quản lý di động cho các mạng wmpls

Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục MỤC LỤC MỤC LỤC i LỜI NÓI ĐẦU iii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH VẼ viii DANH MỤC BẢNG BIỂU x CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS 1 1.1. Giới thiệu chung về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 1 1.1.1. Khái niệm MPLS 1 1.1.2. Lý do ra đời 1 1.1.3. Đặc điểm MPLS 1 1.2. Các thành phần của MPLS 3 1.2.1. Các thiết bị trong mạng 3 1.2.2. Đường chuyển mạch nhãn LSP 3 1.2.3. Nhãn và các vấn đề liên quan 4 1.3. Hoạt động của MPLS 7 1.3.1 Hoạt động cơ bản 7 1.3.2. Định tuyến 8 1.3.3. Các chế độ hoạt động 10 1.4. Các giao thức trong MPLS 12 1.4.1. Giao thức phân bổ nhãn LDP 12 Giao thức phân phối nhãn được nhóm nghiên cứu MPLS của IETF xây dựng và ban hành dưới tên RFC 3036. Phiên bản mới nhất được công bố năm 2001 đưa ra những định nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao thức LDP 12 Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói thông tin. Vị trí của giao thức LDP và các mối liên kết chức năng cơ bản của LDP với các giao thức khác thể hiện trên hình 1.7. Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình gán nhãn/FEC. Giao thức này 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 12 Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tin LDP được truyền một cách trung thực theo đúng thứ tự. Các bản tin LDP có thể xuất phát từ bất cứ một LSR (điều khiển đường chuyển mạch nhãn LSR độc lập) hay từ LSR biên lối ra (điều khiển LSP theo lệnh) và chuyển từ LSR phía trước đến LSR phía sau cận kề. Việc trao đổi các bản tin LDP có thể được khởi phát bởi sự phát hiện của luồng số liệu đặc biệt, bản tin lập dự trữ RSVP hay cập nhập thông tin định tuyến. Khi một cặp LSR đã trao đổi bản tin LDP cho một FEC nhất định thì một đường chuyển mạch LSP từ đầu vào đến đầu ra được thiết lập sau khi mỗi LSR ghép nhãn đầu vào với nhãn đầu ra tương ứng trong LIB của nó. LDP có thể hoạt động giữa các LSR kết nối trực tiếp hay không trực tiếp 12 1.4.2. Giao thức dành trước tài nguyên RSVP 19 1.5 Kết luận chương 1 24 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC KHÔNG DÂY WMPLS 25 2.1. Giới thiệu chung về IP di động 25 2.1.1. Xu hướng và thách thức 25 2.1.2. Định tuyến trong các mạng IP di động 26 Đào Thị Minh Ngọc – D04VT2 -i- Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục 2.2. Chuyển mạch nhãn đa giao thức không dây WMPLS 29 2.2.1. Nhu cầu phát triển của WMPLS 29 2.2.2. Cấu trúc gói tin WMPLS 30 2.2.3. Giao thức sử dụng trong WMPLS 31 2.2.4. Lựa chọn phổ tần cho WMPLS 34 2.2.5 Kỹ thuật WMPLS 37 2.2.6. Mạng MPLS di động 39 2.3. Kết luận chương 2 42 CHƯƠNG 3: QUẢN LÝ DI ĐỘNG CHO CÁC MẠNG WMPLS 43 3.1. Giới thiệu 43 3.2. Một số giải pháp liên quan 44 3.3. Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS di động Micro 46 3.3.1. Thủ tục đăng ký trong MPLS di động Micro 46 3.3.2. Hỗ trợ chuyển giao trong MPLS di động Micro 48 3.3.3. Các cơ chế chuyển giao trong MPLS di động Micro 50 3.3.4. Phân tích và ước lượng hiệu suất 55 3.4. Kết luận chương 3 67 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 Đào Thị Minh Ngọc – D04VT2 -ii- Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của đất nước, ngành công nghiệp viễn thông cũng phát triển không ngừng. Số người sử dụng các dịch vụ mạng tăng đáng kể, theo