặc biệt.
Sử dụng tài nguyên
Các kỹ thuật điều khiển để thiết lập nhãn không được là gánh nặng cho mạng.
Chúng không nên tiêu tốn nhiều tài nguyên. Nếu chúng làm như vậy, thì lợi ích của nó
bị phủ nhận. May mắn thay, các mạng chuyển mạch nhãn không cần nhiều tài nguyên
mạng để thực hiện các công cụ điều khiển trong việc thiết lập các đường đi chuyển
mạch nhãn cho lưu lượng người sử dụng (nếu chúng tiêu tốn nhiều tài nguyên thì là do
chúng được thiết kế không tốt).
Điều khiển đường đi
Trừ một số ngoại lệ, định tuyến trong các liên mạng được thực hiện bằng việc sử
dụng địa chỉ đích IP (hay trong một LAN là địa chỉ MAC đích). Hiện tại cũng có nhiều
sản phẩm đang sử dụng các thông tin khác, chẳng hạn như trường kiểu dịch vụ IP
(TOS) và số cổng là một phần trong việc quyết định chuyển tiếp. Nhưng định tuyến
dựa theo địa chỉ đích là phương pháp chuyển tiếp phổ biến nhất trong mạng IP.

Hình 1.3. Định tuyến dựa trên địa chỉ đích

Lưu Anh Tú, D2001VT

12


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1. Giới thiệu về công nghệ MPLS

Định tuyến dựa theo địa chỉ đích không luôn luôn là hoạt động hiệu quả. Để thấy
tại sao, chúng ta xem xét hình 1.3. Router 1 nhận lưu lượng từ các router 2 và router 3.
Nếu địa chỉ đích IP trong gói IP đến là địa chỉ của router 6, bảng định tuyến tại router 1
sẽ chỉ đạo router này chuyển tiếp lưu lượng đi theo router 4 hoặc router 5. Trừ một số
ngoại lệ, không có yếu tố nào khác được tính đến ở đây.
Chuyển mạch nhãn cho phép các đường đi qua một liên mạng được điều khiển
tốt hơn. Chẳng hạn, một gói tin được dán nhãn xuất phát từ router 2 dự định đi đến
router 6 và một gói tin nhãn khác cũng định đi đến router 6 nhưng xuất phát từ router 3.
Trong mạng chuyển mạch nhãn, các giá trị nhãn khác nhau của các gói có thể hướng
dẫn router 1 gửi gói đã được dán nhãn tới router 4 và một gói với một giá trị nhãn khác
đi đến router 5 rồi sau đó mới đến router 6.
Khái niệm này cung cấp một công cụ để điều khiển các node và các tuyến xử lý
lưu lượng hiệu quả hơn, cũng như đưa ra các lớp lưu lượng nào đó với mức dịch vụ
khác nhau (dựa trên các yêu cầu về QoS). Có thể tuyến giữa router 1 và router 4 là
DS3; tuyến giữa router 1 và router 5 là SONET. Nếu ứng dụng của người sử dụng cần
nhiều băng tần hơn, nhãn của người sử dụng có thể được dùng để hướng dẫn router
chuyển lưu lượng vào tuyến SONET chứ không vào tuyến DS3. Giải pháp dựa trên
chính sách này sử dụng chuyển mạch nhãn để cho mạng đáp ứng các yêu cầu của các
lớp lưu lượng - khái niệm này được gọi là kỹ thuật lưu lượng (TE).

Lưu Anh Tú, D2001VT

13


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 2. Công nghệ MPLS

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ MPLS
2.1 Một số vấn đề cơ bản
2.1.1 Các thuật ngữ, định nghĩa sử dụng trong MPLS
Đường lên (Upstream): Hướng đi dọc theo đường dẫn từ đích đến nguồn. Một
router đường lên có tính chất tương đối so với một router khác, nghĩa là nó gần
nguồn hơn router được nói đến đó dọc theo đường dẫn chuyển mạch nhãn.
Đường xuống (Downstream): Hướng đi dọc theo đường dẫn từ nguồn đến đích.
Một router đường xuống có tính chất tương đối so với một router khác, nghĩa là
nó gần đích hơn router được nói đến đó dọc theo đường dẫn chuyển mạch nhãn.
Mặt phẳng điều khiển: Là nơi mà các thông tin điều khiển như là thông tin về
nhãn và định tuyến được trao đổi với nhau.
Mặt phẳng dữ liệu/Mặt phẳng chuyển tiếp: Là nơi mà hoạt động chuyển tiếp
thực sự được thực hiện. Điều này chỉ có thể được thực hiện sau khi mặt phẳng
điều khiển đã được thiết lập.
Nhãn: Là thực thể có độ dài cố định dùng làm cơ sở cho việc chuyển tiếp. Thuật
ngữ nhãn có thể được dùng trong 2 ngữ cảnh khác nhau. Một thuật ngữ liên
quan tới nhãn có độ dài 20 bit, ứng với việc MPLS được triển khai trên các công
nghệ lớp 2 sử dụng cấu trúc nhãn trong địa chỉ MAC, như ATM, hay FR. Thuật
ngữ khác liên quan tới tiêu đề nhãn, có độ dài 32 bit, ứng với việc MPLS được
triển khai trên các công nghệ lớp 2, mà địa chỉ MAC không có cấu trúc nhãn.
Chúng ta sẽ còn đề cập về nhãn trong phần sau. Một điểm cần chú ý là trong
MPLS nhãn có quan hệ với QoS.
Ràng buộc nhãn: Là một sự kết hợp của một FEC với một nhãn.
Ngăn xếp nhãn: Một tập các nhãn có thự tự được chỉ định cho gói. Việc xử lý
các nhãn này cũng tuân theo một thứ tự.
Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC): FEC là một nhóm các gói, nhóm các
gói này chia sẻ cùng yêu cầu trong sự chuyển tiếp chúng qua mạng. Tất cả các
gói trong một nhóm như vậy được cung cấp cùng cách chọn đường tới đích.

