Luận án thạc sỹ: Cơ chế khắc phục lỗi kênh khi kết nối Multicast trong mạng MPLS

B GIÁO DC VÀ ÀO TO TNG CÔNG TY
BU CHÍNH VIN THÔNG VIT NAM
HC VIN CÔNG NGH BU CHÍNH VIN THÔNG
-------------------------------------------------

NGUYN VIT CNG



C CH KHC PHC LI KÊNH
KHI KT NI MULTICAST
TRONG MNG MPLS

Chuyên ngành:......................
Mã s:...................................

LUN ÁN THC S

NGI HNG DN KHOA HC: TS. NGUYN KIM LAN





Hà ni 07-2003
--ii--
TÓM TT
Li kênh là mt trong nhng nguyên nhân ch yu gây ra hin tng gián đon dch
v trong mng vin thông. Khi mt kênh trong mng b li thì tt c các dch v
truyn thông s dng kênh li đó s b gián đon tm thi. Phng pháp thng

đc s dng đ hn ch hu qu ca li phn cng trong mng là đnh tuyn li
lu lng đang truyn trên kênh li sang kênh khác. Khi đc thc hin ti các lp
thp thì vic đnh tuyn li din ra nhanh tuy nhiên nó đòi hi phi đu t b sung
phn cng d phòng. Vic đnh tuyn li cng có th đc thc hin ti các lp cao
hn da trên c ch điu khin phn mm, tuy nhiên gii pháp này chm. Hn na
hu ht các c ch đnh tuyn li không đc ti u cho các ng dng kt ni
Multicast chng hn nh hi ngh t xa trong đó mt phía gi phi gi thông tin cho
nhiu phía nhn.
Internet là mng chuyn mch gói Datagram trong đó d liu đc ti trong các gói
tin IP. Gn đây chuyn mch nhãn đa giao thc (MPLS) đc đa vào s dng đ
ti các gói IP trên các kênh o, MPLS đã kt hp đc các u đim ca chuyn
mch gói Datagram và chuyn mch kênh o. Trong lun vn này, chúng tôi đi vào
nghiên cu gii pháp bo v các kt ni Multicast trong mng MPLS khi xy ra
hin tng li kênh. Lun vn cng đa ra thut toán la chn kênh d phòng trong
mt cây đnh tuyn Multicast đang ti lu lng Multicast. Tuyn d phòng phi
chn sao cho s lng nút nhn b tách ri khi mt kt ni Multicast là nh nht
khi mt kênh trong cây b li. Lun vn cng đa ra thut toán đnh tuyn li nhanh
đi vi kt ni Multicast trong mng MPLS, đây là mt c ch mng MPLS s
dng đ đnh tuyn li lung lu lng sang tuyn d phòng khi có li mt kênh
trong kt ni Multicast.
--iii--
MC LC
DANH SÁCH HÌNH V ................................................................................................................................V
DANH SÁCH BNG................................................................................................................................... VII
T VIT TT ............................................................................................................................................VIII
CHNG I. GII THIU ..................................................................................................................... 1
I.1. Các công ngh chuyn mch............................................................................................................2
I.1.1. Chuyn mch kênh ................................................................................................................... 2
I.1.2. Chuyn mch gói Datagram .................................................................................................... 4
I.1.3. Chuyn mch gói kênh o ........................................................................................................ 5

I.1.4. MPLS ....................................................................................................................................... 8
I.2. Multicast .......................................................................................................................................... 13
I.2.1. Cu trúc cây đnh tuyn Multicast .........................................................................................14
I.2.2. Multicast trong mng IP ........................................................................................................16
I.2.3. Multicast trên nn ATM ......................................................................................................... 18
I.2.4. Multicast trên nn MPLS ....................................................................................................... 19
I.3. óng góp ca lun vn................................................................................................................... 20
CHNG II. TÍNH “ÀN HI” VÀ BO V TRONG MNG ....................................................... 23
II.1. Tng quan v đnh tuyn li.....................................................................................................24
II.2. Bo v ti lp MAC và lp vt lý - vòng Ring t hi phc.................................................... 26
II.3. Bo v ti lp mng................................................................................................................... 29
II.4. nh tuyn li nhanh kt ni Unicast trong mng MPLS......................................................30
II.5. Hi phc khi li kt ni Multicast ............................................................................................32
CHNG III. THUT TOÁN SA LI CÂY NH TUYN MULTICAST...................................35
III.1. Mô hình hoá vn đ................................................................................................................... 36
III.2. Cc đi đ “đàn hi” ca cây vi mt đng d phòng........................................................ 44
III.2.1. Thut toán chính............................................................................................................... 44
III.2.2. Phiên bn m rng............................................................................................................ 48
III.3. Tính toán các đi lng ............................................................................................................ 51
CHNG IV. INH TUYN LI NHANH MPLS MULTICAST.................................................... 54
IV.1. Tng quan.................................................................................................................................. 54
IV.2. Phát hin li kênh và hi phc ................................................................................................. 58
--iv--
IV.3. Thông báo li và hi phc.........................................................................................................62
IV.4. Switchover và Switchback.......................................................................................................... 64
CHNG V. TRIN KHAI NH TUYN MULTICAST TRONG MPLS..................................... 69
V.1. Multicast MPLS-Linux.............................................................................................................. 69
V.1.1. Trin khai MPLS-Linux Unicast ............................................................................................ 69
V.1.2. Trin khai MPLS-Linux Multicast..........................................................................................74
V.1.3. Giao din lp trình ng dng (API) qun lý FIB...................................................................77

V.2. Giao thc MulTreeLDP............................................................................................................ 79
V.2.1. nh tuyn hin Multicast ...................................................................................................... 81
V.2.2. Phát hin kênh li và kênh phc hi ......................................................................................87
V.2.3. Thông báo kênh li và kênh hi phc..................................................................................... 87
V.2.4. Switchover và switchback ...................................................................................................... 90
CHNG VI. TH NGHIM ...............................................................................................................92
CHNG VII. KT LUN...................................................................................................................... 93
VII.1. Các đóng góp ca lun vn....................................................................................................... 94
VII.2. nh hng nghiên cu trong tng lai.................................................................................. 95

