Điều khiển tắc nghẽn mạng mpls cơ chế fate và fate+

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------------

ĐỖ GIANG NAM

ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN MẠNG MPLS
CƠ CHẾ FATE, FATE +

Chuyên ngành : KỸ THUẬT VÔ TUYẾN VÀ ĐIỆN TỬ
Mã số ngành : 2.07.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2004


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
------------***-------------

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS.PHẠM HỒNG LIÊN

Cán bộ chấm nhận xét 1 : NGUYỄN MỘNG HÙNG

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. NGUYỄN NHƯ ANH

Luận văn thạc só được bảo vệ tại
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 16 tháng 8 năm 2004

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

--------------

------------------------

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : ĐỖ GIANG NAM

Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 24/10/1979

Nơi sinh : Tiền Giang

Chuyên ngành : KỸ THUẬT VÔ TUYẾN-ĐIỆN TỬ Mã số :2.07.01
TÊN ĐỀ TÀI : ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN MẠNG MPLS, CƠ CHẾ FATE
– FATE +
II-NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :
¾ Tìm hiểu về mạng MPLS.
¾ Các cơ chế điều khiển tắc nghẽn hiện có.
¾ Các cơ chế điều khiển tắc nghẽn đang được đề nghị FATE, FATE+.

¾ Mơ phỏng, so sánh kết quả các cơ chế trên.
III-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 9/2/2004
IV-NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/7/2004
V-HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS.PHẠM HỒNG LIÊN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM NGÀNH

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
Ngày
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

tháng

năm

KHOA QUẢN LÝ NGÀNH


ABSTRACT
In operational IP networks, it has been difficult to incorporate effective
traffic engineering due to the limited capabilities of the IP technology.
Multiprotocol Label Switching (MPLS) offers new possibilities for traffic

control mechanisms. In this theory, present congestion control model, which
allows to evaluate QoS characteristics using MPLS features. FATE (Fast
Acting Traffic Engineering) method is realized in this model, which solves the
problem of dynamically managing traffic flows through the network by rebalancing streams during periods of congestion. The analytical model of
LSR, which estimates QOS parameters: delay and loss probability, analytical
formulas it was made on imitation network model and simulation results are
presented.


1

MỤC LỤC

PHẦN 1 .....................................................................................................................17
GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT......................................................................................17
MPLS @ G.MPLS ....................................................................................................17
CHƯƠNG 1 ................................................................................................................18
CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS.....................................................18
1.1 Sự Cần Thiết Chuyển Đổi Công Nghệ Mạng: ............................................................................................18
1.2 Thành phần chính của MPLS........................................................................................................................19
1.3 Hoạt động của MPLS.....................................................................................................................................29
1.4 Kênh trong MPLS..........................................................................................................................................31
1.5 Kỹ thuật lưu lượng và QoS ............................................................................................................................33
1.6 Cấu trúc giao thức ..........................................................................................................................................36
1.7 Các Dạng Hàng Đợi Trong Router ..............................................................................................................37
1.7.1 Phương pháp hàng đợi FIFO..................................................................................................................38
1.7.2 Phương Pháp Hàng Đợi Ưu Tiên (queung Prio)..................................................................................39
1.7.3 Phương Pháp Hàng Đợi Tuỳ Định(Custom queuing discipline) ........................................................41
1.7.4 Phương Pháp Hàng Đợi WFQ ...............................................................................................................42

CHƯƠNG 2 ................................................................................................................45
CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC ................................................................45
TỔNG QUÁT G.MPLS...............................................................................................45


2

2.1 Nền tảng ..........................................................................................................................................................46
2.2 Optical Internet..............................................................................................................................................47
2.3 Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS) ...............................................................................50
2.3.1 Giới thiệu .................................................................................................................................................50
2.3.2 Chuyển mạch bước sóng đa giao thức (MPλS) ...................................................................................51
Sự giống nhau giữa MPLS và MPλS...........................................................................................................52

Sự khác nhau giữa MPLS và MPλS ............................................................................................................53
2.4 Cấu trúc của mạng quang IP-MPLS-MPλS................................................................................................56

PHẦN 2........................................................................................................................58
CÁC CƠ CHẾ ...........................................................................................................58
ĐẢM BẢO CHẤT LƯNG ......................................................................................58
DỊCH VỤ...................................................................................................................58
CHƯƠNG 3 ................................................................................................................59
CƠ CHẾ BẢO VỆ MẠNG MPLS ...............................................................................59
3.1 Cơ Chế Dự Phòng (Standby).........................................................................................................................60
3.2 Định Tuyến Lại Luồng Lưu Lượng Nhanh (FRR)......................................................................................62

CHƯƠNG 4 ................................................................................................................64
ĐIỀU KHIỂN TẮC NGHẼN TRONG MẠNG MPLS .................................................64
4.1 Động Lực Thúc Đẩy Kỹ Thuật Lưu Lượng Hành Động Nhanh (FATE) .................................................64
4.2 Phạm Vi Kỹ Thuật Lưu Lượng .....................................................................................................................65

4.2.1 Môi Trường Cung Cấp Đa Dịch Vụ......................................................................................................66
4.2.2 Luồng Lưu Lượng Provisioning ............................................................................................................68
4.3 Mô tả cơ chế FATE ........................................................................................................................................71
4.3.1 Phát hiện nghẽn trên CR-LSP..............................................................................................................71
4.3.2 Tái thương thảo ( Renegotiation) .........................................................................................................79


