đồ án: Triển khai MPLS TE trên hệ thống Router của Cisco

đồ án:Triển khai MPLS TE trên hệ thống Router của CiscChương 1: Định tuyến IP và bài toán lưu lượngChương 2: Tổng quan về MPLSChương 3: MPLS TEChương 4: Triển khai MPLS TE trên hệ thống Router của CiscoXuất phát từ nhu cầu thực tế, việc nghiên cứu MPLS TE là việc nhất thiết phải làm khi mà MPLS đang được ứng dụng mạnh mẽ, kỹ thuật lưu lượng trong MPLS cũng có ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác. Nghiên cứu MPLS TE là một vấn đề khó, cần có kiến thức sâu rộng và thời gian lâu dài. Do đó đồ án không tránh khỏi những sai xót. Rất mong nhận được sự phê bình, góp ý của các thầy cô và các bạn.Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy giáo NGUYỄN ĐÌNH LONG, người đã nhiệt tình giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án.

Đồ án tốt nghiệp Mục lục MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH VẼ iii DANH MỤC BẢNG BIỂU v THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT vi LỜI NÓI ĐẦU x CHƯƠNG I: ĐỊNH TUYẾN VÀ VẤN ĐỀ LƯU LƯỢNG 12 1.1 Định tuyến IP 12 1.1.1 Khái niệm về định tuyến 12 1.1.2 Cấu trúc một thực thể trong bảng định tuyến 13 1.1.2.1 Tiền tố định tuyến 14 1.1.2.2 Các tham số tính toán chiều dài quãng đường 14 1.1.3 Hoạt động định tuyến tại router 15 1.1.4 Vai trò định tuyến 15 1.1.5 Phân loại định tuyến 16 1.1.5.1 Định tuyến tĩnh và định tuyến động 16 1.1.5.2 Giải thuật Distance Vector và Link State 16 1.1.5.3 Định tuyến phân lớp và không phân lớp địa chỉ 17 1.1.5.4 Định tuyến đơn miền quản trị và liên miền quản trị 17 1.1.5.5 Định tuyến đơn đường và định tuyến đa đường 18 1.1.6 Một số giao thức định tuyến động cụ thể 18 1.1.6.1 Giao thức định tuyến RIP 18 1.1.6.2 Giao thức định tuyến OSPF 19 1.2 Bài toán lưu lượng 20 1.2.1 Bùng nổ lưu lượng mạng IP 20 1.2.2 Bài toán định tuyến và vấn đề lưu lượng 20 1.3 Tổng kết chương 23 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MPLS 12 SV: Dương Mạnh Tuân – Đ04VT1 i Đồ án tốt nghiệp Mục lục 2.1 Giới thiệu chung về MPLS 12 2.2 Các thuật ngữ cơ bản trong MPLS 15 2.3 Các thành phần cơ bản của MPLS 26 2.4 Hoạt động của MPLS 29 2.4.1 Hoạt động cơ bản 29 2.4.2 Định tuyến 31 2.4.3 Quá trình gán nhãn và phân bổ nhãn 33 2.4.4 Các chế độ hoạt động 34 2.5 Tổng kết chương 35 CHƯƠNG III: MPLS TE 37 3.1 Tổng quan về điều khiển lưu lượng trong MPLS 37 3.1.1 Hoạt động định hướng lưu lượng và định hướng tài nguyên 37 3.1.2 Kỹ thuật sắp xếp lưu lượng 37 3.1.3 Tắc nghẽn và điều khiển tắc nghẽn 39 3.1.4 Trung kế lưu lượng, luồng lưu lượng và tuyến chuyển mạch nhãn 41 3.2 Giao thức phân phối nhãn 43 3.2.1 Giao thức phân phối nhãn LDP 43 3.2.2 Giao thức RSVP và các khía cạnh liên quan đến MPLS 48 3.2.2.1 Giới thiệu về RSVP 48 3.2.2.2 Các khía cạnh liên quan đến MPLS 51 3.3 Giao thức CR-LDP 53 3.4 Định tuyến trong MPLS 54 3.4.1 Định tuyến ràng buộc 54 3.4.2 Điều kiện ràng buộc 56 3.4.3 Thuật toán định tuyến ràng buộc 57 3.4.4 Thiết lập đường LSP với các tham số lưu lượng 61 3.5 Thay đổi các tham số của LSP 66 3.6 Thực hiện kỹ thuật điều khiển lưu lượng 67 SV: Dương Mạnh Tuân – Đ04VT1 ii Đồ án tốt nghiệp Mục lục 3.7 Tổng kết chương 69 CHƯƠNG IV: TRIỂN KHAI MPLS TE TRÊN HỆ THỐNG ROUTER CỦA CISCO 69 4.1 Lựa chọn công cụ 69 4.2 Xây dựng kịch bản 70 4.3 Tổng kết chương 75 ``KẾT LUẬN 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 SV: Dương Mạnh Tuân – Đ04VT1 iii Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu trúc của một thực