--v--
DANH SÁCH HÌNH V

Hình I-1. c đim chuyn mch kênh..............................................................................................................2
Hình I-2. c đim chuyn mch gói Datagram............................................................................................... 5
Hình I-3. c đim chuyn mch gói kênh o................................................................................................... 6
Hình I-4. V trí ca ngn xp mào đu MPLS ................................................................................................... 8
Hình I-5. Chuyn tip các gói tin MPLS ........................................................................................................... 9
Hình I-6. Xp chng các min MPLS..............................................................................................................11
Hình I-7. Các ch đ phân phi nhãn trên Downstream .................................................................................. 12
Hình I-8. Thc hin kt ni Multicast thông qua các kt ni Unicast .............................................................13
Hình I-9. Cây đng ngn nht. ...................................................................................................................... 15
Hình I-10. Cây nút c s.................................................................................................................................. 16
Hình I-11. ng d phòng đnh trc trong cây đnh tuyn Multicast .........................................................16
Hình I-12. Cây đnh tuyn MPLS Multicast .................................................................................................... 22
Hình II-1. Khái nim đnh tuyn li................................................................................................................. 25
Hình II-2. Vòng Ring chuyn mch mt hng (UPSR)................................................................................. 27
Hình II-3. Vòng Ring chuyn mch hai hng (BLSR) .................................................................................. 28
Hình II-4. Chuyn mch bo v thông minh trong RPR.................................................................................. 29
Hình II-5. C ch đnh tuyn li nhanh MPLS Unicast................................................................................... 32

Hình III-1. Mng và mô hình nhóm Multicast................................................................................................. 35
Hình III-2. Trng s tc đ li kênh ................................................................................................................ 38
Hình III-3. Bo v cây đnh tuyn bng mt đng d phòng khi li mt kênh .............................................41
Hình III-4 Giá tr w, tdrop và adrop ca các kênh ca mt cây....................................................................... 42
Hình III-5. Chng minh thut toán ..................................................................................................................47
Hình III-6. S thay đi cu trúc cây khi mt nút “lá” ri b hoc gia nhp nhóm ......................................... 48
Hình III-7. Tính đi lng R
d
(A;B).................................................................................................................. 52
Hình IV-1. Ví d đng chuyn mch nhãn (LSP) Multicast. ........................................................................56
Hình IV-2. nh tuyn li nhanh MPLS Multicast.......................................................................................... 57
Hình IV-3. C ch phát hin li kênh.............................................................................................................. 60
Hình IV-4. Hám mt đ xác sut ca thi gian phát hin kênh li .................................................................. 60
--vi--
Hình IV-5. C ch phát hin kênh đc sa.................................................................................................... 61
Hình IV-6. Hàm mt đ xác sut ca thi gian phát hin kênh đc sa........................................................ 62
Hình IV-7. C ch thông báo kênh li............................................................................................................. 63
Hình IV-8. “ánh x” nhãn d phòng...............................................................................................................65
Hình IV-9. ng truyn gói do J gi đi sau khi Switchover ......................................................................... 66
Hình IV-10. Nhn lp li gói tin trong quá trình Switchback ..........................................................................68
Hình V-1. X lý gói tin ti lp MPLS trong MPLS-Linux Unicast................................................................. 71
Hình V-2. X lý gói tin ti lp MPLS trong MPLS-Linux Multicast..............................................................72
Hình V-3. Chuyn tip hn hp L2/L3............................................................................................................ 77
Hình V-4. nh dng bn tin MulTreeLDP. .................................................................................................... 80
Hình V-5. Biu dim mt cây dng File và dng Cây tuyn hin TLV........................................................... 82
Hình V-6. Thông báo cây đnh tuyn Multicast............................................................................................... 84
Hình V-7 nh dng bn tin kim tra phát hin kênh li và kênh hi phc..................................................... 87
Hình V-8. Thông báo li và hi phc ..............................................................................................................90
Hình V-9 Sa đi bng chuyn tip ti mt PSL trong Switchback và Switchover.........................................91
--vii--

DANH SÁCH BNG

Bng V-1. Các lnh ca MPLS-Linux Unicast................................................................................................ 70
Bng V-2. Thc hin các hot đng MPLS da trên các lnh ca MPLS-Linux. ........................................... 70
Bng V-3. Tng quan v hai lnh MPLS-Linux Multicast..............................................................................74
Bng V-4. Trin khai các hot đng MPLS Multicast.....................................................................................75
Bng V-5. Các File /proc dng Text có liên quan đn MPLS FIB.................................................................. 77
Bng V-6. Hàm Netlink và C API tng ng đ to lut chuyn tip MPLS..................................................78
Bng V-7. Các API thao tác vi FIB. .............................................................................................................. 79
--viii--
T VIT TT
Vit tt Ting Anh Ting Vit
AAL ATM Adaptation Layer Lp tng thích ATM
AAL5 ATM Adaptation Layer Five Lp tng thích ATM loi 5
APS Automatic Protection Switching T đng chuyn mch bo v
ARP Address Resolution Protocol Giao thc phân tích đa ch
ATM Asynchronous Transfer Mode Ch đ chuyn giao không đng b
BLSR Bidirectional Link-Switched Ring Vòng Ring chuyn mch hai hng
bos bottom of stack Cui ngn xp
BUS Broadcast and Unknown Server Máy ch truyn thông qung bá
CBT Core Based Tree Cây nút c s
CR-LDP Constraint Routing LDP nh tuyn cng bc LDP
DVMRP
Distance Vector Multicast Routing
Protocol
Giao thc đnh tuyn Multicast vector
khong cách
FDDI Fiber Distributed Data Interface
FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tn s
FEC Forwarding Equivalence Class Lp chuyn tip tng đng

