Công nghệ mpls và điều khiển lưu lượng trong mpls

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

NGUYỄN HỒNG ANH

CƠNG NGHỆ MPLS VÀ ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG
TRONG MPLS

LUẬN VĂN THẠC SỸ
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Hà Nội – 2005


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

NGUYỄN HỒNG ANH

CƠNG NGHỆ MPLS VÀ ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG
TRONG MPLS

LUẬN VĂN THẠC SỸ
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHẠM MINH HÀ

Hà Nội – 2005

1

MỤC LỤC

MỤC LỤC......................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................... 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................... 6
MỞ ĐẦU........................................................................................................... 8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC
(MPLS)............................................................................................................ 10
1.1. Tổng quan về các vấn đề cơ bản trong chuyển gói IP thơng thường... 10
1.1.1. Phương thức định tuyến lớp mạng................................................ 10
1.1.2. Khả năng thực hiện phân biệt các gói .......................................... 10
1.1.3. Chuyển gói và điều khiển độc lập ................................................. 11
1.1.4. Q trình truyền thơng tin định tuyến ngồi ................................ 11
1.2. Khái niệm chuyển mạch nhãn đa giao thức ......................................... 12
1.3. Các thành phần của MPLS................................................................... 14
1.3.1.Router chuyển mạch nhãn.............................................................. 14
1.3.2. Router chuyển mạch nhãn biên..................................................... 15
1.3.3. Đường chuyển mạch nhãn ............................................................ 15
1.3.4. Lớp chuyển tiếp tương đương ....................................................... 15
1.3.5. Nhãn .............................................................................................. 16
1.3.6. Ngăn xếp nhãn.............................................................................. 18
1.4. Cơ chế hoạt động của MPLS ............................................................... 18
1.4.1. Giao thức phân phối nhãn LDP.................................................... 21
1.4.2. Cấu trúc dữ liệu ............................................................................ 31
1.4.3. Trao đổi nhãn................................................................................ 32
1.4.4. Chọn đường................................................................................... 33

Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


2

1.5. Kết luận ................................................................................................ 34
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRÊN
MẠNG VIỄN THÔNG ................................................................................... 35
2.1. Khái niệm ............................................................................................. 35
2.2. Các kỹ thuật điều khiển lưu lượng trước khi có MPLS ....................... 37
2.3. Kết luận ................................................................................................ 40
CHƯƠNG 3. ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS ........................ 41
3.1. Các thành phần của MPLS - TE........................................................... 41
3.2. Phân phối thông tin mạng .................................................................... 42
3.3. Định tuyến ràng buộc (Constraint-based routing) ............................... 44
3.3.1. Khái niệm về định tuyến ràng buộc .............................................. 44
3.3.2.Các thành phần của định tuyến ràng buộc .................................... 47
3.3.3. Giải thuật đường đi ngắn nhất có ràng buộc................................ 48
3.4. Báo hiệu trong MPLS Traffic Engineering.......................................... 50
3.4.1. Giao thức RSVP-TE ...................................................................... 50
3.4.2.Hoạt động của RSVP-TE................................................................ 53
3.5. Chuyển tiếp lưu lượng qua đường hầm................................................ 63
3.5.1. Định tuyến tĩnh.............................................................................. 63
3.5.2. Định tuyến theo chính sách (Policy-based routing- PBR)............ 64
3.5.3. Sử dụng tính năng Autoroute ........................................................ 66
3.6. Kết luận ................................................................................................ 69
CHƯƠNG 4. TRIỂN KHAI MPLS-TE TRONG MẠNG VNN .................... 70
4.1. Các giải pháp triển khai MPLS-TE trong mạng .................................. 70
4.1.1. Giải pháp triển khai Tactical ....................................................... 70
4.1.2. Giải pháp TE online...................................................................... 72

4.1.3. Giải pháp TE offline...................................................................... 74
4.1.4. Giải pháp triển khai của một số hãng........................................... 74

Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


3

4.2. Triển khai MPLS-TE trong mạng VNN .............................................. 76
4.2.1. Hiện trạng mạng VNN................................................................... 76
4.2.2. Triển khai MPLS-TE trong mạng VNN........................................ 78
4.3. Kết luận ................................................................................................ 81
CHƯƠNG 5. XÂY DỰNG MODULE MÔ PHỎNG ĐỊNH TUYẾN RÀNG
BUỘC TRONG MẠNG MPLS ...................................................................... 83
5.1. Giới thiệu chung................................................................................... 83
5.2. Xây dựng module mô phỏng giải thuật định tuyến ràng buộc............. 83
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ................................................................. 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 88

Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


4

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MPLS

MultiProtocol Label Switch

Chuyển mạch nhãn đa giao
thức

OSPF

Open Shortest Path First

Tên giao thức định tuyến

BGP

Border Gateway Protocol

Tên giao thức định tuyến

IGP

Interior Gateway Protocol

Giao thức định tuyến trong một
miền

PBR

Policy Based Routing

Định tuyến theo chính sách

CBR

Constrained-Based Routing

Định tuyến ràng buộc

SPF

Shortest Path First

Giao thức định tuyến đường đi
ngắn nhất

FEC

Forwarding Equivalent Class

Lớp chuyển tiếp tương đương

ATM

Asynchronous Transfer Mode

Chế độ truyền dẫn không đồng
bộ

LDP

Label Distribution Protocol

Giao thức phân phối nhãn

LSR

Label Switch Router

Router chuyển mạch nhãn

LER

Label Edge Router

Router chuyển mạch nhãn biên

LSP

Label Switch Path

Đường chuyển mạch nhãn

PPP

Point-to-Point Protocol

Giao thức điểm nối điểm

TE

Traffic Engineering

Điều khiển lưu lượng

NHLFE

Next Hop Label Forwarding
Entry

FTN

FEC to NHLFE

ILM

Incoming Label Map

SVC

Switched Virtual Circuit

Kênh ảo chuyển mạch

Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


5

PVC

Permanent Virtual Circuit

RSVP

Resource

Kênh ảo cố định

ReserVation Giao thức dự trữ tài nguyên

Protocol
RSVP-TE Resource

Reservation Giao thức dự trữ tài nguyên-

Protocol - Traffic Engineering Điều khiển lưu lượng

Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1. 1. Lớp chuyển tiếp tương đương........................................................ 16
Hình 1. 2. Nhãn MPLS.................................................................................... 17
Hình 1. 3. Ngăn xếp nhãn................................................................................ 18
Hình 1. 4. Kiến trúc MPLS ............................................................................. 19
Hình 1. 5. Cơ chế hoạt động của MPLS ......................................................... 21
Hình 1. 6. Mào đầu gói tin LDP...................................................................... 21
Hình 1. 7. Định dạng bản tin LDP .................................................................. 22
Hình 1. 8. Định dạng TLV .............................................................................. 24
Hình 1. 9. Quá trình thiết lập phiên LDP ........................................................ 26
Hình 1. 10. Cấu trúc dữ liệu trong MPLS....................................................... 31
Hình 1. 11. Cấu trúc NHLFE .......................................................................... 32

Hình 1. 12. Cấu trúc FEC-to-NHLFE ............................................................. 32
Hình 1. 13. Cấu trúc ILM................................................................................ 32
Hình 2. 1. Điều khiển lưu lượng trong mạng xếp chồng ................................ 37
Hình 3. 1. Các thành phần của MPLS-TE(Nguồn: www.cisco.com)............. 41
Hình 3. 2. Cấu trúc đối tượng ERO ................................................................ 56
Hình 3. 3. Bản tin RESV LABEL ................................................................... 59
Hình 3. 4. Thiết lập đường hầm bước 1 .......................................................... 60
Hình 3. 5. Thiết lập đường hầm bước 2 .......................................................... 61
Hình 3. 6. Thiết lập đường hầm bước 3 .......................................................... 61
Hình 3. 7. Thiết lập đường hầm bước 4 .......................................................... 62
Hình 3. 8. Thiết lập đường hầm bước 5 .......................................................... 62
Hình 3. 9. Thiết lập đường hầm bước 6 .......................................................... 63
Hình 3. 10. Định tuyến tĩnh (Nguồn:www.cisco.com) ................................... 64
Hình 3. 11. Định tuyến theo chính sách(PBR) (Nguồn: www.cisco.com) ..... 65

Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


7

Hình 3. 12. Ví dụ tính năng Autoroute ........................................................... 67
Hình 4. 1. Cấu trúc phân lớp một nút chính của mạng VNN ......................... 77
Hình 4. 2. Cấu trúc mạng VNN ...................................................................... 78
Hình 4. 3.Cấu trúc MPLS cho mạng VNN ..................................................... 79
Hình 5. 1. Minh hoạ hoạt động của chương trình ........................................... 85

Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


8

MỞ ĐẦU

Hiện nay, sự bùng nổ của công nghệ thông tin đã kéo theo sự bùng nổ
nhu cầu sử dụng Internet. Lưu lượng mạng ngày một lớn, yêu cầu đòi hỏi của
người dùng ngày càng cao đã đặt các nhà hoạch định và nghiên cứu trong lĩnh
vực Internet trước các thách thức ngày một lớn. Sự tăng trưởng nhanh chóng
của mạng Internet đã bộc lộ những mặt hạn chế của giao thức chuyển gói IP.
Các hạn chế của giao thức IP có thể thấy sự hạn chế trong điều khiển lưu
lượng, sự phức tạp trong cơ chế chuyển tiếp gói tin, gây ra lãng phí tài
nguyên, gây trễ trong xử lý và ngốn tài nguyên của các thiết bị mạng.
Sự ra đời của giao thức chuyển mạch nhãn đã tạo ra các bước tiến quan
trọng trong việc phát triển mạng Internet. Cơ chế chuyển mạch nhãn đa giao
thức là sự kết hợp những ưu điểm của định tuyến IP với khả năng chuyển
mạch nhanh của giao thức ATM. Với các tính năng nổi trội, khả năng hỗ trợ
điều khiển lưu lượng rất tốt của MPLS đã khắc phục được hạn chế của giao
thức IP, giúp cho quá trình hoạch định, khai thác và sử dụng tài nguyên
Internet có hiệu quả. Với khả năng rất lớn trong điều khiển lưu lượng, MPLS
đang ngày càng trở nên là một công nghệ quan trọng trong mạng. Việc nghiên
cứu, tìm hiểu về cơng nghệ MPLS và tính năng điều khiển lưu lượng trở
thành một vấn đề cấp thiết. Vì vậy, tơi đã chọn đề tài “Công nghệ chuyển
mạch nhãn đa giao thức MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS”.
Đề tài được thực hiện gồm 5 chương:
Chương 1 - Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức
Chương 2 - Tổng quan về diều khiển lưu lượng trên mạng
Chương 3 - Điều khiển lưu lượng trong MPLS

Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS

9

Chương 4 - Ứng dụng MPLS-TE trong mạng
Chương 5 - Xây dựng module mơ phỏng thuật tốn định tuyến ràng
buộc trong MPLS
Cuối cùng là kết luận và khuyến nghị.
Tôi xin chân thành cám ơn PGS.TS Phạm Minh Hà đã trực tiếp hướng
dẫn và chỉ bảo tận tình cho tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp. Đồng thời, tôi
cũng xin chân thành cám ơn các anh chị đồng nghiệp ở công ty VDC đã tạo
điều kiện cho tôi trong thời gian làm luận văn.

Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


10

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO
THỨC (MPLS)
1.1. Tổng quan về các vấn đề cơ bản trong chuyển gói IP thơng thường
1.1.1. Phương thức định tuyến lớp mạng
Các phương thức chuyển gói lớp mạng thơng thường (ví dụ như q
trình chuyển gói IP trên Internet) phụ thuộc vào các thông tin do các giao thức
định tuyến động (OSPF,BGP) hoặc định tuyến tĩnh cung cấp. Qua đó đưa ra
bảng các quyết định chọn đường để chuyển gói tại mỗi chặng (mỗi router)
trong mạng. Các quyết định này lại dựa trên địa chỉ IP unicast đích, do vậy
nếu khơng tồn tại một đường đi khác có chi phí tương đương thì tất cả các gói
có cùng đích đến sẽ đi qua mạng trên cùng một đường. Nếu như có 2 đường
chi phí tương đương tới cùng 1 đích, các gói sẽ có thể chọn 1 hoặc cả 2 đường
dẫn đến việc chia sẻ tải ở một mức độ nào đó. Các router sẽ thực hiện q
trình xử lý xác định đường đi của gói.

