LUẬN VĂN CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Đỗ Tiến Dũng

CHUYEN MACH NHAN DA GIAO THUC MPLS

KHOA LUAN TOT NGHIEP DAI HOC HE CHINH QUY
Ngành : Điện tử - Viễn Thông

HA NOI - 2005


Khoá luận tốt nghiệp

MỞ ĐẦU
Đề đáp ứng nhu cầu phát triển không ngừng của người sử dụng, nhà cung cấp

dịch vụ cần phải có các thiết bị định tuyến và chuyển mạch tốc độ cao. Mặc dù vậy,
mạng lõi của nhà điều hành và nhà cung cấp dịch vụ thường chạy trên mạng đường
trục ATM, nhưng phần lớn các kết nối tới nhà cung cấp vẫn duy trì tốc độ chuyển

mạch chậm và các kiểu kết nối điểm-điểm, dẫn tới trễ và tắc nghẽn tại các điểm truy
cập biên. Các bộ định tuyến lõi cũng góp phần vào trễ đường đi, vì mỗi bộ định tuyến
phải thực hiện các giải pháp độc lập trên đường tốt nhất để chuyền tiếp gói. Thơng
thường IP phải được định tuyến trên ATM

kênh ảo hoặc các giao thức trên ATM.

bằng việc sử dụng IP qua ATM

qua các

Các phương thức chuyền tiếp này đã được

chứng minh là không thuận tiện và phức tạp.
Hơn nữa với sự phát triển rộng khắp của mạng Internet đã làm ra đời một loạt

các ứng dụng mới trong thương mại. Những ứng dụng này đòi hỏi phải tăng và đảm
bảo băng thơng trong mạng đường trục. Ngồi ra bên cạnh các dịch vụ đữ liệu truyền

thống, thoại và các dịch vụ đa phương tiện đang được phát triển và triển khai. Nó đã
làm nảy sinh vân đê cân phải có một mạng hội tụ cung câp đây đủ các dịch vụ.
Nhu cầu về một mạng hội tụ với phương thức chuyền tiếp đơn giản, thơng

minh mà có các đặc tính quản lý lưu lượng và chất lượng dịch vụ là một nhu cầu cấp
thiết. Tất cả các yêu cầu đó có thể được đáp ứng bởi chuyển mạch nhãn đa giao thức

MPLS, nó khơng bị hạn chế bởi các giao thức lớp 2 và lớp 3. Cùng với kĩ thuật điều
khiển lưu lượng, MPLS

là một giải pháp quan trọng trong việc định tuyến, chuyển

mạch và cung cấp chất lượng dịch vụ để đáp ứng được sự phát triển của các ứng dụng
cũng như các nhu cầu dịch vụ của khách hàng.

Luận văn của em sẽ trình bày những kiến thức cơ bản về công nghệ chuyển
mạch nhãn đa giao thức, về chất lượng dịch vụ và việc triển khai, hỗ trợ chất lượng
dịch vụ trong mạng MPLS.

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA

Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

MỤC LỤC

27v.) 6:77...

1

18/08 06

2

05...

THUẨT N€GŨ VIỆT TT toa

gu ago ttoonitt1010G125105386366006000ã080
08

4

CHƯƠNG 1 : CHUYÊN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS............

8

1.1. Tổng quan chuyển mach nhãn đa giao thức...................
.- -. ----‹ - ---<-

8

1.1.1. Giới thiỆu.........................----<< S222 2S S1 1S vn
ve

8

1.1.2. Định tuyến và chuyên mạch gói truyền thống........................
--- ---- ---

8

1.1.3. MPLS

9

18 gi?

............................

1;l:4; Lợi Ích của MP LA cac da sua run tt

sgk G0 444060093101%:20003/5)0030/46.0Gx1098/0W5/90490008

10

1.2. MPLS và các thành phần.....................
---- - -« «<< << << S+ssssessse

10

1.2.1. LERs và LSRs...........................------- ch

v

10

1.2.2. Lớp chuyên tiếp tương đương FEC......................
---- --c⁄ <2 c2

11

Ac2c3: ND ocuescsseouss cera

11

nee

OR

1.2.4. Tuyén chuyén mach nhn (LSP)..........0...cceccceeececueceeeeceeueeceueeees

16

1.2.5. Giao thức phân phối nhãn......................
. --. . -¿-¿- c c2 222cc
se2

16

1.2.6. Kĩ thuật điều khiển lưu lượng....................
.-- - - ccc- ccc {S312

17

1.2.7. Định tuyến ràng buộc. . . . . . . . . .

c2 SE 2221121111111
xseserrred

17

1,3. Hoạt động ctia mang MPLS ccsscsssccsssencssscsvssnensccccssevescesessavevesssecs

17

1.4. Đường hầm trong MMPLS........................
. ---- -- << == 5< c==+ << =5

20

1.5. Kiến trúc hệ thống giao thức MPLS.......................
- -- - --‹ - - «<< =5 < ==<<+

21

1;6. Cac Une ditie Cia. MP US gqgggoaaagưdaGGGGIGGGGGGGiãGGãäGããSããSifSgtiss

23

C2 "Tir Cerrone

24

CHƯƠNG 2 : CHÁT LƯỢNG DỊCH VỤ.............................
--- << << «<< << << <<

25

EJT.iNTN Hit L..(...1,211221-6)--¬<-
25

2.1.1. Động lực QOS...............................--.cQQnSSn
n SH nh
như,

25

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA

. - --- - c


Khố luận tốt nghiệp
2,2, CC đÌnH RGHÌN CỮ DHÃÍH:vviscsvaivdoidietdgcGLG04016016
0566063 0033966689909689069Ắ

