Ứng dụng của mạng atm mpls

Đồ án tốt nghiệp Chương IV: Ứng dụng mạng ATM MPLS Chơng Giới thiệu Công nghệ MPLS 1.1 Giới thiệu Trong năm gần đây, mạng Internet phát triển nhanh trở nên phổ biến, Internet mở phương tiện thông tin hiệu tiện lợi phục vụ cho giáo dục, thương mại, giải trí, thơng tin cộng đồng v.v… Hiện ngày phát triển ứng dụng thương mại thị trường người tiêu dùng Thêm vào dịch vụ đa phương tiện phát triển triển khai thúc đẩy nhu cầu tốc độ dải băng tăng nhanh Cùng với số lượng người sử dụng ngày tăng, chất lượng người sử dụng phải nâng cao Tuy nhiên, tài nguyên hạ tầng Internet không đáp ứng nhu cầu Sự đời chuyển mạch nhãn đa giao thức – MPLS tất yếu nhu cầu tốc độ phát triển nhanh mạng Internet yêu cầu phải có giao thức đảm bảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu đồng thời phải đơn giản tốc độ xử lý phải cao Thật vậy, MPLS cung cấp tảng cơng nghệ cho q trình tạo mạng đa người dùng, đa dịch vụ với hiệu cao hơn, khả mở rộng mạng lớn, nhiều chức cải tiến đáp ứng nhiều yêu cầu chất lượng dịch vụ Chuyển mạch nhãn yếu tố quan trọng cho trình mở rộng Internet, cung cấp ứng dụng quan trọng xử lý chuyển tiếp gói cách đơn giản hóa trình xử lý, hạn chế việc tạo mào đầu bước đường dẫn, tạo mơi trường hỗ trợ cho điều khiển chất lượng dịch vụ Phát triển MPLS cho phép tích hợp IP ATM, hỗ trợ hội tụ dịch vụ cung cấp hội cho điều khiển lưu lượng mạng riêng ảo Hiệu xử lý gói cải tiến cách thêm nhãn có kích thước cố định vào gói Điều khiển chất lượng dịch cung cấp dễ dàng xây dựng mạng công cộng lớn MPLS kỹ thuật mong đợi phát triển phổ biến phạm vi rộng mạng IP riêng công cộng, mở đường cho việc hội tụ dịch vụ mạng, video thoại Tóm lại, MPLS đóng vai trị quan trọng việc định tuyến, chuyển mạch chuyển tiếp gói qua mạng hệ sau giải vấn đề liên quan tới khả mở rộng cấp độ hoạt động với mạng Frame relay ATM để đáp ứng nhu cầu dịch vụ người sử dụng mạng Sinh viên:Lê Thị Thu Hiền Lớp: T6 - K43 Đồ án tốt nghiệp Chương IV: Ứng dụng mạng ATM MPLS 1.1.1 Khái niệm công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức – MPLS Chuyển mạch nhãn đa giao thức - MPLS (MultiProtocol Label Switching) biện pháp linh hoạt để giải vấn đề gặp nhiều khó khăn mạng như: tốc độ, quy mô, chất lượng dịch vụ (QoS), quản trị kỹ thuật lưu lượng MPLS thể giải pháp thông minh để đáp ứng địi hỏi dịch vụ quản lý dải thơng cho mạng IP hệ sau - dựa mạng đường trục MPLS giải vấn đề liên quan đến tính quy mơ định tuyến (dựa QoS dạng chất lượng dịch vụ) tồn mạng ATM (phương thức truyền không đồng - Asynchronous Tranfer Mode) mạng Frame-relay tồn MPLS thực số chức sau: − Xác định cấu quản lý nhiều mức độ khác luồng lưu lượng, luồng cấu, phần cứng khác chí luồng ứng dụng khác − Duy trì độc lập giao thức lớp lớp − Cung cấp phương pháp ánh xạ địa IP với nhãn đơn giản, có độ dài cố định sử dụng công nghệ chuyển tiếp gói