3

4.3.2.1 Bảng bộ đệm (Buffer Table) ...........................................................................................................79
4.3.2.2 Bảng yêu cầu bộ đệm.......................................................................................................................80
4.3.2.3 Thủ Tục Tái Đàm Phán ....................................................................................................................81
4.3.4 Thủ tục giám sát .....................................................................................................................................91
4.4 Mô Tả Sơ Đồ Fate+ ........................................................................................................................................95
4.4.1 Phản ứng của LSR đối với nghẽn ..........................................................................................................96
4.4.1.1 Di Chuyển Cr-Lsp Lên Chuỗi Bộ Đệm Cao Hơn ...........................................................................96
4.4.1.2 Định Tuyến Lại CR-LSP Bằng Cách Chọn LSR Hướng Xuống ....................................................97
4.4.1.3 Định tuyến lại bằng LSR hướng lên khác: ......................................................................................98

PHẦN 3......................................................................................................................102
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ............................102
CHƯƠNG 5 ..............................................................................................................103
MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.................................................................103
5.1 Giới thiệu: .....................................................................................................................................................103
5.1.1 MNS hỗ trợ QoS....................................................................................................................................105
5.1.2 Thiết kế và thực hiện của MNS ..........................................................................................................106
5.1.2.1 Chuyển mạch nhãn (Label Switching) ..........................................................................................106
5.1.2.2 Xử lý lưu lượng thời gian thực MPLS ............................................................................................107
5.1.2.3 Dành trước tài nguyên ....................................................................................................................108
5.1.3 Phân Cấp ...............................................................................................................................................109

5.1.4 Môi trường mô phỏng...........................................................................................................................110
5.2 Kết Quả Mô Phỏng: .....................................................................................................................................110
5.2.1 Các cơ chế bảo vệ trong mạng MPLS:...............................................................................................111
5.2.1.1 Kịch bản 1 (Hot Standby): .............................................................................................................112
Ti le so goi mat tren tong so goi truyen: 2.8459821428571428 % .................114
5.2.1.2 Chương trình (Cold Standby): ........................................................................................................114
5.2.1.1 Chương trình 3 (Fast Reroute): ......................................................................................................117
5.2.2 Các cơ chế đang được đề nghị:............................................................................................................121
5.2.2.1 Chương trình 4 (FATE): .................................................................................................................121
5.2.2.2 Chương trình 5 (FATE): .................................................................................................................128
5.2.2.3 Chương trình 6 (FATE +):..............................................................................................................136
5.2.2.4 Kịch bản 7 (FATE +): ....................................................................................................................145

CHƯƠNG 6 .............................................................................................................155


4

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .....................................................155
TÀI LIỆU THAM KHAÛO..................................................................................................................................158


5

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1 Các thành phần điểu khiển và chuyển tiếp........................................................ 20
Hình 1-2 Định dạng nhãn tổng quát MPLS......................................................................... 23
Hình 1-3 ATM như lớp Data Link ....................................................................................... 24
Hình 1-4 Frame Relay như lớp Data Link........................................................................... 24
Hình 1-5 Point-to-Point (PPP)/Ethernet như lớp Data Link ............................................ 24

Hình 1-6 Tạo LSP và Chuyển Gói xuyên qua miền MPLS ............................................... 30
Hình 1-7 Kênh trong MPLS .................................................................................................. 33
Hình 1-8 MPLS Protocol Stack............................................................................................. 37
Hình 1-9 Hàng đợi FIFO ........................................................................................................ 38
Hình 1-10 Hàng đợi ưu tiên ................................................................................................... 40
Hình 1-11 Ví dụ về hàng đợi ưu tiên ..................................................................................... 41
Hình 1-12 Hàng đợi tùy định ................................................................................................. 42
Hình 1-13 Hàng đợi WFQ ...................................................................................................... 43
Hình 2.1: Cấu trúc mạng Optical Internet ......................................................................... 49
Hình 2.2: GMPLS, MPLS và MPλS hoạt động.................................................................. 55
Hình 2.3: TCP/IP 5 Layer tổng hợp MPLS, MPλS, và GMPLS....................................... 55
Hình 2.4: Cấu trúc của mạng quang IP/MPLS/MPλS ....................................................... 56
Hình 3-1 LSP Standby............................................................................................................ 60
Hình 3-2 Khi Primary LSP lỗi............................................................................................... 61
Hình 3-3 Fast-reroute ............................................................................................................ 63
Hình 3-4 Fast-reroute lỗi ....................................................................................................... 63
Hình 4-1 Cấu hình bộ đệm..................................................................................................... 66
Hình 4-2 Multi-Service Provisioning ................................................................................... 67
Hình 4-3 : Ví dụ Lịch trình Template .................................................................................. 67
Hình 4-4 Thành lập lưu lượng ............................................................................................... 69
Hình 4-5 Chuỗi bộ đệm giống nhau dọc theo CR-LSP ...................................................... 70
Hình 4-6 Thành lập CR-LSP thông qua lớp dịch vụ cao hơn. ........................................... 70
Hình 4-7 CR-LSP đi qua nhiều kiểu dịch vụ ....................................................................... 71
Hình 4-8 Phát hiện nghẽn trong bộ đệm Best Effort ........................................................ 72
Hình 4-9 Cấu hình QoS bộ đệm ............................................................................................ 72
Hình 4-10 Tính toán mất gói tại bộ đệm ngõ vào ............................................................... 73
Hình 4-11 LSR quan sát nguồn gốc phát hiện nghẽn ......................................................... 74
Hình 4-12 LSR Child Alarm Process ................................................................................... 75
Hình 4-13 Congestion Indication TLV................................................................................. 76