2.2.1. QoS là gì ?. . .

26

- sSce St T2 1211211115 1111111 1111111111111 1111.1111 rxee

26

2.2.2. Một số khái niệm cơ bản của QoS...................
-- -ccc c5
ccseeesee

27

2.2.3. Điều kiện cần thiết cho QoS§................... cecececeueceucecuceueceueceueeuees

28

5.3. Kiên trúc cơ bún của QUẾqsoo

ái dc 1241144010063663343EGG3634855088902513338ã

29

1.11: Phi bifi vai fDaseaaaaaaaararnrgtrotttttouettrottotpNeooaaaesgese

29

2.3.2. QoS trong các phần tử mạng riêng lẻ..........................--¿<< 5c << <<
30

2.3.3. Quản lý chất lượng dịch vụ. . . . . . .

sss

31

2.4. Mức chất lượng dịch vụ đầu cuối-đầu cuối.....................
- -- ---- - ---<-

32

?,Š, Tấm LÃC ChHUNlBtoeaarstavoanoirgitiirad6i0001G000600090XE/369630010003886000085

33

CHƯƠNG 3 : CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG MPLS............

34

kh n ri. n

34

--- - -¿¿- cc

S121

——............

3.2. Mơ hình QoS va TE ban đầu....................- - - - - -- «<< << = + s<

3.2.1. IntServ với RSVP. . . . . . . . . .

------cc Q2

cv ve

34

5:2: D THÍ GÊY túc 06021L16250.69004)60N..10506ã'0632'005/006
1098 0N 856/85G000050W/5/358201'6304 8160088