FIB Forwarding Information Base C s d liu chuyn tip thông tin
FTN FEC-to-NHLFE FEC ng vi NHLFE
IGMP Internet Group Management Protocol Giao thc qun lý nhóm Internet
ILM Incoming Label Map Chuyn đi nhãn vào
IP Internet Protocol Giao thc Internet
IPS Intelligent Protection Switching Chuyn mch bo v thông minh
IPv4 IP version 4 IP phiên bn 4
IPv6 IP version 6 IP phiên bn 6
LAN Local Area Network Mng cc b
LDP Label Distribution Protocol Giao thc phân phi nhãn
LER Label Edge Router B đnh tuyn biên nhãn
LSP Label Switched Path ng chuyn mch nhãn
LSR Label Switching Router B đnh tuyn chuyn mch nhãn
MAC Media Access Control iu khin truy nhp môi trng
MARS Multicast Address Resolution Server Máy ch phân tích đa ch Multicast
MCS Multicast Server model Mô hình máy ch Multicast
mLSP Multicast Label Switched Path ng chuyn mch nhãn Multicast
MOSPF Multicast extention to OSPF M rng Multicast cho OSPF
MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyn mch nhãn đa giao thc
MTBF Mean Time Between Failures Thi gian trung bình gia các li
MulTreeLDP
MULticast TREe rEpair Label
Distribution Protocol
Giao thc phân phi nhãn sa cây
đnh tuyn Multicast
--ix--
Vit tt Ting Anh Ting Vit
NHLFE Next Hop Label Forwarding Entry Nhãn chuyn tip ti nút tip theo
OSPF Open Shortest Path First ng ngn nht
PIM-SM

Protocol Independent Multicast-Sparse
Mode

PML Path Merging LSR LSR hp nht đng
PSL Path Switching LSR LSR chuyn mch đng
QoS Quality of Service Cht lng dch v
RSVP ReSource ReserVation Protocol Giao thc d tr tài nguyên
TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thi gian
TLV Type-Length-Value
ToS Type of Service Loi dch v
TTL Time To Live Thi gian sng
UDP User Data Protocol
Giao thc trao đi d liu đi tng
s dng
UPSR Unidirectional Path-Switched Ring Vòng Ring chuyn mch mt hng
VC Virtual Circuits Kênh o
VCI Virtual Circuit Identifier Nhn dng kênh o
VPI Virtual Path Identifier Nhn dng đng o

--1--
Chng I. Gii thiu
c đim chính ca mng chuyn mch là vào phng thc truyn d liu. Trong
mng chuyn mch ra đi sm nht, lung bit thông tin đc truyn liên tc trên
kênh vt lý và đc gi là chuyn mch kênh, nó phù hp đ truyn tín hiu thoi
hoc d liu thi gian thc kt ni đim - đim (truyn thông Unicast). Tuy nhiên
nu có li mt kênh vt lý trong mng chuyn mch kênh s dn đn gián đon toàn
b các dch v truyn thông đc ti trên kênh li. Mng chuyn mch gói
Datagram (ví d nh mng Internet) đã khc phc đc hn ch này bng cách chia
d liu thành các phn nh hn và truyn đi trong các gói tin. Trong mng chuyn
mch gói Datagram, hai gói tin liên tc t mt ngun tin đc mng x lý đc lp

vi nhau. Khi mt kênh li thì các gói tin trc đó đc gi trên kênh li s đc
đnh tuyn li tránh kênh li và do vy truyn thông không b gián đon. Mng
chuyn mch gói Datagram có tính “đàn hi” (là kh nng duy trì cung cp dch v
trong trng hp li kênh) đi vi li kênh vì các đi tng s dng không nhn
bit đc hin tng li kênh. Tuy nhiên đc đim này li dn đn mt hn ch ca
mng chuyn mch gói Datagram đó là rt khó qun lý lung d liu End-to-End.
C ch chuyn mch gói kênh o đc s dng trong X.25, ATM và gn đây là
MPLS đã k tha các u đim ca c chuyn mch kênh ln chuyn mch gói
Datagram bng cách gi các gói tin trên các kênh o (VC) thay vì thành lung bit
liên tc. Tuy nhiên chuyn mch gói kênh o cng tha hng nhc đim ca
chuyn mch kênh là không có tính “đàn hi” đi vi hin tng li kênh. Hn na
các công ngh đc phát trin đu chú trng vào vic tng kh nng “đàn hi” ca
các truyn thông Unicast trên mng chuyn mch gói Datagram, chúng không áp
dng đc vi các truyn thông Multicast trong đó mt hay nhiu phía gi truyn
thông tin cho mt hay nhiu phía nhn. Lun vn này đa ra mt gii pháp nhm
mc đích tng kh nng “đàn hi” ca các truyn thông Multicast trong mng
chuyn mch gói kênh o.
--2--
I.1. Các công ngh chuyn mch
Tip theo trong mc này, ta ln lt đ cp đn ba c ch chuyn mch đc s
dng trong mng đó là: chuyn mch kênh, chuyn mch gói Datagram và chuyn
mch gói kênh o.
I.1.1. Chuyn mch kênh
Chuyn mch kênh đc s dng t th k 19 trong nhng mng truyn thông đu
tiên. c đim c bn ca chuyn mch kênh đó là phi thit lp kt ni gia hai
phía trc khi trao đi thông tin. Khi thit lp phi cp phát tài nguyên s dng đ
kt ni gia ch gi và b gi. Tài nguyên  đây là khong tn s trong ghép kênh
phân chia theo tn s (FDM) hoc là khe thi gian trong ghép kênh phân chia theo
thi gian (TDM). Tp hp tài nguyên cp phát cho mt kt ni đc gi là mt
kênh và đc th hin trên Hình I-1. Kênh này không đi trong sut khong thi

gian kt ni tn ti và tài nguyên s đc thu hi khi kt ni gii phóng.

