Nghiên cứu giao thức mpls tp và ứng dụng vào mạng viễn thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Vũ Tiến Việt NGHIÊN CỨU GIAO THỨC MPLS-TP VÀ ỨNG DỤNG VÀO MẠNG VIỄN THÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật truyền thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Phạm Minh Hà Hà Nội – Năm 2014 MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI CAM ĐOAN 10 MỞ ĐẦU 11 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VÀ NỀN TẢNG MPLS 14 1.1.Nền tảng MPLS 14 1.2 Nền tảng T-MPLS (Transport-MPLS) 18 1.3 Nền tảng MPLS-TP : .22 CHƯƠNG II KIẾN TRÚC MPLS-TP .24 2.1 Những đặc tính yêu cầu MPLS-TP 24 2.2 Mặt phẳng quản trị MPLS-TP .28 2.2.1 Kiến trúc quản trị MPLS-TP 28 2.2.2 Các module quản trị MPLS-TP 33 2.3 Mặt phẳng chuyền tiếp mặt phẳng liệu 38 2.3.1 Đối tượng đường chuyển mạch nhãn MPLS-TP (LSPs) 38 2.3.2 Thực thể vùng MPLS- TP 49 2.3.3 Thực thể lõi dẫn giả MPLS-TP .50 2.4 Cơ chế OAM MPLS-TP 59 CHƯƠNG III : ĐÁNH GIÁ GIAO THỨC MPLS-TP VÀ MPLS 68 3.1 So sánh giao thức MPLS-TP MPLS 68 3.1.1 Tóm tắt khái niệm .68 3.1.2 Những khác biệt MPLS-TP MPLS 69 3.1.3 Các dịch vụ tảng MPLS-TP 71 VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 3.2 Mô giao thức MPLS-TP thiết bị Juniper (qua phần mềm mô Olive) 72 3.2.1 Giới thiệu hướng dẫn cài đặt Olive VMware để giả lập thiết bị Juniper 72 3.2.1 Các số liệu sơ đồ kết nối sử dụng cho mô MPLS-TP .83 3.3 Kết mô 84 KẾT LUẬN 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO .87 VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ATM ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE ARC ALARM REPORT CONTROL BGP BORDER GATEWAY PROTOCOL CCh COMMUNICATION CHANEL DWDM DENSE WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING DCN DATA COMMUNICATION NETWORK ECMP EQUAL COST MULTI-POINT EML ELEMENT MANAGEMENT LEVEL EMA ELEMENT MANAGEMENT ARCHITECTURE EMS ELEMENT MANAGEMENT SYSTEM LAYER EMF EQUIPMENT MANAGEMENT FUNCTION FCI FAULT CAUSE INDICATION VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B Chế độ truyền tải không đồng Kiểm soát báo cáo cảnh báo Kênh truyền thơng Cơng nghệ phân tách bước sóng dày đặc Mạng truyền thông liệu Mức độ quàn trị phần tử Kiến trúc quàn lý phần từ Lớp hệ thống quản trị phần tử Chức quản lý thiết bị Xác nhận nguyên nhân lỗi FEC FORWARDING EQUIVALENCE CLASS FCAPS FIX,CONFIGURATION,ACCOUNT,PERFORMANCE,SAFE NGN NEXT GENERATION NETWORK MPLS MULTI PROTOCOL LABEL SWITCHING MCF MESSAGE COMMUNICATION FUNCTION MCN MANAGEMENT COMMUNICATION NETWORK MCCh MANAGEMENT COMMUNICATION CHANNEL MEF MESSAGE ELEMENT FUNCTION MP MANAGEMENT POINT MIB MANAGEMENT INFORMATION BASE NEF NETWORK ELEMENT FUNCTIONS NMS NETWORK MANAGEMENT SYSTEM LAYER LSR LABEL SWITCHING ROUTER LSP LABEL SWITCHING PATH VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B Lớp chuyển tiếp tương đương Mạng hệ Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức Chức tin truyền thông Mạng truyền thông quản trị Kênh truyền thông quản trị Chức tin báo phần từ Điểm quản trị Cơ sở thông tin quản trị Chức phần từ mạng Lớp hệ thống quản trị mạng Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn Tuyến chuyển LER LABEL EDGE ROUTER