dự đoán con số này đang tăng theo hàm mũ. Ngày càng có nhiều các dịch vụ mới và chất lượng dịch vụ cũng được yêu cầu cao hơn. Trước tình hình này, các vấn đề về mạng bắt đầu bộc lộ, các nhà cung cấp mạng và các nhà cung cấp dịch vụ cũng đã có nhiều nỗ lực để nâng cấp cũng như xây dựng hạ tầng mạng mới. Nhiều công nghệ mạng đã ra đời nhằm đáp ứng tốt nhất nhu cầu của khách hàng và giải quyết các vấn đề nảy sinh. Trong số đó chúng ta phải kể đến công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là kết quả phát triển của nhiều công nghệ chuyển mạch IP sử dụng cơ 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. Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng hỗ trợ quản lý mạng dễ dàng và đơn giản hơn. Bằng cách giám sát lưu lượng tại các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR), nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể được xác định nhanh chóng. Hiện nay, công nghệ mạng không dây đang có xu hướng phát triển rất mạnh mẽ. Do đó, việc mở rộng MPLS sang lĩnh vực không dây là một xu hướng tất yếu. Chuyển mạch nhãn đa giao thức không dây WMPLS đang là vấn đề được quan tâm nhiều hiện nay. Đồ án của em sẽ trình bày các vấn đề liên quan đến WMPLS trong 3 chương theo bố cục sau đây:  Chương 1: Tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS  Chương 2: Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức không dây WMPLS  Chương 3: Quản lý di động cho các mạng WMPLS Do công nghệ WMPLS còn tương đối mới, việc tìm hiểu các vấn đề WMPLS đòi hỏi phải có kiến thức sâu rộng và lâu dài. Do vậy đồ án không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự phê bình, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn. Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Lê Nhật Thăng đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án. Đào Thị Minh Ngọc – D04VT2 -iii- Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông đã giúp đỡ em trong thời gian qua và xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và người thân những người đã giúp đỡ động viên em trong quá trình học tập. Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2006 Sinh viên Đào Thị Minh Ngọc Đào Thị Minh Ngọc – D04VT2 -iv- Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Thuật ngữ Tên Tiếng Anh Chú giải AP Access Point Điểm truy nhập ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ATM Asynchronous Transfer Mode Truyền dẫn không đồng bộ BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng đường biên BS Base Station Trạm gốc CMR Call-to-Mobility Ratio Tỉ số tốc độ gói đến và tốc độ di động CoS Class of Service Phân lớp dịch vụ CQR Classing-Queing-Scheduling Phân lớp-Hàng đợi và lập lịch CRC Cycle Redundant Check Kiểm tra dư chu trình CR Constrained Routing Định tuyến cưỡng bức CR-LDP Constrained Routing - LDP Định tuyến cưỡng bức - LDP CTMC Continuous-Time Markov Chain Chuỗi Markov thời gian liên tục ER Explicit Routing Định tuyến hiện FA Foreign Agent Đại diện ngoại trú FCC Frequence Control Community Cục quản lý tần số FEC Fowarding Equivalent Class Lớp chuyển tiếp tương đương FMIP Fast-handoff Mobile IP Cơ chế chuyển giao nhanh cho IP di động FR Frame Relay Chuyển tiếp khung HA Home Agent Đại diện thường trú ICMP Internet-Control-Message Protocol Giao thức bản tin điều khiển Internet ID Identifier Nhận dạng ID IETF Internet Engineering