chuyển mạch gói khác − Giao diện với giao thức định tuyến có giao thức đặt trước tài nguyên (RSVP) giao thức mở rộng theo phương thức ưu tiên tuyến đường ngắn (OSPF) − Hỗ trợ IP, ATM giao thức lớp Frame-relay 1.1.2 Sự đời MPLS MPLS kết hợp cách hoàn hảo ưu điểm công nghệ IP ATM a) Công nghệ IP IP (Giao thức Internet – Internet Protocol) thành phần kiến trúc mạng Internet IP định nghĩa cấu đánh số, cấu chuyển tin, cấu định tuyến chức điều khiển mức thấp (Giao thức tin điều khiển Internet - ICMP) Gói tin IP gồm địa bên nhận; địa số toàn mạng mang đầy đủ thơng tin cần cho việc chuyển gói tin tới đích Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính tốn đường tới nút mạng Do vậy, cấu định tuyến phải cập nhật thông tin đồ hình mạng, Sinh viên:Lê Thị Thu Hiền Lớp: T6 - K43 Đồ án tốt nghiệp Chương IV: Ứng dụng mạng ATM MPLS thông tin nguyên tắc chuyển tin (như Giao thức định tuyến biên miền BGP) phải có khả hoạt động mơi trường mạng gồm nhiều nút Kết tính tốn cấu định tuyến lưu bảng chuyển tin chứa thông tin chặng để gửi gói tin tới hướng đích Dựa bảng chuyển tin, cấu chuyển tin chuyển mạch gói IP hướng tới đích Phương thức chuyển tin truyền thống theo chặng Ở cách này, nút mạng phải tính tốn bảng chuyển tin cách độc lập Do vậy, phương thức yêu cầu kết tính tốn phần định tuyến tất nút phải quán với Sự không thống kết đồng nghĩa với việc gói tin Kiểu chuyển tin theo chặng hạn chế khả mạng Ví dụ, với phương thức này, gói tin chuyển tới địa mà qua nút chúng truyền qua tuyến tới điểm đích Điều khiến mạng thực số chức khác định tuyến theo đích, theo loại hình dịch vụ v.v… Tuy nhiên, bên cạnh đó, phương thức định tuyến chuyển tin nâng cao độ tin cậy khả mở rộng mạng Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản ứng lại với cố việc thay đổi tuyến định tuyến biết thay đổi đồ hình mạng thông qua việc cập nhật thông tin trạng thái kết nối Với phương thức định tuyến liên miền không phân cấp (Classless inter domain Routing - CIDR), kích thước bảng chuyển tin trì mức chấp nhận việc tính tốn định tuyến nút tự thực hiện, mạng mở rộng mà không cần thực thay đổi Tóm lại, IP giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy khả mở rộng cao Nhưng việc điều khiển lưu lượng khó thực phương thức định tuyến theo chặng.Ngồi ra, IP khơng hỗ trợ chất lượng dịch vụ b) Công nghệ ATM Công nghệ ATM (Aysnchronous Transfer Mode – phương thức truyền tin không đồng bộ) kỹ thuật truyền tin tốc độ cao.ATM nhận thông tin nhiều dạng khác thoại, số liệu, video cắt thành nhiều phần nhỏ gọi tế bào Các tế bào này, sau đó, truyền qua kết nối ảo VC (Virtual connection) Vì ATM hỗ trợ thoại, số liệu video với chất lượng dịch vụ nhiều công nghệ băng rộng khác nhau, coi cơng nghệ chuyển mạch hàng đấu thu hút nhiều quan tâm Sinh viên:Lê Thị Thu Hiền Lớp: T6 - K43 Đồ án tốt nghiệp Chương IV: Ứng dụng mạng ATM MPLS ATM khác