Tìm hiểu và mô phỏng kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS VPN

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

NGÀNH ĐIỆN TỬ VIÊN THƠNG

*#OO*#*+

LƯƠNG HỒNG PHI 103101070

TÌM HIỂU VÀ MÔ PHONG

KY THUAT CHUYEN MACH NHAN DA GIAO THUC MPLS - VPN

CHUYEN NGANH DIEN TU VIEN THONG

DO AN TOT NGHIEP

_TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 01 NĂM 2008

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM Đôc lâp - Tự do - Hanh phúc

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

|

NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

Chú ý: SV phải đóng bảh nhiệm vụ này vào trang thứ nhất của luận án

Họ và tên SV : LUỚNG HOẠNG PHI MSSV: 403404030

Ngành : ¬ Lớp : Q4.Ð1£

1 Đầu để luận án tốt nghiệp:

Tim Acer & now ty tư hữu Yee? LOE, MEPs

— Bae VEN ee

2 Nhiém vu ( yeu cau vé nội dung và SỐ liệu ban đầu ):

<LI Tice CAL xa Ad é hilhighes Lia fe eho en Xd Eaten

Bigs ATH |

eeu thie “ Cade sbi Mak, nbs De flows tek

Mi tg - U88 stay LS g A

¬ ƠƠ

3 Ngày giao nhiệm vụ luận án: 01/10/2007 4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 12/01/2008

5 Họ tên người hướng dân Phần hướng dẫn :

Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua NGƯỜI HƯỜNG DẪN CHÍNH

Ngày 4€ tháng4Önăm 2007 _ (ký và ghi rõ họ tên) TRƯỞNG KHOA

'ĐẠI HỢC KỸ THUẬT GÔNG NGHỆ ih : |

Trang 3

Nhận xét -3- GVHD: PGS.TS Pham Hồng Liên

BANG NHAN XET CUA GIAO VIEN PHAN BIEN

Họ và tên sinh viên: LƯƠNG HOÀNG PHI & NGUYEN HUYNH LE UYEN Lớp : 03DHDT2

Giáo viên phản biện :

Tén dé tai: CONG NGHE CHUYEN MACH NHAN DA GIAO THUC MPLS Á R ĐO ĐÔ 05 0006.000 00 0 000 004 00000 0060 0600 6 96006 9000906 0006 000 0 6600900 00696020400 0 0 4 0 400% 6000 0 04-02 0.0 40-0 00-00 00 49000 0000 0 0000 00090 2000060000 00800 2260600060000 6 v0 66 dan ha ˆ-ˆ.ẺDˆDˆ_ÓÓÓÓ Ô.Ắ(, : ỐỐ ố CĐ HO Đo ĐH Đ SN ĐÓ 00000 0060000006000 0 006 60 0.00060090096060 0 8906 0069-06 0 660 2.64 60 06 0049 4 0 6° 0% 9 20 0 0 0 00 49000 00-0 6 620.0 0.0 070000 0 20.00 000000 200 49-00 2000002000 249.003 0 00600 e s00 02k 66 la AAC Ô.Ú Ố.ỐỐ 2“ .Ơ ninh -/(A(ẤA(Ấ(Ấ(A C.C (((C.(CCCC Ố 2=“ số a5 - K(KCC dd iddianannannadaƯ(Ạ(ÁÁC.ÁCC C.CCC Ố Ố , , , , , , Ố CO —._._— - Ố.Ố.Ố.Ố ố CỐ EE EEEE EEO E RET SE RESEND POO m emer nomena rere ee ene e ese eee mene eee eee ede E EEE EE EHE EOE OE OSE E SES EEE EE HEHEHE DEERE NESE ESE EASES EEE EEE E HEHE EEE E RE HET EHO EER EE OE SOPH eee orem ones rare renee nsen sere meee e see eee eee DEeH EEE OOOE ESET ESSE HEHE HETERO EOE DESO HESESHEOHEHOOE STORES DESO SEEOS EDO ESSESS CORR e em eee Hae mere mere e ene m Ede ee DEORE HDHE HEHE OEE SOS S OEE EEE EEEEEEEEED EOE OE DESO EE DOME E OES ED EDO HERES OSES OSEE EROS ES OSESD SOP R Oma marae er aee ra er ene H ene ee Dee eES EOE E HEHEHE H EEO ERE SESE DESO OEEE OEE OE DESERT SOS OEE EHO EREOE HERERO DESEO E DESEO SSE E RES EED Á O9 9 9 0908 0000060006 eee eee eee eee ee eee ee eee eee eee ere eee eer eee errr eee rer eee ee ere eer veres reer reer errr reser ere ere se TORO e ee eee mene een HHT ree O HET EH OE HEREC ESOT REET CESSES ERODE HOE E DASE EDHEDESORESOHEESHH ESE DETTE ERETHEEHO EOE E HOODS DEDEDE SE OEE EOD CMO em eee reer rere es ee eaten arenes Es see eee HOO e OE e EDO EEDEHESE SESSA EDEE DESEO RSET OEES OS SECEDE SEO SORE HEHE DEE EH SES EEE EEES PROS De mene rare rer re mene rere re ene sD eHE HEH Oe ESE HEED EEE EAD EHED EHS OEE EEE ESSE ODEO SESE H SEES DESO EEEORESEHESESHEEH ERE ERE O EOE E EES

Trang 4

-6- GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên

PHAN 1:

LY THUYET

TT NTN IE TSA AOR STAT

SVTH : Lương Hoàng Phi

Trang 5

Chương 1 -7- GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên

———=======-=-c ễ _———— —— —-————-_-

Chương 1: KỸ THUẬT VIỄN THONG VA CAC DICH VU

1.1 Xu hướng phát triển Kỹ thuật viễn thông

Trong quá trình phát triển của Kỹ thuật viễn thông, các động lực thúc đây sự tiến bộ của kỹ thuật viễn thông là:

Kỹ thuật điện tử với xu hướng phát triển hướng tới sự tích hợp ngày

càng cao của các vi mạch ,

Sự phát triên không ngừng của kỹ thuật sô

Sự kết hợp giữa truyền thông và tin học ngày cảng phát triển, các chương trình phần mềm hoạt động ngày càng hiệu quả

Kỹ thuật quang phát triển làm tăng khả năng, tốc độ, chất lượng truyền tin, va chi phí thap

Những xu hướng phát: triển Kỹ thuật đan xen lẫn nhau và cho phép mạng lưới thỏa mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trong tương lai

Với sự gia tăng cả về số lượng và chất lượng của các nhu cầu địch vụ ngày càng phức tạp từ phía khách hàng đã kích thích sự phát triển nhanh chóng của thị trường Kỹ thuật điện tử - tin học - viễn thông

Những xu hướng phát triển Kỹ thuật đã và đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn nhau nhằm cho phép mạng lưới thỏa mãn tốt các nhu cầu của khách hàng trong tương lai

Xu hướng phát triển Kỹ thuật thông tin - viễn thông, theo ITU, có thể chia thành

hai loại:

- Hoạt động hướng kết nối -_ Hoạt động không kết nôi

Các hoạt động này có xu hướng tiến tới tiếp cận hội tụ

1.1.1 Kỹ thuật truyền dẫn

1.1.1 Hữu tuyến

Hiện nay trên 60% lưu lượng thông tin được truyền đi trên toàn thế giới được

truyền trên mạng quang Kỹ thuật truyền dẫn quang SDH cho phép tạo nên các đường truyền dẫn tốc độ cao (155Mbps, 622Mbps, 2.5Mbps) với khả năng bảo vệ của các mạng vòng đã được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trong đó có Việt Nam

WDM cho phép sử dụng độ rộng băng tần rất lớn của sợi quang bằng cách kết hợp một số các tín hiệu phép kênh theo thời gian với độ dài các bước sóng khác nhau và ta có thể sử dụng được các cửa số không gian và độ dài bước sóng Kỹ thuật WDM cho phép nâng tốc độ truyền dẫn lên 5Gbps, 10Gbps, 20Gbps

Trang 6

Chương1 - -8- GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên 'ENNIIUI0000000000000000000000000000/00000000000000000800609/995:26000000000000000009900000N610000066686820500000D0nnhnnininpiio0iDDDEGGGADDNDUDIEtNGGIDUlDUiitiooiiuinngtiiiiigio n0 EDSDNGOGoiiitsoiitouostttdoyttdunpnnuninhinNiiitoininnioi 1.1.2 Vô tuyến - VIBA

Kỹ thuật truyền dẫn SDH cũng phát triển trong lĩnh vực VIBA, tuy nhiên do những hạn chế của môi trường truyền sóng vô tuyến nên tốc độ và chất lượng truyền dẫn không Cao SO Với truyền dẫn quang Các thiết bị VIBA SDH hiện nay trên thị trường có tốc độ là: N x STM-I

- Vé tinh

+ LEO (Low Earth Orbit) — vệ tinh quỹ đạo thấp

+ MEO (Medium Earth Orbit) — vé tinh quỹ đạo trung bình

Thị trường thông tin vệ tính trong khu vực đã có sự phát triển mạnh trong những năm gần đây và còn tiếp tục trong các năm tới Các loại hình dịch vụ vệ tinh đã rất phát triển như : DTH tương tác, truy nhập Internet, các dịch vụ băng rong, HDTV ngoài các Ứng phé biến đối với các nhu cầu thông tin quảng bá, viên thông nông thôn, với sự kết hợp sử dụng các ưu điểm của Kỹ thuật CDMA, thông tin vệ tỉnh ngày càng có xu hướng phát triển

1.1.2 Kỹ thuật chuyển mạch 1.1.2.1 Kỹ thuật Frame Relay

Hiện nay, ở Việt Nam có mạng truyền số liệu chuyển mạch gói theo tiêu chuẩn X.25 đang được khai thác Mạng truyền sô liệu theo Kỹ thuật chuyển mạch gói chỉ có thể phục vụ cho các nhu cầu truyền số liệu tốc độ thấp (tối đa tới 128 Kbps) nhưng nó có tính an toàn cao, khắc phục được các yếu điểm của một mạng truyền dẫn chất lượng kém Với các Kỹ thuật truyền dẫn hiện nay, vấn đề nâng cấp chất lượng các đường truyền dẫn không phức tạp như trước kia Vì vậy, chúng ta thé chọn hướng phát triển là xây dựng mạng truyền số liệu theo Kỹ thuật Frame- relay

Frame-Relay bắt đầu được đưa ra như tiêu chuẩn của một trong những giao thức truyền số liệu từ năm 1984 trong hội nghị của tổ chức liên minh viễn thông thế gidi ITU-T (luc đó gọi là CCITT - Consultative Commitee for International Telegraph and Telephone) và cũng được viện tiêu chuẩn quéc gia MY ANSY (American National Standard Institute) dwa thanh tiêu chuẩn của ANSV vào năm đó

Mục tiêu chính của Frame- -Relay cũng giống như của nhiều tiêu chuẩn khác, đó là tạo ra một giao điện chuẩn để kết nối thiết bị - của các nhà sản xuất thiết bị khác nhau - gifta nguoi ding va mang UNI (User to Network Interface)

Trang 7

Chương † -Q- GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên tn nn e© Téc dd cao: 29% - Giá thành hợp lý: 24%

s« Dễ dùng độ tin cậy cao: 16% e Xử lý giao dịch phan tan: 16% ¢ H6i thao video: 5%