35

3.2.3. MPL. . . . . . . . . - -

36

c1

3.3. MPLS với DiffSerV...............

n HS HH HH

34

2011122111112 11115511111 5 11k 1n
. -- - - - - -- «<< S13

cgrgrgrhg
se

39

..- --- ---c-cc 2121121111211
11 1x seg

39

3.3.2. Kĩ thuật điều khiến lưu lượng DiffServ-Aware MPLS.......................

42

3.4. Thực hiện quản lý hàng đợi trong MPLS-DiffServ..........................-

45

3.5. Các thành phần QoS trong MPLS UNI.....................
-... ---‹ - «<< - <<

47

3.6. Tóm tắt chương................

s5

49

KT TẤN kg gỹga ng ggaatggaGG000010000000
020000 8 0VG00D20SGTGNGW8SGDV89AAS8B

51

Tí

52

3.3.1. MPLS hỗ trợ DiffServV..............

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA

..... - - - ‹ - --« < ‹ == + «s35
pees

cere

130335 1155 511555

18

1555155

55


Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

THUAT NGU VIET TAT
ATM

Asynchnorous Tranfer Mode

Truyền dẫn khơng đồng bộ

BA

Behavior Aggregate

Hành vi tồn thể

BGP

Border Gateway Protocol

Giao thức cơng biên

CAPEX

Capital Expenditure

Vốn chỉ

CE

Custom Edge

Biên phía khách hàng

CoS

Class of Service

Cấp độ dịch vụ

CQ

Custom Queue

Hàng đợi tuỳ ý

CR

Constraint-based routing

Định tuyến ràng buộc

CR-LDP

Constraint-based routing-Label

Giao thức phân phối nhãn-

Distribution Protocol

định tuyến ràng buộc

CT

Class Type

Kiểu cấp độ

DiffServ

Differentiated Services

Dịch vụ khác biệt

DSCP

DiffServ Code Point

Mã điểm dịch vụ khác biệt

DS-TE

DiffServ-aware MPLS

Traffic

Công nghệ điều khiển luồng

Engineering

MPLS quan tâm tới DiffServ

E-LSR

Egress LER

LER biên ra

E-LSP

EXP-Infered-PSC-LSP

LSP có PSC được suy ra từ
EXP

FEC

Forwarding Equivalency Class

Lớp chuyên tiếp tương đương

FIP

File Tranfer Protocol

Giao thức truyền file

IETF

Internet Engineering Task

Uỷ ban tư vấn kĩ thuật

Force

Internet

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA


Khoá luận tốt nghiệp
IGP

Interior Gateway Protocol

Giao thức định tuyến trong
phạm vi miền

I-LSR

Ingress LSR

LSR biên vào

IntServ

Integrated Services

Dịch vụ tích hợp

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

IS-IS

Intermediate System to

Giao thức hệ thống trung

Intermediate System Protocol

gian-tới-hệ thống trung gian

LAN

Local Area Network

Mạng địa phương

LDP

Label Distribution Protocol

Giao thức phân phối nhãn

LER

Label Edge Router

Bộ định tuyến nhãn biên ra

L-LSP

Label-only-Infered-PSC-LSP

LSP có PSC chỉ được suy ra
từ nhãn

LIB

Label Information Base

Bảng cơ sở dữ liệu nhãn

LSP

Label Switch Path

Tuyến chuyên mạch nhãn

LSR

Label Switch Router

Bộ định tuyến chuyên mach
nhãn

MAC

Media Access Control

Điều khiến truy cập mơi
trường

MAM

Maximun Allocation Model

Mơ hình cấp phát tối đa

MPLS

Multiprotool Label Switching

Chun mạch nhãn đa giao
thức

OA

Orded Aggregate

Thứ tự toàn thê

OPEX

Operating Expenditure

Chi phi hoạt động

OSPF

Open Shortest Path First

Giao thức OSPF

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA


Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
PE

Provider Edge

Bién nha cung cap

PHB

Per-Hop Behaviour

Hành vi cư xử mỗi chặng

PNNI

Private network-to-network

Giao diện kín mạng-tới-mạng

Interface

PEE

Point-to-Point Protocol

Giao thức điểm-điểm

PQ

Priority Queue

Hàng đợi ưu tiên

PSC

PHB Scheduling Class

Cấp độ sắp xếp PHB

PVC

Permanent Virtual Circuit

Mạch ảo cô định

QoS

Quanlity of Service

Chất lượng dịch vụ

Rd

down-stream Router

Bộ định tuyến luồng xuống

Russian Doll Model

Mơ hình búp bê Liên Xơ

Request for comment

Các tài liệu chuẩn do IETF
đưa

RSVP

Resource Reservation Protocol

ra

Giao thức dành sẵn tài

nguyên
Ru

up-stream Router

Bộ định tuyến luồng lên

SLA

Service Level Agreements

Thoả thuận cấp độ dịch vụ

SONET

Synchronous Optical Network

Mạng quang đồng bộ

SP

Service Provider

Nhà cung cấp

SVC

Switch Virtual Connection

Chuyên mạch kết nối ảo

TA

Traffic Aggregate

Lưu lượng toàn thể

TCP

Tranmission Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền

dan

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA


Khoá luận tốt nghiệp
TE

Traffic Engineering

Kĩ thuật điều khién luu luong

TLV

Type Length Value

Kiểu giá trị độ dai

cy

Traffic Trunk

Tuyến lưu lượng

TTL

Time To Live

Thời gian sống

UDP

User Datagram Protocol

Giao thức UDP

UNI

User-to-Network Interface

Giao diện ngưòi dùng tới

mạng
VC

Virtual Channel

Kênh ảo

VCI

Virtual Channel Identifier

Định danh kênh ảo

VoATM

Voice over ATM

Thoại qua ATM

VoIP

Voice over IP

Thoại qua IP

VP

Virtual Path

Tuyến ảo

VPI

Virtual Packet Indentifier

Định danh gói ảo

Virtual Pravite network

Mạng riêng ảo

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA


Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

CHUONG 1: CHUYEN MACH NHAN DA GIAO THUC MPLS
1.1. Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

1.1.1. Giới thiệu
Trong một vài năm gần đây, Internet đã phát triển thành một mạng lưới rộng
khắp và tạo ra một loạt các ứng dụng mới trong thương mại. Những ứng dụng này
mang đến đòi hỏi phải tăng và bảo đảm được yêu cầu băng thông trong mạng đường
trục. Thêm vào đó, ngồi các dịch vụ dữ liệu truyền thống được cung cấp qua Internet,
thoại và các dịch vụ đa phương tiện đang được phát triển và triển khai. Internet đã làm
nảy sinh vấn đề hình thành một mạng hội tụ cung cấp đầy đủ các dịch vụ. Tuy nhiên

vẫn đề đặt ra đối với mạng bởi các dịch vụ và ứng dụng mới là yêu cầu về băng thông
và tốc độ lại đặt gánh nặng cho nguồn tài nguyên trên cơ sở hạ tầng Internet có sẵn.

Bên cạnh vấn đề quá tải nguồn tài nguyên mạng. Một thách thức khác liên
quan tới việc truyền các byte và bit qua mạng đường trục để cung cấp các cấp độ dịch
vụ khác nhau đối với người dùng. Sự phát triển nhanh chóng của số người dùng và lưu

lượng đã làm tăng thêm sự phức tạp của vấn đề. Vấn đề cấp độ dịch vụ ( CoS ) và chất
lượng dịch vụ ( GoS ) phải được quan tâm đề có thê đáp ứng được những yêu cầu khác
nhau của lượng lớn người dùng mạng.
Nhu cầu về một phương thức chuyền tiếp đơn giản mà các đặc tính quản lý lưu

lượng và chất lượng với phương thức định tuyến, chuyên tiếp thông minh là một yêu

cầu cấp thiết. Tất cả các yêu cầu đó có thể được đáp ứng bởi chuyển mạch nhãn đa
giao thức, là một phương thức không bị hạn chế bởi các giao thức lớp 2 và lớp 3. Với
các đặc tính đó MPLS

đóng một vai trò quan trọng trong việc định tuyến, chuyên

mạch và chun tiếp gói thơng qua các mạng thế hệ sau để đáp ứng các yêu cầu của

người dùng mạng.

