Tìm hiểu công nghệ mạng MPLS

Đề tài : Tìm hiểu công nghệ mạng MPLS nội dung chính sau: Chương 1: Tổng quan về giao thức Internet và công nghệ mạng MPLS Chương 2: Cấu trúc của MPLS Chương 3: Sự chuyển tiếp các gói tin được gắn nhãn Chương 4: Giao thức phân phối nhãn

MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC INTERNET VÀ CÔNG NGHỆ MPLS 3 1.1 Mô hình tham chiếu OSI: 3 1.2 Mô hình và bộ giao thức TCP/IP: 4 1.3 Giới thiệu về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. 5 1.3.1 “Routing layer 3” và “Switching layer 2”. 5 1.3.2 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 6 1.3.2.1 Định nghĩa MPLS. 6 1.3.2.2 Những giao thức trước MPLS. 7 1.3.2.3 Các điều kiện để triển khai một hạ tầng mạng MPLS 7 1.3.2.4 Những lợi ích của mạng MPLS. 8 1.4 Lịch sử phát triển của MPLS : 8 1.4.1 Tag Switching đến MPLS. 8 1.4.2 Một số ứng dụng của mạng MPLS. 9 1.5 Tổng kết chương : 10 CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC CỦA MPLS 11 2.1 Cấu trúc của một nhãn MPLS. 11 2.1.1 Nhãn (Label). 11 2.1.2 Ngăn xếp nhãn (Label Stacking) 11 2.1.3. Vị trí của nhãn(Label) trong các Frame Layer 2 12 2.2 Vị trí của MPLS trong mô hình OSI 13 2.3 Label Switch Router 14 2.4 Label Switched Path 15 2.5 Forwarding Equivalence Class 16 2.6 Phân phối nhãn 16 2.7 Phân phối nhãn với LDP 18 2.8 Label Forwarding Information Base 20 2.9 MPLS Payload 20 CHƯƠNG 3: SỰ CHUYỂN TIẾP CÁC GÓI TIN ĐƯỢC GẮN NHÃN 22 3.1 Sự chuyển tiếp các gói tin được gắn nhãn. 22 3.2 Tìm nhãn trong gói tin MPLS. 23 3.3 Các loại nhãn trong mạng MPLS. 27 3.4 TTL (Time-to-Live) của những gói tin được gắn nhãn. 31 3.5 Mpls MTU 34 3.5.1 MPLS MTU Command 35 3.5.2 Gaint và baby gaint Frame 35 3.5.3 Gaints Frames trên Switches 37 3.5.4 MPLS Maximum Receive Unit 37 3.5.5 Sự phân mảnh của MPLS Packets 38 3.5.6 Path MTU discovery 38 CHƯƠNG 4 : GIAO THỨC PHÂN PHỐI NHÃN 40 4.1 Tổng quan về LDP. 41 4.2 Hoạt động của LDP. 42 4.2.1 Tìm kiếm và duy trì sự có mặt của các LSR có trong mạng “The discovery of LSRs that are running LDP”: 42 4.2.2 Thiết lập và duy trì một LDP Session “LDP Session Establishment and Maintance” 46 4.2.3 Quảng bá những nhãn được ánh xạ “Advertising of Label Mappings” 49 4.2.4 Cung cấp các thông báo lỗi và thông tin trạng thái “Housekeeping by Means of Notification”: 50 4.3 Targeted LDP Session 51 CHƯƠNG 5: 53 CISCO EXPRESS FORWARDING 53 5.1 Tổng quan về phương pháp chuyển mạch Cisco IOS 53 5.1.1 Process Switching 54 5.1.2 Fast Switching 55 5.1.3 CEF Switching 55 5.2 Tại sao phải sử dụng CEF trong mạng MPLS 56 Hình 5.1 Tra cứu bảng CEF và LFIB 57 5.2.1 Các thành phần của CEF 57 Hình 5.2 Tổng quan về CEF 58 5.2.2 Adjacency Tabel (Bảng liên kết liền kề) 58 5.3 Hoạt động của CEF 59 CHƯƠNG 6: 61 CẤU HÌNH CƠ BẢN MPLS 61 6.1 Cấu hình và kiểm tra MPLS Frame Mode. 61 6.2 Tóm tắt các dòng lệnh dùng để cấu hình cơ bản MPLS. 66 Chương 7: 70 MPLS VPN 70 7.1 Tổng quan về VPN 70 7.2 Các khái niệm và mô hình VPN 70 7.3 Cấu trúc MPLS VPN và các thuật ngữ 71 7.4 Mô hình định tuyến MPLS VPN 73 7.4.1 Virtual Routing and Forwarding table (VRF) 75 7.4.2 Router Distinguisher, Router Targets, MP-BGP, và Address Families 76 7.5 Chuyển tiếp gói tin trong mạng MPLS VPN 79 7.6 Cấu hình cơ bản MPLS VPN 82 7.7 Các dòng lệnh dùng để cấu hình MPLS VPN 89 KẾT LUẬN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG 1. Bảng 1.1- Bảng các thuật ngữ cũ và mới cho Tag Switching/MPLS……………………………………………….