Hình I-1. c đim chuyn mch kênh
Trong chuyn mch kênh, tài nguyên đc cp phát trong sut phiên trao đi thông
tin bt đu t sau khi thit lp kt ni đn khi kt thúc trao đi thông tin. Tài nguyên
gi nguyên  trng thái bn ngay c khi không có thông tin nào đc truyn trên
kênh vì vy gây lãng phí bng thông. H qu ca vn đ này là các kênh đang đc
thit lp mang lu lng ít hn so vi kh nng có th dn đn cn kit tài nguyên
và mng  trng thái bão hoà. Khi đó không th thit lp thêm kt ni mi vì không
còn tài nguyên và dn đn hin tng nghn trong mng.
--3--
c đim th hai ca chuyn mch kênh liên quan đn thi gian cn thit đ thit
lp kt ni. Trong mng, truyn thông nói chung không ph thuc c ch chuyn
mch, các nút mng bao gi cng phi tìm thông tin trong bng chuyn tip đ xác
đnh kênh và chuyn thông tin đn t kênh vào sang kênh ra tng ng. Vic tìm
kim thông tin trong bng chuyn tip và chuyn d liu t các lung đn đc gi
là quá trình đnh tuyn. Trong mng chuyn mch kênh, quá trình đnh tuyn đc
thc hin cho mi kt ni trong giai đon thit lp kênh. Khi thit lp kênh, các nút
và kênh nm trên đng gia phía gi và phía nhn đc xác đnh và các bn tin
đc trao đi trên tt c các kênh gia hai nút mng ngun và đích đ thc hin
vic cp phát tài nguyên. i vi chuyn mch kênh, bng chuyn tip đc xây
dng da trên phn cng tc đ cao và vic chuyn tip d liu ti mi nút din ra
gn nh tc thi. Vì vy chuyn mch kênh thích hp nht vi các kt ni trong đó
thi gian thit lp kênh yêu cu thi gian chuyn tip thp.
Nhn dng kênh (di tn s trong FDM hoc khe thi gian trong TDM) thay đi ti
mi nút chuyn mch trong khong thi gian chuyn tip vì vy các nút chuyn
mch không cn bit toàn b thông tin ca tt c các kênh đã đc thit lp trong
mng mà nó ch cn bit nhn dng các kênh ni b kh dng do nó qun lý. Vic
s dng nhn dng ni b thay vì nhn dng toàn mng cho phép mng có th x lý
mt s lng ln các kênh.

K thut l
u lng (TE) có nhim v ti u hoá vic cp phát tài nguyên trong
mng thông qua chn đng cho lung d liu da trên các ràng buc tnh hoc
đng [39]. Mc tiêu chính ca k thut lu lng đó là cân bng ti trong mng, có
ngha là ngn nga vic xy ra hin tng nghn mt kênh trong khi các kênh khác
cha s dng ht kh nng. Do chuyn mch kênh cp phát đng c đnh cho mi
lung nên các kênh có th đc thit lp da trên các thut toán k thut lu lng.
Mt khác, mng chuyn mch kênh không t đng kích hot li khi Topo mng
thay đi. Chng hn nh khi mt lung li thì tt các kênh trên đó s b khoá và
vic truyn thông b gián đon. K thut lu lng có th làm gim bt hu qu ca
--4--
li lung thông qua vic sa li đnh trc s dng kênh d phòng. Kênh d phòng
có th đc thit lp cùng thi đim hoc sau khi thit lp kênh s cp và khi lung
ti kênh s cp li thì lu lng s đc đnh tuyn li sang kênh d phòng. Mng
chuyn mch kênh rt nhy cm vi li lung và vic đnh tuyn li phi đc thc
hin da trên da trên s h tr ca các c ch trong k thut lu lng.
I.1.2. Chuyn mch gói Datagram
Ra đi vào nm 1960, chuyn mch gói là công ngh tiên tin hn so vi chuyn
mch kênh, nó gii quyt đc hn ch ca chuyn mch kênh là phi cp phát tài
nguyên cho mi kênh và lãng phí tài nguyên bng thông khi không có thông tin
truyn trên kênh. C ch chuyn mch gói đã s dng ý tng chia thông tin thành
các gói và truyn trong mng mà không cn phi cp phát tài nguyên, ti thi đim
phía gi không có thông tin gi đi thì s không có gói tin nào đc truyn đi trong
mng và không gây lãng phí tài nguyên. Chuyn mch gói là tên gi chung ca hai
công ngh khác nhau đó là: chuyn mch gói Datagram và chuyn mch gói kênh
o. Phn này trình bày các đc đim chính ca chuyn mch gói Datagram.
Khác vi chuyn mch kênh, chuyn mch gói Datagram không yêu cu phi thit
lp kênh trc khi truyn thông tin và hu b kênh khi kt thúc truyn thông tin.
Các nút chuyn mch còn đc gi là các b đnh tuyn s tìm kim thông tin đnh
tuyn trong bng chuyn tip còn đc gi là bng đnh tuyn cho mi gói tin đn.

Bng đnh tuyn có cha thông tin ánh x gia đa ch đích cui cùng ca gói tin
vi lung ra trên đng ti đích. Bng đnh tuyn có th có kích thc rt ln vì nó
cha đa ch ca tt c các đích trong mng vì vy vic tìm kim và tính toán đnh
tuyn yêu cu x lý lng thông tin rt ln. Do đó x lý chuyn tip chm hn
nhiu so vi chuyn mch kênh. Trong mng chuyn mch gói, mi gói tin phi
cha đa ch đích và đây chính là thông tin quyt đnh đ chuyn tip gói tin. Các b
đnh tuyn không cn phi thay đi đa ch đích ca gói tin khi chuyn tip chúng.
--5--