1.1.2. Khả năng thực hiện phân biệt các gói
Chuyển gói IP thơng thường chỉ sử dụng địa chỉ IP đích có trên header
lớp 3 của gói để xác định đường đi. Phưng thức đó hạn chế nhiều cách tiếp
cận tiến bộ đối với thiết kế mạng và tối ưu hố dịng lưu lượng. Những kĩ
thuật hiện tại chưa thể xác định được toàn bộ tuyến đường mà gói đi qua
mạng tới đích cuối. ứng dụng các phương pháp như định tuyến điều khiển
(Policy based Routing: PBR) trên các router trục có thể làm giảm đáng kể tính
năng của router trục và có thể dẫn đến việc khó thay đổi thiết kế mạng. Sẽ là
lý tưởng nếu như các router biên có thể xác định được nên chuyển gói qua các

Cơng nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


11

đường trục nào. PBR cịn có thể gây ra các vịng lặp và khó ứng dụng được
trong các mạng kích cỡ lớn.
Phần lớn các nhà cung cấp dịch vụ đều triển khai mạng lưới với một số
đường dư thừa. Đó là đòi hỏi cần thiết để cho phép thiết bị định tuyến đầu vào
có khả năng quyết định chuyển gói và dán nhãn cho gói. Đồng thời điều này
cũng cho phép các gói được gửi tới cùng một mạng IP có thể chọn các đường
đi riêng rẽ thay cho tuyến đã được xác định bởi giao thức định tuyến lớp 3.
1.1.3. Chuyển gói và điều khiển độc lập
Với q trình chuyển gói IP thơng thường, bất kỳ thay đổi nào về thơng
tin điều khiển q trình chuyển gói sẽ được truyền tới tất cả các thiết bị trong
toàn miền định tuyến kéo theo sự thay đổi của các thuật toán chuyển gói. Điều
này gây nên sự phức tạp trên tồn mạng và tạo nên lưu lượng thừa. Sẽ là hợp
lý hơn nếu như có thể thay đổi thơng tin chuyển gói mà khơng làm ảnh hưởng
đến các thành phần khác của mạng. Để thực hiện được điều này, các thiết bị
chuyển gói (router) khơng thể tiếp tục phụ thuộc vào thơng tin trên header gói

IP để thực hiện q trình chuyển gói. Thay vào đó, một nhãn được thêm vào
gói để chỉ thị cách thức chuyển gói mong muốn. Như vậy bất kỳ thay đổi nào
của quá trình xử lý chuyển gói có thể được thơng tin tới các thiết bị khác
thông qua nhãn. Do các thiết bị chủ yếu chuyển lưu lượng dựa trên nhãn nên
tất cả các thay đổi trong q trình chuyển nhãn sẽ khơng ảnh hưởng đến các
thiết bị khác.
1.1.4. Q trình truyền thơng tin định tuyến ngồi
Q trình chuyển gói thơng thường trên mạng trục của một mạng IP địi
hỏi thơng tin định tuyến ngồi cần phải được truyền tới tất cả các thiết bị định
tuyến chuyển tiếp. Điều đó là cần thiết để các gói có thể được định tuyến dựa
trên địa chỉ đích chứa trong phần tiêu đề lớp mạng của gói. Router trục cần
Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


12

phải lưu trữ tất cả thông tin vế các tuyến có thể để có thể thực hiện q trình
truyền gói từ B đến M. Phương thức này có ảnh hưởng lớn đến quá trình định
tuyến, chiếm dụng bộ nhớ và sử dụng CPU trên router trục. Do vậy sẽ là tốt
hơn nếu chúng ta sử dụng một phương thức cho phép các thiết bị định tuyến
nội hạt có thể chuyển các gói qua mạng từ router đầu vào đến router đầu ra
mà khơng cần chú ý đến địa chỉ đích lớp mạng.
1.2. Khái niệm chuyển mạch nhãn đa giao thức
MPLS xuất phát từ công nghệ chuyển mạch IP do hãng Ipsilon
Networks phát triển và công nghệ chuyển mạch "thẻ" (Tag switching) của
Cisco Systems. MPLS xác định cấu trúc và giao thức để đóng gói lưu lượng
IP vào các thơng tin tiêu đề định tuyến.
MPLS thực chất là một mơ hình cơng nghệ kết hợp cho phép chuyển
gói nhanh ở phần trục và định tuyến như bình thường ở phần biên của mạng.
Nó kết hợp những ưu điểm lớn nhất của chuyển mạch kênh ảo ATM và định