…… 9 2. Bảng 1.2- Bảng địa chỉ IP………………………………………….63 3. Hình 1.1- Mô hình tham chiếu OSI…………………………….… 3 4. Hình 1.2- Mô hình TCP/IP……………………………………… …5 5. Hình 2.1- Cấu trúc của một MPLS…………………………………11 6. Hình 2.2- Ngăn xếp Label………………………………………… 12 7. Hình 2.3- Vị trí của Label trong Frame Layer 2…………………12 8. Hình 2.4- Lớp chèn MPLS trong mô hình OSI…………….…… 13 9. Hình 2.5- LSP qua mạng MPLS…………………………… …… 15 10. Hình 2.6- Minh họa một FEC……………………………… … 16 11. Hình 2.7- Mạng Ipv4-over-MPLS chạy LDP……………….……19 12. Hình 2.8- Thay đổi nhãn trong gói tin…………………….……19 13. Hình 2.9- MPLS payload………………………………………….21 14. Hình 3.1- Các hoạt động trên nhãn…………………………… 22 15. Hình 3.2- Tra cứu CEF hoặc LFIB label……………………….24 16. Hình 3.3- Ví dụ của chuyển tiếp IP-to-Label………………….25 17. Hình 3.4- Những thông tin từ bảng LFIB…………………… 25 18. Hình 3.5- Ví dụ về chuyển tiếp Label-to-Label……………….26 19. Hình 3.6- Ví dụ về chuyển tiếp IP-to-Label……………………26 20. Hình 3.7- Penultimate hop popping……………………………29 21. Hình 3.8- Thay đổi vùng nhãn MPLS………………………… 31 22. Hình 3.9- Minh họa tham số TTL được truyền trên mạng giữa IP header và MPLS Label……………………………………………32 23. Hình 3.10- Các TTL được truyền qua các node MPLS trong trường hợp Label-to-Label qua các hoạt động Swap, push, pop………………………………………………………………… 33 24. Hình 3.11- ICMP “Time Exceeded” được gửi trở lại bởi một bộ định tuyến trong một mạng IP……………………………………34 25. Hình 3.12- Thay đổi giá trị MPLS MTU……………………… 35 26. Hình 4.1- Mô hình mạng được sử dụng trong chương 4…… 40 27. Hình 4.2- Cấu hình cơ bản MPLS LDP…………………………42 28. Hình 4.3- Thông điệp “LDP Hello” được gửi giữa LSR qua giao thức UDP……………………………………………………………43 29. Hình 4.4- LDP discovery…………………………………………44 30. Hình 4.5- Show mpls interface………………………………… 44 31. Hình 4.6- Không có định tuyến……………………………….…46 32. Hình 4.7- Ví dụ về một LDP session…………………………… 47 33. Hình 4.8- LDP neighbor hold time và KA interval…………….48 34. Hình 4.9- Chuyển đổi địa chỉ mặc định LDP………………… 49 35. Hình 4.10- Ví dụ của bảng LIB………………………………… 50 36. Hình 4.11- Ví dụ về một targeted hello trên mạng…………….53 37. Hình 5.1- Tra cứu bảng CEF và LFIB……………………….….58 38. Hình 5.2- Tổng quan về CEF………………………………….…59 39. Hình 5.3- Layer 3 tra cứu và layer 2 rewrite khi chuyển tiếp một gói tin IP………………………………………………………….…61 40. Hình 6.1- Cấu hình MPLS Frame mode…………………… ….62 41. Hình 6.2- Sơ đồ cấu hình MPLS frame mode cơ bản……… 63 42. Hình 6.3- Kiểm tra chức năng CEF trên router…………….…65 43. Hình 6.4- Kiểm tra sự chuyển tiếp MPLS trên cổng………….66 44. Hình 6.5- Kiểm tra trạng thái LDP…………………………… 66 45. Hình 6.6- Xác định LDP neighbor…………………….……… 67 46. Hình 7.1- Cấu trúc mạng MPLS VPN………………….……….73 47. Hình 7.2- Chức năng của các PE router………………………75 48. Hình 7.3- Các thành phần của vrf trên PE router…….…… 77 49. Hình 7.4- Hoạt động của RD trong MPLS VPN………………78 50. Hình 7.5- Chuyển tiếp các gói tin trong mạng MPLS VPN….82 51. Hình 7.6- Mô hình cấu hình MPLS VPN……………………….83 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TCP/IP: Transmisssion Control Protocol/Internet Protocol MPLS: Multiprotocol Label Switching ATM: Asynchronous Tranfer Mode VPN: Virtual Private Network NGN: Next Generation Network LDP: Label Distribution Protocol LSP: Label Switch Path PPP: Point-to-Point HDLC: High-Level Data Link Control LSR: Label Switch Router FEC: Forwarding Equivalence Class BGP: Boder Gateway Protocol IGP: Interior Gateway