Khuôn dạng gói dữ liệu Frame-Relay:

Do Frame-Relay được xây dựng bắt nguồn từ ý tưởng của HDLC (High Data Link Control) nên cấu trúc của gói tin Frame-Relay cũng tương tự như câu trúc HDLC: | Flag Error check ‘Data C&A F lag < trail > < header > Oo Flag: Co

m_ Error check: Bit kiểm tra lỗi a Data: Bit dữ liệu

5 C&A: Bit địa chỉ và điều khiển

Để thực hiện nhiệm vụ truyền số liệu, mạng Frame-Relay sẽ phải giải quyết vẫn đề tắc nghẽn thông tin trên mạng, thực chất đây là vấn đề của tầng Mạng trong mô hình 7 tầng Erame-Relay làm việc ở tầng Liên kết nhưng cũng phải giải quyết vẫn đề này để đảm bảo khả năng lưu chuyển thông tin Hầu hết các mạng truyền sô liệu đều sử dụng kỹ thuật điều khiển luéng (flow-control) dé giải quyết vấn đề tắc nghẽn

Nếu xét trên mô hình 7 tầng cua ISO thi Frame-Relay làm việc chủ yếu ở tầng Liên kết đữ liệu, do đó một sô chức năng của tầng Mạng coi như được chuyển xuống tầng này Hơn nữa, một số chức năng của tầng này cũng được loại bỏ bớt như các tham số về điều khiển luồng, ACK, NAK nhằm làm giảm độ trễ trong mạng Điều đó đưa đến khái niệm goi la mang khong 16i (error-free network) D6 1a điểm khác nhau cơ bản giữa Frame-Relay với X.25

Kỹ thuật chuyển mạch gói X.25 hấp dẫn ở khả năng sử dụng chung cong va đường truyền, do đó nó có khả năng sử dụng trong tình huống bùng nổ, | tinh huồng hay gặp ở mạng LAN và khi kết nối LAN to LAN Tuy nhiên, trong thực tế khả

năng này không có ý nghĩa lớn do thông lượng của mạng X.25 thấp

Trang 8

Chương 1 - 10- GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên

MB ann nen a ei Ec aE AR EEE

Ngược lại, Kỹ thuật chuyển mạch kênh hay tách ghép kênh theo thời gian TDM (Time Diviion Multiplexer) c6 thong lugng cao và độ trễ trong mạng rất thấp Vì thực chất Kỹ thuật này tạo ra các kênh trong suốt (transparency channel) tuong Ứng với tầng Vật lý trong mô hình 7 tầng Do không phải tính toán gì bên trong mạng nên hầu như không có trễ mềm mà chỉ có trễ do khoảng cách và băng tần hạn chế Tuy vậy, Kỹ thuật này tạo ra các kênh cố định về tốc độ nên không giải quyết được tinh huống bùng nô lưu lượng Do đó chỉ thích hợp với những dịch vụ sử dụng băng tần có định kiểu như dịch vụ thoại

Kết hợp hai ưu điểm trên, Frame-Relay có thông lượng cao với độ trễ trong mạng thấp nhưng có khả năng kết nối sử dụng chung công và đường truyền nhằm tạo ra mạng ảo, ngoài ra nó còn sử dụng một vài kỹ thuật nhằm hỗ trợ việc tổ chức tổ chức dữ liệu khi truyền dẫn để sử dụng trong tình huống bùng nỗ lưu lượng

Dưới đây là bảng so sánh các Kỹ thuật trên: Kỹ thuật vian co định thol 56 tr Théng long STDM X.25 Không Lớn Thấp Có TDM Có Rất nhỏ Cao Không Frame-Relay Không Nhỏ Cao Có STDM: Tách ghép kênh theo thời gian có thống kê (Statistic time division multiplexing)

Thông thường, khi có nhu cầu xây dựng mạng truyền số liệu dùng riêng để phục vụ mục tiêu ứng dụng Kỹ thuật thông tin trong một công ty, cơ quan, yêu câu đặt ra sẽ bao gôm:

5 Dễ sử dụng

1ñ Mạng lưới linh hoạt và độ sẵn sàng cao

'ñ_ Có khả năng phát triển mở rộng, nâng cấp 1 Giá thành hợp ly

Với những so sánh, rõ ràng Frame-Relay sẽ đáp ứng được phần lớn các yêu cầu trên Nói cách khác dùng mạng diện rộng với Kỹ thuật Frame-Relay để thiết kế

mạng riêng chúng ta sẽ có một sơ ưu điểm:

đ_ Thời gian thực hiện nhanh

Trang 9

Chương 4 -11- GVHD: PGS.TS Pham Héng Lién

‘aA I nina

G Kha nang ding bang tan rộng: từ 2Mbps co thé toi 34Mbps

0 Tan dung tối đa hiệu suất của băng tần, khi khối lượng thông tin cần truyền lớn ta mới dùng đến băng tần rộng, còn bình thường ta chỉ cân giữ một băng tần nhỏ: 64 Kbps đến 256 Kbps là đủ

KU Với cùng giao điện vật lý ta có thể tạo nhiều kênh logic để dùng

¡_ Tiết kiệm giá thành của thiết bị nối mạng diện rộng

1.1.2.2 Kỹ thuật X25

X.25 ra đời vào những năm 1970 Mục đích ban đầu của nó là kết nối các máy chủ lớn ( mainframe) với các máy trạm (terminal) ở xa Ưu điểm của X.25 so với các giải pháp mạng WAN khác là nó có cơ chế kiểm tra lỗi tích hợp sẵn Chọn X.25 nếu bạn phải sử dụng đường dây tương tự hay chất lượng đường dây không cao

X.25 là chuẩn của ITU-T cho truyền thông qua mạng WAN sử dụng kỹ thuật chuyển mạch gói qua mạng điện thoại Thuật ngữ X.25 cũng còn được sử dụng cho những giao thức thuộc Lớp vật lý và Lớp liên kết dữ liệu để tạo ra mạng X.25 Theo thiết kế ban đầu, X.25 sử dụng đường dây tương tự để tạo nên một mạng chuyển

mạch gói, mặc © dis mạng X.25 cũng có thể được xây dựng trên cơ sở một mang so

Hién nay, giao thức X.25 là một bộ các qui tắc xác định cách thức thiết lập và duy trì kết nối giữa các DTE và DCE trong một mạng đữ liệu công céng (PDN — public data network) Nó qui định các thiết bị DTE/DCE và PSE (Packet-swiching exchange) sẽ truyền dữ liệu như thế nào

Bạn cần phải trả phí thuê bao khi sử dụng mạng X.25

Khi sử dụng mạng X.25, bạn có thể tạo kết nối tới PDN qua một đường dây

dành riêng

Mạng X.25 hoạt động ở tốc độ 64 Kbit⁄s (trên đường tương tự) Kích thước gói tin (gọi là frame) trong mang X.25 không cố định

Giao thức X.25 có cơ chế kiểm tra và sửa lỗi rất mạnh nên nó có thể làm việc

tương đối ôn định trên hệ thống đường dây điện thoại tương tự có chất lượng thấp X.25 hiện đang được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế gidi noi các mạng số chưa phổ biến cũng như chất lượng đường dây còn thấp

1.1.2.3 Kỹ thuật IP

IP là thành phần chính của kiến trúc của mạng Internet Trong kiến trúc này, IP đóng vai trò lớp 3 IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP) Gói tin IP chứa địa chỉ của bên nhận; địa chỉ là một số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tin tới đích

eae nee en R NN eR saa ORR ANNE ENR ENA

Trang 10

‘A en aa

Co cau dinh tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng Do Vậy, cơ cau dinh tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin về nguyên tắc chuyên tin (như trong BGP) và nó phải có khả năng hoạt động trong môi trường mạng gom nhiéu nut Két qua tinh toan cua co cau dinh tuyén được lưu trong các bảng chuyền tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới hướng đích

Dựa trên các bảng chuyển tin, cơ cau chuyén tin chuyển mạch các gói IP hướng tới đích Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một Ở cách này, mỗi nút mạng tính toán bảng chuyên tin một cách độc lập Phương thức này, do vậy, yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán với nhau Sự không thống nhất của kết quá sẽ dẫn tới việc chuyển gói tin sai hướng, điều này đồng nghĩa với việc mất goi tin

Kiéu chuyén tin theo timg chang han chế khả năng của mạng Ví dụ, với phương thức này, nêu các goi tin chuyén tới cùng một địa chỉ mà đi qua cùng một nút thì chúng sẽ được truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích Điều này khiến mạng không thể thực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo loại địch VỤ, V.V

Bên cạnh đó, phương thức định tuyến và chuyên tin này nâng cao độ tin cậy cũng như khả năng mở rộng của mạng Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được sự thay đổi về topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối Với các phương thức như CIDR (Classless Interdomain Routing), kích thước của bảng chuyển tin được duy trì ở mức chấp nhận được, và do việc tính toán định tuyến đều do các nút tự thực hiện, mạng có thể mở rộng mà không cần thực hiện bắt kỳ một thay đổi nào

Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theo từng chặng Ngồi ra, IP cũng khơng hỗ trợ chất lượng dịch vụ 1.1.2.4 Kỹ thuật ATM

ATM (Asynchronous Transfer Mode) là một kỹ thuật truyền tin tốc độ Cao ATM nhận thông tin ở nhiều dạng khác nhau như thoại, số liệu, video và cắt ra thành nhiều phần nhỏ gọi là tế bào Các tế bào này, sau đó, được truyền qua các kết nối ảo VC ( virtual connection) Vì ATM có thể hỗ trợ thoại, số liệu và video với chất lượng dịch vụ trên nhiều Kỹ thuật băng rộng khác nhau, nó được coi là Kỹ thuật chuyển mạch hàng đầu và thu hút được nhiều quan tâm

ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm Nó là Kỹ thuật chuyển mạch hướng kết nối Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được gửi đi ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu Một điểm khác biệt nữa là ATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung glan Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu và được giữ cô định trong thời gian kết nối Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng đài ATM trung gian cấp cho kết nối một nhãn Việc

eae Ne ETI AA

Trang 11

——=———————— _ _, ,_Ă ——_——_———-——

này thực hiện hai điều : dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyến tế bào tại mỗi tông đài Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đang hoạt dong di qua tổng đài Điều này khác với thơng tin về tồn mạng chứa trong bảng chuyển tin của router dung IP

Qua trinh chuyén té bao qua tong đài ATM cũng tương tự như việc chuyển gói tin qua router Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn găn trên các cell có kích thước cố định ( nhỏ hơn của IP), kích thước của bảng chuyên tin nhỏ hơn nhiều so với của IP router, và việc này được thực hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP router truyền thống

Định tuyén IP qua ATM 1.1.2.5 Kỹ thuật MPLS

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp viễn thông đã và đang tìm một

phương thức chuyển mạch có thể phối hợp ưu điểm của IP (như cơ cấu định tuyến)

và của ATM (như thông lượng chuyên mạch) Mô hình IP-over-ATM của IETF coi IP như một lớp năm trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con IP trên nền mạng ATM Phương thức tiếp cận xếp chồng này cho phép IP và ATM hoạt động với nhau mà không cần thay đổi giao thức của chúng Tuy nhiên, cách này không tận dụng được hết khả năng của ATM Ngoài ra, cách tiếp cận này không thích hợp với nhiều router và không thật hiệu quả trên một số mặt Tổ chức ATM-Forum, dựa trên mô hình này, đã phát triển Kỹ thuật LANE và MPOA Các Kỹ thuật này sử dụng các máy chủ để chuyển đổi địa chỉ nhưng đều không tận dụng được khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ của ATM

Kỹ thuật MPLS ( MultiProtocol Label Switching ) là két qua phat triển của nhiều Kỹ thuật chuyên mach IP ( IP switching ) str dung co chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng, tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP Thiết bị CSR (Cell Switch Router) của Toshiba ra đời năm 1994 là tổng đài ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM

Trang 12

Chương 1 - 14 - GVHD: PGS.TS Phạm Hằng Liên

_——==—=== ai

Tổng đài IP của Ipsilon về thực chất là một ma trận chuyển mạch ATM được điều khiển bởi khối xử lý sử dụng Kỹ thuật IP Kỹ thuật Tag switching của Cisco cũng tương tự nhưng có bổ sung thêm một số điểm mới như FEC (Forwarding Equivalence Class), giao thức phân phối nhãn, v.v

Từ những kết quả trên, nhóm làm việc về MPLS được thành lập năm 1997 với nhiệm vụ phát triển một Kỹ thuật chuyển mạch nhãn IP thống nhất mà kết quả của nó là Kỹ thuật MPLS

MPLS tách chức năng của IP router ra làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển

e Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các IP router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như của ATM Trong MPLS, nhãn là một số có độ dai cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn mới của nó Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin theo kiểu thông thường, do vậy cải thiện khả năng của thiết bị Các router sử dụng thuật này được gọi là LSR (Label Switching Router)

e Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển thong tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác như : OSPF (Open Shortest Path First) va BGP (Border Gateway Protocol) Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định nên việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi Đây là một tính năng vượt trội của MPLS so với các giao thức định tuyến cô điển

Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến (fast rerouting) Do MPLS là Kỹ thuật chuyển mạch hướng kết nối, khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền thường cao hơn các Kỹ thuật khác Trong khi đó, các dịch vụ tích hợp mà MPLS phải hỗ trợ lại yêu cầu chất lượng vụ cao Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên dưới

Trang 13

Chương † - 15- GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên

m====—=—=———————=== EL

thức lớp 2 Để giám sát tốc độ của mỗi luồng và đảm bảo các luồng lưu lượng tuân thủ tính chất lưu lượng đã được định trước, hệ thống giám sát có thể đùng một thiết bị nắn lưu lượng Thiết bị này sẽ cho phép giám sát và đảm bảo tuân thủ tính chất lưu lượng mà không cần thay đổi các giao thức hiện có

Tom lai, MPLS là một Kỹ thuật chuyển mạch IP có nhiều triển vọng Với tính chất của cơ cấu định tuyén của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng IP truyền thong Bên cụnh đó, thông lượng của mạng sẽ được cải thiện một cách rõ rệt Tuy nhiên, độ tin cậy là một vẫn đà thực tiễn có thể khiến việc triển khai MPLS trên mang Internet bi cham lai

Ta có thể tóm tắt những ưu nhược điểm của MPLS trong một số nội dung chính sau đây:

Ưu điểm:

LI Tích hợp các chức năng định tuyến, đánh địa chỉ, điều khiển, v.v để tránh mức độ phức tạp của NHRP, MPOA và các Kỹ thuật khác trong IPOA truyền thống

[1 Có thể giải quyết vấn đề độ phức tạp và nâng cao khả năng mở rộng đáng kể

[1 Tỉ lệ giữa chất lượng và giá thành cao

LL Nâng cao chất lượng Có thể thực hiện rất nhiều chức năng định tuyến mà các Kỹ thuật trước đây không có khả năng, như định tuyến _hiện, điều khiển lặp, v.v Khi định tuyến thay đổi dẫn đến khóa một đường nào đó, MPLS có thể dễ dàng chuyên mạch luồng đữ liệu sang một đường mới Điều này không thể thực hiện được trong IPOA truyền thống

Sự kết hợp giữa IP và ATM cho phép tận dụng tối đa thiết bị, tăng hiệu quá đầu tư

' Sự phân cách giữa các đơn vị điều khiển với các đơn vị chuyên mạch cho phép MPLS hỗ trợ đồng thời MPLS và B-ISDN truyền thống Và để thêm các chức năng mạng sau khi triển khai mạng MPLS, chỉ đòi hỏi thay đổi phần mềm đơn vị điều khiển

Nhược điểm:

H1 Hỗ trợ đa giao thức sẽ dẫn đến các vấn đề phức tạp trong kết nối O Kho thực hiện hỗ trợ QoS xuyên suốt trước khi thiết bị đầu cuối

người sử dụng thích hợp xuất hiện trên thị trường

Trang 14

L1 ii — mm ——————-=-—-— -——-——-———

Việc hợp nhất các kênh ảo đang còn tiếp tục nghiên cứu Giải quyết việc chèn tế bào sẽ chiếm nhiều tài nguyên bộ đệm hơn Điều này chắc chắn sẽ dẫn đến phải đầu tư vào công việc nâng cấp phần cứng cho các thiết bị ATM hiện tại 1.1.3 Kỹ thuật truy nhập mạng Mạng truy nhập quang Mạng truy nhập vô tuyến Các phương thức truy nhập cáp đồng HDSL ADSL Mạng truy nhập băng rộng 1.2 Xu hướng phát triển của các dịch vụ viễn thông 1.21 Các dịch vụ

Cùng với thời gian và sự phát triển của Kỹ thuật viễn thông, các dịch vụ viễn

thông ngày nay ngày càng phong phú và đa dạng :

O Nhu cau déi voi các dịch vụ băng rộng tăng lên không ngừng [ Kỹ thuật truyền dẫn, chuyển mạch có những tiến bộ vượt bậc

: Kỹ thuật xử lý ảnh, xử lý tín hiệu khơng ngừng phát triển

LÌ Các ứng dụng phân mềm xử ký ngày càng phong phú và sự kết hợp giữa tin học và viên thông ngày càng chặt chẽ

Từ nhu cầu ngày càng tăng đó thì cần thiết phải tạo ra một mạng mềm dẻo nhằm

đáp ứng các nhu câu từ phía khách hàng cũng như từ phía nhà khai thác

LI Các dịch vụ tương tác : là các dịch vụ cho phép truyền thông tin theo hai chiều (không tính đến các thông tin báo hiệu, điều khiển) giữa các thuê bao với nhà cung cấp dịch vụ băng rộng

LÌ Các dịch vụ phân bố : là các dịch vụ mà thông tin chỉ truyền theo một chiều, từ phía nhà cung cấp dịch vụ băng rộng tới thuê bao

Trang 15

Chương 1 -17- GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Ss Tự động thiết kế (CAS/CAM/CAE) Tư vấn, chiếu chụp y khoa Chế bản, xử lý ảnh

Trao đổi các hình ảnh đồ họa có độ phân giải cao

Đa phương tiện tương tác Giáo dục từ xa có tương tác Hội thảo từ xa Phối hợp trong công tác xuất bản Các dịch vụ tư vấn Thực tại ảo

Điện thoại đa phương tiện

Các dịch vụ dùng chung tài nguyên

LI Loại thứ hai bao gồm các dịch vụ thông thường phục vụ cho các hộ thuê bao như:

Dịch vụ phân bố tín hiệu video

Dịch vụ quảng bá TV/HDTV Dịch vụ quảng bá giáo dục từ xa Dịch vụ video theo yêu cầu

Dịch vụ quảng cáo, chào hàng qua video Đa phương tiện tương tác

Thư điện tử đa phương tiện Giáo dục từ xa

Dịch vụ Internet có hỗ trợ đa phương tiện Các trò chơi điện tử tương tác

Điện thoại đa phương tiện và thực tại ảo

1.2.2 Yêu cầu kỹ thuật của một số loại dịch vụ

e - Điện thoại thấy hình tốc độ cơ bản : 56 - 128 Mbps e _ Truyền hình hội nghị : > 384 Mbps

e© _ Đa phương tiện tương tác : l - 2 Mbps e _ Truyền hình độ phân giai cao : = 15Mbps

LL ae a NETRUNNER D0000TTTTDDEUEEEnEnEEEnnnEnnnEEEEE

Trang 17

Chương 2 - 19- GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Chương 2: KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH NHÃN MPLS 2.1 Téng quan MPLS

2.1.1 Lich sir Ky thuật

Y tưởng đầu tiên về MPLS được đưa ra bởi hãng Ipsilon trong một cuộc triển lãm về Kỹ thuật thông tin, viễn thông tại Texas Một thời gian sau, một loạt các hãng lớn khác như I[BM, Toshiba Công bố sản phẩm của họ sử dụng Kỹ thuật chuyển mạch được đặt nhiều tên khác nhau nhưng đều cùng chung bản chất đó là Kỹ thuật chuyển mạch dựa trên nhãn

Thiết bị định tuyến chuyén mach té bao (CSR- Cell Switch Router) cla Toshiba ra đời năm 1994 là tổng đài ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM Kỹ thuật chuyển mạch thẻ của Cisco cũng tương tự nhưng có bổ sung thêm lớp chuyển tiếp tương đương và giao thức phân phối nhãn

Sự ra đời của MPLS được dự báo là tất yếu khi nhu cầu và tốc độ phát triển rất nhanh của mạng Internet đòi hỏi phải có một giao thức mới đảm bảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu, đồng thời phải đơn giản và tốc độ xử lý phải rất cao Có rất nhiều Kỹ thuật để xây dựng mạng IP, trong đó IPOA (IP over ATM) là lựa chọn số một nhờ vào tốc độ cao, đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS, điều khiển luỗng và các thuộc tính khác IPOA truyền thống là một Kỹ thuật lai ghép, nó đặt IP (Kỹ thuật lớp 3) trên ATM (Kỹ thuật lớp 2) Các giao thức của hai lớp là hoàn toàn độc lập Chúng liên kết bằng một loạt các giao thức (NHRP, ARP .)