Khác với chuyển tiếp IP truyền thống, trong MPLS việc gán một gói cụ thể vào

Lưu Anh Tú, D2001VT

14


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 2. Công nghệ MPLS

một FEC cụ thể chỉ được thực hiện một lần khi các gói vào trong mạng. MPLS
không ra quyết định chuyển tiếp với mỗi datagram lớp 3 mà sử dụng khái niệm
FEC. FEC phụ thuộc vào một số các yếu tố, ít nhất là phụ thuộc vào địa chỉ IP
và có thể là phụ thuộc cả vào kiểu lưu lượng trong datagram (thoại, dữ liệu,
fax…). Sau đó dựa trên FEC, nhãn được thoả thuận giữa các LSR lân cận từ lối
vào tới lối ra trong một vùng định tuyến. Mỗi LSR xây dựng một bảng để xác
định xem một gói phải được chuyển tiếp như thế nào. Bảng này được gọi là cơ
sở thông tin nhãn (LIB: Label Information Base), nó là tổ hợp các ràng buộc
FEC với nhãn (FEC-to-label). Và nhãn lại được sử dụng để chuyển tiếp lưu
lượng qua mạng.
Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR): Thiết bị trong mạng MPLS chỉ thực
hiện chuyển tiếp các gói dựa trên giá trị nhãn mà chúng mang theo.
Bộ định tuyến biên nhãn (LER): Là một LSR thực hiện thêm chức năng đó là
nhận các gói chưa được dãn nhãn (gói IP) và chỉ định một nhãn cho chúng tại
lối vào. LER cũng thực hiện loại bỏ nhãn tại lối ra.
Đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP): là một đường đi để gói tin qua mạng
chuyển mạch nhãn trọn vẹn từ điểm bắt đầu dãn nhãn đến điểm nhãn bị loại bỏ
khỏi gói tin. Các LSP được thiết lập trước khi truyền dữ liệu
LSP từ đầu tới cuối được gọi là đường hầm LSP, nó là chuỗi liên tiếp các

đoạn LSP giữa 2 node kề nhau. Các đặc trưng của đường hầm LSP, chẳng hạn
như phân bổ băng tần, được xác định bởi sự thoả thuận giữa các node, nhưng
sau khi đã thoả thuận, node lối vào (bắt đầu của LSP) xác định dòng lưu lượng
bằng việc chọn lựa nhãn của nó. Khi lưu lượng được gửi qua đường hầm, các
node trung gian không kiểm tra nội dung của tiêu đề mà chỉ kiểm tra nhãn. Do
đó, phần lưu lượng còn lại được xuyên hầm qua LSP mà không phải kiểm tra.
Tại cuối đường hầm LSP, node lối ra loại bỏ nhãn và chuyển lưu lượng IP tới
node IP.
Các đường hầm LSP có thể sử dụng để thực hiện các chính sách kỹ thuật lưu
lượng liên quan tới việc tối ưu hiệu năng mạng. Chẳng han, các đường hầm LSP
có thể được di chuyển tự động hay thủ công ra khỏi vùng mạng bị lỗi, tắc nghẽn,
hay là node mạng bị nghẽn cổ chai. Ngoài ra, nhiều đường hầm LSP song song