với định tuyến IP số điểm Nó cơng nghệ chuyển mạch hướng kết nối Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải thiết lập trước thông tin gửi ATM yêu cầu kết nối phải thiết lập nhân công thiết lập cách tự động thông qua báo hiệu Một điểm khác ATM không thực định tuyến nút trung gian Tuyến kết nối xuyên suốt xác định trước trao đổi liệu giữ cố định thời gian kết nối Trong trình thiết lập kết nối, tổng đài ATM trung gian cấp cho kết nối nhãn Việc thực hai điều: dành cho kết nối số tài nguyên xây dựng bảng chuyển tế bào tổng đài Bảng chuyển tế bào có tính cục chứa thơng tin kết nối hoạt động qua tổng đài Điều khác với thơng tin tồn mạng chứa bảng chuyển tin định tuyến dùng IP Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM tương tự việc chuyển gói tin qua định tuyến Tuy nhiên, ATM chuyển mạch nhanh nhãn gắn tế bào có kích thước cố định (nhỏ IP), kích thước bảng định tuyến nhỏ nhiều so với định tuyến IP, việc thực thiết bị phần cứng chuyên dụng Do vậy, thông lượng tổng đài ATM thường lớn thông lượng định tuyến IP truyền thống Nói cách khác, công nghệ ATM kỹ thuật truyền tin tốc độ cao, đảm bảo thời gian thực chất lượng dịch vụ theo yêu cầu định trước c) Công nghệ MPL S - Kết hợp công nghệ IP ATM Ưu điểm bật giao thức định tuyến TCP/IP khả định tuyến truyền gói tin cách mềm dẻo linh hoạt rộng khắp tồn cầu Nhưng IP khơng đảm bảo chất lượng dịch vụ, tốc độ truyền tin theo yêu cầu, cơng nghệ ATM mạnh ưu việt tốc độ truyền tin cao, đảm bảo thời gian thực chất lượng dịch vụ theo yêu cầu định trước Sự kết hợp IP với ATM giải pháp kỳ vọng cho mạng viễn thông tương lai - mạng hệ sau NGN Chuyển mạch nhãn đa giao thức - MPLS đáp ứng nhu cầu MPLS kết hợp ưu điểm công nghệ IP ATM tạo giải pháp linh hoạt cho việc giải vấn đề mà mạng ngày phải đối mặt, tốc độ, khả mở rộng cấp độ mạng, quản lý chất lượng dịch vụ (QoS) kỹ thuật lưu lượng Thật vậy, công nghệ Chuyển mạch nhãn đa giao thức – MPLS kết phát triển nhiều công nghệ chuyển mạch IP sử dụng chế hoán đổi nhãn Sinh viên:Lê Thị Thu Hiền Lớp: T6 - K43 Đồ án tốt nghiệp Chương IV: Ứng dụng mạng ATM MPLS ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi giao thức định tuyến IP Tư tưởng đưa MPLS là: Định tuyến biên, chuyển mạch lõi Trong mạng MPLS, gói gán nhãn biên mạng chúng định tuyến xuyên qua mạng dựa nhãn đơn giản Phương pháp cho phép định tuyến rõ ràng đối xử phân liệt gói giữ định tuyến lõi đơn giản Có thể nói MPLS cơng nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng.Với tính chất cấu định tuyến mình, MPLS có khả nâng cao chất lượng dịch vụ mạng IP truyền thống Bên cạnh đó, thơng tin lưu lượng mạng cải thiện rõ rệt 1.2 Tình hình triển khai cơng nghệ q trình chuẩn hố MPLS 1.2.1 Tình hình triển khai cơng nghệ MPLS BIG PIPE nhà khai thác mạng trục IP Canada lựa chọn Cisco Systems nhà cung cấp thiết bị cho mạng trục IP OC-192 vào