6

Hình 4-14 LSR nhận thông điệp CIN................................................................................... 77
Hình 4-15 xử lý tái đàm phán ................................................................................................ 82
Hình 4-16 Chỉ Định Băng Thông trong chuỗi bộ đệm cao hơn......................................... 83
Hình 4-17 Reneg Success TLV.............................................................................................. 84
Hình 4-17 Thủ tục LSR nhận RenegSuccess....................................................................... 85
Hình 4-18 Reneg Failure TLV .............................................................................................. 86
Hình 4-19 Thủ tục LSR nhận RenegFailure ....................................................................... 86
Hình 4-20 Cập nhật bảng Updating Buffer Table trên Reneg Failure ........................... 87
Hình 4-21 Gỡ bỏ cổng từ Buffer Table trên Reneg Failure nhận được .......................... 87
Hình 4-22 LSR tái đàm phán theo CR-LSP có sẵn. ........................................................... 88
Hình 4-23 Agreed Parameter TLV...................................................................................... 88
Hình 4-24 Negotiated Parameter TLV................................................................................ 89
Hình 4-25 Chỉ định tài nguyên thành công.......................................................................... 90
Hình 4-26 Chỉ định tài nguyên không thành công.............................................................. 90
Hình 4-27 Statistical Control TLV ....................................................................................... 92
Hình 4-28 Thủ tục LSR nhận Status Request ..................................................................... 93
Hình 4-29 Statistical Information TLV ............................................................................... 94
Hình 4-30 Statistical TLV...................................................................................................... 94
Hình 4-31 CR-LSP Định Tuyến Lại Đi Qua Chuỗi Bộ Đệm Khác .................................. 97
Hình 4-32 Định Tuyến Lại CR-LSP Bằng Cách Chọn LSR Hướng Xuống .................... 98
Hình 4-33 No Resources TLV ............................................................................................... 99
Hình 4-34 CR-LSP định tuyến lại bằng LSR khác ........................................................... 100
Hình 4-35 Resources Available TLV ................................................................................. 101
Hình 5.1 Các Khái Niệm Của MNS.................................................................................... 105
Hình 5.2 Cấu trúc của node MPLS cho chuyển mạch nhãn ........................................... 106
Hình 5.3 Xử lý lưu lượng Qos MPLS của node MPLS và Link ....................................... 108
Hình 5.4 Quy trình dành trước tài nguyên của node MPLS ........................................... 109

Hình 5.5 Phân cấp trong MNS ............................................................................................ 110


7

THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT
AF

Assured
Forwarding

Chuyển tiếp đảm
bảo

AR

Access Router

Router truy cập

Cung cấp các lớp khác nhau đảm bảo
chuyển tiếp cho các gói IP nhận được từ
một user. Có 4 lớp AF được định nghĩa
và mỗi lớp có 3 giá trị ưu tiên rơi.

Autonomous
System

Hệ thống tự trị

Là một miền định tuyến có chung quyền
quản lý và thích hợp với chính sách định
tuyến nội. Một hệ thống tự trị AS có thể
tham gia vào nhiều giao thức định tuyến
bên trong một miền và giao tiếp với các
AS khác qua một giao thức định tuyến
miền chung

Behavioral
Aggregate
Border Gatewate
Protocol

Tập hợp hành vi

Tập hợp các gói có chung đặc trưng,
định danh và đáp ứng của mạng

BR

Border Router

Router biên

CBQ

Clas Based
Queueing

Hàng đợi cơ sở lớp

AS

BA
BGP

Giao thức cổng biên

Định tuyến cơ sở ràng buột trên mỗi node
tự động tính tốn những đường tường
minh cho mỗi trung kế lưu lượng từ node
nguồn. Trong trường hợp này, mỗi trung
kế lưu lượng là một đặc trưng của đường
dẫn chuyển mạch nhãn mà thoả yêu cầu
được biểu thị trong thuộc tính của trung
kế, chịu những ràng buột bởi tài ngun
sẵn có, chính sách quản lý, thông tin
trạng thái của topo

CBR, CR

Constraint Based
Routing

Định tuyến cơ sở
ràng buột

CBS

Committed Burst

Size

Kích thước cụm tối đa cho phép ở tốc độ
Kích thước cụm uỷ
dữ liệu uỷ thác CDR. Khi một bucket CBS
thác
đầy thì nó tràn vào trong bucket EBS

CDR

Committed Data
Rate

Tốc độ dữ liệu uỷ
thác

CLIP

Classical IP

IP kinh điển

CR

Core Router

Router trung tâm

CR-LDP

Constraint Based
Routing Label
Distribution
Protocol

Giao thức phân bố
nhãn định tuyến cơ
sở ràng buột

Tốc độ mà miền MPLS uỷ thác cho CRLSP. Nó được xác định với các tham số
tốc độ dữ liệu uỷ thác (CDR) và kích
thước cụm uỷ thác (CBS)