1.1.2.Định tuyến và chuyển mạch gói truyền thống
Bước phát triển khởi đầu của mạng Internet chỉ quan tâm tới những yêu cầu
truyền dữ liệu qua mạng. Internet chỉ cung cấp các ứng dụng đơn giản như truyền file
hay remote login. Đề thực hiện những yêu cầu này , môt định tuyến nền dựa trên phần
mén đơn giản, với giao diện mạng để hỗ trợ mạng đường trục dựa trên T1/E1- hay

T3/E3 đã có là đủ. Với những u cầu địi hỏi tốc độ cao và băng thơng lớn, các thiết
bị có khả năng chuyên mạch ở lớp 2 ( Lớp liên kết đữ liệu ) và lớp 3 ( Lớp mạng ) ở
ngay mức phần cứng phải được phát triển. Thiết bị chuyển mạch lớp 2 quan tâm đến
vấn đề nghẽn trong mạng con của môi trường mạng cục bộ. Thiết bị chuyển mạch lớp

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA


Khoá luận tốt nghiệp
3 giúp giảm bớt nghẽn trong định tuyến lớp 3 bằng cách chuyền việc tìm kiếm tuyến
cho một chuyền mạch phần cứng tốc độ cao.

Các giải pháp trước đây chỉ quan tâm tới tốc độ truyền của các gói khi chúng
truyền qua mạng chứ khơng quan tâm tới thơng tin u cầu dịch vụ có trong gói. Hầu

hết các giao thức định tuyến sử dụng ngày nay đều dựa trên thuật tốn được thiết kế để
tìm ra con đường ngắn nhất trong mạng với các gói truyền tải mà không quan tâm tới

các yếu tố khác ( như trễ, rung pha, nghẽn), mà có thê làm giảm bớt đáng kế chức năng
mạng.

1.1.3. MPLS là gì?

MPLS là một framework do IETF đưa ra , cung cấp thiết kế hiệu quả cho việc
định tuyến, chuyền tiếp, chuyền mạch cho luồng lưu lượng qua mạch.
MPLS thực hiện những chức năng sau:

o Định quá trình quản lý lưu lượng luồng của các mạng khác nhau, như luồng
giữa các máy, phần cứng khác nhau hoặc thậm chí luồng giữa các ứng dụng
khác nhau.
o Duy tri su độc lập của giao thức lớp 2 và lớp 3.
o Cung cấp cách thức để ánh xạ các địa chỉ IP thành các nhãn đơn giản có độ
dài khơng đổi được sử dụng bởi các cơng nghệ chuyển tiếp gói và chuyền
mạch gói khác nhau.
o Giao diện chung đối với các giao thức định tuyến như RSVP và OSFP.
o Hỗ trợ IP, ATM, Frame Relay.

Trong MPLS, dữ liệu được chuyên theo LSP. LSP là một chuỗi các nhãn ở
mỗi node từ nguồn tới đích. LSP được thiết lập theo chu kì dé truyền đữ liệu (controldriven) hoặc dựa trên sự phát hiện có một luồng dữ liệu nào đó (data-driven). Các
nhãn, theo giao thức đã được định sẵn sẽ được phân phối sử dụng LDP hoặc RSVP
hoặc được “cõng” trên một giao thức định tuyến như BGP và OSFP. Mỗi gói dữ liệu

được đóng gói và mang nhãn trong suốt hành trình từ nguồn tới đích. Tốc độ chuyển
mạch cao vì nhãn có chiều dài cố định được chèn vào đầu gói hay tế bào và có thể
được sử dụng bởi phần cứng đề chuyển tiếp gói nhanh chóng giữa các tuyến.

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA


Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
1.1.4. Lợi ích của MPLS

MPLS mang lại nhiều lợi ích như :

o Kỹ thuật lưu lượng : Cung cấp các khả năng thiết lập đường truyền mà lưu
lượng sẽ truyền qua mạng và khả năng thiết lập chất lượng cho các cấp độ
dich vu (CoS) va chat lượng dịch vụ (QoS) khác nhau. MPLS

la su phat

triển chủ yếu trong các công nghệ Internet mà hỗ trợ việc bổ sung các khả
năng cần thiết cho mạng IP ngày nay.
o Cung cấp IP dựa trên các mạng riêng ảo : Bằng việc sử dụng MPLS,

các

nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp đường hầm IP đi qua mạng của họ mà
khơng cần thiết mã hố hay các ứng dụng đầu cuối-người sử dụng.

o Loại bỏ cấu hình đa lớp : Thơng thường, phần lớn các nhà điều hành mạng
cung cấp mơ hình chồng lấn mà ATM được sử dụng tại lớp 2 và IP được sử
dụng tại lớp 3. Bằng việc sử dụng MPLS,

các nhà điều hành mạng có thé

mang chức năng của mặt điều khiển ATM vào lớp 3, do đó sẽ làm đơn giản
hóa mạng và việc quản lý mạng.

o Tuyến hiện : Một đặc điểm chính của MPLS là sự hỗ trợ của nó đối với các
tuyến hiện. Các đường chuyển mạch nhãn được định tuyến

sẵn hiệu quả

hơn so với tuỳ chọn tuyến nguồn trong IP. Chúng cũng có thể cung cấp một

vài chức năng cần thiết cho kĩ thuật lưu lượng.
o Hỗ trợ đa liên kết và đa giao thức : Thành phần chuyền tiếp chuyền mach
nhãn là không xác định với một lớp mạng cụ thể. Ví dụ cùng một thành
phần chuyên tiếp cũng có thể được sử dụng khi đang thực hiện chuyển
mạnh nhãn với IP cũng như IPX. Chuyên mạch nhãn cũng có thê hoạt động
ảo trên mọi giao thức liên kết dữ liệu thông qua ATM.