2.1.2 Giới thiệu Kỹ thuật MPLS 2.1.2.1 Khái niệm

MPLS là một cấu trúc đặc biệt cung cấp sự thiết kế, định tuyến, chuyên mạch và quản lý lưu lượng thông qua mạng

MPLS thực hiện các chức năng sau :

e Kỹ thuật đặc biệt dé quản lý lưu lượng của các phần tử khác nhau như lưu

lượng giữa những phân cứng, bộ phận khác nhau, thậm chí lưu lượng của các ứng dụng khác nhau

e Duy trì tính độc lập giữa lớp 2 và lớp 3

se Cung cấp một phương tiện để định địa chỉ IP đơn giản, những nhãn có chiều dai cố định được sử dụng bằng cách chuyển những gói khác nhau liên tiếp và sử dụng kĩ thuật chuyển mạch gói

e_ Giao tiếp với những giao thức định tuyến cô định như là : giao thức phân

Trang 18

Chương 2 - 20 - GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên

mm=————==——=————=— —— -. —-.-.S

đầu tiên (OSPF-Open Shortest Path First ).Hỗ trợ những giao thức lớp 2 như ATM, Frame Relay 2.1.2.2 Các thuật ngữ Lớp chuyển tiếp tương đương: (FEC) Nhan (label): Sự hợp nhất nhãn (label merging): Label swap:

Label switched hop:

Label switching router (LSR):

Label switched path (LSP): Label stack: Merge point: Mién MPLS (MPLS domain): MPLS edge node: MPLS ingress node: MPLS egress node:

một nhóm các gói IP mà chúng được chuyền tiếp theo cùng một kiểu (theo cùng một đường, với cùng một cách xử lý ) một đoạn bits ngắn, thường có chiều dài cố định dùng đê xác định (hay nhận dạng) một FEC sự thay thế các nhãn đến của một FEC bằng một nhãn ra duy nhất

một hoạt động chuyển tiếp cơ bản bao gồm

việc tra bảng cho một nhãn đên đề xác định

nhãn ra, sự đóng gói, port

hop giữa 2 MPLS node, mà qua nó sự chuyển tiếp được thực hiện bằng cách sử dụng nhãn một MPLS node có khả năng chuyên tiếp các gói lớp 3 (L3 packets), hay nói cách khác router co ho tro MPLS

con đường đi qua một hoặc nhiều LSRs cùng cấp, được sử dụng bởi các gói trong một FEC

một bộ có thứ tự các nhãn

một node mà ở đó có sự hợp nhât nhãn

một bộ liên tiếp các nodes vận hành việc định tuyên và sự chuyên tiêp MPLS

một MPLS node, mà nó kết nối một miền

MPLS (MPLS domain) với một node nim

ngoai mién (domain) này

một MPLS edge node có vai trò nam giữ lưu lượng khi lưu lượng đi vào miễn MPLS (MPLS domain)

mot MPLS edge node cé vai trò nắm giữ lưu

lượng khi lưu lượng rời khỏi miễn MPLS

Trang 19

a

MPLS node: một node đang chạy (thi hành) MPLS Một MPLS node có thể nhận thức được các giao

thirc diéu khién MPLS (MPLS control

protocols), cd thé vận hành một hoặc nhiều giao thức định tuyến lớp 3 và có khả năng chuyển tiếp các gói dựa vào nhãn MPLS domain MPLS edge s = LSR / MPLS egress node R —_ LSRÍ: LS MPLS ingress node LSR: label switching router MPLS Domain

2.1.2.3 Kha nang 4p dung MPLS trong mang riéng 40 VPN

MPLS ra doi trong khoang thdi gian rat ngăn (khoảng 1996) do tổ chức tiêu chuẩn kĩ thuật quốc tế cho Internet (IETE) tổ chức hội nghị nhằm thống nhất những chuẩn hóa chung một cách hợp lý

Tuy thế ta có thể nhận thấy một số đặc điểm quan trọng như sau :

s Trong quá trình hình thành và phát triển MPLS nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển đặc biệt là mạng Internet nên các sản phẩm thương mại MPLS đã được triển khai rất nhanh chóng Hiện nay các nhà khai thác độc quyền cũng chuyển sang hướng xây dựng mạng tích hợp dựa trên nên Kỹ thuật MPLS

e Các hoạt động liên quan đến độ tương thích, tuân thủ tiêu chuẩn và các giao thức của các sản phẩm MPLS_ được thực hiện rất nhanh và cho kết quả rất tích cực Các dòng sản phẩm như Router của Cisco, Charlotte, Juniper da được kiểm tra độ tương thích và chất lượng sản phẩm Các nhà sản xuất thiết bị mạng viên thông truyền thống không có nhiều nghiên cứu về MPLS mà chủ yếu mua lại hay sát nhập vào các công ty nhỏ hơn chuyên về thiết bị mạng Có thể nhận thấy

Trang 20

Chương2 _ -22- GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên

_

——=—=———————== —————-——-=—=—=-—_=-_-—_-.-.- Ầ —.,

sản phẩm của MPLS Do có sự hội nhập và xu hướng hòa đồng và thiết bị định tuyến nên xu hướng phát triển MPLS là tất yếu và đang diễn ra rất mạnh

e Một đặc điểm quan trọng của các thiết bị MPLS hiện nay là khả năng hỗ trợ đồng thời giao thức MPLS và giao thức ATM trên cùng một công vật lý Chính khả năng đó đã làm mêm dẻo và rất phù hợp cho các nhà cung cấp dịch vụ khi triển khai thiết bị trên mạng Quá trình hình thành và ra đời của các tiêu chuẩn có thời gian ngắn, các tiêu chuẩn ban hành dưới dang cdc RFC nên được các nhà sản xuất thiết bị liên tục đóng góp, cập nhật và sửa đổi cho phù hợp với thực tế Các tiêu chuẩn REC được sử dụng ngay trong các sản phẩm thương mại và được điều chỉnh dần

se Nhà cung cấp dịch cụ cé thé tao VPN lớp 3 dọc theo mạng đường trục cho nhiều khách hàng, chỉ dùng mot co sé ha tang công cộng săn có, không cần các ứng dụng encrytion hoặc end-user

e MPIS có thể tính được các dịch vụ IP VPN và rất dễ quản lí các dịch vụ VPN quan trọng để cung cấp các mạng IP riêng trong cơ sở hạ tầng của nó Khi một ISP cung cập dịch vụ VPN hỗ trợ nhiều VPN riêng trên một cơ sở hạ tầng đơn.Với một đường trục MPLS, thông tin VPN chỉ được xử lí tại một điểm ra vào Các gói mang nhãn MPLS đi qua một đường trục và đến điểm ra đúng của nó

se - Các dịch vụ VPN hướng dẫn cách MPLS hỗ trợ mọi thông tin định tuyến để phân cấp Hơn nữa,có thể tách rời các định tuyến Internet khỏi lõi mạng cung cấp dịch vụ Giống như dữ liệu VPN, MPSL chỉ cho phép truy suât bảng định tuyến Internet tại điểm ra vào của mạng Với MPSL, kĩ thuật lưu lượng truyền ở biên của AS được gắn nhãn để liên kết với điểm tương ứng Sự tách rời của định tuyến nội khỏi định tuyến Internet đầy đủ cũng giúp hạn chế lỗi, n định và tăng tính bảo

mật

2.2 Cấu trúc MPLS

Các MPLS nodes có 2 mặt phẳng : mặt phẳng chuyển tiếp MPLS và mặt phẳng

điều khiển Bên cạnh việc chuyển mạch các gói đã được “dán” nhãn, các MPLS

node con có thê thực hiện các định tuyến lớp 3 và các chuyển mạch lớp 2

i

Trang 21

Chương 2 - 23 - GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ‘ani Mặt phẳng điều khiển _ Trao đổi thông tin định tuyến Các giao thức định tuyến IP Trao đổi thông tin kết nối nhãn Giao thức phân phối nhãn (LDP) Mặt phẳng chuyển tiếp Các gói IP ra Các gói Bảng định tuyến IP IP đến Các gói được dán nhãn ra ——— >> Label forwarding Các gói được »| information base (LFIB) dan nhan dén

Cấu trúc của MPLS node

2.2.1 Mat phang chuyén tiép

Mat phang chuyén tiếp MPLS chịu trách nhiệm cho sự chuyển tiếp các gói dựa trên giá trị được chứa trong nhãn đính kèm Mặt phăng chuyển tiếp sử dung LFIB (được duy trì bởi MPLS node) để chuyển tiếp các gói đã được dán nhãn Mỗi MPLS node duy trì 2 bảng liên quan tới sự chuyển tiếp nhãn : bảng cơ sở thông tin nhãn (the label information base - LIB) va bang co sở thong tin chuyén tiép nhan (label forwarding information base- LFIB) Bảng LIB chứa tất cả các nhãn được ấn định bởi MPLS cục bộ và sự ánh xạ của những nhãn này tới những nhãn nhận được từ các MPLS node láng giềng Bảng LFIB sử dụng một tập con các nhãn (các nhãn này được chứa trong bảng LIB) cho sự chuyển tiếp thực sự

2.2.1.1 Nhãn MPLS

Nhãn là một bộ nhận dạng có chiều đài 32 bit được dùng để xác định một FEC Nhãn (mà nó được “gắn” vào một gói cụ thể) sẽ đại diện cho FEC mà gói được gán

Trong trường hợp của ATM, nhãn được đặt trong cả trường VCI và VPI cua header Trong frame của Frame Relay, nhãn năm trong trường DLCI của header

Các kỹ thuật lớp 2 như Ethernet, Token Ring, FDDI và liên kết point-to-point (điểm nối điểm) không thể sử dụng các bit địa chỉ lớp 2 của chúng để mang nhãn Những kỹ thuật này mang nhãn trong header chèn Header nhãn chèn (shim label header) được “chèn” vào giữa lớp liên kết và lớp mạng Việc sử dụng header nhãn chèn cho phép MPLS hỗ trợ hầu hết các kỹ thuật lớp 2

Trang 22

Chương 2 - 24 - GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên ————==—=———= ——=-= _— ——-———-— . . -.- -.- - MPLS label Label CoS S TIL < 20 Y A WwW Y — A oo Yv Chiều dài (tính bằng bit)

Label: Nhãn MPLS (MPLS label) S: Bottom of stack CoS: Lớp dịch vu (Class of service) TTL: Time to live

ATM cell header

GFC VPI VCI PTI CLP HEC Data Label Header chén (Shim header) Layer 2 header Label Layer 3 header Layer 4 header Data

Nhãn MPLS , header cua ATM cell, header chén

Nhãn MPLS chứa các chuỗi bit sau:

* Chuỗi bit nhãn (label field) (20 bit) — Mang giá trị thật của nhãn MPLS * Chuỗi bit CoS (2 bit) - Tác động đến hàng đợi và thuật toán loại, bỏ á áp

dụng cho gói khi gói được truyền qua mạng

* Chuỗi bit Stack (1bit ) — Hé tro stack nhãn có thứ bậc

* Chuỗi bít TTL (time-to-live) (8 bit) —- Cung cấp chức năng TTL như của IP truyền thống Một vài giá trị nhãn đã được ấn định (theo Cisco) Label Description

0 Nhãn rỗng tuong minh IPv4 Gié tri nhãn này chỉ hợp lệ tại đáy của stack nhãn Nó chỉ ra rằng siack nhãn phải

được lấy ra và sự chuyển tiếp nhãn sau đó phải dựa trên

Trang 23

Chương 2 - 25- GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Aaa a OG RARER Ipv4 header

] | Nhãn cảnh báo router Giá trị nhãn này hợp lệ tại mọi nơi trong stack nhãn ngoại trừ tại đáy

2 Nhãn rỗng tường minh IPvó Giá trị nhãn này chỉ hợp lệ tại đáy của stack nhãn Nó chỉ ra rang stack nhãn phai được lấy ra và sự chuyển tiếp nhãn sau đó phải dựa trên Ipv6 header

3 Nhan rỗng ngầm định.Đây là một nhãn mà một MPLS node có thê gán và phân phôi nhưng nó không bao giờ thật sự xuât hiện trong sự đóng gói

4-15 Dự trữ cho sự sử dụng trong tương lai

Sfack nhấn (Iabel stack)