Protocol LIB: Label Information Base RIB: Routing Information Base LFIB: Label Forwarding Information Base MTU: Maximum Transmission Unit ICMP: Internet Control Message Protocol OSPF: Open Shortest Path First IS-IS: Intermediate System to Intermediate System EIGRP: Enhanced Interior Gateway Routing Protocol CEF: Cisco Express Forwarding VRF: Virtual Routing Forwarding RD: Route Distinguisher RT: Route Targets MP-BGP: Multiprotocol-Boder Gateway Protocol AS: Autonomous System RFC: Request For Comment Trang 1 MỞ ĐẦU Mạng Internet ngày càng phát triển, thì số lượng các dịch vụ ngày càng tăng lên một cách mạnh mẽ. Các nhu cầu dối với các dịch vụ đa phương tiện cũng tăng lên. Mạng IP truyền thống không thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của khách hàng. Cùng với sự phát triển của mạng IP, các giải pháp công nghệ mới được áp dụng như: ATM, Frame Relay và đã phần nào giải quyết được các yêu cầu của người sử dụng. Tuy nhiên, các công nghệ này vẫn còn tồn tại một số hạn chế nhất định. Vì vậy, công nghệ mạng MPLS đã được phát triển. MPLS không thay thế cho mạng IP, mà sẽ hoạt động song song với các công nghệ mạng đang tồn tại và các công nghệ mạng mới trong tương lai. Vì vậy, em nhận đề tài “Tìm hiểu công nghệ mạng MPLS” để tìm hiểu sâu sắc hơn bản chất của công nghệ mạng MPLS. Khóa luận tốt nghiệp “Tìm hiểu công nghệ mạng MPLS” bao gồm các nội dung chính sau:  Chương 1: Tổng quan về giao thức Internet và công nghệ mạng MPLS  Chương 2: Cấu trúc của MPLS  Chương 3: Sự chuyển tiếp các gói tin được gắn nhãn  Chương 4: Giao thức phân phối nhãn Trang 2  Chương 5: Cisco Express Forwarding  Chương 6: Cấu hình cơ bản MPLS  Chương 7: MPLS VPN Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là một công nghệ tương đối khó, việc tìm hiểu các vấn đề của công nghệ mạng MPLS đòi hỏi phải có kiến thức sâu rộng và lâu dài. Do vậy trong báo cáo không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự phê bình, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn. TP.Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 05 năm 2014 Sinh viên: Trần Ngọc Thi [...]... nhãn đa giao thức MPLS Trong những năm gần đây công nghệ mạng MPLS “Multiprotocol Label Switching” phát triển rất nhanh MPLS là một công nghệ mạng phổ biến sử dụng gói tin đã được gắn nhãn để chuyển tiếp chúng qua mạng Trong phần này sẽ làm rõ tại sao công nghệ MPLS trở nên phổ biến trong thời gian ngắn như thế 1.3.2.1 Định nghĩa MPLS MPLS là một công nghệ kết hợp tốt nhất các đặc điểm giữa định tuyến... như là mạng “Overlay Network” 1.3.2.3 Các điều kiện để triển khai một hạ tầng mạng MPLS Mạng MPLS là công nghệ mạng “core” của thế hệ mạng kế tiếp NGN(Next Genneration Network).Do vậy khi triển khai mạng MPLS cần phải tuân theo các nguyên tắc của mạng NGN : Trang 7  Cần phải có một hạ tầng mạng IP và các bộ định tuyến hổ trợ MPLS  Không ảnh hưởng tới việc cung cấp các dịch vụ viễn thông hiện có  Việc... 1.4.2 Một số ứng dụng của mạng MPLS Trang 9 Mạng MPLS có nhiều ứng dụng trong đó có 3 ứng dụng chính nỗi bật:  Một ứng dụng đầu tiên là MPLS AToM: Cisco áp dụng AToM trong phiên bản hệ điều hành 12.0 vào năm 2000 Để thực hiện ATM AAL 5 trên mạng đường trục MPLS  MPLS VPN: Khi Cisco đưa ra phiên bản hệ điều hành 12.0, phiên bản này có hổ trợ MPLS VPN vào năm 1999 nó đã rất thành công Bởi vì các nhà cung... phát triển của công nghệ chuyển mạch MPLS “Multiprotocol Label Switching” và những lợi