Hình I-2. c đim chuyn mch gói Datagram
Do mi gói tin đc b đnh tuyn x lý đc lp, nên không có gì đm bo tt c
các gói tin đc gi t ngun đn đích đu đi trên cùng mt kênh vt lý. Nu nh
thut toán đnh tuyn thay đi ni dung bng đnh tuyn gia khong thi gian gi
hai gói tin thì các gói tin s đc gi trên các đng khác nhau và thm chí có th
đn đích không đúng trình t. Ví d nh trong Hình I-2, các gói tin truyn t thuê
bao 1 đn thuê bao 5 trên hai đng khác nhau. im khác bit th hai đó là khi
Topo mng thay đi (ví d nh li mt kênh) thì giao thc đnh tuyn s t đng
tính toán li bng đnh tuyn xây dng Topo mng mi tránh không truyn thông
tin trên kênh li. Còn vi chuyn mch kênh thì không cn có mt thut toán k
thut lu lng nào đ đnh tuyn li lu lng.
Các b đnh tuyn thc hin vic đnh tuyn ch da vào thông tin đa ch ca gói
tin mà không ph thuc vào gói tin đó đang đc truyn trên lung nào. Và do công
ngh k thut lu lng ph thuc nhiu vào vic điu khin tuyn lu lng, vì
vy k thut lu lng trong mng chuyn mch gói thc hin khó hn nhiu so vi
chuyn mch kênh.
I.1.3. Chuyn mch gói kênh o
Chuyn mch gói kênh o (chuyn mch VC) là mt công ngh chuyn mch gói,
nó kt hp các u đim ca chuyn mch gói Datagram và chuyn mch kênh.
Chuyn mch VC là mt bin th ca chuyn mch gói Datagram trong đó các gói
đc gi trên các kênh logic mà không cn cp phát tài nguyên vt lý là các tn s

--6--
hoc khe thi gian (xem Hình I-3). Mi gói mang mt nhn dng kênh có ý ngha
ni b trong lung và nhn dng kênh này s đc cp nht ti mi nút chuyn
mch trên đng gói đi t ngun đn đích. Mt kênh o (VC) đc đnh ngha
thông qua ánh x gia lung ti các gói tin và nhn dng ca gói tin đc truyn
trên lung. VC đc khi to trong giai đon thit lp kt ni và nhn dng kênh s
đc thu hi khi kt thúc kt ni.
Kª nh ¶o
Thuª bao 3
Thuª bao 4
Thuª bao 5
Thuª bao 1
Thuª bao 2
Tæng ®µi
Luång
C¸ c gãi tin

Hình I-3. c đim chuyn mch gói kênh o
Chúng ta đã đ cp đn mi tng quan gia thi gian thit lp kt ni và thi gian
chuyn tip trong các công ngh chuyn mch kênh và chuyn mch gói Datagram.
i vi chuyn mch VC, đnh tuyn đc thc hin trong khong thi gian thit
lp kt ni cho phép chuyn tip gói tin nhanh. Mt u đim khác ca chuyn mch
VC đó là kt hp đc tính nng k thut lu lng tng đng vi chuyn mch
kênh và s dng tài nguyên hiu qu hn ging vi chuyn mch gói Datagram.
Tuy nhiên chuyn mch VC có nhc đim v tính thích ng khi Topo mng thay
đi. Mng chuyn mch gói Datagram s t đng tính li bng đnh tuyn khi Topo
mng thay đi còn đi vi chuyn mch VC thì tt c các kênh o ti trên kênh li
s b ngt. Vì vy đnh tuyn li trong chuyn mch VC ph thuc vào các công
ngh k thut lu lng.
Các mng chuyn mch VC đc trin khai trong thc t đó là: X.25 [70], ATM [6]

và MPLS [50]. Mng Internet ngày nay ch yu bao gm các mng máy tính và
vic trao đi thông tin gia chúng ch yu da trên giao thc Internet (IP) đ đnh
tuyn các gói tin t nút mng này đn nút mng khác. Vì IP đóng vai trò rt quan
--7--
trng trong mng IP, nên trong phn tip theo ta đi vào vn đ tng tác gia ATM
và MPLS vi IP.
1.2 Chuyn mch gói kênh o vi giao thc IP
Trong mô hình 7 lp, lp mng có chc nng chính là đnh tuyn các gói d liu t
nút này đn nút khác. Trong mng Internet, IP là giao thc lp mng duy nht đc
s dng đ đnh tuyn gói tin. Hin ti có hai phiên bn ca giao thc IP đó là: IPv4
[59] s dng đa ch
 có đ dài 32 bit và IPv6 [22] s dng đa ch có chiu dài 128
bit.
Sau đây ta tp trung vào IPv4 là phiên bn giao thc IP đc s dng ph bin
trong mng Internet hin nay. Do các u đim ca chuyn mch gói VC và s phát
trin bùng n ca mng IP, rt nhiu nhà cung cp dch v Internet s dng VC đ
ti các gói tin IP. Công ngh chuyn mch gói kênh o đc s dng ph bi
n trong
mng đng trc Internet là ATM và gn đây là MPLS.
1.2.1 IP qua ATM
ATM là công ngh chuyn mch VC đc chun hoá vào cui nhng nm 1980.
Trong ATM, thông tin đc truyn trong các t bào ATM có đ dài c đnh là 53
byte trong đó phn d liu đ dài 48 byte và phn mào đu đ dài 5 byte. Trong s
40 bit mào đu thì 28 bit đc s dng đ nhn dng kênh o tng ng vi t bào.
Trng nhn dng này đc ký hiu là VCI/VPI (nh
n dng kênh o/nhn dng
đng o). Trng VCI/VPI đc cp nht ti mi nút chuyn mch.
Vn đ đu tiên đt ra đ ti các gói tin IP trong kênh o ATM đó là cn phi đnh
ngha phng thc đóng gói các gói IP trong t bào ATM, ngha là làm th nào đ
đt các d liu IP trong các t bào ATM. Vic đóng gói đc thc hin ti lp

tng thích ATM nh đc trình bày trong [6]. Hn n
a hu ht các gói IP đu ln
hn rt nhiu so vi 53 byte là đ dài t bào ATM. Vì vy các gói tin IP phi đc
chia thành các phn nh hn đc gi là đon trc khi đóng gói vào t bào ATM.
B đnh tuyn cui cùng trên đng truyn các gói tin IP phi ghép li các đon đ
--8--
khôi phc các gói tin IP ban đu. Phân đon và gii phân đon (SAR) là mt quá
trình x lý phc tp và tn thi gian.
Ti lu lng IP trên nn ATM là mt quá trình phc tp [19]. Không ch phi gii
quyt vn đ đt ra khi li kênh đi vi chuyn mch VC, đ có th truyn IP qua
ATM yêu cu phi có thit b kt hp b đnh tuyn IP và chuyn mch ATM.
I.1.4. MPLS
Chuyn mch nhãn đa giao thc (MPLS) là công ngh chuyn mch IP trên kênh
o, nó có các c ch giao tip vi IP tt hn so vi ATM. MPLS có th chy trên
nhiu phn cng mng sn có chng hn nh Ethernet [38] thm chí ngay c trên
ATM h tr chuyn tip các gói tin IP trên các kênh o. MPLS có th đc trin
khai trong các b đnh tuyn IP.