Lưu Anh Tú, D2001VT

15


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 2. Công nghệ MPLS

có thể được thiết lập giữa 2 node, và lưu lượng giữa 2 node đó có thể được
chuyển vào trong các đường hầm này theo các chính sách cục bộ.
Trong mạng MPLS các LSP được thiết lập bằng một trong 3 cách đó là:
Định tuyến từng chặng, định tuyến hiện (ER) và định tuyến cưỡng bức (CR).
Chúng ta sẽ đề cập đến các giao thức này chi tiết hơn trong phần sau.
Cơ sở thông tin nhãn (LIB): Bảng chứa các ràng buộc nhãn/FEC mà LSR
nhận được từ các giao thức phân bổ nhãn.
Giao thức phân bổ nhãn (LDP): Một trong các giao thức dùng để phân bổ

nhãn giữa LSR và các LSR lân cận. Các công cụ phân bổ nhãn khác gồm có:
RSVP dùng trong MPLS-TE và MG-BGP sử dụng trong VPN. LDP thường sử
dụng cùng với định tuyến từng chặng.
Giao thức đặt trước tài nguyên (RSVP): Giao thức này khởi đầu được dự
định là một giao thức báo hiệu cho chất lượng dịch vụ của các dịch vụ được tích
hợp (IntServ), trong đó 1 host yêu cầu một mức QoS nào đó từ mạng. Sự đặt
trước này có thể là bên trong một mạng doanh nghiệp hay trên mạng toàn cầu.
RSVP với một chút sửa đổi đã tương thích với MPLS để trở thành một giao thức
báo hiệu hỗ trợ MPLS-TE trong lõi. RSVP được mô tả chi tiết trong RFC 2205
và RFC 3209.
Định tuyến cưỡng bức-LDP (CR-LDP): Đây là một giải pháp khác với RSVP
dùng như một giao thức báo hiều để thực hiện MPLS-TE. CR-LDP thường sử
dụng để phân bổ nhãn với định tuyến hiện và định tuyến cưỡng bức.

2.1.2 Một sồ vấn đề liên quan đến nhãn (Label)
Không gian nhãn
Nhãn có thể được ấn định giữa các LSR được lấy từ không gian nhãn. Có 2
dạng không gian nhãn đó là: Không gian nhãn theo từng giao diện và Không nhãn theo
từng node (theo tất cả các giao diện). Cả 2 loại không gian nhãn này được minh hoạ
trong hình 2.1.
Dạng không gian nhãn thứ nhất là Không gian nhãn theo từng giao diện. Nhãn
được kết hợp với một giao diện nào đó trên một LSR, chẳng hạn như giao diện DS3
hay SONET. Không gian nhãn này thường được sử dụng với các mạng ATM và FR,

Lưu Anh Tú, D2001VT

16


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 2. Công nghệ MPLS

trong đó các nhãn nhận dạng kênh ảo được kết hợp với 1 giao diện. Không gian nhãn
loại này được sử dụng khi 2 thực thể đồng cấp được kết nối trực tiếp trên một giao
diện, và nhãn được sử dụng chỉ để nhận dạng lưu lượng gửi trên giao diện. Nếu LSR sử
dụng một giá trị giao diện để giữ một bản ghi các nhãn trên mỗi giao diện, thì một giá
trị nhãn có thể được tái sử dụng tại mỗi giao diện. Theo một nghĩa nào đó, bộ nhận
dạng giao diện này trở thành một nhãn bên trong tại LSR, khác với nhãn bên ngoài
được gửi giữa các LSR.

Hình 2.1. Các loại không gian nhãn
Dạng không gian nhãn thứ 2 là Không gian nhãn theo từng node. Trong không
gian nhãn này, nhãn đến được dùng chung với tất cả các giao diện ở trên node. Điều
này có nghĩa là node (host hay LSR) phải ấn định nhãn trên tất cả giao diện.
Sự duy nhất của nhãn trong không gian nhãn
Một yêu cầu cần thiết với nhãn đó là một nhãn phải nhận dạng một FEC sao cho
không có sự nhầm lẫn. Điều này nghe có vẻ đơn giản nhưng cũng không quá dễ để

Lưu Anh Tú, D2001VT

17


Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 2. Công nghệ MPLS

thực hiện. Chẳng hạn, một node nào đó có thể nhận được 1 nhãn giống nhau từ 2 node
khác đến, hay một ví dụ khác đó là một nhãn có thể nhận được từ một node không kết

nối trực tiếp.
Bất cứ trường hợp nào xảy ra thì một LSR không được ràng buộc nhãn với 2
FEC khác nhau trừ khi nó có phương pháp nào đó để nhận biết rằng gói đang đến là
của LSR nào. Vì vậy, mặc dù MPLS có nhiều qui tắc trong việc ràng buộc các nhãn với
các FEC, song ý tưởng chính phải nhớ đó là: mỗi LSR phải có khả năng hiểu và thông
dịch nhãn với FEC tương ứng của nó.
Hình 2.2 đưa ra 4 kịch bản về việc MPLS thiết lập các qui tắc về tính duy nhất
của nhãn trong không gian nhãn như thế nào. Trong các kịch bản này, chúng ta sử dụng
kí hiệu Ru và Rd cho LSR đường lên và LSR đường xuống.

Hình 2.2. Sự duy nhất của nhãn trong không gian nhãn
 Kịch bản 1: LSR Rd ràng buộc nhãn L1 với FEC F và gửi ràng buộc này tới
LSR đồng cấp Ru1.

Lưu Anh Tú, D2001VT

18