Khi có hơn một header nhãn được “gin” vào một gói IP Bit nhãn được set lên 1 chỉ ra rằng đó là đáy của stack Tất cả các bit nhãn khác đều được đặt giá trị 0 Trong MPLS cơ sở gói (packet-base MPLS ), dinh cua stack xuất hiện ngay sau header lớp liên kết, và đáy của stack nhãn xuất hiện ngay trước header lớp mạng Sự chuyển tiếp nhãn được thực hiện nhờ vào giá trị nhãn (label value) của nhãn năm trên đỉnh của stack

LL Label stack i

Stack nhãn 7ïme To Live

Trong chuyển tiếp IP truyền thống , mỗi gói mang mot gia tri “Time To Live” (TTL) trong header cua no Mỗi khi gói di qua một router, giá trị TTL của nó giảm di 1 ; néu TTL đạt tới 0 trước khi gói tới được đích của nó, thì gói sẽ bị loại bỏ Điều này cung cấp một mức độ bảo vệ nào đó chống lại các vòng lặp chuyến tiếp (do sự hội tụ chậm của thuật toán định tuyến hay do cấu hình sai )

Chuỗi bit TTL của nhãn MPLS có chức năng tương tự như chuỗi bit time-to-live

được mang trong header IP Tuy nhiên cân chú ý là MPLS node chỉ xử lý chuỗi bit TTL trong muc trên đỉnh của stack nhãn

Trang 24

mm =m===—=—==_—_————— -=-=-=-. —— — Ầ Ầ )

2.2.1.2 Cơ sở thông tin chuyền tiếp nhãn (LFIB)

LFIB (được duy trì bởi MPLS node) chứa một chuỗi các đề mục Mỗi đề mục (entry) lại chứa một nhãn vào (ncoming label) và một hay nhiêu đê mục con (subentry) LFIB được chỉ mục (indexed) bang gia tri chứa trong nhãn đến

Mỗi mục con chứa nhãn ra, giao diện ra, và địa chỉ hop kế Các mục con trong cùng một đề mục có thể có các nhãn ra giống nhau hoặc khác nhau Chuyên tiếp đa phân bố đòi hỏi các mục con với nhiều nhãn ra, nhờ vào đó khi một “gói đến” tới một g1ao diện Sẽ được gởi ra nhiều giao diện Ngoài “nhãn ra”, ”giao diện ra”, thông tin hop kế, mỗi đề mục trong bảng chuyển tiếp còn có thể chứa thêm thông tin liên quan đến tài nguyên mà gói sử dụng, như là một hàng đợi ra

Nhãn đến Mục con đầu tiên Mục con tiếp theo

(Incoming label) (First subentry) (No subentry) Nhãn ra Nhãn ra

Nhãn đến Giao diện ra Giao điện ra

Địa chỉ hop kế Địa chỉ hop kế

Nhãn ra Nhãn ra

Nhãn đến Giao diện ra Giao diện ra

Nhãn ra Nhãn ra Nhãn đến Giao diện ra Giao diện ra

Cau tric LFIB

Một MPLS node có thể duy trì một bảng chuyên tiếp, một bảng chuyển tiếp cho mỗi giao diện của nó, hay là sự kết hợp cả hai Trong trường hợp nhiều bảng chuyên tiếp, sự chuyển tiếp gói được thực hiện nhờ vào giá trị của “nhãn đến” cũng như nhờ vào “giao diện ngõ vào” mà gói đã đến

2.2.1.3 Thuật toán chuyển tiếp nhãn (label forwarding algorithm)

Các bộ chuyển mạch nhãn (label switch) sử dụng thuật toán chuyển tiếp dựa trên sự đôi nhãn (label swapping) Các MPLS node (loai duy trì một bảng LFIB don lẻ) trích giá trị nhãn từ trường nhãn trong các “gói đến” và sử dụng chúng như là chỉ sô để tra bảng LFIB Khi mục tương ứng “nhãn đến” được tìm thay, MPLS node thay thé nhan trong gói bằng “nhãn ra” có được từ mục con và gởi gói ngang qua “giao diện ra” để đến hop kế đã được chỉ định từ mục con Nếu mục con chỉ định hàng đợi ra, MPLS node sẽ đặt gói trên hàng đợi chỉ định

Trang 25

Chương 2 - 27 - GVHD: PGS.TS Pham Héng Lién

Trong trường hợp MPLS node duy trì nhiều bảng LFIB cho mỗi giao diện, nó sẽ sử dụng giao diện vật lý mà gói đến để lựa chọn bảng LFIB cụ thể, bảng này được sử dụng để chuyển tiếp gói

Một MPLS node có thể lấy được tất cả các thông tin nó cần để chuyển tiếp một gói chỉ bằng một sự truy xuất bộ nhớ đơn Khả năng tra cứu và chuyển tiếp tốc độ nhanh này làm cho chuyển mạch nhãn có được một kỹ thuật chuyển mạch rất cao 2.2.2 Mặt phẳng điều khiến (control plane)

Chức năng chính của mặt phăng điều khiển là để thông báo các nhãn, các địa chỉ và để tạo sự tương quan giữa chúng: tức là, để tạo kết nối giữa các nhãn với các

địa chỉ

Tại mặt phăng điều khiển có thể có nhiều hơn một giao thức hoạt động Thí dụ, RSVP đã được mở rộng, cho phép sử dụng giao thức dùng để thông báo, phân phối và kết nối nhãn với địa chỉ IP Sự mở rộng này được gọi là RSVP-TE Một giao thức, giao thức phân phối nhãn (Label Distribution Protocol-LDP), là một sự lựa chọn khác cho sự thực thi mặt phẳng điều khiển Ngoài ra còn có thể có các giao

thức khác như là OSPFE-E, BGP-E; đây là các giao thức mở rộng của OSPF, BGP

Thông điệp điều khiển được trao đổi giữa các router chuyển mạch nhãn (LSRs) để thực hiện nhiều hoạt động khác nhau, bao gồm :

* Sự trao đổi thông điệp giữa các node để thiết lập mỗi quan hệ (bao gồm sự thỏa thuận về bảo mật) Sau khi hoạt động này hoàn tất, các node được xem là các LSR ngang hàng

* Sự trao đổi các thông điệp mang tính chu kì (được gọi là hellos) để chắc chắn là các node “láng giêng” vân còn đang hoạt động

Sự trao đối các thông điệp nhãn và địa chỉ để nối kết các địa chỉ với các nhãn và xây dựng bảng chuyển tiếp (đặc biệt là bảng LFIB) được sử dụng bởi mặt phẳng dữ liệu MPLS để chuyển tiếp lưu lượng

2.2.3 Thành phần MPLS

Thành phần quan trọng cơ bản của mạng MPLS là thiết bị định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label Switch Router) Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển tiếp gói thông tin trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn

Can cứ vào vị trí và chức năng của LSR có thê phân thành các loại chính sau đây:

- LSR biên : LSR này nằm ở biên của mạng MPLS Nó tiếp nhận hay gửi đi các gói thông tin từ hay đến các mạng khác (IP, Frame Relay ) LSR biên gán hay loại bỏ nhãn cho các gói thông tin đến hoặc đi khỏi mạng MPLS Các LSR này có thể là Ingress Router (Router đầu vào) hay Egress Router (Router đầu ra)

nN NT ERENT RNR

Trang 26

- ATM-LSR : Là các tổng đài ATM có thể thực hiện chức năng như LSR Cac ATM-LSR thực hiện chức năng định tuyến gói IP và gán nhãn trong mảng điều khiển và chuyên tiếp số liệu trên cơ chế chuyên mạch tế bào ATM trong máng sô liệu Như vậy các tong dai chuyển mạch ATM truyền thống có thể nâng cấp phần mềm để thực hiện chức năng của LSR

Bảng sau đây mô tả các loại LSR và các chức năng của chúng

Loại LSR Chức năng thực hiện LSR Chuyên tiếp gói có nhãn

Nhận gói IP, kiểm tra lại lớp 3 và đặt vào ngăn xếp nhãn trước khi gửi

gói vào mạng LSR LSR biên

Nhận gói tin có nhãn, loại bỏ nhãn, kiểm tra lại lớp 3 và chuyên tiếp gói IP đến nút tiếp theo

ATM-LSR Sử dụng giao thức MPLS trong mảng điều khién để thiết lập kênh ảo ATM Chuyên tiếp tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo

| Nhận gói có nhãn hoặc không nhãn, phân vào các tế bào ATM và gửi ATM-LSR các tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo

biên Nhận các tế bào ATM từ ATM-LSR cận kề, tái tạo các gói từ các tế

bao ATM va chuyên tiệp gói có nhãn hoặc không nhãn

2.3 Hoạt động của MPLS

Có hai chế độ hoạt động đối với MPLS : chế độ khung (Frame- mode) và chế độ té bao (Cell — mode) Cac ché d6 hoat động này sẽ được phân tích chỉ tiết dưới đây

2.3.1 Chế độ hoạt động khung MPLS :

Chế độ hoạt động này xuất hiện khi sử dụng MPLS trong môi trường các thiết bị

định tuyến thuần điều khiển các gói tin IP điểm-điểm Các gói tin gán nhãn được chuyến tiếp trên cơ sở khung lớp 2

2.3.1.1 Các hoạt động trong mảng số liệu :

Quá trình chuyển tiếp một gói IP trong mạng MPLS được thực hiện qua một số bước cơ bản sau đây :

Trang 27

_———————== ———— =— -= . -—

e LSR biên lối vào nhận gói IP, phân loại gói vào nhóm chuyển tiếp

tương đương FEC đã xác định Trong trường hợp định tuyên một địa chỉ đích, FEC sẽ tương ứng với mạng con đích và việc phân loại gói sẽ đơn giản là việc so sánh bảng định tuyến lớp 3 truyền thống

e - LSR lõi nhận gói có nhãn và sử dụng bảng chuyển tiếp nhãn để thay đổi nhãn lối vào của gói đến với nhãn lối ra tương ứng cùng trong ‘vung FEC

e Khi LSR bién lối ra của vùng FEC này nhận được gói có nhãn, nó loại

bó nhãn và thực hiện việc chuyển tiếp gói IP theo bảng định tuyến lớp

3 truyền thống

Header nhan MPLS :Vi nhiéu ly do nén nhan MPLS phải được chèn trước số liệu cần gán nhãn ở chế độ hoạt động khung Như vậy, nhãn MPLS được chèn giữa header lớp 2 và nội dung thông tin lớp 3 của khung lớp 2 như thể hiện trong hình vẽ sau đây : Goi IP không nhãn trong khung lớp 2 - Khung lớp 2 Số liệu lớp 3 Header lớp 2 Gói IP có nhãn trong khung lớp 2 : Khung lớp 2 Sốliệu lớp 3 (Goi IP) Nhãn MPLS Mào đầu lớp 2

Do nhãn MPLS được chèn vào vị trí như vậy nên bộ định tuyến gửi thông tin phải có phương tiện gì đó thông báo cho bộ định tuyến nhận biết răng gói đang được gửi đi không phải là gói IP thuần mà là gói có nhãn (gói MPLS) Để đơn giản chức năng này, một sô giao thức mới được định nghĩa trên lớp 2 như sau:

