MPLS và ứng dụng trong VPN

Nhiều công nghệ mạng và công nghệ chuyển mạch đã được phát triển, trong số đó chúng ta phải kể đến công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS. MPLS dần dần đã chứng minh được tính tối ưu của mình và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của MPLS là được sử dụng để thiết lập các mạng riêng ảo VPN. Bố cục của bản đồ án gồm 4 chương. Chương 1 : Tổng quan về MPLS Chương 2 : Các giao thức định tuyến và báo hiệu – kỹ thuật lưu lượng trong MPLS Chương 3 : MPLS VPN Chương 4 : Mô phỏng MPLS VPN

Đồ án tốt nghiệp Mục lục MỤC LỤC Sinh viên: Phạm Anh Đức – Lớp D06VT2 1 Đồ án tốt nghiệp Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AS Autonomous System Hệ thống tự trị ATM Asynchronous Transfer Mode Truyền dẫn không đồng bộ BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên CE Customer Edge Router biên khách hàng CoS Class of Service Lớp dịch vụ CQ Custom Queuing Hàng đợi tùy ý CR Constraint-based Routing Định tuyến ràng buộc Diffserv Differentiated Service Dịch vụ khác biệt ER Explicit Route Tuyến tường minh ERO Explicit Route Object Đối tượng tuyến tường minh EXP Experimental field Lĩnh vực thử nghiệm FDDI Fibre Distributed Data Interface Giao diện dữ liệu phân tán sợi FEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tương đương FIB Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp FIS Fault Information Signal Tín hiệu thông tin báo lỗi FR Frame Relay Frame Relay FTN FEC to NHLFE FEC tới NHLFE IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong phạm vi miền ILM Incoming Label Map Ánh xạ nhãn IP Internet Protocol Giao thức Internet IS-IS Intermediate System – to – Intermediate System Giao thức hệ thống trung gian tới hệ thống trung gian LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn LER Label Edge Router Bộ định tuyến nhãn biên Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt LFIB Label Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn LSP Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn LSR Label switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn MP-BGP Multi-Protocol Label Swtching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MSC Mobile Switching Centre Trung tâm chuyển mạch di động NCP Network Control Program Chương trình điều khiển mạng NHLFE Next Hop Label Forwarding Entry Mục chuyển tiếp chặng kế tiếp NLRI Network Layer Reachability Information Thông tin mạng có thể tới OSI Open System Interconnection Mô hình tham chiếu OSI OSPF Open Shortest Path First Giao thức OSPF PE Provider Edge Router biên của nhà cung cấp PHP Penultimale Hop Popping Gỡ nhãn ở hop áp cuối PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm tới điểm PQ Priority Queuing Hàng đợi ưu tiên PSL Path Switch LSR Router LSR chuyển đường QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RD Route Distinguisher Bộ phân biệt tuyến RIB Routing Information Base Cơ sở thông tin định tuyến RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành sẵn tài nguyên RT Route Targets Tuyến đích TCP Transmission Control Protocol Giao thức TCP Đồ án tốt nghiệp Thuật ngữ viết tắt TE Traffic Engneering Kỹ thuật lưu lượng TTL Time To Live Thời gian sống VCI Virtual Circuit Identifier Định danh kênh ảo VPI Virtual Path Identifier Định danh gói ảo VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo VRF Virtual Routing Table Bảng định tuyến ảo WFQ Weight Fair Queuing Hàng đợi tùy thuộc trọng số Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của đất nước, ngành viễn thông cũng không là ngoại lệ. 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. Đứng 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 và công nghệ chuyển mạch đã được phát triển, trong số đó chúng ta phải kể đến công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức - MPLS. MPLS dần dần đã chứng minh được tính tối ưu của mình và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Một trong những ứng dụng quan trọng nhất của MPLS là được sử dụng để thiết lập các mạng riêng ảo - VPN. Nhận thức được điều đó, bản đồ án tốt nghiệp “MPLS và ứng dụng trong VPN” giới thiệu khái quát về công nghệ MPLS và đi sâu vào tìm hiểu ứng dụng của MPLS trong mạng riêng ảo VPN. Bố cục của bản đồ án gồm 4 chương.  