8

DD

Diffirentiated+B13
Service Domain

Miền dịch vụ phân
biệt

Bao gồm một tập liên tục các node đồng
ý hay bất đồng dịch vụ phân biệt về một
tập hợp chung của các chính sách cung
cấp dịch vụ

DLCI

Data Link
Connection
Identifiers

Nhận dạng kết nối
tuyến dữ liệu

Nhận dạng kết nối tuyến dữ liệu trong mạng
Frame Relay

DF

Default Forwarding

Chuyển tiếp mặc
định

Miền MPLS DS khơng có đáp ứng đặc
biệt trong một gói

DS

DiffServ,
Diffirentiated
Service

Dịch vụ phân biệt

DSCP

Service Code Point

Mã điểm dịch vụ
phân biệt

DWDM

Dense Wavelength Ghép kênh phân
chia theo bước
Division
sóng mật độ cao
Multiplexing

Cung cấp các dịch vụ hơn là sự nỗ lực
tốt nhất, sử dụng trường dịch vụ phân
biệt DS. Cung cấp 3 lớp dịch vụ là
Premium với ứng dụng thời gian thực,
Asssure với ứng dụng yêu cầu độ tin cậy
và Best Effort với các ứng dụng chịu trễ

Đo phạm vi cho lưu lượng được gởi trên
đường dẫn vượt qua tốc độ dữ liệu uỷ
thác CDR. Nó được định nghĩa như một
giới hạn thêm vào trong bucket thẻ CDR

EBS

Excess Burst Size

Kích thước cụm
vượt

EF

Expedited
Forwarding

Chuyển tiếp xúc
tiến

Phương thức đảm bảo các gói có độ trễ
và suy hao thấp, tốc độ gói di chuyển
khỏi bộ đệm lớn hơn bằng tốc độ gói đưa
vào bộ đệm

Điều khiển chấp
nhận luồng

Q trình này xác định một tuyến hay
một node đủ tài nguyên để thoả mãn
QoS được yêu cầu cho một luồng. FAC
được ứng dụng tiêu biểu bởi mỗi node
trên đường dẫn của luồng trong thời gian
thiết lập để kiểm tra tài nguyên sẵn có
cục bộ.

FAC

Flow Admission

Control

FATE

Fast Acting Traffic Kỹ thuật lưu lượng
Engineering
phản ứng nhanh

Cơ chế điều khiển tắc nghẽn trong mạng
MPLS, đang được đề nghị.

FEC

Lớp chuyển tiếp
Forwarding
Equivalence Class tương đương

Tập hợp các gói được đối xử như nhau
bởi các router, nghĩa là chúng được
chuyển tiếp cùng giao tiếp với cùng
chặng tiếp theo và được ấn định cùng
một lớp phục vụ

FIS

Fault Information
Signal

FNT

FEC to NHLFE

Tín hiệu thơng tin
sự cố


9

GII

Global Information Cơ sở hạ tầng
thơng tin tồn cầu
Infrastructure

GMPLS

Generalized MultiProtocol Label
Switching

Chuyển mạch nhãn
đa giao thức tổng
quát

HLAC

Điều khiển chấp
High-Level
Admission Control nhận lớp cao

HR

Hosting Router

IETF

Internet
Engineering Task
Force

IGP

Interior Gatewate
Protocol

Giao thức cổng nội
bộ

ILM

Incoming Label
Map

Ánh xạ nhãn đưa
đến

Integrated Service
Architecture
Internet Service
Provider

Kiến trúc dịch vụ
tích hợp
Nhà cung cấp dịch
vụ

ISA
ISP

Router chủ

ITU

International
Hiệp hội viễn thông
Telecommunication
quốc tế
Union

LAN

Local Area Network Mạng cục bộ

LANE

LDP

Là q trình xác nhận có một luồng được
thiết lập hay không dựa trên sự đánh giá
và các yêu cầu chính sách của tồn bộ
sự sử dụng tài ngun của một

luồng.HLAC có thể trả về một sự cố ngay
cả khi FAC ở mỗi node của luồng chỉ thị
có đủ tài nguyên sẵn có.

Ánh xạ mỗi nhãn đưa đến tới một tập
hợp các NHLFE. Sử dụng khi chuyển tiếp
gói dán nhãn

Cung cấp phương tiện hỗ trợ cho các
mạng LANE thông thường qua mạng
ATM mà các ứng dụng đang tồn tại có
thể truyên trên khung dữ liệu giữa trạm
đầu cuối nếu chúng được nối với LANE
truyền thống. LANE không thay thế các
router mà nó cung cấp một dịch vụ lớp
MAC hồn chỉnh

LAN Emulation

Mô phỏng mạng
LAN

Label Distribution
Protocol

Tập hợp các thủ tục và thông điệp mà
các LSR thiết lập các đường dẫn chuyển
Giao thức phân bố mạch nhãn qua mạng bởi việc ãnh ạ
nhãn
thông tin định tuyến lớp mạng trực tiếp

đến các đường dẫn chuyển mạch lớp
tuyến dữ liệu


10

Gồm một router và một chuyển mạch lớp
2 có khả năng chuyển tiếp các khung
MPLS đi/đến từ miền MPLS.