MAF OAM MANAGEMENT APPLICATION FUNCTION OPERATION ,ADMINISTRATION AND MANAGEMENT OSI OPEN SYSTEMS INTERCONNECTION REFERENCE MODEL OTU OPTICAL TRANSPORT UNIT ODU OPTICAL DATA UNIT OTN OPTICAL TRANSPORT NETWORK OTH OPTICAL TRANSPORT HIERARCHY OPU OPTICAL CHANNEL PAYLOAD UNIT OTS OPTICAL TRANSPORT SECTION OMS OCh OPTICAL MULTIPLEX SECTION OPTICAL CHANNEL ITU-T INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNIONTELECOMMUNICATION STANDARDIZATION SECTOR IETF INTERNET ENGINEERING TASK FORCE VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B mạch nhãn Bộ định tuyến gán nhãn biên Chức quản trị ứng dụng Mơ hình tham chiếu kết nối hệ thống mở Đơn vị truyền tải quang Đơn vị liệu quang Mạng truyền tải quang Hệ truyền tải quang Đơn vị tải trọng kênh quang Phần truyền tải quang Phần ghép kênh quang Kênh quang Lĩnh vực Tiêu chuẩn viễn thông thuộc Tổ chức Viễn thông quốc tế Lực lượng chuyên trách kỹ thuật liên mạng SONET SYNCHRONOUS OPTICAL NETWORKING SCN SIGNALING COMMUNICATION NETWORK SDH SYNCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY QOS QUALITY OF SERVICE VPI VIRTUAL PATH IDENTIFIER VPN VIRTUAL PRIVATE NETWORK VCI VIRTUAL CIRCUIT IDENTIFIER RSVP RESOURCE RECERVATION PROTOCOL LDP LABEL DISTRIBUTION PROTOCOL LA LOCAL ALARM G-Ach GENERIC ASSOCIATE CHANNEL PVC PERMANENT VIRTUAL CIRCUIT PER PROVIDER EDGE ROUTER PR PROVIDER ROUTER PSN PHP PWE3 PACKET SWITCHING NETWORK PENULTIMATE HOP POPPING PSEUDO WIRE EMULATION EDGE TO EDGE VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B Mạng đồng quang Mạng truyền thơng tín hiệu Hệ đẳng cấp số đồng Chất lượng dịch vụ Đường dẫn ảo định danh Mạng riêng ảo Mạch ảo định danh Giao thức dành trước tài nguyên Giao thức phân phối nhãn Cảnh báo nội vùng Kênh liên kết chung Mạch ảo cố định Bộ định tuyến biên Bộ định tuyến lõi Mạng chuyển mạch gói CoS CLASS OF SERVICE TE TRAFFIC ENGINEERING VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B Lớp dịch vụ Kỹ thuật điều khiển lưu lượng DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Khác biệt chất lượng truyền tải MPLS MPLS-TP 69 Bảng Khác biệt giá ,hiệu MPLS MPLS-TP 71 Bảng Kết mô so sánh MPLS MPLS-TP 85 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Lớp MPLS mơ hình OSI 15 Hình 1.2 Miền MPLS, nút LSRs 17 Hình 1.3 Sự tiến mạng truyền tải giai đoạn 19 Hình 1.4 Điểm cuối lớp mạng truyền tải quang 20 Hình 1.5 Yêu cầu mạng truyền tải 22 Hình Phạm vi MPLS-TP 25 Hình 2 Ví dụ lớp máy chủ MPLS-TP 27 Hình MPLS-TP ví dụ mạng MPLS 28 Hình Chức tin truyền thơng (MCF) 29 Hình Các linh kiện chức phần tử mạng (NEF) 31 Hình Các thuật ngữ kênh truyền thông 32 Hình Các lớp kiến trúc quản trị 33 Hình Lối vào bảng chuyển tiếp 40 Hình Cấu trúc liên kết tiêu đề nhãn tiêu đề lớp liên kết liệu 40 Hình 10 Phần chuyển tiếp chuyển mạch nhãn giao thức lớp mạng giao thức lớp liên kết liệu 41 Hình 11 Độ dài tiêu đề nhãn 41 Hình 12 Cấu trúc mào đầu nhãn 42 Hình 13 Cấu trúc mào đầu MPLS 43 Hình 14 Kiến trúc định tuyến thơng thường 43 Hình 15 Kiến trúc chuyển mạch nhãn 43 Hình 16 Đường hầm LSP LSRs (LSR W LSR Z) mang LSPs đa truy cập 44 Hình 17 Phân cấp chồng nhãn 45 Hình 18 Cấu trúc thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn MPLS-TP 46 Hình 19 Sự kết hợp ánh xạ cho việc xây dựng bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn 46 Hình 20 Những FECs khác LSRs Upstream Downstream 48 Hình 21 Ví dụ vùng LSRs 49 Hình 22 Mơ hình phân lớp giao thức logic 50 VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B Hình 23 Mơ hình tham khảo mạng cho PWs điểm tới điểm 51 Hình 24 PWE3 qua mạng chuyển mạch gói MPLS sử dụng từ điều khiển 52 Hình 25 Mơ hình tham khảo MS-PW 53 Hình 26 Mơ hình tham khảo liên cung cấp MS-PW 55 Hình 27 Mơ hình tham khảo P2MP SS-PW 56 Hình 28 Lớp lót P2MP cho P2MP SS-PW 57 Hình 29 Mơ hình tham khảo P2MP MS-PW 58 Hình 30 Lớp lót P2P P2MP cho P2MP MS-PW 59 Hình 31 Ví dụ SME MPLS-TP 61 Hình 32 Ví dụ MPLS-TP LSP MEs (LME) 62 Hình 33 Ví dụ đường hầm phân đoạn dẫn MPLS-TP LSP ME 63 Hình 34 Ví dụ MPLS-TP PW ME (PME) 63 Hình 35 Ví dụ PPSTME 64 Hình 36 Bối cảnh kiến trúc mặt phẳng điều khiển MPLS-TP 67 Hình 37 Các chức hỗ trợ khác mặt phẳng quản trị, mặt phẳng điều khiển OAM 68 VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B Ở đây, ta sử dụng toàn dung lượng đĩa, bấm phím A để chọn tồn Bấm Q để khỏi fdisk Sau thoát fdisk, ta chọn cài đặt Boot manager: VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 74 Phân chia partition cho FreeBSD Dung lượng cho partitions sau: /(root) 1G /swap: 1,5G /config: 1G /var: dung lượng lại Để tạo partition, ta bấm C, nhập dung lượng cho partition đó, sử dụng đơn vị mà M cho megabytes, G cho Gigabytes Tương tự để tạo partitions nói VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 75 Sau phân chia partitions xong, bấm Q để quay lại hình cài đặt FreeBSD Chọn Exit lựa chọn cài đặt từ đĩa VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 76 Chọn OK để tiến hành cài đặt FreeBSD Đợi đến xuất hình báo thành cơng Sau cài đặt xong, hệ thống yêu cầu cấu hình vài dịch vụ Có vài dịch vụ ko cần thiết bỏ qua Ethernet or SLIP/PPP: no Network gateway: no Configure inetd: no Anonymous FTP: no NFS server: no NFS client: no Default security profile: no Customize console settings: no Time zone: no Enable Linux binary: no non-USB: no Package collection: no Bắt đầu tạo account cho users: VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 77 Chọn User: Điền login ID, password VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 78 Thiết lập pass cho root VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 79 General configuration: no Thốt khỏi trình cài đặt, reboot login vào FreeBSD VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 80 Như ta có FreeBSD box Đến nên tạo snapshot cho VMware trước bắt đầu bước +Cài đặt JUNOS Olive lên FreeBSD Yêu cầu có file cài đặt JUNOS thư mục /var/tmp Đối với file cài đặt, cần phải tinh chỉnh số bước Các bước tiến hành: #ls jinstall-9.6R1.13-export-signed.tgz vi.recover #pwd /var/tmp #mkdir jinst-signed #cd jinst-signed/ #tar zxvf /jinstall-9.6R1.13-export-signed.tgz #mkdir jinst #cd jinst #tar zxvf /jinstall-9.6R1.13-export.tgz #mkdir pkgtools #cd pkgtools #tar zxvf #cd bin/ #cp /usr/bin/true /checkpic /pkgtools.tgz #cd #tar zcvf /pkgtools.tgz #cd #rm * -rf pkgtools # tar zcfv /var/tmp/jinstall-9.6R1.13-export-olive.tgz * Sau chỉnh sửa file xong, tiến hành cài đặt VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 81 Như cài đặt xong, hệ thống yêu cầu khởi động lại, tạm thời chưa reboot Ta cần phải chỉnh sửa file /boot/loader.conf, thêm dòng console="vidconsole" Đến xong Reboot lại hệ thống để hoàn tất cài đặt Sau khởi động lại, đợi trình cài đặt JUNOS Olive hoàn tất Hệ thống khởi động lại khoảng lần Đợi vài phút để trình cài đặt hồn tất ,ta đăng nhập vào router ảo VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 82 3.2.1 Các số liệu sơ đồ kết nối sử dụng cho mô MPLS-TP Mô giao thức MPLS-TP sử dụng router ảo R1,R2,R3,R4 với R1 R4 router biên đóng vai trị lối vào ,lối LSP Các giao thức sử dụng mô : - ISIS : R1,R2,R3,R4 - MPLS : R1,R4 - MPLS-TP : R1,R4 - BGP : R1,R4 - L2VPN : R1,R4 - L3VPN : R1,R4 R2 R1 192.168.1.1/30 10.0.0.0/30 R4 10.0.1.0/30 2 10.0.2.0/30 A 10.0.3.0/30 192.168.0.1/30 B 192.168.0.2/30 192.168.1.2/30 R3 Kịch mô VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 83 Cấu hình địa IP sơ đồ mơ thiết lập máy tính A,B kết nối Cấu hình giao thức ISIS router R1,R2,R3,R4 Sau cấu hình kiểm tra ping thơng máy tính TH1 : - Cấu hình MPLS R1 với LSP (R1,R2,R4), LSP dự phịng (R1,R3,R4) - Cấu hình MPLS R4 với LSP (R4,R2,R1), LSP dự phịng (R4,R3,R1) - Cấu hình dịch vụ L2VPN R1,R4 cho máy tính A B kết nối với qua dịch vụ - Ngắt link kết nối R1 R2 đánh giá kết packet loss,delay,jilter máy A B - Tương tự với trường hợp cấu hình dịch vụ L3VPN TH2 : - Cấu hình MPLS-TP R1 với LSP (R1,R2,R4), LSP dự phịng (R1,R3,R4) - Cấu hình MPLS-TP R4 với LSP (R4,R2,R1), LSP dự phịng (R4,R3,R1) - Cấu hình dịch vụ L2VPN R1,R4 cho máy tính A B kết nối với qua dịch vụ - Ngắt link kết nối R1 R2 đánh giá kết packet loss,delay,jilter máy A B - Tương tự với trường hợp cấu hình dịch vụ L3VPN 3.3 Kết mô Sau thực mô so sánh chất lượng dịch vụ giao thức MPLS ,MPLS-TP cụ thể yếu tố độ trễ, gói, jilter chuyển mạch khôi phục dịch vụ ta thu kết sau : VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 84 Bảng Kết mô so sánh MPLS MPLS-TP Công nghệ MPLS MPLS-TP VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B Dịch vụ Độ trễ (ms) Mất gói Jilter(ns) L2VPN 73.5 235 L3VPN 75 251 L2VPN 52 223 L3VPN 53.5 221 85 KẾT LUẬN Các nhà khai thác có kết hợp việc lựa chọn công nghệ khác dành cho việc tích hợp truy nhập mạng lưới truyền tải vùng/miền hệ Khi họ hướng tới giải pháp truyền tải hội tụ tảng mạng gói tin, họ phải lựa chọn công nghệ Đối với số người ,lợi ích mà Ethernet mạng lại có hấp dẫn riêng Đây cơng nghệ truyền tải với chi phí thấp khả truyền tải mạnh mẽ Tuy nhiên, MPLS-TP cung cấp phương pháp tiếp cận kiến trúc khác biệt mà thu hút ý hỗ trợ vài nhà khai thác lớn giới IP/MPLS MPLS-TP có vai trị hoạt động mạng MPLS-TP tối ưu hóa cho khả mở rộng ,sự đơn giản chi phí phù hợp với mơi trường mạng tích hợp, MPLS thử kiểm tra tảng truyền tải mạnh mẽ, khả mở rộng cao dành cho môi trường mạng lõi, có chi phí đắt so với MPLS-TP đòi hỏi khả xử lý cao thiết bị, có khả điều khiển lưu lượng mà bảo đảm cho mạng lưới hoạt động cách hiệu IP/MPLS dường chiếm hữu cơng nghệ mạng lõi, MPLS-TP khơng thích hợp với vai trị MPLS-TP hỗ trợ phần mở rộng MPLS vào mơi trường mạng metro tích hợp khơng có hạn chế MPLS MPLS MPLS-TP bổ sung cho để hoàn thiện VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO Cisco Systems, Understanding MPLS-TP and Its Benefits, White paper, pages 1-5, 2009 http://www.cisco.com/en/US/technologies/tk436/tk428/ white_paper_c11-562013.pdf Uyless D Black, MPLS and Label Switching Networks, pages 5-9, January 2001, Prentice Hall PTR, Upper Saddle River, New Jersey Dieter Beller, Rolf Sperber, MPLS-TP – The New Technology for Packet Transport Networks, Alcatel-Lucent Deutschland AG http://www.dfn.de/ fileadmin/3Beratung/DFN-Forum2/118.pdf Bill Michael, MPLS: Breaking Through, A Status Report, Computer Telephony, July 2001 http://www.cconvergence.com/article/ CTM20010425S0001 Steinar Bjornstad, Packet Switched Hybrid Optical Networks, ICTON 2004, http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1360239&isnumber=293 The Opmigua Project, http://www.Opmigua.com/index.php?page=front Peter J Welcher, Cisco Tag Switching, August 1997, http:// www.netcraftsmen.net/resources/archived-articles/491-cisco-tag-switching.html James E Goldman & Phillip T Rawles, Applied Data Communications, 2004 (ISBN 0-471-34640-3) RFC 3031, Multiprotocol Label Switching Architecture, January 2001 http:// www.ietf.org/rfc/rfc3031.txt 10 Harry G Perros, Connection-oriented Networks SONET/SDH, ATM, MPLS and Optical Networks, John Wiley & Sons Ltd, 2005 (ISBN 0-470-02163-2) 11 T-PACK, T-MPLS, a new route to carrier ethernet, June 2007, http:// VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 87 www.tpack.com/fileadmin/user_upload/Public_Attachment/TMPLS_WP_v2_web.pdf 12 RFC 3916, Requirements for Pseudo-Wire Emulation Edge-to-Edge (PWE3), http://www.ietf.org/rfc/rfc3916.txt 13 Martin Nord, Steinar Bjørnstad, Vegard L Tuft, Andreas Kimsås, Dag Roar Hjelme, Lars Erik Eriksen, Torrid Olsen, Harald Øverby, Aasmund S Sudbø, Norvald Stol, Oddgeir Austad, Anne-Grethe Kåråsen, Geir Millstein, Marius Clemetsen, The Opmigua project - Final report, 2006, http://www.telenor.com/rd/pub/rep06/r_32_06.pdf(ISBN 82-423-0606-0) 14 Steinar Bjornstad, Harald Øverby, Norvald Stol, Dag Roar Hjelme, Protecting guaranteed service traffic in an Opmigua hybrid network, 2005 http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1576464 15 A Kimsas, S Bjornstad, H Overby, N Stol, Improving performance in the Opmigua hybrid network employing the network layer packet redundancy scheme, 2009 http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5396276 VŨ TIẾN VIỆT KTTT 2012B 88 ... thức MPLS- TP - Thực mô so sánh giao thức MPLS MPLS -TP thiết bị router ảo Juniper Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài khả áp dụng giao thức MPLS- TP thay cho giao thức MPLS. .. 2012B 26 MPLS- TP sử dụng cho xây dựng mạng truyền tải gói áp dụng ngữ cảnh mạng truyền tải gói Có số mơ hình sử dụng ứng dụng MPLS- TP, thao khảo - MPLS- TP cung cấp hỗ trợ mạng không MPLS- TP LSPs... nhãn MPLS- TP (LSPs) 38 2.3.2 Thực thể vùng MPLS- TP 49 2.3.3 Thực thể lõi dẫn giả MPLS- TP .50 2.4 Cơ chế OAM MPLS- TP 59 CHƯƠNG III : ĐÁNH GIÁ GIAO THỨC MPLS- TP VÀ MPLS