Hình I-4. V trí ca ngn xp mào đu MPLS
Trong MPLS, mi gói tin mang mt nhn dng kênh o đc gi là nhãn ví d nh
trng Shim header đc chèn vào gia mào đu IP và mào đu lp MAC/link ca
gói tin. Mt gói tin có th cha mt hay nhiu Shim header. Tp hp tt c các mào
đu trong mt gói tin đc gi là mt ngn xp MPLS. Hình I-4 biu din mt ngn
xp mào đu MPLS và v trí ca ngn xp MPLS trong mào đu ca gói tin.
C ch MPLS x
 lý các nhãn ging ht nh c ch x lý nhn dng kênh o ca các
công ngh chuyn mch kênh o khác. Xét mt gói tin IP gi t máy ch A đn
--9--
máy ch B trên Hình I-5. Gói tin đc gi chuyn tip qua mng MPLS gia A và
B, khi ti b đnh tuyn MPLS đu tiên hay còn đc gi là b đnh tuyn nhãn

biên (LER) cng vào ca min MPLS, đa ch IP ngun và đích ca gói tin s đc
x lý và gói tin s đc phân loi theo mt lp chuyn tip tng đng (FEC). Tt
c các gói tin thuc mt FEC s s dng cùng mt kênh o còn đc gi là đng
chuyn mch nhãn (LSP). Gi s nh mt kênh o đã đc thit lp cho mt FEC
ca mt gói tin truyn t A đn B, khi đó LER cng vào s chèn mào đu MPLS
vào gói tin (L1 trên hình v). Sau đó các b đnh tuyn trong mng MPLS s cp
nht mào đu MPLS bng cách tráo đi nhãn (L1 thay bng L2, L2 thay bng L3).
n b đnh tuyn cui ca LSP còn đc gi là LER cng ra, mào đu MPLS s b
loi b (L3 trên hình) tip theo các gói tin có th đc x lý bi các b đnh tuyn
IP hoc máy ch không có tính nng MPLS.
LER
chÌ n L1
LSR tr¸ o
®æi L1, L2
LSR tr¸ o
®æi L2, L3
LER lo¹ i
bá L3
IP IP#L1 IP#L2 IP#L3 IP
A B

Hình I-5. Chuyn tip các gói tin MPLS
Các b đnh tuyn MPLS chèn, tráo đi và loi b các mào đu MPLS theo các lut
có trong bng đnh tuyn hay còn đc gi là c s d liu chuyn tip thông tin
(FIB) riêng ca mi b đnh tuyn MPLS. FIB có th có 3 loi phn t thông tin
khác nhau:
1. Nhãn chuyn tip ti nút tip theo (NHLFE) cha thông tin cn thit đ chuyn
tip gói tin vi mt nhãn đã đc n đnh. Mt NHLFE bao g
m hai phn t
thông tin đó là: đa ch nút tip theo và thông tin tráo đi hoc loi b mào đu

MPLS. Nu nh mào đu MPLS ca gói tin cn đc tráo đi thì NHLFE cha
c nhãn mi ca gói tin.
--10--
2. Ánh x nhãn đn (ILM) cha thông tin ánh x gia các nhãn ca gói tin đn và
các phn t NHLFE.
3. Ánh x FEC-to-NHLFE (FTN) có cha thông tin ánh x gia các FEC ca gói
tin đn và các phn t NHLFE.
Các b đnh tuyn MPLS s dng FIB ca chúng nh sau. Khi mt gói tin không
cha nhãn đn b đnh tuyn MPLS, trc ht b đnh tuyn s xác đnh FEC ca
gói tin sau đó nó tìm kim trong FIB đ xác đnh FTN tng ng v
i FEC ca gói
tin. FTN này s có cha nhãn và mt NHLFE đ xác đnh nút tip theo cho gói tin.
B đnh tuyn MPLS s chèn mào đu MPLS vi nhãn có trong FTN và chuyn
tip gói tin này theo các thông tin có trong NHLFE. Nu mt gói tin có cha nhãn
đn b đnh tuyn MPLS, trc ht b đnh tuyn s tìm kim trong FIB xác đnh
mt ILM phù hp vi nhãn ca gói tin và đc thông tin NHLFE tng ng. NHLFE
s ch ra rng mào đu MPLS cn đc tráo đi bng nhãn mi hay loi b. Nu
cn tráo đi thì b đnh tuyn MPLS s tráo đi mào đu MPLS và chuyn tip gói
tin ti nút tip theo đc xác đnh trong NHLFE. Nu cn loi b thì b đnh tuyn
MPLS s loi b nhãn và chuyn tip gói tin ti nút tip theo đc xác đnh trong
NHLFE.
Mào đu MPLS có đ dài 32 bit và các nhãn ch chim 20 bit trong s này, 12 bit
còn li đc s dng nh sau. (1) MPLS s dng 3 bit đ phân loi cht l
ng dch
v (tng ng vi 8 mc QoS). (2) MPLS cho phép xp chng các min: khi mt
gói tin ti mt min MPLS nm trong mt min MPLS khác thì gói tin s đc gn
thêm mt nhãn mc dù trc đó nó đã có mt nhãn to thành mt ngn xp nhãn.
Nh ví d đc trên Hình I-6 th hin vic xp chng các min MPLS. Mt bit ch
th cui ngn xp (bos) đc s dng đ ch th xem nhãn đó là nhãn cui cùng
trong ngn xp hay cha. (3) MPLS s dng 8 bit còn li ch th thi gian sng

(TTL), TTL đc khi to ti LER cng vào và c mi ln đi qua mt nút thì giá tr
ca nó li gim đi 1 đn v. Gói tin s b loi b khi trng TTL có giá tr bng 0.
C ch này đc s dng đ ngn xy ra hin tng truyn vòng vô tn các gói tin
--11--
trong mng trong trng hp li khi to kênh o. Cu trúc và v trí 4 trng trong
mào đu MPLS đc th hin trên Hình I-4.