tuyến gói IP. Gói tin được "dán " nhãn ở đầu vào của miền MPLS và được
chuyển mạch ở bên trong miền nhờ các bảng tìm kiếm (look-up table) đơn
giản. Miền MPLS thường là trục xương sống của một mạng. Các nhãn đồng
thời cũng chỉ định chất lượng dịch vụ cho gói tin. Tại router đầu ra (egress
router) ở biên của miền, các gói được bóc nhãn và tiếp theo được định tuyến
theo cách thơng thường về đích.
Trong MPLS , các gói được ánh xạ vào các lớp chuyển tiếp tương
đương (FEC) duy nhất 1 lần tại router đầu vào và nhãn tương ứng với FEC
được gán vào gói để gửi đi cùng. Nhãn có chiều dài cố định và chỉ có giá trị
nội bộ. ở những chặng tiếp theo tại những router trong miền MPLS, nhãn
được dùng như chỉ số tại các bảng định tuyến (thường gọi là các bảng chuyển
gói: forwarding table) để xác định chặng tiếp theo và giá trị mới của nhãn.
Q trình xử lý tiêu đề gói trong MPLS rất đơn giản. Đối với định tuyến IP
Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


13

thông thường, chặng tiếp theo được xác định trên cơ sở tiêu đề gói và bằng
cách sử dụng thuật tốn định tuyến lớp mạng. Định tuyến trong MPLS được
thực hiện dựa trên 2 chức năng chính: dồn một tập các gói có thể vào cùng
một FEC và chuyển FEC tới chặng tiếp theo. Q trình sắp xếp gói vào các
FEC có thể được thực hiện tương đối đơn giản tại tất cả các router trong định
tuyến IP thông thường.
MPLS là đa giao thức vì quá trình gán nhãn và chuyển gói dựa trên
nhãn có thể được thực hiện trên mọi giao thức mạng. Một MPLS router cơ sở
còn gọi là router chuyển nhãn (Label Switched Router - LSR ) và tuyến
đường đi của gói (được xác định bởi các LSR) qua miền MPLS gọi là đường
chuyển nhãn (Label Switched Path - LSP ).
Mạng MPLS sử dụng hai thành phần quan trọng là: các Router có khả

năng hỗ trợ MPLS gọi là các LSR (bộ định tuyến chuyển mạch nhãn) và giao
thức phân phối nhãn LDP (Label Distribution Protocol). Khi LSR gửi một gói
tới chặng tiếp theo nó cũng đồng thời gửi theo một nhãn. LSR tiếp theo trong
mạng không cần phân tích tiêu đề của gói mà chỉ cần đọc nhãn MPLS và
dùng nhãn đó để tham chiếu vào bảng định tuyến của chúng để xác định
chặng tiếp theo. Các LSR sử dụng giao thức LDP để thông báo (cập nhật)
cho nhau về bảng định tuyến của chúng (bảng định tuyến chỉ ra phương thức
xử lý gói và nhãn đầu ra cho gói).
Một gói có nhãn thường mang nhiều nhãn được sắp xếp theo kiểu stack
nhãn vào sau ra trước (LIFO). Các nhãn thường được thể hiện dưới dạng gói
gọn hoặc thêm vào trong phần tiêu đề gói. Tại một router, quyết định chuyển
gói thường dựa vào nhãn trên cùng, và độc lập với các nhãn nằm dưới. Stack
nhãn như vậy rất thuận tiện cho việc ứng dụng tạo đường hầm và phân cấp.
Các ưu điểm của MPLS so với định tuyến thông thường là hiển nhiên
trong một số trường hợp như dưới đây:

Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


14

• Việc chuyển gói MPLS có thể được thực hiện bằng các chuyển mạch
dựa trên công nghệ ASIC, do chỉ bao gồm chức năng tìm kiếm đơn
giản trong bảng và tráo nhãn. Q trình tính tốn cường độ lớn để tìm
kiếm địa chỉ trong định tuyến thơng thường đã bị loại bỏ hồn tồn.
• Gói tới từ các nguồn khác nhau có thể được phân biệt tại router đầu
vào bằng cách sắp xếp vào các FEC khác nhau. Điều này hơn hẳn so
với định tuyến IP thông thường khi mà thông tin tiêu đề chỉ dùng để
thực hiện quyết định việc chọn tuyến.
• MPLS cho phép phân biệt các gói dựa trên router đầu vào. Điều này

khó thực hiện trong định tuyến IP do địa chỉ router trung gian không
được lưu trong tiêu đề.
• Do việc sắp xếp các gói vào các FEC tại LSR đầu vào chỉ là một
hành động nhất thời nên các thuật tốn sắp xếp có thể phức tạp tuỳ
theo u cầu.
• Khơng giống định tuyến IP thông thường phải mang theo một tập
thông tin địa chỉ, MPLS chỉ cần mang theo nhãn trên một tuyến
đường cố định.
1.3. Các thành phần của MPLS
1.3.1.Router chuyển mạch nhãn
Router chuyển mạch nhãn (Label Switch Router-LSR) là thiết bị có khả
năng chuyển tiếp các gói tin IP thơng thường cũng như các gói tin MPLS, gán
nhãn, bỏ nhãn, trao đổi nhãn.

Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


15

1.3.2. Router chuyển mạch nhãn biên
Router chuyển mạch nhãn biên(Label Edge Router-LER) là thiết bị vừa
là router vừa là switch lớp 2, có khả năng chuyển tiếp các khung MPLS đến
và ra khỏi miền MPLS. Nó thực hiện việc kết hợp IP đến các lớp chuyển tiếp
tương đương MPLS. LER thực hiện việc chèn nhãn (còn gọi là push) và bỏ
nhãn (còn gọi là pop) ở biên của mạng MPLS. Chèn nhãn là thủ tục thêm một
nhãn, hoặc chồng nhãn vào một gói ở điểm vào miền MPLS(theo chiều truyền
của luồng dữ liệu). Bỏ nhãn là quá trình ngược lại, bỏ nhãn cuối cùng khỏi gói
ở điểm ra trước khi được chuyển tiếp đến router lân cận bên ngoài miền
MPLS
1.3.3. Đường chuyển mạch nhãn

Đường chuyển mạch nhãn(Label Switch Path-LSP) là đường chuyển
mạch từ đầu vào đến đầu ra, được xây dựng bởi các nút mạng MPLS để
chuyển tiếp các gói tin MPLS của một FEC sử dụng cơ chế chuyển tiếp trao
đổi nhãn. Cơ chế này tương tự khái niệm kênh ảo trong ATM.
1.3.4. Lớp chuyển tiếp tương đương
Lớp chuyển tiếp tương đương (Forwarding Equivalent Class - FEC) là
một tập hợp các gói tin được đối xử giống nhau bởi bộ định tuyến, tức là
chuyển tiếp ra cùng giao diện với cùng next-hop và nhãn, và được gán cùng
một lớp dịch vụ. Khi một gói tin vào miền MPLS ở nút biên, nó được ánh xạ
vào FEC. Việc ánh xạ này có thể được thực hiện theo một số nhân tố, chẳng
hạn như tiếp đầu địa chỉ, cặp địa chỉ đích/nguồn, hoặc giao diện vào. Hiện tại,
có ba thành phần FEC được định nghĩa là tiếp đầu địa chỉ, router ID và luồng
(cổng nguồn/đích và địa chỉ IP). Một nhóm các gói tin IP sẽ được chuyển tiếp
qua cùng một đường và được đối xử giống nhau và có thể được ánh xạ vào
một nhãn bởi một LSR như trong hình 1.1.
Cơng nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


16

Hình 1. 1. Lớp chuyển tiếp tương đương
1.3.5. Nhãn
Nhãn là một giá trị định danh có độ dài cố định, được dùng để xác định
một FEC. Một gói tin có thể được gán vào FEC dựa trên địa chỉ đích lớp
mạng của nó, tuy nhiên, nhãn khơng mã hóa trực tiếp bất kỳ thông tin nào từ
header lớp mạng.
Trong trường hợp ATM, nhãn được đặt hoặc trong trường VCI hoặc
trong trường VPI của header ATM. Tuy nhiên, nếu khung là khung Frame
Relay, nhãn chiếm trong trường DLCI của khung Frame Relay.
Các công nghệ lớp 2 như Ethernet, Token Ring, FDDI và các tuyến

điểm nối điểm không thể sử dụng trường địa chỉ lớp 2 để mang nhãn. Những
công nghệ này mang nhãn trong shim header. Đây là phần thông tin được
chèn giữa header của lớp liên kết dữ liệu và lớp mạng, như chỉ trong hình 1.2.
Cách sử dụng shim header cho phép MPLS hỗ trợ trên hầu hết các công nghệ
lớp 2.

Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


17

Hình 1. 2. Nhãn MPLS
Việc hỗ trợ shim header địi hỏi router gửi phải có cách để chỉ cho
router nhận biết rằng khung chứa shim header. Việc này được mỗi công nghệ
khác nhau xử lý khác nhau. Ethernet sử dụng giá trị kiểu 0x8847 và 0x8848
để chỉ ra sự có mặt của shim header. Giá trị 0x8847 để chỉ ra khung đang
mang gói MPLS unicast, cịn giá trị 0x8848 để chỉ ra khung đang mang gói
MPLS multicast. PPP sử dụng NCP được sửa đổi, còn gọi là giao thức điều
khiển MPLS(MPLSCP) và đánh dấu tất cả các gói chứa shim header với giá
trị 0x8281 trong trường giao thức PPP.
Nhãn chứa các trường sau:
• Trường nhãn có độ dài 20 bit, mang giá trị thực của nhãn MPLS
• Trường CoS có độ dài 3 bit, tác động đến giải thuật hàng đợi và hủy bỏ
gói áp dụng trên gói tin khi truyền qua mạng
• Trường S(Stack) có độ dài 1 bit, để xác định có ngăn xếp nhãn hay
khơng. Giá trị S=1 là có ngăn xếp nhãn, S = 0 là khơng có.
• Trường TTL(Time-To-Live)(8 bits), là trường TTL của gói IP

Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS

18

1.3.6. Ngăn xếp nhãn
Ngăn xếp nhãn là một tập hợp có thứ tự các nhãn được ghép thêm vào
gói mà cho phép mang chính xác thơng tin về nhiều hơn một FEC chứa gói
tin và tương ứng với các LSP mà gói tin có thể được truyền. Ngăn xếp nhãn
biểu thị như một chuỗi nhãn nằm sau mào đầu của lớp liên kết dữ liệu, nhưng
nằm trước bất kỳ mào đầu lớp mạng nào. Các nhãn trong ngăn xếp nhãn có
thể được “push”, tức là đặt vào ngăn xếp nhãn, và “pop”, tức là lấy nhãn khỏi
ngăn xếp. Các nhãn LSP 1 và LSP 2 có thể được xếp chồng trong các khung
MPLS với nhãn LSP3, như trong hình 1.2. Việc xếp chồng các nhãn cho phép
tạo đường hầm trong miền MPLS.

Hình 1. 3. Ngăn xếp nhãn
1.4. Cơ chế hoạt động của MPLS
Kiến trúc MPLS mô tả cơ chế thực hiện chuyển mạch nhãn, kết hợp lợi
ích chuyển tiếp gói dựa trên chuyển mạch lớp 2 với lợi ích của định tuyến lóp
3. Tương tự các mạng lớp 3 (ví dụ, Frame Relay hoặc ATM), MPLS gán nhãn
vào các gói để truyền qua mạng gói hoặc mạng tế bào. Cơ chế chuyển tiếp
qua mạng là trao đổi nhãn, trong đó các đơn vị dữ liệu (gói, tế bào) mang một

Cơng nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


19

nhãn có độ dài ngắn, cố định để cho các nút chuyển mạch biết làm thế nào xử
lý và chuyển tiếp gói.
Sự khác biệt rõ nhất giữa cơng nghệ MPLS và các công nghệ WAN

truyền thống khác là cách các nhãn được gán và khả năng mang chồng nhãn
được gắn theo gói.
Kiến trúc MPLS được chia vào hai thành phần riêng biệt: Thành phần
chuyển tiếp( còn gọi là mặt phẳng dữ liệu) và thành phần điều khiển (còn gọi
là mặt phẳng điều khiển). Thành phần chuyển tiếp sử dụng một cơ sở dữ liệu
chuyển tiếp nhãn được lưu trữ bởi bộ chuyển mạch nhãn để thực hiện chuyển
tiếp các gói dữ liệu dựa vào các nhãn trong gói tin. Thành phần điều khiển
tương ứng với việc tạo và duy trì thơng tin chuyển tiếp nhãn (cịn gọi là việc
gán nhãn-bindings) trong nhóm các chuyển mạch nhãn được nối với nhau.
Hình 1.3 chỉ ra kiến trúc cơ bản của một nút MPLS thực hiện định tuyến IP.