Trong môi trường LAN, các gói có nhãn truyền tải gói lớp 3 đơn hướng hay đa hướng sử dụng giá trị 8847H và 8848H cho dạng Ethernet Các giá trị này được sử dụng trực tiếp trên phương diện Ethernet (bao gồm cả Fast Ethernet và Gigabit Ethernet)

eee EES TT NR ROR

Trang 28

Trong kênh điểm-điểm sử dụng giao thức điều khiển mạng mới được gọi là MPLSCP (giao thức điều khiển mạng MPLS) Các gói MPLS được đánh dấu bởi giá trị 8281H trong trường giao thức PPP

Các gói MPLS truyền qua chuyển địch khung DLCI giữa một cặp thiết bị định tuyến được đánh dấu bởi nhận dạng giao thức lớp mạng SNAP của chuyên dịch khung, tiếp theo header SNAP với gia tri 8847H cho dang Ethernet

Các gói MPLS truyền giữa một cặp thiết bị định tuyến qua kênh ảo ATM Forum được đóng gói với header SNAP sử dụng giá trị cho dạng Ethernet như trong môi trường LAN

2.3.1.2 Chuyển mạch nhãn trong chế độ khung :

Chúng ta xem xét quá trình chuyển đổi nhãn trong mạng MPLS sau khi nhận được một gói IP như hình vẽ sau đây : Bước 2 : Kiểm tra lớp 3, gắn nhãn, chuyển gói IP đến LSR lõi 1 Bước 1 : Nhận gói IP tại biên LSR Bước 3 : Kiểm tra nhãn, chuyên đổi nhãn, chuyễn gói IP đến LSR lõi 3 LSR bién 1 LSR bién 2 LSR bién 3

Chuyên mạch nhãn trong hoạt động chế độ khung

Trang 29

e© Sau khi nhận khung PPP lớp 2 từ LSR biên số 1, LSR lõi 1 lập tức nhận dạng gói nhận được là gói có nhãn dựa trên giá trị trường giao thức PPP và thực hiện việc kiểm tra nhãn trong bảng cơ sở dữ liệu chuyên tiếp nhãn (LFIB)

e Kết quả cho thấy nhãn vào là 30 được thay bằng nhãn ra 28 tương ứng với việc gói tin sẽ được chuyên tiếp đến LSR lõi 3

e Tại đây, nhãn sẽ được kiểm tra, nhãn số 28 được thay bằng nhãn số 37 và cổng ra được xác định Gói tin được chuyên tiếp đến bộ định tuyến tiếp theo ngoài mạng MPLS Bảng định tuyến LFIB được mô tả trong hình vẽ sau :

In Address Prefix Out Out Link In Address Out Out | Link

Label Label Place Infor Label Prefix Label | Place Infar xX 123.29.0.0/16 4 Lo J oe 4 12ã8.89.0.0/16 9 9 | x |1716900/16 5 LẺ | 5 171.69.0.0/16 7 toy 171.69.0.0/16 LSR LSR LSR 1 | ——~ , 0x 128.89.0.0/16 128.89.25.4 | Data | 4 | 128.89.25.4| Data 9/128.89.25.4|Data 128.89.25.4

Như vậy, quá trình chuyển đổi nhãn được thực hiện trong các LSR lõi dựa trên bảng định tuyến nhãn Bảng định tuyến này phải được cập nhật đầy đủ để đảm bảo mỗi LSR (hay bộ định tuyến) trong mạng MPLS có đầy đủ thông tin được truyền trong mạng và thông thường được gọi là quá trình liên kết nhãn (label binding)

Các bước chuyên mạch trên được áp dụng đối với các gói tin có một nhãn hay gói tin có nhiều nhãn (trong trường hợp sử dụng VPN thông thường một nhãn được gan cố định cho máy chủ VPN)

2.3.1.3 Quá trình liên kết và lan truyền nhãn :

Khi xuất hiện một LSR mới trong mạng MPLS hay bắt đầu khởi tạo mạng

MPLS, các thành viên LSR trong mạng MPLS phải có liên lạc với nhau trong quá trình khai báo thông qua bản tin Helfo Sau khi bản tin này được gửi, một phiên giao dịch giữa hai LSR được thực hiện Thủ tục trao đổi là giao thức LDP

Ngay sau khi LIB (cơ sở dữ liệu nhãn) được tạo ra trong LSR, nhãn được gan cho mỗi FEC mà LSR nhận biết được Đối với trường hợp chúng ta đang xem xét

ae eee a NON Am RRA RN GÀ

Trang 30

(định tuyến dựa trên đích unicast) FEC tương đương với prefix trong bảng định tuyến IP Như vậy, nhãn được gán cho môi prefix trong bảng định tuyến IP và bảng chuyên đổi chứa trong LIB Bảng chuyên đổi định tuyến này được cập nhật liên tục khi xuất hiện những tuyến nội vùng mới, nhãn mới sẽ được gán cho tuyến mới

Do LSR gán nhãn cho mỗi tién t6 IP (IP prefix) trong bang dinh tuyến của chúng ngay sau khi tiền tố xuất hiện trong bảng định tuyến và nhãn là phương tiện được LSR khác sử dụng khi gửi gói tin có nhãn đến chính LSR đó nên phương pháp gán và phân phối nhãn này được gọi là gán nhãn điều khiển độc lập với quá trình phân phối ngược không yêu cầu

Việc liên kết các nhãn được quảng bá nhảy đến tất cả các Router thông qua phiên LDP Chỉ tiết hoạt động của LDP được mô tả sau

2.3.2 Chế độ hoạt động tế bào MPLS :

Khi xem xét triển khai MPLS qua ATM cần phải giải quyết một số trở ngại sau đây:

e_ Hiện tại không tồn tại một cơ chế nào cho việc trao đổi trực tiếp các gói IP giữa hai nút MPLS cận kể qua giao diện ATM Tắt cả các số liệu trao đổi qua mạng ATM phải được thực hiện qua kênh ảo ATM

e_ Các tổng đài ATM không thể thực hiện việc kiểm tra nhãn hay địa chỉ lớp 3 Khả năng duy nhất của tổng đài ATM là chuyển đổi VC đầu vào sang VC đầu ra của giao diện ra

Như vậy cần thiết phải xây dựng một số cơ chế để đảm bảo thực thi MPLS

qua ATM như sau :

e_ Các gói IP trong mảng điều khiển không thể trao đổi trực tiếp qua giao điện ATM Một kênh ảo VC phải được thiết lập giữa 2 nút MPLS cận kề để trao đổi gói thông tin điều khiến

e Nhãn trên cùng trong ngăn xếp nhãn phải được sửa đổi để đảm bảo các tổng đài ATM không phải kiểm tra địa chỉ lớp 3

Ta tìm hiểu qua các thuật ngữ sau đây :

- Giao diện ATM điều khiển chuyển mạch nhấn (LC-ATM ) : là giao điện ATM trong tổng đài hoặc trong bộ định tuyến ma gia tri VPI/VCI được gán băng thu tục điều khiển MPLS ( LDP)

- ATM-LSR : la tong dai ATM sử dụng giao thức MPLS trong mang điều khiển và thực hiện việc chuyển tiếp MPLS giữa các giao diện LC-ATM trong mảng số liệu bằng chuyển mạch tế bào ATM truyền thống

- LÊN theo khung : là LSR chuyển tiếp toàn bộ các khung giữa các giao diện của nó Bộ định tuyến truyền thống là cu thé của LSR loại này

a SN A ANTS UTTER

Trang 31

- Miền ATM-LSR : là tập hợp các ATM-LSR kết nối với nhau qua các giao diện LC-ATM

- ATM-LSR biên : là LSR theo khung có ít nhất một giao diện LC-ATM

2.3.2.1 Chuyển tiếp các gói có nhãn qua miền ATM-LSR :

Việc chuyển tiếp các gói nhãn qua miền ATM-LSR được thực hiện trực tiếp qua các bước sau :

e ATM-LSR bién 16i vao nhận gói có nhãn hoặc không nhãn , thực hiện việc kiểm tra dữ liệu chuyển tiếp FIB hay cơ sở dữ liệu chuyền tiếp nhãn LEIB và tìm ra giá trị VPI/VCI đầu ra để sử dụng như nhãn lối ra Các gói có nhãn

được phân chia thành các tế bào ATM và gửi đến ATM-LSR tiếp theo Giá

trị VPI/VCT được gắn vào header của từng tế bào

e Các nút ATM-LSR chuyển mạch tế bào theo gia tri VPI/VCI trong header của tế bào theo cơ chế chuyển mạch ATM truyền thống Cơ chế phân bố và phân phối nhãn phải đảm bảo việc chuyển đổi giá trị VPI/VCI nội vùng và ngoại vùng là chính xác

e ATM-LSR tại biên lối ra tái tạo lại các gói có nhãn từ các tế bào, thực hiện

việc kiểm tra nhãn và chuyển tiếp tế bào đến LSR tiếp theo Việc kiểm tra

nhãn dựa vào giá trị VPL/VCI của tế bào đến mà không dựa vào nhãn trên đỉnh của ngăn xếp trong header nhãn MPLS do ATM-LSR giữa các biên của miền ATM-LSR chỉ thay đổi giá trị VPI/VCI mà không thay đổi nhãn bên trong các tế bào ATM Lưu ý răng nhãn đỉnh của ngăn xếp được lập giá trị bằng 0 bởi ATM-LSR biên lối vào trước khi gói có nhãn được phân chia thành tế bào

2.3.2.2 Phân bỗ và phân phối nhãn trong miền ATM-LSR :

Việc phân bé va phan phối nhãn trong chế dộ hoạt động này có thể sử dụng cơ

chế giống như trong chế độ hoạt động khung Tuy nhiên nêu triển khai như vậy sẽ dẫn đến một loạt các hạn chế bởi môi nhãn được gán qua giao diện LC-ATM tương ứng với một ATM VC Vì số lượng kênh VỀ qua giao diện ATM là hạn chế nên cân giới hạn số lượng VC phân bố qua LC-ATM ở mức thấp nhất Để đảm bảo được điều đó, các LSR phía sau sẽ đảm nhận trách nhiệm yêu cau phan bé va phan phối nhãn qua giao diện LC-ATM LSR phía sau cần nhãn để gửi gói đến nút tiếp theo phải yêu câu nhãn từ LSR phía trước nó Thông thường các nhãn được yêu câu dựa trên nội dung bảng định tuyến mà không dựa vào luồng đữ liệu, điều đó đòi hỏi

nhãn cho mỗi đích trong phạm vi của nút kế tiếp qua giao diện LC-ATM

Trang 32

Chương 2 - 34 - GVHD: PGS.TS Phạm Hằng Liên

i

của LSR phía sau thì nó sẽ yêu cầu nhãn từ LSR phía trước nó và chỉ trả lời khi đã

nhận được nhãn từ LSR phía trước nó

2.3.2.3 Hợp nhất VC (Virtual Circuit) :

Van dé hop nhat VC ( gán cùng VC cho các gói đến cùng đích ) là một vấn đề quan trọng cân giải quyết đối với các tong dai ATM trong mang MPLS Dé téi wu hóa qua trình gán nhãn ATM-LSR co thé sử dụng lại nhãn cho các gói đến cùng đích Tuy nhiên, một vấn đề cần giải quyết là các gói đó xuất phát từ các nguôn khác nhau (các LSR khác nhau) nêu sử dụng chung một giá trị VC cho đích thì sẽ không có khả năng phân biệt gói nào thuộc luồng nào và LSR phía trước không có khả năng tái tạo đúng các gói từ các tế bào Vấn đề này được gọi là xen kẽ tế bào Để tránh trường hợp này, ATM-LSR phải yêu cầu LSR phía trước nó phân bổ nhãn mới mỗi khi LSR phía sau nó đòi hỏi nhãn đến bat cứ đích nào ngay cả trong trường hợp nó đã có nhãn phân bổ cho đích đó Mot số tông đài ATM nhờ thay đổi nhỏ trong phần cứng có thể đảm bảo được rằng 2 luồng tế bào chiếm cùng một VC không bao giờ xen kẽ nhau Các tổng đài sẽ tạm lưu các tế bảo trong bộ đệm cho đến khi nhận được tế bào có bit kết thúc khung trong header tế bào ATM Sau đó, toàn bộ các tế bào này được truyền qua kênh VC Như vậy, bộ đệm trong các tổng đài phải tăng thêm và một vân đề mới xuất hiện đó là độ trễ qua tổng đài tăng lên Quá trình gửi tiếp các tế bào ra kênh VC như vậy được gọi là quá trình hợp nhất kênh ảo VC Quá trình hợp nhất kênh ảo VC này giảm tối đa số lượng nhãn phân bố trong miền ATM-LSR