tháng 10 năm 2001- định tuyến Cisco mạng trục cho phép BIG PIPE cung cấp băng thông OC192 Các định tuyến 12410 12416 Cisco cho phép nhà cung cấp dịch vụ triển khai dịch vụ IP hệ sau MPLS-VPN, IP QoS Voice over IP (VOIP) Juniper Network Ericsson Communication thông báo hệ Internet Router trục (serie M) triển khai mạng trục TelstraSaturn TelstraSaturn công ty New Zealand triển khai mạng băng tần lớn cung cấp IP thoại Các định tuyến M160 M20 triển khai mạng trục tải lưu lượng qua MPLS Đây mạng thương mại triển khai đầy đủ STM-16 (2.5 Gb/s) New Zealand Tháng 10 Alcatel thơng báo kí hợp đồng cung cấp thiết bị băng rộng cho Deatsche Telecom Group Các sản phẩm Alcatel bao gồm: thiết bị chuyển mạch định tuyến (RSP) 7670 cho mạng chuyển đổi số liệu ATM quốc nội Đức Thiết bị cho phép Deatsche Telecom mở rộng mạng đa dịch vụ họ từ 12.8 Gb/s lên 450 Gb/s để thoả mãn nhu cầu mạng thực Thiết bị có khả chuyển mạch MPLs ATM Sinh viên:Lê Thị Thu Hiền Lớp: T6 - K43 Đồ án tốt nghiệp Chương IV: Ứng dụng mạng ATM MPLS NTT America thông báo triển khai dịch vụ Arestar Global IP-VPN đến tất doanh nghiệp Mỹ Dịch vụ Arestar IP-VPN cung cấp giải pháp hoàn chỉnh bao gồm nhiều công nghệ IP –VPN, MPLS China Telecom lựa chọn Nortelworks hợp đồng trị gía 12 triệu USD để nâng cấp mạng ATM đa dịch vụ tỉnh Jiasngu Shandong vào tháng 10 năm 2001 Hai mạng cho phép China Telecom cung cấp dịch vụ ATM tiên tiến, China Telecom có kế hoạch thay thiết bị chuyển mạch đường trục giải pháp Nortel Network Các thiết bị bao gồm: Passport 15000, Passport 7480 MS Các thiết bị cung cấp dịch vụ ATM, Frame Relay, Chuyển mạch định tuyến IP, MPLS… Riverstone Network triển khai mạng cho hai nhà cung cấp Châu Âu Telenet - nhà cung cấp dịch vụ Bỉ Neosnetwork - nhà khai thác U.K Nhà khai thác triển khai mạng MPLS U.K với Router loại RS Neosnetworks chọn RS 8600 multi-service router RS 3000 metro access router để cung cấp dịch vụ Ethernet phần mạng truyền số liệu toàn quốc U.K Telenet lựa chọn Reverstone nhà cung cấp router cho mạng đường trục IP mạng truyền số liệu mạng cáp Telenet sử dụng Reverstone RS 8600 multiservice mẻto routers Cả hai dự án triển khai cuối năm 2001 Alcatel thông báo tháng 10 năm 2001 sản phẩm Alcatel 7670 RSP lựa chọn mở rộng mạng ATM toàn quốc Belgacom Sản phẩm cho phép Belgacom mở rộng mạng ATM đa dịch vụ tại, Belgacom triển khai thêm tổng đài truy nhập Alcatel 7470 MSP để tải lưu lượng IP dịch vụ DSL Trong năm 2001, Belgacom tăng số lượng khách hàng truy nhập Internet lên 100.000 tháng lên tới 200.000 vào cuối năm Thiết bị đa giao thức Alcatel 7670 RSP thiết bị MPLS cho phép tích hợp ATM MPLS/IP thiết bị 1.2.2 Quá trình chuẩn hóa MPLS Đối với cơng nghệ chuyển mạch mới, việc tiêu chuẩn hố khía cạnh quan trọng định khả chiếm lĩnh thị trường nhanh chóng cơng nghệ Các tiêu chuẩn liên quan đến IP ATM xây dựng hoàn thiện thời gian