Hình I-6. Xp chng các min MPLS
im quan trng nht khi s dng FEC trong MPLS đó là kh nng phân loi và tp
hp trong k thut lu lng. Tt c các gói tin t các ngun khác nhau nhng nu
đi vào min MPLS trên cùng mt LER và có cùng cng ra LER thì s có cùng mt
FEC và vì vy s đc truyn trên cùng mt VC. Nói cách khác là không cn thit
lp mt kênh o mi đi vi mi cp (đích - ngun) có trong các mào đu ca các
gói tin đn. Khi LER cng vào xác đnh đc FEC ca gói tin, nó s gán mt kênh
o vào gói tin thông qua mt nhãn. FEC không nhng đc s dng đ phân loi
gói tin IP theo đích mà nó còn có th phân loi theo ngun. Hai gói tin đi vào min
MPLS qua cùng mt cng vào LER và đn cùng mt đích có th đc truyn trên
hai nhóm kênh khác nhau và vì vy có th cân bng ti trong mng bng cách chia
đu lu lng trên tt c các kênh. FEC cng có th ph thuc vào tham s b sung
chng hn nh bit loi dch v (ToS) trong mào đu IP đ cung cp các dch v
khác nhau cho lung lu lng IP [23].
Trong mng MPLS giao thc báo hiu thc hin các chc nng thit lp kênh o và
ánh x hoc liên kt gia các FEC vi FIB ti mi b đnh tuyn MPLS. Cu trúc
chuyn mch MPLS [62] không s dng giao thc báo hiu riêng mà nó ch yêu cu
mi kênh tng ng vi mt LSP, các nhãn đc n đnh bi các nút trên
Downstream và thông báo cho các nút trên Upstream. Có hai ch đ trao đi thông
--12--
tin nhãn trên Downstream đó là t nguyn (unsolicited) và theo yêu cu (on
demand) đc th hin trên Hình I-7. Trong ch đ phân phi thông tin nhãn t
nguyn, mt nút nm trên Downstream ca mt FEC s gi bn tin liên kt nhãn

cho nút nm trên Upstream ca FEC đó. Nút nm trên Downstream t gi bn tin
liên kt nhãn mà không cn có kích hot t nút nm trên Upstream. Trái li, trong
ch đ phân phi nhãn theo yêu cu, nút nm trên Upstream nhn thy cn mt bn
tin liên kt nhãn ng vi mt FEC thì nó s yêu cu nút nm trên Downstream gi
bn tin liên kt nhãn này.

Hình I-7. Các ch đ phân phi nhãn trên Downstream
Mc dù các chun MPLS không yêu cu giao thc báo hiu riêng bit nào, tuy
nhiên có hai giao thc báo hiu đc phát trin đ s dng trong mng MPLS. Th
nht là giao thc RSVP-TE [8] đc xây dng da trên giao thc giành trc tài
nguyên trong mng Internet (RSVP) [13] có b sung thêm kh nng thông báo LSP.
Th hai là giao thc phân phi nhãn (LDP) [3] đc đnh ngha ngay t khi MPLS
mi đc xây dng. Giao thc LDP sau đó đc m rng thành đnh tuyn cng
bc LDP (CR-LDP) [41] thông qua vic b sung các đc đim quan trng h tr k
thut lu lng vào LDP. Mt trong các m rng quan trng ca CR-LDP đó là h
tr đnh tuyn hin (Explicit Routing) trong đó mt nút hoc mt máy ch không
trc tuyn (offline) tính trc đng thông qua đnh ngha và thông báo các LSP.
im khác nhau gia hai giao thc báo hiu đc trình bày trong [14].
Cho đn thi đim này MPLS vn là mt công ngh mi cha đc s dng ph
bin. Cho đn nm 1996 ngi ta nhn thy cn có mt công ngh chuyn mch VC
mi đi vi các gói IP đ thay th IP qua ATM và vic chun hoá MPLS đc bt
--13--
đu t nm 1997 [62]. Hin nay vic chun hoá vn đang đc tip tc và mt trong
nhng công vic vn còn đang đc nghiên cu đó là kt ni Multicast trong mng
MPLS và đây cng là ni dung chính đc đ cp trong lun vn này.
I.2. Multicast
Trc đây chúng ta ch yu tp trung vào truyn thông đim-đim hay Unicast,
trong đó mt ngun ch gi d liu cho mt phía nhn. Tuy nhiên rt nhiu ng
dng yêu cu d liu đc gi đng thi ti nhiu phía nhn mà mt trong nhng ví
d đin hình là hi ngh t xa gia mt nhóm 3 ngi hoc nhiu hn. Khi mt

thành viên ca nhóm nói thì tín hiu thoi đó s phi đc truyn ti tt c các
thành viên khác trong nhóm; đây đc gi là truyn thông đim-đa đim hay
Multicast.