Task Force Nhóm tác vụ kỹ thuật Internet IGMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản lý nhóm Internet IP Internet Protocol Giao thức liên mạng LC-ATM Label Controlled-ATM ATM được điều khiển nhãn LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn LER Label Edge Router Bộ chuyển mạch nhãn biên Đào Thị Minh Ngọc – D04VT2 -v- Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt LFIB Label Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LMDS Local Multipoint Distribution System Hệ thống phân bố đa điểm cục bộ LSP Label Switched Path Đường dẫn chuyển mạch nhãn LSR Label Switch Router Router chuyển mạch nhãn MAC Media Access Controller Bộ điều khiển truy nhập phương tiện MH Mobile Host Host di động MIP-RR Mobile IP- Regional Registration Cơ chế cập nhật đăng ký cho IP di động MMDS Multichannel Multipoint Distribution Service Dịch vụ phân bố đa điểm - đa kênh MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MSO Mobile Switching Office Trung tâm chuyển mạch di động PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức PHB Per Hop Behavior Bộ ứng xử trên từng chặng PNNI Pravite-Network-Network Interface Giao diện mạng riêng PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm - điểm QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RA Routing Area Vùng định tuyến RESV Resevation Bản tin dành trước RFC Request For Comment Yêu cầu ý kiến RSVP Resource Resevation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên SONET Synchronous Optical Network Mạng truyền dẫn quang đổng bộ TCP Transission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TLV Type-Length-Value Kiểu mã hóa độ dài-giá trị TTL Time To Live Thời gian sống UDP User Datagram Protocol Giao thức lược đồ dữ liệu UMTS Universe-Mobile Telecommunication System Hệ thống thông tin di động toàn cầu UNI User-Network Interface Giao diện người sử dụng-mạng Đào Thị Minh Ngọc – D04VT2 -vi- Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt UNII Unlicensed National Information Infrastructure Hệ thống thông tin quốc gia không được cấp phép VCI Virtual Circuit Identifier Nhận dạng kênh ảo VPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảo VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WATM Wireless-ATM Phương thức truyền tải không đồng bộ không dây WMPLS Wireless-MPLS Chuyển mạch nhãn đa giao thức không dây Đào Thị Minh Ngọc – D04VT2 -vii- Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1. 1: Khuôn dạng tiêu đề nhãn MPLS 4 Hình 1. 2: Cấu trúc ngăn xếp nhãn 5 Hình 1.3: Định tuyến hiện 9 Hình 1. 4: Khung MPLS với PPP/Ethernet là lớp liên kết dữ liệu 10 Hình 1. 5: Khung MPLS với ATM là lớp liên kết dữ liệu 11 Hình 1. 6: Khung MPLS với FR là lớp liên kết dữ liệu 11 Hình 1.7: Vị trí giao thức LDP trong bộ giao thức MPLS 13 Hình 1. 8: Tiêu đề LDP 14 Hình 1. 9: Mã hoá TLV 15 Hình 1. 10: Khuôn dạng các bản tin LDP 15 Hình 1. 11: Thủ tục phát hiện LSR lân cận 18 Hình 1.12: Các thực thể hoạt động RSVP 20 Hình 1. 13: Các bản tin PATH và RESV 20 Hình 1. 