2.3.2.4 Hoạt động của MPLS khung trong mạng ATM-PVC :

Việc thay đối Kỹ thuật mạng sẽ tác động đến rất nhiều mặt trong mạng đang khai thác từ những vấn đề kĩ thuật ghép nối mạng, những giai đoạn chuyển đổi đến quan niệm và cách thức vận hành khai thác của con người Quá trình chuyền đổi sang MPLS có thể thực hiện qua một số giai đoạn nhất định hoặc được triển khai đồng loạt ngay từ đầu, tuy nhiên không thể tránh khỏi trường hợp phối hợp hoạt động hoặc chuyền tiếp thông tin MPLS qua các mạng không phải là MPLS Trong phần sau ta sẽ xem xét một trường hợp cụ thể sử dụng MPLS trong môi trường ATM- PVC

Như đã trình bày, MPLS có hai chế độ hoạt động cơ bản là chế dé tế bào và chế độ khung Đối với cơ sở hạ tầng mạng như Frame Relay hay ATM-PVC thì rất khó triển khai chế độ hoạt động tế bào của MPLS Thông thường chế độ khung sẽ được sử dụng trong các môi trường như vậy để thực hiện kết nối MPLS xuyên suốt qua mạng

Trong một số điều kiện nhất định như trong giai đoạn chuyển dịch sang mạng hoàn toàn IP + ATM (MPLS) hoặc chuyển mạch ATM không chuyển tiếp, MPLS thì cần thiết phải sử dụng chế độ hoạt động khung qua mạng ATM-PVC Cấu hình này là phù hợp tuy nhiên nó cũng gặp một sô vân đề như khi sử dụng IP qua ATM trong chế độ chuyền dịch (do sô lượng lớn các VC )

Trang 33

Chương 2 -35- GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên Chuyển mạch ATM VPI 0/37 VPI 0/36 C nee Kênh ATM PVC —C_ LSR biên Í ` LSR biên 2 Chuyển mạch Chuyển mạch ATM ATM

Như vậy kết nối giữa hai LSR được thiết lập bằng kênh PVC xuyên suốt Các phiên LDP được thực hiện thông qua kết nối PVC này Quá trình phan phối nhãn được thực hiện theo kiểu phân phối nhãn theo chiều đi không yêu câu Cần lưu ý, việc sử dụng MPLS qua mạng ATM-PVC yêu cầu đóng gói băng AAL5-SNAP trên kênh PVC đó

Việc sử dụng chế độ khung qua mạng ATM-PVC là rất cần thiết trong quá trình chuyển dịch sang mang dich MPLS

2.4.Các giao thức MPLS

2.4.1 Giao thức phân phối nhãn LDP

Giao thức phân phối nhãn được nhóm nghiên cứu MPLS của IETF xây dựng và ban hành có tên là REC 3036 Phiên bản mới nhất được công bố năm 2001 đưa ra những định nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao thức LDP

Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói thông tin Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các LSR sử dụng để trao đôi và điều phối quá trình gán nhãn cho các gói thông tin Giao thức LDP là một tập hợp các thủ tục trao đổi các bản tin cho phép các LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC nhất định để truyền các gói thông tin

Trang 34

Chương2 - 36 - GVHD: PGS.TS Phạm Hồng Liên

‘Sn iN a

® Một LSR định kì gửi đi ban tin Hello tới các cổng UDP đã biết trong tất cả các bộ định tuyến trong mạng con của nhóm multicast

e Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin này trên công UDP Như vậy, tại một thời

điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có thể kết nối trực tiếp

¢ Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lập kết nối TCP đến LSR đó

e Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa hai LSR Phiên LDP là phiên hai chiều có nghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đếu có thể yêu câu và gửi liên kết nhãn Trong trường hợp các LSR không kết nối trực tiếp trong các mạng con (subnet) người ta sử dụng một cơ chế bổ sung như sau : LSR định kì girl ban tin Hello dén cong UDP đã biết tai dia chi IP xác định được khai báo khi lập cầu hình Đầu nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin #el!o khác truyền một chiều ngược lại đến LSR gửi và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên Thông thường trường hợp này hay được áp dụng khi giữa hai LSR có một đường LSP cho điều khiển lưu lượng và nó yêu câu phải gửi các gói có nhãn qua đường LSP đó

2.4.1.2 Giao thức truyền tải tin cậy :

Việc xác định sử dụng TCP để truyền các bản tin LDP là một vấn đề cần phải xem xét Yêu cầu về độ tin cậy là rất cần thiết : nếu việc liên kết nhãn hay yêu câu liên kết nhãn được truyền một cách không tin cậy thì lưu lượng cũng không được chuyển mạch theo nhãn Một vấn đề quan trọng nữa đó là đảm bảo thứ tự các bản tin Như vậy liệu việc sử dụng TCP để truyền LDP có đảm bảo hay không và có nên xây dựng luôn chức năng truyền tải này trong bản thân LDP hay không ?

Việc xây dựng các chức năng bảo đảm độ tin cậy trong LDP không nhất thiết phải thực hiện toàn bộ các chức năng của TCP trong LDP mà chỉ cần dừng lại ở những chức năng cần thiết nhất, ví dụ chư chức năng điều khiển tránh tắc nghẽn được coi là không cần thiết trong LDP tuy nhiên, việc phat triển thêm các chức

năng đảm bảo độ tin cậy trong LDP cũng có nhiều vấn đề cần xem xét, ví dụ như

các bộ định thời cho các bản tin ghi nhận và không ghi nhận, trong trường hợp sử dụng TCP chỉ cần một bộ định thời của TCP trong toàn phiên LDP

2.4.1.3 Cac ban tin LDP :

Co 4 dang ban tin co ban sau day :

e Ban tin Initialization e Ban tin KeepAlive e Ban tin Label Mapping

e Ban tin Release :

Trang 35

+ Bản tin Label Withdrawal

+ Bản tin Request + Bản tin Request Abort Dang thong diép Initialization :

Các thông điệp thuộc loại này được gửi khi bắt đầu một phiên LDP giữa hai LSR dé trao đổi các tham số, các đại lượng tuỳ chọn cho phiên Các tham sô này bao gồm : - Chế độ phân bổ nhãn - Các giá trị định thời - Phạm vi các nhãn dử dụng trong kênh giữa hai LSR đó 0 Initialization ( 0x0200 ) Chiéu dai thong diép ID thông điệp TLV các thông số Hello phỗ biến Các thông số không bắt buộc

Ca hai LSR déu có thể gửi các thông điệp Inialization va LSR nhan sẽ trả lời băng Keepalive nếu các thông số được chấp nhận Nếu có một tham số nào đó không được chấp nhận thì LSR trả lời thông báo có lỗi và phiên kết thúc

Dạng thông điệp Keepalive: 0 | KeepAlive ( 0x0201 ) Chiều dài thông điệp ID thông điệp

Các thông số không bắt buộc

Các thông điệp KeepAlive được gửi định kì khi không có thông điệp nào được gửi để đảm bảo cho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDP khác đang hoạt động tốt Trong trường hợp không xuất hiện thông điệp KeepAlive hay một số thông điệp khác của LDP trong khoảng thời gian nhất định thì LSR sẽ xác định đối tượng hoặc kết nối bị hỏng và phiên LDP bị dừng

Nee rR NENT NI ic

Trang 36

Dạng thông điệp Label Mapping :

Các thông điệp Label Mapping được sử dụng để quảng bá liên kết giữa FEC và nhãn Thông điệp Label Withdrawal thực hiện quá trình ngược lại: nó được sử dụng để xoá bỏ liên kết vừa thực hiện Thông điệp này được sử dụng khi có sự thay đổi trong bảng định tuyến (thay đổi tiền tố địa chỉ) hay thay đổi trong cấu hình LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó

Định dạng thông điệp Label Mapping như sau : 0 123456789012 345 6789012345678901 0 Label Mapping ( 0x0400 ) Chiéu dai thong diép ID thông điệp FEC TLV Label TLV Các thông số không bắt buộc

Dạng thông điệp Label Release :

Thông điệp này được LSR sử dụng khi nhận được chuyển đổi nhãn mà nó không cần thiết nữa Điều đó thường xảy ra khi LSR giải phóng nhận thấy nút tiếp theo cho FEC đó không phải là LSR quảng bá liên kết nhãn /FEC đó 0 Label Release ( 0x0403 ) Chiều dài thông điệp ID thông điệp FEC TLV Label TLV ( không bắt buộc ) Các thông số không bắt buộc

i re enema meet eg a tt eee eee

Trang 37

Ở chế độ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu từ phía trước, LSR sẽ yêu cầu gán nhãn từ LSR lân cận phía trước sử dụng thông điệp Label Request Nếu thông điệp này cần phải hủy bỏ được chấp nhận (do nút kế tiếp trong FEC yêu cầu đã thay đổi) thì LSR sẽ yêu cầu loại bỏ yêu cầu nhờ thông diép Label Request Abort

2.4.1.4 Các chế độ phân phối nhãn :

Chúng ta đã biết một số chế độ hoạt động trong việc phân phối nhãn như : không yêu câu phía trước, theo yêu cầu phía trước, điều khiển LSP theo lệnh hay tự lập, duy trì tiên tiến hay lưu giữ Các chế độ này được thỏa thuận bởi LSR trong quá trình khởi tạo phiên LDP

Khi LSR hoạt động ở chế độ lưu giữ, nó sẽ chỉ giữ những giá trị nhãn /FEC mà nó cần tại thời điểm hiện tại Các chuyển đổi khác được giải phóng Ngược lại trong chế độ duy trì tiên tiến, LSR giữ tất cả các chuyên đổi mà nó được thông báo ngay cả những chuyên đỗi không được sử dụng tại thời điểm hiện tại Hoạt động của chế độ này như sau :