Hình I-8. Thc hin kt ni Multicast thông qua các kt ni Unicast
Mt gii pháp đn gin nht đ thit lp truyn thông Multicast đó là gi cùng mt
d liu ln lt cho tt c các thành viên khác ca hi ngh. Nói mt cách khác là ta
có th thc hin truyn thông đim-đa đim thông qua nhiu truyn thông đim-
đim. Tuy nhiên gii pháp này có nhc đim là s dng bng thông không hiu
qu: cùng mt thông tin phi gi n-1 ln nu nh hi ngh t xa có n thành viên, vì
vy gây lãng phí bng thông. Trong ví d trên Hình I-8 nút A gi cùng mt d liu
3 ln và gây lãng phí 2/3 bng thông trên kênh kt ni t nút A. Mt phng thc
hiu qu hn đ thit lp truyn thông Multicast đó là thit lp cây đnh tuyn
--14--
Multicast trong đó các thit b chuyn mch đóng vai trò nh nút ca cây và các
kênh đóng vai trò nh nhánh ca cây. Mi thit b chuyn mch nm  đim r
nhánh ca cây s nhân bn gói tin và chuyn tip mi gói cho mt kênh ra. Bng
cách chuyn tip gói tin theo cu trúc hình cây và nhân bn gói tin ti các nút trung
gian, cùng mt thông tin ch đc gi mt ln trên mi kênh ca cây và vì vy tit
kim đc bng thông so vi gii pháp trên. Có hai cu trúc đc s dng trong cây
đnh tuyn Multicast đó là: cây đng ngn nht và cây nút c s. Trong mc tip
theo chúng ta s xem xét đc đim ca tng cu trúc này.
I.2.1. Cu trúc cây đnh tuyn Multicast
i vi cu trúc cây đng ngn nht, mi mt ngun ca nhóm Multicast là gc
ca cây riêng bit. Các nhánh ca cây chính là các kênh, nút chính là các b đnh
tuyn và các thành viên ca nhóm Multicast là “lá” ca cây. Nu nh nhóm có th
có n ngun thì phi thit lp n cây. Mt cây đng ngn nht đc thit lp bng
cách tính đng ngn nht (da trên “giá” ca tng kênh) gia ngun và các thành
viên khác trong nhóm. Ví d trên Hình I-9 th hin các cây đng ngn nht có gc
xut phát t hai nút khác nhau trong mt nhóm Multicast gm 4 nút (xem Hình I-9

(a)). Hai cây đng ngn nht không s dng cùng mt nhóm kênh tuy nhiên tt c
các đng t nút A đn các nút khác (Hình I-9(b)) và t nút B đn các nút khác đu
s dng s lng kênh nh nht.
i vi đnh tuyn Multicast theo cu trúc cây nút c s, tt c các thành viên đu
là “lá” ca mt cây dùng chung duy nht. Tt c lu lng do nhóm Multicast to
ra đu đi qua mt nút đc gi là nút c s hoc nút trung tâm nh đc th hin
trên Hình I-10. Trong cu trúc này, đng gia hai nhóm thành viên cha chc đã là
ngn nht khác vi cu trúc cây đng ngn nht. Chng hn nh trong ví d trên
Hình I-10, d liu do nút A gi đi phi đi qua 5 kênh mi đn đc nút C trong khi
đó đng ngn nht t nút A đn nút C ch đi qua 3 kênh. Mt trong các cây nút c
s có tên là cây Steiner [30] đt đc ti u v phng din s dng bng thông.

--15--

Hình I-9. Cây đng ngn nht.
i vi truyn thông Unicast, khi mt kênh li thì lu lng này đc đnh tuyn
li sang đng khác tránh kênh li. Trong chuyn mch gói Datagram, đnh tuyn
li đc thc hin t đng sau khi xy ra li kênh trong khi đó vi k thut lu
lng cho phép đnh trc đng d phòng cho các công ngh chuyn mch kênh
và chuyn mch kênh o. Mt thành viên ca nhóm Multicast đc coi là b cô lp
khi nhóm Multicast khi thành viên này không th kt ni ti nút c s hoc ngun
ca cây.  bo v cây đnh tuyn Multicast khi hin tng li mt kênh thì h
thng phi có kh nng đnh trc đng d phòng gia các thành viên và nút
ngun hoc nút c s ca cây đnh tuyn Multicast. Chng hn nh trong ví d trên
Hình I-11(a), cây đnh tuyn vi nút trung tâm C và 3 thành viên ca nhóm là A, B
và D đc bo v hoàn toàn bi 3 đng d phòng đnh trc. Nu nh bt k mt
kênh nào trong cây li thì kt ni gia C và thành viên b cô lp s đc khôi phc
bng cách đnh tuyn li lu lng qua đng d phòng. Tuy nhiên vic đnh trc
đng d phòng yêu cu cn có các tính toán b sung liên quan đn thông báo kênh
và giành trc tài nguyên trên đng d phòng đ đm bo vic đnh tuyn li lu

lng không gây ra quá ti trên đng d phòng. Vì vy s lng đng d phòng
đnh trc trong mng là hn ch. Trong ví d trên Hình I-11(b), mng ch yêu cu
2 đng d phòng đ bo v cây đnh tuyn Multicast khi xy ra li bt c kênh
nào. Nu nh kênh CA li thì lu lng gia A và C s đc đnh tuyn li qua
kênh d phòng bên trái. Nu nh kênh CB li thì lu lng Multicast vn có th
đn nút B thông qua nút D và đng d phòng bên phi. ng d phòng này vn
đc s dng khi kênh CD li và vì vy nút D vn đc kt ni vi các thành viên
--16--
khác ca cây.  đây ta nhn thy mt đng d phòng có th đc s dng đ bo
v cây đnh tuyn Multicast khi các kênh khác nhau b li.

Hình I-10. Cây nút c s
I.2.2. Multicast trong mng IP
Truyn thông Multicast trong mng IP đã đc nghiên cu t nm 1988 [21] và mt
khong đa ch IP (tt c các đa ch bt đu bng 4 bit 1110 hoc biu din di
dng thp phân là các đa ch t 224.0.0.0 đn 239.255.255.255) đc cp phát cho
truyn thông Multicast. ng vi mt nhóm Multicast s có mt đa ch IP
Multicast. a ch IP Multicast ch đc s dng trong giao thc trao đi d liu
đi tng s dng (UDP) là giao thc trao đi thông tin hng Datagram và không
tin cy.

Hình I-11. ng d phòng đnh trc trong cây đnh tuyn Multicast
Mt cây đnh tuyn Multicast có th m rng bao ph toàn mng Internet, vì vy
vic thit lp cây đnh tuyn Multicast và sau đó là đnh tuyn các gói tin Multicast
là hai vn đ chính đt ra đi vi truyn thông Multicast trong mng IP. Mt vn đ