1.2.MPLS và các thành phần
1.2.1. LSRs va LERs

Thiết bị trong giao thức MPLS có thê được phân loại thành LERs và LSRs
Một LSR là một thiết bị định tuyến tốc độ cao trong lõi của mạng MPLS tham

gia vào quá trình thiết lập LSP sử dụng giao thức thích hợp và chuyên mạch tốc cao
luồng dữ liệu dựa trên con đường đã được thiết lập.

Một LER là một thiết bị hoạt động ở biên của mạng truy cập và mạng MPLS.
LER hỗ trợ nhiều cổng (port) nối tới các mạng không tương đồng ( như ATM, Frame

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA
10


Khoá luận tốt nghiệp
Relay, Ethenet) và chuyên những luồng lưu lượng này tới mạng MPLS

sau khi thiết

lập các LSP, sử dụng giao thức báo hiệu nhãn ở đầu vào và phân phối lưu lượng trở lại
mạng truy cập ở đầu ra. LER đóng vai trị rất quan trọng trong việc gán và bỏ nhãn khi

các luồng lưu lượng vào và tồn tại trong mạng MPLS.

-

LSP

LER
IP #1 Jj
Ba

LSR
ee

Eh

LSR
IP #1

L=9

E}

Dia chiIP | Nhanra
182 4/16

/

5

IP #1
al

Nhãn vào | Nhãn ra
5

LER

9

iP #1

ED

Nhãn vào | Nhãnra

9

L=2

2

Ethernet Sh,

Nhãn vào | Bỏ nhãn
2

192 4/16

“ ĐỊNH TUYẾN Ở BIÊN, CHUYEN MACH 6 LOI ”

Hình 1 : Vi tri cua LSR va LER trong mang MPLS

1.2.2. Lớp chuyền tiếp tương đương FEC
FEC là biểu diễn một nhóm các gói chia sẻ những yêu cầu như nhau về việc
truyền tải. Tất cả các gói trong một nhóm được đối xử như nhau trên tuyến cho tới
đích. Ngược lại so với chuyền tiếp của gói IP, trong MPLS việc gán một nhãn nhất

định cho một FEC nhất định chỉ được thực hiện một lần, khi gói vào mạng. Các FEC
dựa trên yêu cầu dịch vụ đối với một tập các gói cho sẵn. Mỗi LSR xây dựng một bảng
để xác định một gói được chuyên tiếp như thế nào. Bảng này gọi là bảng cơ sở dữ liệu
nhãn (LIB), gồm các ràng buộc FEC-tới-nhãn.
1.2.3. Nhãn
Một nhãn, dạng đơn giản nhất, phân biệt con đường một gói sẽ đi. Nhãn được
mang hoặc đóng gói ở tiêu đề lớp 2 của gói. Bộ định tuyến nhận được sẽ kiểm tra nội
dung nhãn của gói để xác định chặng kế tiếp. Khi một gói được gán nhãn , cuộc hành
trình của gói qua mạng đường trục sẽ dựa trên chuyển mạch nhãn. Giá trị của nhãn chỉ
có giá trị địa phương, nghĩa là chỉ gắn liền với chặng giữa các LSR.

Một khi một gói được xếp vào một FEC đã có hay mới, thì nhãn sẽ được gán
cho gói. Giá trị nhãn được lấy từ lớp liên kết dữ liệu. Với lớp liên kết dữ liệu ( như
Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA
11


Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
Frame Relay hay ATM), định danh lớp 2, như DLCI trong trường hợp mạng Frame
Relay hay VPIs/VCIs trong trường hợp mạng ATM

có thê được sử dụng trực tiếp như

nhãn. Các gói được chuyên dựa trên giá trị nhãn.
Nhãn được ràng buộc tới một FEC theo một vài sự kiện hoặc một vài cách
thức chỉ ra sự cân thiệt đôi với sự ràng buộc.Những sự kiện có thê là ràng buộc data-

driven hay ràng buộc control-driven.
Gán nhãn có thể được quyết định dựa trên cơ sở tiêu chuẩn chuyền tiếp như:

o Định tuyến đơn hướng
o_Công nghệ điều khiến lưu lượng (TE)
o

Multicast

o Chất lượng dịch vụ (QoS)
Định dạng thơng thường của nhãn được cho như hình 2. Nhãn có thể được

nhúng trong tiêu đề của lớp liên kết dữ liệu ( ATM VCI/VPI như hình 3 và Frame
Relay DLCI như hình 4) hoặc được chèn vào ( giữa tiêu đề lớp 2 và tiêu đề lớp 3 như
trong hình Š)
Tiêu

đề

lớp

liên kết

MPLS

Tiêu

SHIM

đề

lớp

mạng

ne

ER

`.

an

À

_z

£

z

Dữ liệu và các tiêu đê các lớp khác

32 bit
Nhan

Bit Exp

-‹

><

20 bít

|BS

LEG

»á»><4—

3 bit

1 bit

8 bit

Hinh 2 : Dinh dang chung cua nhan MPLS

.