Hình 1. 4. Kiến trúc MPLS

Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


20

Mỗi nút mạng MPLS phải chạy giao thức định tuyến (hoặc dựa vào
định tuyến tĩnh) để trao đổi thông tin định tuyến IP với các nút mạng MPLS
khác trong mạng. Với ý nghĩa này, mỗi nút mạng MPLS là một bộ định tuyến
IP trên mặt phẳng điều khiển.
Tương tự với các bộ định tuyến truyền thống, các giao thức định tuyến
IP quảng bá bảng định tuyến IP. Trong các bộ định tuyến truyền thống, bảng
định tuyến IP được sử dụng để xây dựng bộ đệm chuyển tiếp IP( bộ đệm
chuyển mạch nhanh trong Cisco IOS) hoặc bảng chuyển tiếp IP(FIBForwarding Information Base). Trong một nút mạng MPLS, bảng định tuyến
được sử dụng để xác định cơ chế trao đổi việc kết hợp nhãn, trong khi các nút
MPLS lân cận trao đổi nhãn cho các mạng con(subnet) riêng trong bảng định
tuyến IP. Việc trao đổi kết hợp nhãn cho định tuyến IP dựa trên địa chỉ đích
được thực hiện sử dụng giao thức phân phối thẻ(Tag Distribution ProtocolTDP) của Cisco hoặc giao thức phân phối nhãn(Label Distribution ProtocolLDP) của IETF. Tiến trình điều khiển định tuyến MPLS IP sử dụng các nhãn

được trao đổi với các nút mạng MPLS lân cận để xây dựng bảng chuyển tiếp
nhãn, là cơ sở dữ liệu mặt phẳng chuyển tiếp được dùng để chuyển tiếp
Hình 1.4 mô tả cơ chế hoạt động của MPLS

Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


21

Hình 1. 5. Cơ chế hoạt động của MPLS
1.4.1. Giao thức phân phối nhãn LDP
1.4.1.1. Mào đầu gói tin LDP
Định dạng phần mào đầu của gói tin LDP như sau:

Hình 1. 6. Mào đầu gói tin LDP
Mào đầu gói tin LDP bao gồm các trường sau:
• Version : Hiện tại, phiên bản duy nhất cùa LDP là 1
Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


22

• PDU Length: Độ dài của PDU, bao gồm cả dữ liệu được mang trong
gói sau phần mào đầu
• LDP Identifier: Chuỗi định danh LDP là một chuỗi dài 6 octet được
sử dụng để xác định không gian nhãn đặc biệt. Bốn octet đầu tiên của
chuỗi định danh LDP này là LSR-ID. Giá trị của hai octet sau phụ
thuộc vào khơng gian nhãn. Nếu gói tin LDP này thuộc khơng gian
nhãn chung(global), hai octet này đều bằng 0. Nếu gói tin LDP này
thuộc không gian nhãn mỗi giao diện, hai octet này là các số duy nhất

được gán bởi bên phát ra gói tin LDP. Theo quy ước, chuỗi định danh
này được viết theo dạng: RouterID:định danh khơng gian. Vì vậy,
quảng bá không gian nhãn chung từ một router với LSR-ID 1.2.3.4
được viết là 1.2.3.4:0; không gian nhãn mỗi giao diện được viết là
1.2.3.4:1 hoặc một số khác 0 khác.
1.4.1.2. Định dạng bản tin LDP
Sau phần mào đầu của gói tin sẽ là bản tin LDP, có dạng chung như
sau:

Hình 1. 7. Định dạng bản tin LDP
Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS


23

Bit U được đặt là 1 nếu kiểu bản tin khơng biết. Tuy nhiên, trong đặc tả
LDP khơng có bản tin nào có kiểu là khơng biết, nên bit này ln là 0.
Các giá trị có thể của Message Type:
Tên bản tin

Giá trị

Notification

0x0001

Hello

0x0100

Initialization

0x0200

Keepalive

0x0201

Address

0x0300

Address Withdraw

0x0301

Label Mapping

0x0400

Label Request

0x0401

Label Release

0x0403

Label Withdraw

0x0402

Label Abort Request

0x0404

Message Length là độ dài của các trường sau trường Message Length(
Message ID + Mandatory Parameters + Optional Parameters). Message
Length được tính theo byte.
Message ID đơi khi được sử dụng để liên kết một số bản tin với nhau.
Ví dụ, một bản tin được gửi để đáp lại một bản tin khác sử dụng Message ID
của bản tin mà nó đang phải đáp lại.

Công nghệ MPLS và điều khiển lưu lượng trong MPLS