ích cũng như các ứng dụng của công nghệ này khi chúng được triển khai thực tế Tuy nhiên, để nắm được các khái niệm cũng như cách thức hoạt động của công nghệ này thì chương tiếp theo sẽ làm rõ vấn đề này Trang 10 CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC CỦA MPLS 2.1 Cấu trúc của một nhãn MPLS 2.1.1 Nhãn (Label) Một nhãn MPLS gồm 32 bit... là gói tin MPLS đư gán nhãn ng chỉ được 2.2 Vị trí của MPLS trong mô hình OSI a MPLS chủ yế làm việc với các giao thức lớp 2 và l 3, và cũng ếu p lớp hoạt động trong nhi kiểu thiết bị mạng khác Công ngh lớp 2.5” là ng nhiều ng nghệ một khía cạnh khác, thư nh thường được dùng để mô tả MPLS Hình 2.4 trình bày MPLS được xem như là m lớp trung gian mà nó đư chèn vào c một p được giữa lớp mạng và l liên... cấp dịch vụ  Đảm bảo việc tương thích với hệ thống mạng đang tồn tại 1.3.2.4 Những lợi ích của mạng MPLS  Sử dụng một cơ sở hạ tầng mạng thống nhất  Tích hợp tốt IP over ATM  Phát triển mô hình peer-to-peer cho mạng MPLS VPN  Tối ưu được lưu lượng tính hiệu  Hỗ trợ “traffic Engineering” 1.4 Lịch sử phát triển của MPLS : 1.4.1 Tag Switching đến MPLS “Cisco system” đã đưa ra một phương pháp là gắn... chuyển tiếp bằng chuyển mạch nhãn thay vì chuyển mạch IP truyền thống Trang 6 Chuyển mạch nhãn là một công nghệ không mới Công nghệ Frame relay và ATM (Asynchronous Tranfer Mode) sử dụng công nghệ này để truyền các “Frame” hoặc các “Cell” qua một mạng Tương tự giữa Frame relay và ATM tại mỗi “Hop” trên mạng, giá trị nhãn trong phần header bị thay đổi Khác với chuyển tiếp các gói tin IP, khi một router... thức Trang 13 MPLS sử dụng các giao thức định tuyến và cách đánh địa chỉ của IP (với sự điều chỉnh và mở rộng cần thiết), MPLS cũng không phải là một giao thức tầng liên kết dữ liệu bởi vì nó được thiết kế để hoạt động trong nhiều công nghệ liên kết dữ liệu phổ biến 2.3 Label Switch Router Label Switch Router(LSR) là một thành phần cơ bản trong mạng MPLS Nó có khả năng nhận biết nhãn MPLS hay còn có... Switched Path(LSP) là một tập hợp các LSR chuyển một gói tin có nhãn qua mạng MPLS Về cơ bản, LSP là một đường dẫn qua mạng MPLS hoặc một phần của mạng mà gói tin đi qua LSR đầu tiên của LSP là ingress LSP, và LSR cuối cùng của LSP là egress LSR Tất cả các LSR ở giữa ingress và egress LSRs là những intermediate LSRs Hình 2.5 LSP qua mạng MPLS Trang 15 2.5 Forwarding Equivalence Class Một Forwarding Equivalence... LSR nexthop liền kề Hình 2.7 cho thấy quảng bá LDP của những ràng buộc giữa các LSR cho đường mạng IPv4 10.0.0.0/8 Mỗi LSR phân bổ một nhãn Trang 18 cho mỗi đường mạng IPv4 Liên kết cục bộ là một đường mạng và nó kết hợp tới nhãn Hình 2.7 Mạng Ipv4-over -MPLS chạy LDP Hình 2.8 cho thấy gói tin IPv4 đi vào mạng MPLS trên ingress LSR, được gắn nhãn 129 và chuyển tiếp tới LSR tiếp theo LSR thứ hai thay đổi . đa giao thức MPLS 6 1.3.2.1 Định nghĩa MPLS. 6 1.3.2.2 Những giao thức trước MPLS. 7 1.3.2.3 Các điều kiện để triển khai một hạ tầng mạng MPLS 7 1.3.2.4 Những lợi ích của mạng MPLS. 8 1.4. phát triển của MPLS : 8 1.4.1 Tag Switching đến MPLS. 8 1.4.2 Một số ứng dụng của mạng MPLS. 9 1.5 Tổng kết chương : 10 CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC CỦA MPLS 11 2.1 Cấu trúc của một nhãn MPLS. 11 2.1.1. 3.4 TTL (Time-to-Live) của những gói tin được gắn nhãn. 31 3.5 Mpls MTU 34 3.5.1 MPLS MTU Command 35 3.5.2 Gaint và baby gaint Frame 35 3.5.3 Gaints Frames trên Switches 37 3.5.4 MPLS Maximum