LER

Label Edge Router

Router chuyển
mạch nhãn biên

LIS

Logical Internet
Protocol Subnet

Mạng con giao thức
Internet luận lý

LSA

Link State
Advertisements

Công bố trạng thái
tuyến

LSP

Label Switching
Path

Là đường dẫn từ ngõ vào đến ngõ ra xây
Đường dẫn chuyển dựng qua các node MPLS để chuyển tiếp
mạch nhãn
các gói đã địng gói MPLS của một FEC
nào đó

Label Switching
Router
Medium Access
Control
Metropolitan Area
Network

Router chuyển
Chuyển tiếp các gói ở lớp 3 và chuyển
mạch nhãn
tiếp khung đóng gói ở lớp 2
Điều khiển truy cập
trung gian
Mạng khu vực đơ
thị

MPLS

Multi-Protocol
Label Switching

Chuyển mạch nhãn
đa giao thức

MPλS

Chuyển mạch bước
Multi-protocol
Lambda Switching sóng đa giao thức

MPOA

Multi-Protocol Over Đa giao thức qua
ATM
ATM

LSR
MAC
MAN

NAP
NHLFE

Network Access
Point
Next Hop Label

Forwarding Entry

Hoạt động ở lớp 2 và lớp 3, có khả năng
cung cấp nối kết lớp 3 trực tiếp qua ATM
khi sử dụng các luồng tắt để khai thác
các đặc tính của ATM

Điểm truy cập mạng
Mục chuyển tiếp
chặng tiếp theo

Được sử dụng đối với gói dán nhãn

NHRP

Có một NHS trong mỗi LIS, tất cả các
Giao thức phân giải host trên LIS đăng ký đa truy cập phi
Next Hop
băng rộng và địa chỉ lớp liên mạng với
Resolution Protocol chặng kế
NHS khi khởi động

NHS

Next Hop Server

Server chặng kế

NGN

Next Generation
Network

Mạng viễn thông thế
hệ mới

OA

Ordered Aggregate Tổng hợp trình tự

OC

Optical Carrier

OSPF
OXC

Tập hợp các BA có cùng ràng buột về
thứ tự

Vật mang quang

Open Shortest Path Đường dẫn ngắn
Giao thức định tuyến IP nội bộ thuộc giao
nhất mở đầu
First
thức định tuyến trạng thái đường
Optical Cross
Đấu nối cheùo quang
Connects

11

PBS

PDR

PHB

PIL
PML

Peak Burst Size

Kích thước cụm
đỉnh

Kích thước tối đa của cụm cho phép ở
tốc độ đỉnh PDR

Peak Data Rate

Tốc độ tối đa mà lưu lượng có thể được
gởi đến đường dẫn chuyển mạch nhãn
định tuyến cơ sở ràng buột (CR-LSP). Nó
Tốc độ dữ liệu đỉnh
được định nghĩa với một bucket thẻ với
các tham số tốc độ đỉnh (PDR) và kích
thước cụm đỉnh (PBS).

Việc chuyển tiếp được tiến hành trên cơ
sở từng chặng do node dịch vụ phân biệt
Per Hop Behavior Hành vi từng chặng quyết định sự chuyển tiếp. Tại mỗi node
mã điểm dịch vụ phân biệt được sử dụng
để chọn PHB xác định một lịch trình đối
xử cho gói và có thể đánh rơi gói.
Protection Ingress LSR ngõ vào bảo
vệ
LSR
Protection Mergin
LSP kết hợp bảo vệ
LSP

POP

Points of Presente Điểm hiện diện

PSL

Protection
Switching LSR

LSR chuyển mạch
bảo vệ

QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

QoSR

QoS Routing

Định tuyến QoS

RED

Random Early
Detection

Phát hiện ngẫu
nhiên đầu

RSVP

Resource
ReSerVation
Protocol

Giao thức dự trữ tài
nguyên

SAP

Service Access
Point

Điểm truy cập dịch
vụ

SLA

Service Level
Agreements

Hợp đồng mức dịch
vụ

LSR mà có thể kết thúc một FIS và bắt
đầu chuyển mạch bảo vệ cho đường dẫn
hoạt động đến đường dẫn khôi phục
Xác định đường dẫn cho một luồng trên
cơ sở nhận biết tài nguyên có sẵn trong
mạng theo các yêu cầu QoS của luồng.

Hợp đồng giữa nhà cung cấp dịch vụ mạng
và khách hàng về các mức dịch vụ được cam
kết.


12

SONET

Synchronous
Optical Network

Mạng quang đồng
bộ

TCP

Transmition
Control Protocol

ToS

Type of Service

Giao thức điều
khiển truyền dẫn
Trường dạng dịch
vụ

TP

Traffic Parametter

TP

Traffic Profile

TT

Traffic Trunk

UBR

UDP

Unspecified Bit
Rate
User Datagram
Protocol

Là một tiêu chuẩn cho các hệ thống
truyền dẫn kết nối quang và vận chuyển
các dữ liệu của user trong các container.
Là công cụ truyền dẫn quang lớp vật lý
được thiết kế để cung cấp một mơ hình
truyền dẫn tồn bộ và mơ hình ghép kênh
với tốc độ truyền dẫn Gigabits/s và là một
hệ thống vận hàng và quản lý hoàn chỉnh