tương đối dài Các tiêu chuẩn MPLS chủ yếu IETF phát triển (các tiêu chuẩn RFC – Request for Comment) hoàn thiện thực theo trình sau: Sinh viên:Lê Thị Thu Hiền Lớp: T6 - K43 Đồ án tốt nghiệp − Chương IV: Ứng dụng mạng ATM MPLS Vào đầu năm 1997, hiến chương MPLS thông qua − Vào tháng năm 1997, nhóm làm việc MPLS tiến hành họp − Vào tháng 11 năm 1997, tài liệu MPLS ban hành − Vào tháng năm 1998, tài liệu cấu trúc MPLS ban hành − Trong tháng tháng năm 1998, 10 tài liệu Internet bổ sung ban hành, bao gồm giao thức phân phối nhãn MPLS (MPLS Label Distribution Protocol – MPLS LDP), mã hóa đánh dấu (Mark Encoding), ứng dụng ATM,v.v… MPLS hình thành − IETF hồn thiện tiêu chuẩn MPLS đưa tài liệu RFC năm 1999 Q trình chuẩn hố MPLS cịn ITU-T xây dựng phát triển Như vậy, thấy MPLS phát triển nhanh chóng hiệu Điều chứng minh yêu cầu cấp bách công nghiệp cho công nghệ Hầu hết tiêu chuẩn MPLS ban hành dạng RFC 1.3 Một số ưu điểm ứng dụng công nghệ MPLS 1.3.1 Ưu điểm Mặc dù thực tế MPLS ban đầu phát triển với mục đích để giải việc chuyển tiếp gói tin, lợi điểm MPLS mơi trường mạng lại từ khả điều khiển lưu lượng Một số lợi ích MPLS: − Hỗ trợ mềm dẻo cho tất dịch vụ (hiện tới) mạng đơn − Đơn giản hóa đồ hình cấu hình mạng so với giải pháp IP qua ATM − Hỗ trợ tất công cụ điều khiển lưu lượng mạnh mẽ bao gồm định tuyến liên tiếp chuyển mạch bảo vệ − Hỗ trợ đa kết nối đa giao thức: thiết bị chuyển tiếp chuyển mạch nhãn dùng thực chuyển mạch nhãn với IP tốt với IPX Chuyển mạch nhãn vận hành ảo giao thức lớp liên kết liệu − Khả mở rộng: chuyển mạch nhãn có ưu điểm tác chức điều khiển chuyển tiếp Mỗi phần phát triển khơng cần đến phần khác, tạo phát triển mạng dễ dàng hơn, giá thành thấp lỗi Sinh viên:Lê Thị Thu Hiền Lớp: T6 - K43 Đồ án tốt nghiệp Chương IV: Ứng dụng mạng ATM MPLS − Hỗ trợ cho tất loại lưu lượng: ưu điểm khác chuyển mạch nhãn hỗ trợ cho tất loại chuyển tiếp unicast, loại dịch vụ unicast gói multicast 1.3.2 Các ứng dụng MPLS Mạng MPLS có nhiều ứng dụng có ứng dụng thơng thường khả sử dụng đồng thời: − Tích hợp IP+ATM - Do “chuyển mạch nhãn” thực chuyển mạch ATM, MPLS phương pháp tích hợp dịch vụ IP trực tiếp chuyển mạch ATM Sự tích hợp cần phải đặt định tuyến IP phần mềm LDP trực tiếp chuyển mạch ATM Do tích hợp hoàn toàn IP chuyển mạch ATM, MPLS cho phép chuyển mạch ATM hỗ trợ tối ưu dịch vụ IP IP đa hướng (multicast), lớp dịch vụ IP, RSVP(Resource Reservation Protocol – Giao thức hỗ trợ tài nguy ên) mạng riêng ảo − Dịch vụ mạng riêng ảo IP (VPN) - VPN thiết lập sở hạ tầng cho mạng intranet extranet, mạng IP mà công ty kinh doanh thiết lập sở toàn cấu trúc kinh doanh họ Dịch vụ VPN dịch vụ mạng Intranet Extranet mà mạng cung cấp nhà cung cấp dịch vụ đến nhiều tổ chức khách hàng MPLS kết hợp với giao thức cổng biên (BGP) cho phép nhà cung cấp mạng hỗ trợ hàng nghìn VPN khách hàng Như vậy, mạng MPLS với