Tiéu dé IP} Data

Goi IP

Đánh nhãn gói

Shim header | Tiêu đề IP

Tế bào ATM

VPI/VCI}

Data

data

VPI/VCI}

Hình 3 : ATM với lớp liên kết dữ liệu
D6 Tién Diing-Lép K46DA
12

data


Khố luận tốt nghiệp
Gói IP

Đánh nhãn gói

| Shim header

| IP header

| data

| IP header

| data

|

|
She

Khung FR

| DLCI

| data

|

| DLCI

| data

|

Hình 4 : Frame Relay với lớp liên kết dữ liệu
Tiêu đề PPP
(gói qua

SONET/SDH)

Tiêu đề MAC

Tạo nhãn

| PPP header

—

Tiêu đê MAC

Shim header

-

Shim header

Tiêu đề lớp 3

———

Tiêu đê lớp 3

Hình 5 : Nhãn được chèn vào giữa lớp 2 và lớp 3
Tạo nhãn

Có một vài phương pháp đề tạo nhãn:
o Phương pháp dựa trên giao thức ( topology-base method) sử dụng quá trình
của các giao thức định tuyến ( như OSPF và BGP).
o Phương pháp dựa trên yêu cầu (Request-base method) sử dụng quá trình
yêu cầu dựa trên điều khiển lưu lượng.
o Phương pháp dựa trên lưu lượng (Traffic-base method) sử dụng một gói để
kích hoạt sự gán và phân phối nhãn.

Phương pháp dựa trên giao thức và dựa trên yêu cầu là ví dụ của ràng buộc
nhãn control-driven, trong khi phương pháp dựa trên lưu lượng là ví dụ của ràng buộc
data-driven

Phân phối nhãn
Kiến trúc MPLS không giao chỉ một phương pháp báo hiệu cho việc phân phối
nhãn. Các giao thức định tuyến đang tồn tại, như BGP đã được nâng cao đề có thể

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA
13


Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

“cõng” thông tin nhãn trong nội dung của giao thức. RSVP cũng đã được mở rộng để
hỗ trợ chuyên giao nhãn. IETF đã định nghĩa một giao thức mới gọi là giao thức phân

phối nhãn (LDP) đề thực hiện báo hiệu và quản lý không gian nhãn. Mở rộng dựa trên
cơ sở giao thức LDP có thể hỗ trợ thực hiện định tuyến dựa trên các yêu cầu QoS và

CoS. Sự mở rộng này tạo ra giao thức CR-LDP.
Không gian nhãn
Nhãn được sử dụng bởi một LSR cho ràng buộc nhãn-FEC có thé duoc phan
chia nhu sau:

o per platform : Giá trị nhãn là độc nhất qua toàn bộ LSR. Nhãn được cấp
phát từ một quỹ chung. Khơng có hai nhãn trên hai giao diện khác nhau có
cung gia tri.
© per interface : Pham vi của nhãn kết hợp với giao diện. Những quỹ nhãn

được định nghĩa cho mỗi giao diện, và các nhãn được cung cấp ở những
giao diện đó được cấp phát từ những quỹ tách biệt. Giá trị nhãn ở các giao

diện khác nhau có thể giống nhau.
Kết hợp nhãn
Lng đâu vào của lưu lượng từ các giao diện khác nhau có thê được kêt hợp
lại với nhau và thực hiện chuyên mạch dựa trên một nhãn chung nêu nó được trun

qua mạng tới cùng đích ci cùng.
Nếu mạng truyền tải lớp dưới là mạng ATM, các LSR có thể thực hiện việc

kết hợp VP và VC.
Cầm giữ nhãn
MPLS

định nghĩa cách đối xử với ràng buộc nhãn nhận được từ các LSR mà

khơng có chặng tiếp với một FEC đã cho. Có hai mode được định nghĩa:

o Conservative : Trong mode nay, rang buộc giữa nhãn và FEC nhận được từ
các LSR mà khơng có chặng tiếp với một FEC đã cho sẽ bị bỏ. Mode này
yêu cầu các LSR duy trì ít nhãn hơn. Đây là mode được khuyến cáo cho
ATM-LSRs
©o Liberal : Trong mode này, ràng buộc giữa nhãn và FEC nhận được từ các

LSR mà khơng có chặng tiếp với một FEC đã cho được giữ lại. Mode này
địi hỏi thích ứng nhanh hơn với sự thay đổi topo mạng và cho phép chuyển
lưu lượng tới các LSP khác trong trường hợp thay đổi.