thể trong bảng định tuyến OSPF 13 Hình 1.2: Cấu trúc của một thực thể trong bảng định tuyến RIP 13 Hình 1.3: Phân loại định tuyến 16 Hình 1.4: Topo mạng mẫu 21 Hình 2.1: Lớp chèn MPLS 12 Hình 2.2: Định dạng cấu trúc nhãn 15 Hình 2.3: Ngăn xếp nhãn LSR 17 Hình 2.4: Minh họa lớp chuyển tiếp tương đương 18 Hình 2.5: Liên kết đường lên và đường xuống 19 Hình 2.6: Các FEC riêng biệt cho mỗi tiền tố địa chỉ 20 Hình 2.7: Sử dụng FEC riêng biệt cho mỗi tiền tố địa chỉ và tổ hợp FEC 20 Hình 2.8: Không gian nhãn theo từng giao diện 21 Hình 2.9: Không gian nhãn theo nút 21 Hình 2.10: Sự duy nhất của nhãn trong không gian 22 Hình 2.11: Hợp nhất nhãn 23 Hình 2.12: Mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng chuyển tiếp ở nút MPLS 26 Hình 2.13: Thành phần điều khiển 27 Hình 2.14: Cấu trúc bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn 27 Hình 2.15: Hoạt động chuyển gói tin qua miền MPLS 30 Hình 2.16: Ví dụ về định tuyến hiện 32 Hình 2.17: Vị trí khung MPLS với PPP/Ethernet lớp 2 34 Hình 2.18: Truyền gói MPLS trong chế độ tế bào 35 Hình 3.1: Sắp xếp lưu lượng tại LSR lối vào 38 Hình 3.2: Tắc nghẽn gây ra bởi kỹ thuật chọn đường ngắn nhất 40 Hình 3.3: Giải pháp cho vấn đề sử dụng kỹ thuật lưu lượng 40 Hình 3.4: FEC, trung kế lưu lượng và LSP 41 Hình 3.5: Vị trí giao thức LDP trong bộ giao thức MPLS 43 SV: Dương Mạnh Tuân – Đ04VT1 iii Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ Hình 3.6: Thủ tục phát hiện LSR lân cận 45 Hình 3.7: Tiêu đề LDP 47 Hình 3.8: Khuôn dạng các bản tin LDP 47 Hình 3.9: Các thực thể hoạt động RSVP 49 Hình 3.10: Các bản tin Path và Reservation 50 Hình 3.11: Bộ mô tả lưu lượng 51 Hình 3.12: Sử dụng các đối tượng bản tin RSVP để hỗ trợ định tuyến hiện.53 Hình 3.13: Định tuyến dựa trên sự ràng buộc 56 Hình 3.14: Ví dụ về CSPF 60 Hình 3.15: Thiết lập CR-LSP dùng RSVP mở rộng 62 Hình 3.16: Thiết lập CR-LSP dùng CR-LDP 63 Hình 3.17: Định dạng bản tin Label Request CR-LDP 65 Hình 3.18: Tránh tắc nghẽn 68 Hình 3.19: Sự chia sẻ tải 68 Hình 4.1: Topo mạng được thiết kế 70 Hình 4.2: Định tuyến OSPF trong miền MPLS 71 Hình 4.3: Lưu lượng thông qua của các luồng khi UDP là 0.3M và 0.8M 72 Hình 4.4: Lưu lượng thông qua của các luồng khi UDP là 1.3M và 1.8M 72 Hình 4.5: Tạo một Tunnel trong miền MPLS 73 Hình 4.6: Lưu lượng thông qua của các luồng khi UDP là 0.3M và 0.8M 73 Hình 4.7: Lưu lượng thông qua của các luồng khi UDP là 1.3M và 1.8M 73 Hình 4.8: Tạo hai Tunnel trong miền MPLS 74 Hình 4.9: Lưu lượng thông qua của các luồng khi UDP là 0.3M và 0.8M 74 Hình 4.10: Lưu lượng thông qua của các luồng khi UDP là 1.3M và 1.8M. 75 SV: Dương Mạnh Tuân – Đ04VT1 iv Đồ án tốt nghiệp Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tổng kết phân loại định tuyến động 18 Bảng 2.1: Các loại LSR trong mạng MPLS 29 Bảng 3.1: Thuộc tính của trung kế lưu lượng (hoặc LSP) 42 SV: Dương Mạnh Tuân – Đ04VT1 v Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ và các từ viết tắt THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không đồng bộ BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng đường biên CIDR Classess Interdomain Routing Định tuyến phân vùng không phân lớp CQ Custom Queue Hàng đợi tự điều chỉnh CoS Class of Service Lớp dịch vụ CR Constrained Routing Định tuyến cưỡng bức CR-LDP Constrained Routing-LDP Định tuyến cưỡng bức-LDP CR-LSP Constrained Routing-LSP Định tuyến cưỡng bức-LSP CSPF Constrained SPF SPF cưỡng bức DLCI Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nối