14: Nhãn phân phối trong bảng tin RESV 22 Hình 2.1: Chức năng cơ bản mạng IP di động 27 Hình 2.2a: Tiêu đề WMPLS khi không có trường Control và CRC 30 31 Hình 2.2b: Tiêu đề WMPLS có trường Control và CRC 31 Bảng 2.1 và 2.2 dưới đây chỉ ra ý nghĩa các bit trong tiêu đề WMPLS 31 Hình 2.3a: Mở rộng cho bản tin yêu cầu nhãn CR-LDP 32 Hình 2.3b: Mở rộng cho bản tin liên kết nhãn CR-LDP 32 Hình 2.4a: Khuôn dạng của bản tin PATH 33 Hình 2.4b: Khuôn dạng của bản tin RESV 33 Hình 2.5: Khuôn dạng của LABEL_REQUEST 33 Hình 2.6a: Thực thể SESSION trong đường hầm LSP_IPv4 34 Hình 2.6b: Thực thể SESSION trong đường hầm LSP_IPv6 34 Hình 2.7: Cấu trúc mạng MMDS với một anten bao phủ một vùng 35 Hình 2.8: Cấu trúc mạng LMDS với nhiều anten bao phủ một vùng 36 (có hơn một cột thu phát) 36 Hình 2.9: Kiến trúc lớp WMPLS 36 Hình 2.10: Thiết lập đường với thủ tục chuyển giao WMPLS 38 Hình 2.11: Mạng di động MPLS 39 Hình 2.12: Thiết lập đường chuyển mạch nhãn trong một mạng di động 40 Hình 3.1: Kiến trúc của một mạng truy nhập không dây MPLS di động Micro. .46 Hình 3.2: Đăng ký nút di động trong MPLS Micro di động 47 Hình 3.3: Thủ tục chuyển giao ngoài LER trong MPLS Micro di động 50 Hình 3.4a: Hoạt động của FH-Micro trước chuyển giao 52 Hình 3.4b: FH-Micro trong quá trình chuyển giao 52 Hình 3.5: Hoạt động của FC-Micro 54 Hình 3.6: Cây nhị phân đầy đủ độ sâu ℓ của một mạng truy nhập 56 Hình 3.8: Chi phí sử dụng liên kết 63 Hình 3.9: Chi phí cập nhật đăng ký theo ℓ tại mỗi chuyển giao lớp 3 64 Hình 3.10: Ảnh hưởng của Lth đến chi phí cập nhật đăng ký trong FC-Micro 65 Hình 3.11: Ảnh hưởng của CMR đến chi phí cập nhật đăng ký 65 Đào Thị Minh Ngọc – D04VT2 -viii- Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ Hình 3.12: Tổng các gói tin bị mất trong một phiên liên lạc theo thời gian cư trú tại FA 67 Đào Thị Minh Ngọc – D04VT2 -ix- Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Giá trị các bit cờ trong tiêu đề gói tin WMPLS 31 Bảng 2.2: Các bit điều khiển báo nhận lỗi và điều khiển luồng trong tiêu đề WMPLS 31 Bảng 3.1: Bảng nhãn của LERG sau đăng ký 47 Bảng 3.2: Bảng nhãn của một LER/FA sau khi chuyển giao trong LER 49 Bảng 3.3: Bảng nhãn của LERG sau khi chuyển giao ngoài LER 50 Bảng 3.4: Thiết lập các tham số 62 Bảng 3.5: Thời gian chuyển giao trung bình của các cơ chế tính theo ms 66 Đào Thị Minh Ngọc – D04VT2 -x- [...]... (i din thng trỳ): L mt b nh tuyn duy trỡ mt danh sỏch cỏc node di ng trong mt mng thng trỳ HA c s dng chuyn tip cỏc gúi tin ó c ỏnh a n mng cc b tng ng khi node di ng ny ra khi mng thng trỳ ca nú Sau khi kim tra cỏc rng buc di ng hin thi cho mt node di ng c th, HA s úng gúi datagram (d liu ) v gi chỳng n a ch tm thi ca host di ng c Foreign Agent (FA) (i din ngoi trỳ): L mt b nh tuyn h tr mt node di. .. mng di ng MPLS vi nhng u im vn cú ca nú ang chng t l mt gii phỏp ti u gii quyt cỏc vn núi trờn Cỏc phn tip theo ca chng s ch rừ nhn nh ny 2.1.2 nh tuyn trong cỏc mng IP di ng IP di ng l mt giao thc liờn mng c thit k h tr host di ng, c im ny khụng ging vi IP hin thi vỡ IP hin thi cn c nh a ch IP vi mng Mc tiờu ca IP di ng l h tr kh nng kt ni liờn mng cho host m khụng cn quan tõm n vựng mng IP di ng... v tin trỡnh mt vi bn tin cho cho lung ng dng riờng Núi túm li, s chớnh xỏc hn nu núi rng mc d tr ti nguyờn cho cỏc lung ng dng l kộm hn so vi RSVP S khỏc nhau ny c bit quan trng khi chỳng ta o Th Minh Ngc D04VT2 -23- ỏn tt nghip i hc Chng 1: Tng quan v cụng ngh xem xột rng RSVP khụng nhng cn thit cho vic d tr ti nguyờn cho cỏc lung ng dng riờng m cũn cn d tr ti nguyờn cho lu lng tng hp 1.5 Kt lun... gian nhón theo tng giao din v khụng gian nhón theo tng node o Th Minh Ngc D04VT2 -5- ỏn tt nghip