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA

14


Khoá luận tốt nghiệp
Điều khiến nhãn.
MPLS định nghĩa các mode cho việc phân phối nhãn tới các LSR bên cạnh
o6 Độc lập (Independent) : Trong mode này, một LSR nhận một FEC nào đó
và quyết định ràng buộc một nhãn tới một FEC độc lập với với sự phân
phối

ràng buộc. FEC mới được nhận ra khi nào tuyến mới trở nên xác định

đối với router.
o Thứ tự (Ordered) : Trong mode này, một LSR ràng buộc một nhãn tới một
FEC nào đó khi và chỉ khi nó là router phía biên vào hay nó nhận một ràng

buộc nhãn với FEC từ LSR chặng tiếp theo. Mode này được khuyến cáo
dùng cho ATM-LSR.
Quá trình báo hiệu

o Yêu cầu nhãn : Sử dụng quá trình này, LSR yêu cầu nhãn từ luồng xuống

cạnh nó vì thế nó có thể ràng buộc tới một FEC nhất định. Q trình này có
thể được giao xuống cho một chuỗi các LSR cho tới khi tới LER biên ra.
o Ánh xạ nhãn : Để đáp ứng lại yêu cầu nhãn, luồng xuống LSR sẽ gửi một
nhãn tới khởi đầu luồng lên sử dụng quá trình ánh xạ nhãn.

Ánh xa nhãn

Ánh xa nhãn

(vd : sif dung nhãn 5)

Ingwes (LER)
Router A

Yêu cầu nhã

(cho dich C)

Hinh 6

(vd: sử dụng nhãn 9)

LSR

Router B

——————*>
Yê

(cho ance

Egress (LER)
Router C

: Qua trinh bao hiéu

Ngan xép nhan.

Quá trình ngăn xếp nhãn cho phép hoạt động một cách phân cấp trong miền
MPLS. Nó cho phép MPLS được sử dụng đồng thời cho việc định tuyến ở mức nhân
(ví dụ giữa các router riéng biệt trong một ISP và ở mức domain-by-domaIn cao hơn).
Mỗi mức trong ngăn xếp nhãn gắn liền với mức phân cấp nào đó. Nó tạo điều kiện

thuận lợi cho chế độ đường hầm trong MPLS.

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA
15


Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
1.2.4. Tuyến chuyển mạch nhãn (LSPs)

Tập hợp các thiết bị MPLS biểu diễn một miền MPLS. Trong miền MPLS,
một tuyến được tạo cho một gói có sẵn dựa trên một FEC. LSP được thiết lập theo chu
ki dé truyén dữ liệu. MPLS cung cấp 2 tùy chọn cho việc thiết lập một LSP
o Định tuyến chặng tiếp chặng (hop-by-hop): Mỗi LSR chọn chặng tiếp theo
một cách độc lập với một FEC

đã cho. Phương pháp này tương tự như

phương pháp đang được sử dụng trong mạng IP. LSR sử dụng bất kì giao

thức định tuyến nào như OSPF, PNNI...
o Định tuyến hiện (explicit routing) : Định tuyến hiện tương tự như định
tuyến nguồn. LSR đầu vào sẽ quyết định các danh sách các node mà ER-

LSR qua.Con đường được chọn có thể khơng tối ưu. Dọc theo tuyến, các tài
nguyên có thể được phục vụ để đảm bảo QoS với lưu lượng đữ liệu. Cách

này dễ dàng điều khiển lưu lượng qua mạng, và các dịch vụ khác có thé

được cung cấp sử dụng các luồng dựa trên các điều kiện hay phương pháp
quản lý mạng.

LSP được thiết lập với FEC chỉ theo một chiều. Lưu lượng trở lại phải do LSP
khác.
1.2.5. Giao thức phân phối nhãn (LDP)
LDP là một giao thức mới cho việc phân phối thông tin ràng buộc nhãn tới các
LSR trong mạng MPLS. Nó được sử dụng dé ánh xạ các FEC tới nhãn, tạo các LSP.

Các phiên LDP được thiết lập giữa các LDP ngang hàng trong mạng MPLS (không
nhất thiết kề nhau). Các LDP ngang hàng trao đôi các loại thơng báo LDP sau :
© Discovery message : Thơng báo và duy trì sự có mặt của một LSR trong
mạng
o Session message : Thiết lập, duy trì, kết thúc phiên giữa các LDP ngang
hàng
o Advertisement message : Tạo, thay đổi, và xố ánh xạ nhãn cho các FEC.
o_Notiđcation message : Cung cấp thông tin tham khảo và thông tin báo hiệu

lỗi.

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA
l6


Khoá luận tốt nghiệp

1.2.6. Kĩ thuật điều khiến lưu lượng
Kĩ thuật điều khiển lưu lượng là một quá trình nâng cao, tận dụng toàn bộ khả

năng của mạng băng cách cố gắng tạo một sự đồng đều hoặc phân bố thông lượng lưu
lượng khác nhau qua mạng. Một kết quả quan trọng của quá trình này là tránh được tắc
nghẽn ở bất kì tuyến nào. Một chú ý quan trọng là điều khiển lưu lượng không nhất

thiết phải chọn con đường ngắn nhất giữa hai thiết bị. Có thể với hai luồng tải các gói
dữ liệu, các gói có thể theo những con đường khác nhau thậm chí qua điểm gốc của
chúng và điểm đích cuối cùng là như nhau. Theo cách này các phân đoạn mạng ít sử
dụng hay ít biết tới có thê được sử dụng và có thể cung cấp các dịch vụ khác nhau.
1.2.7. Định tuyến ràng buộc
Định tuyến ràng buộc mang thêm một vài tham số, như đặc tính tuyến (băng