Các đặc trưng của các dòng lưu lượng
(chuyển tiếp lớp tương đương) vận
Tham số lưu lượng chuyển qua trung kế lưu lượng. Bao gồm
tốc độ đỉnh, tốc độ trung bình, kích thước
cụm thừa nhận…chỉ thị yêu cầu tài
nguyên của trung kế lưu lượng
Hình thái lưu lượng Xác định các tham số như tốc độ bit thay
đổi, không đổi, jitter và trễ
Tổng hợp các luồng lưu lượng thuộc về
Trung kế lưu lượng cùng một lớp. Đôi khi cho phép bao gồm
tổng lưu lượng đa lớp
Tốc độ bit khơng
xác định
Giao thức datagram

user

VPI/VCI

Virtual Path/Chanel Nhận dạng
Identifiers
đường/kênh ảo

Nhận dạng đường/kênh ảo trong mạng ATM

VPN

Virtual Private
Network

Mạng riêng ảo

Mạng kết nối giữa hai mạng LAN có vùng
địa lý khác nhau xuyên qua nhà cung cấp
dịch vụ

WFQ

Weighted Fair
Queueing

Hàng đợi cân bằng
trọng số

13

Lời Mở Đầu
Việc phát triển các giao thức cho Internet (IP) bắt đầu từ những năm 1970,
nhưng thực sự phát triển vào những năm 1980 và phát triển mạnh vào những năm
tiếp theo sau đó. Năm 1995 mạng Internet đã kết nối 4,8 triệu máy tính với nhau ,
đến năm 2002 Internet đã kết nối khoảng 100 triệu máy tính với nhau. Qua đó có
thể thấy được sự phát triển mạnh mẽ về nhu cầu sử dụng Internet. Do đó cũng dòi
hỏi phải có giải pháp kỹ thuật để đáp ứng được sự bùng nổ của Internet và sự gia
tăng của lưu lượng thông tin đòi hỏi băng thông lớn (thoại hội nghị, video…). Song
song với những yêu cầu sử dụng Internet thì mạng thông tin băng rộng cần thiết phải
tỏ ra thích nghi với các tính năng như tốc độ cao, băng rộng đa phương tiện và phải
thiết lập một mạng thông tin tốc độ siêu cao. Bên cạnh đó, các mạng tiêu biểu dựa
trên việc truyền gói và frame thiếu mất chất lượng dịch vụ và quản lý lưu lượng hay
nếu có chăng thì lại phức tạp như mạng ATM. Hơn thế nữa, việc xuất hiện ràng
buộc tài nguyên là một thách thức khác liên quan đến việc truyền bit và byte qua
mạng để cung cấp các lớp dịch vụ khác nhau. Lớp dịch vụ (CoS) và chất lượng dịch
vụ (QoS) phải được xác định rõ ràng để có thể hỗ trợ các yêu cầu đa dạng của người
dùng. Để đáp ứng các đòi hỏi đó, IETF đã đề ra chuyển mạch nhãn đa giao thức
MPLS. MPLS kết hợp sức mạnh của lớp chuyển mạch (lớp 2) với tính linh hoạt và
thông minh của các giao thức lớp 3. Nó vận hành độc lập với các kỹ thuật mạng
khác nhưng lại có đầy đủ khả năng đồng hoạt động với chúng. MPLS mang lại khả
năng QoS rõ ràng, có thể tương hợp với các kỹ thuật mạng phức tạp (Ethernet,
Frame Relay, ATM) qua cơ sở hạ tầng của chúng cũng như thích ứng với các giao


14

thức định tuyến (RIP, OSPF, BGP) trong khi vẫn gia tăng hiệu quả và đơn giản hoá
cơ sở hạ tầng mạng.

Trong luận văn này, giới thiệu các cơ chế điều khiển nghẽn mới dựa trên cấu
trúc Multiprotocol Label Switching (MPLS) hoạt động trong một miền autonomous
MPLS. Cơ chế này cung cấp thêm một phương tiện trong quá trình tồn tại và phát
triển khái niệm mạng MPLS mà vẫn hỗ trợ đầy đủ những ưu điểm của mạng MPLS
hiện thời.
Các cơ chế mới mang những đặc tính sau :
• Phát hiện nghẽn linh động trong quá trình hoạt động một miền MPLS.
• Chọn lựa và phân phối lại luồng lưu lượng theo chất lượng dịch vụ khác hoặc
đường dẫn vật lý khác khi nghẽn vượt quá điều kiện xác định trước.
• Tương thích với những giao thức phân bố nhãn/ giao thức định tuyến bắt buộc
cơ sở hiện có (LDP/CR-LDP).
Các nhà cung cấp dịch vụ giải quyết yêu cầu điều khiển tắc nghẽn bằng cách
sử dụng kỹ thuật lưu lượng trong mạng. Họ ngày càng quan tâm đến vấn đề này thể
hiện qua nhận thức rằng việc cung cấp cơ sở hạ tầng phải tương thích với khả năng
cung cấp, điều này không hiệu quả để phân phối yêu cầu QoS như mong đợi, do sự
biến động của tải. Kỹ thuật lưu lượng là một khái niệm mạnh có thể được sử dụng
bởi nhà khai thác mạng để cân bằng lưu lượng tải trên nhiều tuyến kết nối khác
nhau và những router trên mạng không sử dụng hết tài nguyên. Mạng IP khó kết hợp
hiệu quả kỹû thuật lưu lượng với khả năng giới hạn của kỹ thuật IP. Multiprotocol
Label Switching (MPLS), một kỹ thuật chuyển nhãn có định hướng kết nối, đưa ra
nhiều khả năng mới thực hiện kỹ thuật lưu lương, bằng cách cho phép thực hiện cơ