liên kết dữ liệu EGP Exterior Gateway Protocol Giao thức cổng ngoài EIGRP External Interior Gateway Routing Protocol Giao thức định tuyến Gateway bên trong mở rộng ER Explicit Routing Định tuyến hiện FEC Fowarding Equivalent Class Lớp chuyển tiếp tương đương FIFO First In First Out Hàng đợi kiểu vào trước ra trước FR Frame Relay Chuyển tiếp khung FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tệp GMPLS Generalized Multiprotcol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GNS3 Graphical Network Simulator Giả lập mạng có giao diện đồ hoạ ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức thông điệp điều khiển Internet IETF Internet Engineering Task Force Nhóm đặc trách kĩ thuật Internet. ILM In Label Mapping Ánh xạ nhãn vào IGP Interior Gateway Protocol Giao thức cổng nội IGRP Interior Gateway Routing Protocol Giao thức định tuyến Gateway SV: Dương Mạnh Tuân – Đ04VT1 vi Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ và các từ viết tắt bên trong IOS Internetwork Operating System Hệ điều hành liên mạng Cisco IGMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản lý nhóm Internet IP Internet Protocol Giao thức Internet IS-IS Intermediate System to Intermediate System Hệ thống trung gian đến hệ thống trung gian ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet LDP Label Distribute Protocol Giao thức phân bổ nhãn LER Label Edge Router Router biên nhãn LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn LSA Link State Advertisement Gói quảng cáo trạng thái liên kết LSFT Label Switching Forwarding Table Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn LSP Label Switched Path Đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP Link State Packet Gói trạng thái đường LSR Label Switch Router Router chuyển mạch nhãn MAC Media Access Control Điều khiển truy xuất môi trường MAN Metropolitan Area Network Mạng đô thị MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLSCP MPLS Control Protocol Giao thức điều khiển MPLS MAM Maximum Allocation Multiplier Hệ số cấp phát tài nguyên tối đa OSI Open Systems Interconnection Mô hình liên kết hệ thống đấu nối mở OSPF Open Shortest Path First Giao thức ưu tiên đường đi ngắn nhất PDU Protocol Data Unit Đơn vị số liệu giao thức PHB Per Hop Forwarding Behavior Hoạt động chuyển tiếp từng chặng PNNI Private Network to Network Interface Giao diện mạng mạng riêng SV: Dương Mạnh Tuân – Đ04VT1 vii Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ và các từ viết tắt PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm điểm PQ Priority Queue Hàng đợi ưu tiên QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RFC Request for Comment Yêu cầu cho ý kiến RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyến RIP-2 RIP version 2 RIP phiên bản 2 RSVP Resource Resevation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên SPF Shortest Path First Thuật toán ưu tiên đường đi ngắn nhất TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thời gian TE Traffic Engineering Kĩ thuật lưu lượng TLV Type-Length-Value Kiểu-Chiều dài-Giá trị ToS Type of Service Kiểu dịch vụ TTL Time To Live Thời gian sống UDP User Datagrame Protocol Giao thức dữ liệu người dùng VCI Virtual Channel Identifier Chỉ số kênh ảo VLSM Variable Length Subnet Mask Mặt nạ mạng con có chiều dài biến đổi VPI Virtual Path Identifier Chỉ số đường ảo VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WFQ Weighted Fair Queue