thơng, trễ..), hoạch định chặng, và QoS. Các LSP được thiết lập có thể là CR-LSP, nơi
mà ràng buộc có thể là các chặng hiện hay các yêu cầu QoS. Tuyến hiện chỉ định các
tuyến, hàng đợi, hay các quá trình sắp xếp phải được chiếm dụng cho luồng.
Khi sử dụng CR, rõ ràng rằng tuyến dài hơn ( trong phạm trù giá cả) nhưng

chọn được tuyến ít tải hơn. Tuy nhiên, trong khi CR tăng được sự tận dụng mạng thì
nó thêm sự phức tạp trong tính tốn định tuyến, khi mà tuyến được chọn phải thoả mãn

các yêu cầu về QoS của LSP. CR có thể được sử dụng ở điểm tiếp giáp với MPLS để

thiết lập các LSP. IETF đã định nghĩa một thành phần CR-LDP để phù hợp với định
tuyến ràng buộc.
1.3. Hoạt động của mạng MPLS

Các yêu cầu nhãn

Phân phối nhãn

Hình 7 : Tạo LSP và chun tiếp gói tin qua miền MPLS

Phải tiến hành những bước sau đây đề có thể truyền gói tin quan miền MPLS
o Tạo nhãn và phân phối

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA
17


Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

o Tao bang ở mỗi router
o Tao LSP

o_Chèn nhãn/ tìm kiếm bảng
o Chuyên tiếp gói
Nguồn gửi dữ liệu của nó tới đích. Trong miền MPLS, không phải tất cả các
nguồn lưu lượng phải nhất thiết truyền qua cùng một đường. Phụ thuộc vào đặc tính
lưu lượng, các LSP khác nhau có thể được tạo ra cho các gói với các yêu cầu cấp độ
dịch vụ khác nhau

Bảng I biểu diễn từng bước hoạt động của mạng MPLS xảy ra khi có gói đữ
liệu trong miền MPLS
Bảng1: Các bước hoạt động
MPLS

actions

Mô tả

Tạo nhãn và phân

Trước khi bắt đầu truyền bất cứ lưu lượng nào, router tạo

phối nhãn

quyết định ràng buộc nhãn với một FEC nhất định và xây
dựng bảng của nó
Trong LDP, luồng xuống router khởi phát sự phân bố nhãn
và ràng buộc FEC/nhãn

Ngoài ra, các đặc tính liên quan tới lưu lượng và khả năng
MPLS được dàn xếp sử dụng LDP
Một giao thức truyền tải tin cậy và trật tự được sử dụng đề
làm giao thức báo hiệu. LDP sử dụng TCP

Tạo bảng

Khi nhận được ràng buộc nhãn, mỗi LSRs tạo các đầu vào

trong bảng cơ sở dữ liệu nhãn (LIB)
Nội dung của bảng sẽ xác định ánh xạ giữa nhãn và FEC
Ánh xạ giữa port lỗi vào và bảng nhãn đầu vào tới port lối
ra và bảng nhãn đâu ra
Các lôi vào được cập nhật bât cứ khi nào nhận ra có ràng

buộc nhãn xảy ra

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA
18

Khoá luận tốt nghiệp
Tạo tuyến chuyển

Như đường đứt đoạn trong hình 7, các LSP được tạo theo

mạch nhãn

hướng ngược lại với sự tạo thành các lối vào trong LIB

Chèn nhãn/tìm
kiếm bảng

Router đầu tiên (LERI trong hình 7) sử dụng bảng LIB dé
tìm chặng tiếp theo và yêu cầu nhãn với một FEC nhất định
Chuỗi router con sử dụng nhãn để tìm chặng tiếp theo
Khi một gói tới LSR biên lối ra (LSR4), nhãn sẽ bị bỏ và
gói được cấp tới đích

Chun tiếp gói

Từ hình 7 chúng ta hãy xem con đường của một gói khi nó

đi tới đích từ LSRI1, LSR biên lối vào, tới LSR4, LSR biên
lỗi ra

LERI có thể khơng có bắt kì nhãn nào cho gói này khi xảy
ra yêu cầu này lần đầu tiên. Trong mạng IP, nó sẽ tìm địa

chỉ dài nhất để tìm các bước tiếp theo. LSRI là bước tiếp

theo của LERI.
LERI sẽ khởi phát các yêu cầu nhãn tới LSRI.
Yêu cầu này sẽ được phát trên tồn mạng như hình 7. LDP
sẽ xác định đường dẫn ảo đảm bảo QoS, CoS.

Mỗi bộ định tuyến trung gian LSR2 và LSR3 sẽ nhận gói

tin gán nhãn thay đổi nhãn và truyền đi.
Gói tin đến LER4,

loại bỏ nhãn vì gói ra khỏi miền hoạt

động của MPLS và phân phát tới đích. Đường truyền gói
tin được chỉ ra trong hình 7

Bảng 2 : Ví dụ bảng LIB
Công vào

Nhãn công vào

Công ra

Đỗ Tiến Diing-Lép K46DA
19

Nhãn công ra