15

chế điều khiển lưu lượng phức tạp. Tuy nhiên, khả năng kỹ thuật lưu lượng đưa ra
bởi MPLS chưa được khai thác đầy đủ. Ví dụ, một khi đường dẫn chuyển mạch nhãn
(LSP) được cung cấp thông qua nhà khai thác mạng, hiện thời chưa có cơ chế quản
lý dễ dàng cho việc tối ưu hóa lại luồng lưu lượng năng động. Hợp đồng mức dịch vụ
(SLA) giữa nhà khai thác mạng và khách hàng được ký kết tạo điều kiện thuận lợi

bắt đầu quản lý luồng lưu lượng, và tạo ra đường dẫn đặc biệt đi qua miền của nhà
cung cấp trong suốt quá trình hợp đồng.
Mục đích của luận văn:
• Phát triển một cơ chế điều khiển nghẽn để phát hiện và làm giảm bớt nghẽn
trong nhiều dịch vụ;
• Để thực hiện cơ chế như là cách để chọn lựa cách phản ứng nhanh trong tình
huống nghẽn, tối thiểu hóa ảnh hưởng của chúng.;
• Để đảm bảo rằng cơ chế làm việc được với tiêu chuẩn Internet Engineering
Task Force (IETF) được phát triển cho mạng MPLS. Với những cơ chế này,
nhà khai thác mạng dễ dàng chuyển đổi đường dẫn trong mạng.
Để đáp ứng những mục đích trên, phân phối lại luồng lưu lượng một cách năng động
trong mạng MPLS sử dụng những tuyến liên kết mà không sử dụng hết tài nguyên
và những Label Switched Routers (LSRs). Đặt biệt luận văn này nhấn mạnh tầm
quan trọng duy trì SLA giữa nhà khai thác và khách hàng trong suốt LSP.
Các luận văn trước của học viên Nguyễn Duy Nhật Viễn về :”Kỹ thuật lưu lượng
và cung cấp QoS trong MPLS”và luận văn của học viên Trần Thanh Phong về : “
Nghiên cứu và ứng dụng QoS trong mạng Internet “. Những luận văn này đã nói rõ
về MPLS, vì vậy trong luận văn này không viết chi tiếc về các giao thức, định tuyến,
các thành phần MPLS mà chỉ quan tâm sâu sắc về các cơ chế xử lý tắc nghẽn.


16

Cấu trúc luận văn này được chia như sau:
Phần 1: Giới thiệu tổng quát MPLS, GMPLS.
Chương 1: cung cấp một số kiến thức cơ bản về các thành phần của MPLS, các
bản tin giữa các Router chuyển mạch nhãn, các hàng đợi trong bộ đệm…
Chương 2: một số kiến thức về G.MPLS, một mở rộng của MPLS được thực
hiện trong mạng quang, và những so sánh giữa G.MPLS và MPLS.
Phần 2: Các cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ

Chương 3: các cơ chế bảo vệ của mạng MPLS hiện đang được sử dụng nhằm
đảm bảo tuyến kết nối được duy trì trong mạng khi có sự cố xảy ra.
Chương 4: Các cơ chế điều khiển tắc nghẽn đang được đề nghị FATE, FATE +,
nhằm đảm bảo chất lượng của từng dịch vụ trên một tuyến kết nối, cơ chế này cho
phép điều khiển chi tiếc từng loại dịch vụ khi nghẽn xày ra mà những cơ chế hiện
nay không có .
Phần 3: Kết quả mô phỏng và hướng phát triển đề tài
Chương 5: mô phỏng và đánh giá cơ chế bảo vệ tuyến và node của mạng
MPLS hiện có, cơ chế điều khiển tắc nghẽn MPLS được đề nghị FATE và FATE+
bằng chương trình mô phỏng Networks Simulator với component MPLS NS, chỉ sử
dụng được những khả năng hiện có của phần mềm rất khó để thực hiện mở rộng.
Chương 6: kết luận và hướng phát triển đề tài này khi có điều kiện thực hiện.


17

Phần 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT

MPLS @ G.MPLS


18

CHƯƠNG 1
CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS
1.1 Sự Cần Thiết Chuyển Đổi Công Nghệ Mạng:
Kỷ nguyên thông tin mới với công nghệ đa phương tiện, cùng với xu hướng
toàn cầu hoá trong kinh doanh, mở cửa thị trường viễn thông đã tạo sức ép cạnh
tranh ngày càng tăng trên thị trường, tạo ra các yêu cầu mới đối với các doanh