LSR 2 ) cho FEC đó

e LSR 2 nhan thay LSR I hiện tại không phải là nút tiếp theo đối với FEC đó và nó không thể sử dụng liên kết này cho mục đích chuyên tiếp tại thời điểm hiện tại nhưng nó vẫn lưu giữ liên kết này lại

e Tai thoi diém nào đó sau này có sự xuất hiện thay đổi định tuyến và LSRI trở thành nút tiếp theo của LSR2 đối với FEC đó thì LSR2 sẽ cập nhật thông tin trong bảng định "tuyến tương ứng và có thể chuyên tiếp các gói có nhãn đến LSRI trên tuyến mới Việc này được thực hiện một cách tự động mà không cần đến báo hiệu LDP hay quá trình phân bổ nhãn mới

Ưu điểm lớn nhất cua chế độ duy trì tiên tiến là khả năng phản ánh nhanh hơn khi có sự thay đổi định tuyến Nhược điểm lớn nhất là lãng phí bộ nhớ và nhãn Điều này đặc biệt quan trọng và có ảnh hưởng rất lớn đối với những thiết bị lưu trữ bảng định tuyến trong phần cứng như ATM-LSR Thông thường chế độ duy trì lưu giữ nhãn được sử dụng cho các ATM-LSR

Các phiên LDP (LDP Session) : phiên LDP tồn tại giữa những LSRs để hỗ trợ cho sự trao đổi nhãn giữa chúng Khi một LSR sử dụng LDP để quảng bá nhiều hơn một không gian nhãn tới một LSR khác nó sẽ sử dụng các phiên LDP riêng biệt cho mỗi không gian nhãn

Sự vận chuyển của LDP ( LDP transport ) : LDP st dung TCP nhu 1a su van

chuyén đáng tin cậy cho các phiên khi giữa hai LSR đòi hỏi nhiều phiên LDP thi ctr

môi phiên LDP sẽ có một phiên TCP 2.4.1.5 Phiên LDP :

Trang 38

cca

Sn

Sự trao đổi các LDP Discovery Hello giữa hai LSRs khởi tạo sự thiết lập phiên LDP Sự thiết lập phiên là một quá trình gôm hai bước :

- Thiết lập sự kết nối vận chuyển

- Sự khởi tạo phiên

Các phần sau đây mô tả sự thiết lập của một phiên LDP giữa LSR 1 và LSR 2 từ khía cạnh của LSR 1 Ở đây ta thừa nhận sự trao đối các Hello đã chỉ rõ không gian nhãn LSR 1:A cho LSR 1 và không gian nhãn LSR 2:B cho LSR 2

* Thiết lập kết nối vận chuyển :

Sự trao đôi các Hello dẫn đến sự tạo thành của “một Hello lân cân “ tại LSRI:

1 Nếu LSR1 chưa có một phiên cho sự thay đổi của các không gian nhãn LSR 1:a và LSR 2:b, LSRI1 cỗ gắng mở một kết nối TCP cho một phiên LDP mới với LSR2 LSRI sẽ xác định các địa chỉ vận chuyển được sử dụng tại đầu cuối của nó (A1) và đầu cuối của LSR2 (A2) trong sự kết nối TCP Địa chỉ AI có thể được xác định như sau :

e© Nếu LSRI sử dụng “đối tượng không bắt buộc địa chỉ vận chuyển“ trong Hello mà nó gửi tới LSR2 đê quảng bá một địa chi, Al sé la địa ‘chi LSRI quảng bá qua đôi tượng không bat buộc

e Nếu LSRI không sử dụng “ đối tượng không bắt buộc địa chỉ vận chuyển “ A1 sẽ là địa chỉ nguồn được sử dụng trong Hello mà nó gửi cho LSR2

Một cách tương tự, địa chỉ A2 được xác định như sau :

e Nếu LSR2 sử dụng “đối tượng không bắt buộc địa chỉ vận chuyển”,

A2 sẽ là địa chỉ LSR2 quảng bá qua đôi tượng không bắt buộc

chuyển”, A2 sẽ là địa chỉ nguồn trong các Hello nhận được từ LSR2 2 LSRI xác định xem nó đóng vai trò chủ động hay thụ động trong sự thiết lập

phiên bằng cách so sánh các địa chỉ AI và A2 như là các số nguyên không dấu Nếu AI > A2, LSRI đóng vai trò chủ động Ngược lại nó sẽ đóng vai trò thụ động

3 Nếu LSRI là chủ động nó sẽ cố gắng thiết lập sự kết nối TCP bằng cách kết nối tới “port phát hiện thông dụng” tải địa chỉ A2 Nếu LSRI là thụ động, nó

đợi cho LSR2 thiết lập sự kết nối TCP tới port thông dụng của nó

Trang 39

(aaa a a

chỉ trong một “TLV địa chỉ vận chuyển không bắt buộc“, hoặc ngầm định bằng cách bỏ qua TLV và sử dụng địa chỉ như là một địa chỉ nguôn của Hello

Một LSR phải quảng bá cùng một “ địa chỉ vận chuyển “ trong tất cả các Hello mà những Hello này quảng bá cùng một không gian nhãn Sự đòi hỏi này nhằm đảm bảo hai LSR được liên kết bởi nhiều lân cận Hello sẽ sử dụng cùng một không gian nhãn đóng vai trò thiết lập kết nối như nhau cho mỗi “ lân cận “

* Sự khởi tạo phiên :

Sau khi LSR1 va LSR2 thiết lập một sự kết nối vận chuyển chúng sẽ thương lượng các thông số phiên bằng cách trao đổi các “ thông điệp khởi tạo “ Các thông sô được thương lượng bao gôm : phiên bản giao thức LDP, phương pháp phân phối nhãn, các giá trị timer Sự thương lượng thành công sẽ hoàn tất sự thiết lập của một phiên LDP giữa LSRI và LSR2 cho sự quảng bá của các không gian nhãn LSR

1:a và LSR 2:b Phần sau đây mô tả “sự khởi tạo phiên” từ khía cạnh của LSRI Sau khi kết nối được thiết lập, nếu LSRI đóng vai trò chủ động, nó bắt đầu sự thương lượng các thông số phiên bằng cách gửi một thông điệp khởi tạo đến LSR2 Nếu LSR1 đóng vai trò thụ động, nó sẽ đợi cho LSR2 bắt đầu sự thỏa thuận các thông số Một cách tổng quát khi có nhiều liên kết giữa LSR1 và LSR2 và có nhiều không gian nhãn được quảng bá, LSR thụ động không thể biết không gian nhãn nào được quảng bá trên kết nối TCP mới được thiết lập cho đến khi nó nhận được “ thông điệp khởi tạo “ trên kết nối đó Thông điệp khởi tạo (initialization message) vừa mang bộ nhận dạng LDP cho không gian của LSR gởi (LSR chủ động), vừa mang bộ nhận dạng cho không gian nhãn của LSR nhận ( LSR thụ động ) Bằng việc chờ thông điệp khởi tạo từ ngang hàng, LSR thụ động có thể kết hợp không gian nhãn được quảng bá bởi ngang hàng với một “ lân cận Hello “ đã được tạo từ trước trong khi trao đôi các Hello

Khi LSR1 đóng vai trò thụ động:

Nếu LSRI nhận được một thông điệp khởi tạo, nó kết hợp bộ nhận dạng LDP

(được mang trong thông điệp PDU) với một lân cận Hello

Nếu có một “lân cận Hello“ tương hợp thì “lân cận” sẽ chỉ rõ không gian nhãn cục bộ (local label space) cho phiên Kế đến LSRI kiểm tra các thông sô phiên được đề cử trong thông điệp xem chúng có được chấp nhận hay không Nếu các thông số được chấp nhận, LSRI sẽ đáp lại bằng thông điệp khởi tạo của chính nó dé đề cử các thông sô nó muốn sử dụng và thông điệp KeepAlive để báo rằng các thông số của LSR2 được chấp nhận Trong trường hợp các thông số không được chấp nhận, LSRI sẽ đáp lại bằng cách gởi một thông điệp Session Rejected/Parameters Error Notification va déng két néi TCP

Nếu LSRI không thể tìm được “lân cận Hello* tương hợp, nó sẽ gửi đi thông điệp Session Rejected/Parameter Error Notification và đóng kết nối TCP

Trang 40

Nếu LSRI nhận được một thông điệp KeepAlive cho sự phản hồi của thông điệp khởi tạo mà nó đã gửi đi, phiên đã có thê hoạt động từ khía cạnh của LSRI

Nếu LSR1 nhận được một thông điệp Error Notification (thông điệp báo lỗi), LSR2 đã không thừa nhận phiên mà LSRI đã đề cử, LSRI đóng phiên kết nối TCP

Khi LSR2 đóng vai trò chủ động :

- Nếu LSRI nhận được một thông điệp thông báo lỗi, LSR2 đã từ chối

phiên mà LSRI đã đê cử, LSR1 đóng kết nỗi TCP

- Nếu LSRI nhận được một “thông điệp khởi tạo“, nó kiểm tra xem các thông số phiên có được chấp nhận hay không Nếu các thông số phiên được chấp nhận, nó sẽ đáp lại bằng một thông điệp KeepAlive Nếu các thông số phiên không được chấp nhận, LSRI gửi thông điệp Session Reject/Parameters Error Notification va dong két ndi

- Nếu LSRI nhận được thông điệp KeepAlive, LSR2 đã chấp nhận thông số phiên mà nó đề cử

- Khi LSRI nhận được cả thông điệp KeepAlive và thông điệp khởi tạo (thông điệp này có thê được thừa nhận), phiên đã có thể hoạt động từ

khía cạnh của LSRI1

2.4.1.6 Sự duy trì các phiên LDP (Maintaining LDP Session ) :

LDP có nhiều cơ chế để giám sát sự toàn vẹn (tính toàn bộ) của phiên LDP sử dụng sự nhận được thường xuyên các PDU trên phiên kết nối vận chuyển để giám sát sự toàn vẹn của phiên Một LSR duy trì sự “ định thời KeepAlive “ cho mỗi phiên Thời gian định thời sẽ được reset lại mỗi khi LSR nhận được một PDU từ ngang hàng phiên Nếu thời gian định thời KeepAlive đã hết mà LSR không nhận được một PDU từ ngang hàng thì LSR này sẽ kết luận : kết nối vận chuyên xấu hoặc ngang hàng đó gặp sự cô, và nó sẽ kết thúc phiên LDP băng cách đóng kết nối vận chuyển

Sau khi một phiên được thiết t lập, LSR phải sắp xếp sao cho ngang hàng của nó phải nhận được một PDU sau mỗi khoảng thời gian, tối đa là thời gian KeepAlive LSR có thể gửi bất kì thông điệp giao thức nào để đáp ứng yêu câu trên Trong trường hợp LSR không có thông tin nào khác để giao tiếp với ngang hàng của nó, LSR sẽ gửi thông điệp KeepAlive

Một LSR cũng có thể kết htúc phiên với ngang hàng của nó bắt kì thời điểm

nào, khi đó nó sẽ thông báo cho LSR ngang hàng băng thông điệp Shutdown 2.4.2 Giao thức CR-LDP :

Giao thức CR-LDP được sử dụng để điều khiển cưỡng bức LDP Giao thức này là phần mở rộng của LDP cho quá trình định tuyến cưỡng bức cho LSP Cũng giông

Định dạng
Số trang	99
Dung lượng	6,95 MB