Hàng đợi cân bằng trọng số SV: Dương Mạnh Tuân – Đ04VT1 viii Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của Internet, số lượng khách hàng sử dụng Internet ngày càng nhiều. Nhu cầu sử dụng các dịch vụ đa phương tiện tăng lên, kéo theo đó là vấn đề phải đảm bảo QoS cho từng loại hình dịch vụ về trễ gói, lỗi tốc độ, và băng thông tối thiểu cho một đường truyền nào đó. Mạng IP truyền thống cung cấp các dịch vụ cho khách hàng dựa trên dịch vụ IP (besr-effort). Do đó nó không có một cơ chế điều khiển lưu lượng nào nên không đáp ứng được nhu cầu khách hàng. Các nhà nghiên cứu cố gắng tìm ra một phương pháp điều khiển lưu lượng mạng một cách tối ưu để đáp ứng được yêu cầu khách hàng, đồng thời để sử dụng tài nguyên mạng một cách hợp lý. Các phương pháp điều khiển lưu lượng mạng như IP, ATM cũng phần nào giải quyết được bài toán lưu lượng nhưng còn tồn tại nhiều hạn chế. MPLS TE là kỹ thuật lưu lượng dựa trên chuyển mạch nhãn đa giao thức, nó có khả năng điều khiển lưu lượng một cách linh hoạt và theo ý muốn của nhà quản trị. MPLS TE chỉ là một phần của MPLS, chức năng chính của MPLS là chuyển mạch nhanh (Chuyển mạch lớp 2). MPLS đang được triển khai rộng rãi để làm mạng lõi hoặc là sử dụng cho những mạng có mật độ lưu lượng cao. MPLS không thay thế IP mà nó hoạt động song song với các phương pháp định tuyến đang tồn tại để có thể truyền dữ liệu với tốc độ cao. Với MPLS, nhà cung cấp dịch vụ còn có thể triển khai rất nhiều loại hình dịch vụ trên đó. Với những đặc tính ưu việt như vậy nên MPLS đang được sử dụng và triển khai rộng rãi. Vì vậy, em xin trình bày đề tài “Triển khai MPLS TE trên hệ thống Router của Cisco”. Đề tài của em gồm những nội dung sau: Chương 1: Định tuyến IP và bài toán lưu lượng Chương 2: Tổng quan về MPLS Chương 3: MPLS TE Chương 4: Triển khai MPLS TE trên hệ thống Router của Cisco Xuất phát từ nhu cầu thực tế, việc nghiên cứu MPLS TE là việc nhất thiết phải làm khi mà MPLS đang được ứng dụng mạnh mẽ, kỹ thuật lưu lượng trong MPLS cũng có ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác. Nghiên cứu MPLS TE là một vấn đề khó, cần có kiến thức sâu rộng và thời gian lâu dài. Do đó đồ án SV: Dương Mạnh Tuân – Đ04VT1 x [...]... được lên lớp Internet Hay nói cách khác, router bỏ đi phần tiêu đề của lớp truy cập mạng và tái hợp lại (nếu cần thiết) datagram IP • Router kiểm tra địa chỉ đích trong phần tiêu đề IP Nếu địa chỉ đích thuộc mạng đã gửi dữ liệu đến thì Router bỏ qua dữ liệu này (dữ liệu có thể đã đến đích vì nó được truyền trên mạng của máy tính đích) • Nếu đích đến của dữ liệu là một mạng khác thì Router sẽ tra cứu... khiển lưu lượng dựa trên phân lớp IP • Điều khiển lưu lượng dựa trên ATM • Điều khiển lưu lượng dựa trên MPLS Chúng ta sẽ nghiên cứu và sử dụng: Điều khiển lưu lượng dựa trên MPLS Lý do chọn: Điều khiển lưu lượng dựa trên MPLS • Hiện nay MPLS là giải pháp cơ sở cho IP thế hệ tiếp theo với việc cung cấp khả năng đáp ứng băng thông và QoS theo yêu cầu người sử dụng và đang được triển khai rộng rãi để làm... quan tới độ dài 20 bít, ứng với việc MPLS được triển khai trên công nghệ lớp 2 sử dụng cấu trúc nhãn trong địa chỉ MAC như ATM hay FR Thuật ngữ thứ hai liên quan tới tiêu đề nhãn có độ dài 32 bít, ứng với việc MPLS được triển khai trên các công nghệ lớp 2 mà địa chỉ MAC không có cấu trúc nhãn Nhãn không có cấu trúc bên trong và không trực tiếp mã hóa thông tin của tiêu đề lớp mạng như địa chỉ IP Nhãn... phân bổ nhãn Miền MPLS (MPLS