i hc Chng 1: Tng quan v cụng ngh Khụng gian nhón theo tng giao din: Nhón c kt hp vi mt giao din no ú trờn mt LSR, vớ d nh DS3 hoc giao din SONET Khụng gian nhón loi ny thng c s dng vi cỏc mng ATM v FR, trong ú cỏc nhón nhn dng kờnh o c kt hp vi mt giao din Nu LSR s dng mt giỏ tr giao din gi mt bn ghi cỏc... gi mt bn ghi cỏc nhón trờn mi giao din thỡ mt giỏ tr nhón cú th c tỏi dựng ti mi giao din, min l tho món iu kin mt nhón l duy nht trong khụng gian nhón Theo mt ngha no ú, b nhn dng giao din ny tr thnh mt nhón bờn trong ti LSR, khỏc vi nhón bờn ngoi c gi gia cỏc LSR Khụng gian nhón theo tng node (theo tt c cỏc giao din): õy, nhón n c dựng chung cho tt c cỏc giao din trờn node iu ny cú ngha l node (host... vỡ IP hin thi cn c nh a ch IP vi mng Mc tiờu ca IP di ng l h tr kh nng kt ni liờn mng cho host m khụng cn quan tõm n vựng mng IP di ng cú th bỏm theo host di ng m khụng cn phi thay i a ch IP di hn ca host di ng ú 2.1.2.1 Cỏc thc th ca IP di ng IP di ng bao gm cỏc thc th sau: a Mobility Node (MN): L mt host hay mt b nh tuyn cú th thay i im tham gia vo mng ca nú t mt mng hay mt mng con ny ti mt mng hay... L D P Hỡnh 1 8: Tiờu LDP b) Mó húa TLV LDP s dng lc mó hoỏ kiu- di- giỏ tr TLV (Type-Length-Value) mó hoỏ cỏc thụng tin mang trong bn tin LDP Nh ch ra trờn hỡnh 1.9, TVL c mó hoỏ thnh mt trng 2 byte trong ú s dng 14 bớt c trng cho kiu, v 2 bit (U, F) cho trng hp LSR khụng nhn ra c kiu, 2 byte tip theo l trng di v trng giỏ tr cú di thay i Bit U (Unknown TLV): TLV khụng bit; Bit F (Forward Unknown... dch v tc cao m nú cũn cú th h tr kh nng m rng tng i mm do cho mng Kh nng m rng liờn quan n nng lc iu chnh ca h thng phự hp vi s tng nhanh ca s ngi s dng mng Chuyn mch nhón cung cp gii phỏp cho s phỏt trin nhanh chúng v xõy dng cỏc mng ln bng vic cho phộp mt lng ln cỏc a ch IP c kt hp vi mt hay vi nhón Gii phỏp ny gim ỏng k kớch c bng a ch v cho phộp b nh tuyn h tr nhiu ngi s dng hn Tớnh n gin: Chuyn... ti nguyờn cho mt phiờn lm vic (dũng lu lng) trong mng Internet Khớa cnh ny ca Internet l mt iu khỏ c bit vỡ hi khỏc nhng gỡ chỳng ta c bit Internet cung cp cỏc dch v n lc cao nht, khụng liờn quan n nhng yờu cu xỏc nh trc cho ng dng ngi dựng Cn nh rng IP l giao thc phi kt ni, nú khụng thit lp trc ng i cho cỏc dũng lu lng, trong khi ú RSVP thit lp trc nhng ng i ny v m bo cung cp bng thụng cho chỳng... Tiờu MPLS: MPLS nh ngha mt tiờu cú di 32 bit, c t ngay sau tiờu lp 2 v trc mt tiờu lp 3 Cu trỳc tiờu MPLS Hỡnh 1 1: Khuụn dng tiờu nhón MPLS í ngha cỏc trng Nhón: l mt thc th cú chiu di c nh (20 bit) dựng lm c s cho vic chuyn tip o Th Minh Ngc D04VT2 -4- ỏn tt nghip i hc Chng 1: Tng quan v cụng ngh Exp (Experimental): Cỏc bit Exp c d tr v mt k thut cho s dng thc t Chng hn s dng nhng bit . MPLS di động 39 2.3. Kết luận chương 2 42 CHƯƠNG 3: QUẢN LÝ DI ĐỘNG CHO CÁC MẠNG WMPLS 43 3.1. Giới thiệu 43 3.2. Một số giải pháp liên quan 44 3.3. Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS di động. chuyển mạch nhãn đa giao thức không dây WMPLS  Chương 3: Quản lý di động cho các mạng WMPLS Do công nghệ WMPLS còn tương đối mới, việc tìm hiểu các vấn đề WMPLS đòi hỏi phải có kiến thức sâu rộng. chuyển giao WMPLS 38 Hình 2.11: Mạng di động MPLS 39 Hình 2.12: Thiết lập đường chuyển mạch nhãn trong một mạng di động 40 Hình 3.1: Kiến trúc của một mạng truy nhập không dây MPLS di động Micro.