BGP tạo cách thức cung cấp dịch vụ VPN ATM thiết bị dựa gói tin linh hoạt, dễ mở rộng quy mơ dễ quản lý Thậm chí mạng nhà cung cấp nhỏ, khả linh hoạt dễ quản lý dịch vụ MPLS+BGP VPN ưu điểm chủ yếu − Điều khiển lưu lượng định tuyến IP rõ ràng - vấn đề quan trọng mạng IP liên tục thiếu khả điều khiển linh hoạt luồng lưu lượng IP để sử dụng hiệu qủa dải thơng mạng có sẵn Do vậy, thiếu hụt liên quan đến khả gửi luồng chọn xuống đường chọn ví dụ chọn đường trung kế bảo đảm cho lớp dịch vụ riêng MPLS sử dụng đường chuyển mạch nhãn (LSPs), dạng ‘lightweight VC’ mà thiết lập ATM thiết bị dựa gói tin Khả điều khiển lưu lượng IP MPLS sử dụng thiết lập đặc biệt LSP để điều khiển cách linh hoạt luồng lưu lượng IP Sinh viên:Lê Thị Thu Hiền Lớp: T6 - K43 Đồ án tốt nghiệp Chương IV: Ứng dụng mạng ATM MPLS 1.4 Tóm tắt chương Như vậy, chương Giới thiệu tổng quan công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) Trong chương trình bày khái niệm MPLS, đời MPLS dựa kết hợp hồn hảo ưu điểm cơng nghệ IP, cơng nghệ ATM Do ngun lý công nghệ IP, ATM, MPLS tìm hiểu Ngồi ra, tình hình triển khai cơng nghệ q trình chuẩn hố MPLS, ưu điểm ứng dụng MPLS đề cập đến Sinh viên:Lê Thị Thu Hiền Lớp: T6 - K43 Đồ án tốt nghiệp Chương IV: Ứng dụng ca mng ATM MPLS Chơng thành phần hoạt động mạng mpls 2.1 Cỏc khỏi nim c mạng MPLS Một vài khái niệm cần phải hiểu rõ trước mô tả hoạt động mạng MPLS a) Lớp chuyển tiếp tương dương (Forward Equivalence Class - FEC) Lớp chuyển tiếp tương đương-FEC khái niệm dùng để lớp gói tin ưu tiên q trình vận chuyển Tất gói nhóm đối xử đường tới đích Khác với IP thơng thường, MPLS, gói tin riêng biệt gán vào FEC riêng sau chúng vào mạng Các FEC dựa yêu cầu dịch vụ cho việc thiết lập gói tin hay đơn giản cho tiền địa b) Nhãn gán nhãn Nhãn dạng đơn giản xác định đường mà gói truyền qua Nhãn mang hay đóng gói tiêu đề lớp với gói tin Bộ định tuyến kiểm tra gói qua nội dung nhãn để xác định bước chuyển tiếp Khi gói tin gán nhãn, chặng đường cịn lại gói tin thơng qua mạng đường trục dựa chuyển mạch nhãn Giá trị nhãn có ý nghĩa cục nghĩa chúng liên quan đến bước chuyển tiếp LSR Nhãn gán vào gói tin gói tin xếp FEC hay FEC tồn Giá trị nhãn phụ thuộc vào phương tiện mà gói tin đóng gói Đối với mạng Frame Relay sử dụng giá trị nhận dạng kết nối lớp liên kết liệu DLCI ( Data Link Connection Identifier), ATM sử dụng trường nhận dạng đường ảo tế bào/ trường nhận dạng kênh ảo tế bào (Virtual Path Identifier/ Virtual Circuit Identifier - VPI/VCI) Sau gói chuyển tiếp dựa giá trị chúng Việc gán nhãn dựa tiêu chí sau: − Định tuyến unicast đích − Kỹ thuật lưu lượng − Multicast − Mạng riêng ảo (Virtual Private Networks - VPN) − Chất lượng dịch vụ (Quality of Service - QoS) Định dạng chung nhãn giải thích hình Nhãn thể rõ tiêu đề lớp liên kết (VPI/VCI ATM hình DLCI Frame Sinh viên: Lê Thị Thu Hiền Lớp: T6 - K43