Domain) Một tập hợp các nút MPLS kề nhau trong cùng một miền định tuyến hay quản trị tạo thành một miền MPLS Trong miền MPLS các gói tin IP dán nhãn được chuyển mạch theo nhãn của chúng Một miền MPLS có thể kết nối tới một nút ở ngoài thuộc miền MPLS khác hay miền IP không MPLS (miền IP trong đó các bộ định tuyến sử dụng cơ chế chuyển tiếp truyền thống dựa trên tiền tố địa... được coi là một sự phát triển tương đối mới, nó mới chỉ được tiêu chuẩn hoá theo Internet vào đầu năm 2001 Các yêu cầu tiêu chuẩn hóa đối với MPLS như sau: • MPLS phải làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu SV: Dương Mạnh Tuân – Đ04VT1 13 Đồ án tốt nghiệp Chương II: Tổng quan về MPLS • MPLS phải thích ứng với các giao thức lớp mạng và các công nghệ IP liên quan • MPLS cần hoạt động độc... thông tin của nhãn trên các công nghệ lớp 2 • Chỉ ra một phương pháp tiêu chuẩn nhằm hoạt động cùng với môi trường ATM tại mặt bằng điều khiển và mặt bằng sử dụng • Hỗ trợ các công nghệ QoS (như giao thức RSVP), kỹ thuật lưu lượng TE, mạng riêng ảo VPN trên nền ATM và quang cho mạng thế hệ kế tiếp • Chỉ ra các tiêu chuẩn cho phép các Host sử dụng MPLS MPLS được đưa ra như là một hướng cho công nghệ truyền... của định tuyến trên các mô hình chồng lấn truyền thống • Tăng tính mềm dẻo trong quá trình đưa và phát triển các loại hình dịch vụ mới Do đó, có thể định nghĩa MPLS là một tập các công nghệ mở dựa vào chuẩn Internet mà kết hợp chuyển mạch lớp 2 và định tuyến lớp 3 để chuyển tiếp gói tin bằng cách sử dụng các nhãn ngắn có chiều dài cố định Đây được coi là công nghệ lớp 2.5, mô hình này chỉ ra rằng MPLS. .. định tuyến Internet khác như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Gateway Protocol) MPLS cho phép các nhà cung cấp dịch vụ Internet ISP hợp nhất các công nghệ truyền tải lớp 2 hiện nay như là ATM, FR và Ethernet liên kết hoạt động với nhau và cùng tồn tại trong mạng IP Do đó MPLS cung cấp tính mềm dẻo cho các nhà quy hoạch mạng nhằm thoả mãn các chiến lược quy hoạch mạng của họ MPLS được xem... trên mạng IP là đều cần thiết, là vấn đề quan tâm hàng đầu của các nhà quản trị mạng Làm được điều này sẽ đáp ứng được nhu cầu khách hàng và nâng cao chất lượng dịch vụ của nhà cung cấp dịch vụ Ngày nay MPLS đang được ứng dụng mạnh mẽ nên việc điều khiển lưu lượng mạng IP dựa trên MPLS TE là một hướng đi mang tính thiết thực SV: Dương Mạnh Tuân – Đ04VT1 23 Đồ án tốt nghiệp Chương II: Tổng quan về MPLS. .. tương thích các yêu cầu của nhiều công nghệ mạng liên kết dữ liệu khác nhau MPLS dựa SV: Dương Mạnh Tuân – Đ04VT1 12 Đồ án tốt nghiệp Chương II: Tổng quan về MPLS trên mô hình ngang cấp, vì vậy mỗi thiết bị MPLS chạy một giao thức định tuyến IP đơn, cập nhập trao đổi thông tin định tuyến với các thiết bị lân cận, duy trì một không gian cấu hình mạng và một không gian địa chỉ MPLS thay đổi các thiết . Internet IETF Internet Engineering Task Force Nhóm đặc trách kĩ thuật Internet. ILM In Label Mapping Ánh xạ nhãn vào IGP Interior Gateway Protocol Giao thức cổng nội IGRP Interior Gateway Routing Protocol. dịch vụ CR Constrained Routing Định tuyến cưỡng bức CR-LDP Constrained Routing-LDP Định tuyến cưỡng bức-LDP CR-LSP Constrained Routing-LSP Định tuyến cưỡng bức-LSP CSPF Constrained SPF SPF cưỡng. trong IOS Internetwork Operating System Hệ điều hành liên mạng Cisco IGMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản lý nhóm Internet IP Internet Protocol Giao thức Internet IS-IS Intermediate