nghiệp cung cấp các dịch vụ viễn thông truyền thống như sau:
• Dịch vụ phải được đa dạng hóa có giá thành thấp và rút ngắn thời gian
đưa dịch vụ mới vào thị trường;
• Giảm chi phí khai thác mạng và dịch vụ;
• Tạo ra những nguồn doanh thu mới, không phụ thuộc vào các nguồn
doanh thu từ các dịch vụ truyền thống;
Công nghệ mạng hiện nay dựa trên công nghệ chuyển mạch kênh sử dụng
dung lượng truyền dẫn có hiệu quả thấp, không được hợp nhất được dịch vụ thoại và
truyền số liệu dẫn đến chi phí khai thác cao, hệ thống có tính mở thấp dẫn đến thời
gian đưa dịch vụ ra thị trường chậm, do vậy không thể đáp ứng được các yêu cầu
kinh doanh nêu trên.
Mạng viễn thông thế hệ mới (Next Generation Network-NGN) có hạ tầng
thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ một
cách đa dạng và nhanh chóng, đáp ứng sự hội tụ giữa thoại và số liệu, giữa cố định
và di động bắt nguồn từ tiến bộ của công nghệ thông tin và các ưu điểm của công
nghệ chuyển mạch gói và công nghệ truyền dẫn băng rộng. Công nghệ mạng mới
đáp ứng đầy đủ được các yêu cầu kinh doanh kể trên. Vì vậy nhất thiết phải chuyển


19

dần sang mạng thế hệ mới sử dụng công nghệ chuyển mạch gói, dựa vào nhãn. Đó
là công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS.
1.2 Thành phần chính của MPLS
Khái niệm chính trong MPLS là tách Router IP thành hai phần: phần chuyển
tiếp và điều khiển. Phần chuyển tiếp chịu trách nhiệm cho các gói dữ liệu được
chuyển giữa các router IP như thế nào, sử dụng chuyển đổi nhãn tương tự như VPI,
VCI trong chuyển mạch ATM. Phần điều khiển bao gồm các giao thức định tuyến
lớp mạng phân bố các thông tin định tuyến giữa các router và các thủ tục dán nhãn
chuyển đổi thông tin định tuyến vào trong các bảng chuyển tiếp cho chuyển mạch

nhãn. MPLS không phải là một giao thức định tuyến mà là một cơ chế chuyển tiếp
nhanh được thiết kế làm việc trong các giao thức định tuyến IP đang tồn tại như
OSPF, BGP…Sự phân chia thành hai thành phần cho phép mỗi thành phần có thể
được phát triển và cải tiến độc lập.


20

LDP chia sẽ
miền nhớ

Mgr - LDP mục đích quản lý
Dscy – thông điệp Discovery
Sess – quản lý Session
Advt – thông điệp Advertisement
Notf – thông điệp Notification

Hình 1-1 Các thành phần điểu khiển và chuyển tiếp
Một node MPLS có tất cả thông tin để chuyển gói như xác định tài nguyên
dành trước phân lớp luồng lưu lượng dùng bộ nhớ truy cập thông qua các linh kiện
phần cứng và phần mềm đặc biệt. Trong chương này giới thiệu về các thành phần
chính MPLS.


21

• LSR và LER
Có 2 loại thiết bị node cùng làm việc trong cơ chế MPLS. Một thiết bị gọi là
Router chuyển mạnh nhãn (LSR), là 1 MPLS tốc độ cao – router ở lõi của miền
MPLS, một thiết bị khác là Router nhãn chuyển mạch nhãn biên(LER), hoạt động

tại đường biên giữa miền truy cập mạng và miền MPLS. LER có thể thực hiện tất cả
chức năng của LSR ngoài ra còn điều khiển gói thâm nhập và rời khỏi miền MPLS.
Với sự giúp đỡ giao thức báo hiệu nhãn thích hợp, LSR thành lập đường dẫn chuyển
mạch nhãn (LSP) và thực hiện chuyển mạch tốc độ cao lưu lượng dữ liệu tương ứng
với nhãn MPLS được gán đến gói.
Một bước cơ bản trong chuyển mạch nhãn là LSR phải thỏa thuận nhãn
MPLS dùng để chuyển lưu lượng, bằng cách sử dụng các giao thức phân bố nhãn
(LDP), giao thức phân bố nhãn – định tuyến cưỡng bức (CR-LDP) hoặc các giao
thức mở rộng khác như là PIM, BGP, RSVP. Internet hiện nay chứa tất cả các loại
mạng mà có thể không hổ trợ lưu lượng MPLS, chỉ hổ trợ IP truyền thống, để các
router MPLS backbone có thể tương thích với router gốc khác, những LSR cũng có
thể chuyển gói Layer 3 và định tuyến gói không có nhãn MPLS. Những LER hỗ trợ
nhiều port kết nối đến những mạng khác loại (như là frame relay, và Ethernet). LER
có thể hành động như một node ngõ vào hoặc node ngõ ra hoặc cả hai trong miền
MPLS. Khi hoạt động như node ngõ vào, LER chuyển lưu lượng trên mạng MPLS
sau khi thành lập LSP sử dụng giao thức báo hiệu nhãn. Khi hoạt động như node ngõ
ra, LER phân phối luồng lưu lượng trở lại mạng truy cập. Hai chức năng rất quan
trọng trong mạng MPLS, gán nhãn và lấy nhãn ra trên lưu lượng vào, ra mạng
MPLS, xảy ra ở LER ngõ vào và LER ngõ ra tương ứng. Như vậy tất cả LSR, LER
có thể thực hiện chức năng chuyển gói IP thông thường.