Chương 1 : Tổng quan về MPLS  Chương 2 : Các giao thức định tuyến và báo hiệu – kỹ thuật lưu lượng trong MPLS  Chương 3 : MPLS VPN  Chương 4 : Mô phỏng MPLS VPN Công nghệ MPLS VPN là công nghệ tương đối mới mẻ, sâu rộng, việc tìm hiểu về các vấn đề của công nghệ MPLS VPN đòi hỏi phải có kiển thức và lâu dài. Do vậy bản đồ án tốt nghiệp 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 thầy giáo - TS.Nguyễn Tiến Ban, người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông đã giúp đỡ em trong thời gian qua. 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 5 tháng 12 năm 2010 Sinh viên Đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu Phạm Anh Đức Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về MPLS CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MPLS Trong những năm gần đây MPLS (Multi-Protocol Label Switching) phát triển rất nhanh. Nó trở thành công nghệ phổ biến sử dụng việc gắn nhãn vào các gói dữ liệu để chuyển tiếp chúng qua mạng. Chương này sẽ giúp chúng ta hiểu tại sao MPLS lại trở lên phổ biến trong thời gian ngắn như thế. 1.1 Giới thiệu về chuyển mạch đa giao thức MPLS là viết tắt của “Multi-Protocol Label Switching”. Thuật ngữ multi- protocol để nhấn mạnh rằng công nghệ này áp dụng được cho tất cả các giao thức lớp mạng chứ không chỉ riêng có IP. Đây là một công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp ba và chuyển mạch lớp hai cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến tốt mạng biên bằng cách dựa vào nhãn. MPLS là một phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng cách gắn nhãn vào mỗi gói IP. 1.1.1 Tính thông minh Trong mạng gói IP, tính thông minh được gần như chia đều cho các thiết bị trong mạng. Tất cả các bộ định tuyến đều phải làm cả hai nhiệm vụ định tuyến và chuyển mạch. Đây là ưu điểm và cũng là nhược điểm của mạng IP. Trong MPLS thì tính thông minh được đẩy ra ngoài biên, tính thông minh càng được đưa ra ngoài biên thì mạng càng hoạt động tốt vì những thành phần trong mạng lõi chịu tải rất cao nên thành phần này chỉ nên có độ thông minh thấp, nhưng bù lại năng lực chuyển tải lại cao. MPLS phân tách rõ ràng hai chức năng định tuyến và chuyển mạch. Các bộ định tuyến ở biên sẽ thực hiện định tuyến và gắn nhãn cho gói. Còn các bộ định tuyến ở mạng lõi chỉ tập trung làm nhiệm vụ chuyển tiếp gói với tốc độ cao dựa vào nhãn. Tính thông minh được đẩy ra ngoài biên là một trong những ưu điểm lớn nhất của MPLS. 1.1.2 MPLS và mô hình tham chiếu OSI MPLS được coi là công nghệ lớp 2,5 vì nó nằm trên lớp hai nhưng lại nằm dưới lớp ba. Hình 1 sẽ cho ta thấy điều này. Nguyên lý của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được gắn nhãn và chuyển tiếp theo một đường dẫn LSP. Các bộ định tuyến trên LSP sẽ chỉ căn cứ vào nội dung của nhãn để thực hiện quyết định chuyển tiếp gói mà không cần phải kiểm tra tiêu đề IP. Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về MPLS Hình 1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI 1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS 1.2.1 Miền MPLS Hình 2: Miền MPLS Hình 2 là một ví dụ về miền MPLS. Miền MPLS là một tập hợp các nút mạng thực hiện hoạt động định tuyến và chuyển tiếp MPLS. Một miền MPLS thường được quản lý và điều khiển bởi một nhà quản trị. Miền MPLS được chia làm hai thành phần: - Phần mạng lõi Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về MPLS - Phần mạng biên Các nút thuộc miền MPLS được gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR. 1.2.2 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn và bộ định tuyến biên nhãn Miền MPLS được chia làm hai phần: phần mạng lõi và phần mạng biên. Các nút thuộc miền MPLS được gọi chung là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR. Các nút ở phần mạng lõi được gọi là Transit-LSR hay Core-LSR. Thường được gọi tắt là LSR. Còn các nút ở biên được gọi là bộ định tuyến biên nhãn LER. Nếu một LER là nút đầu tiên trên đường đi của một gói xuyên qua miền MPLS thì nó được gọi là LER lối vào (ingress-LER), còn nếu là nút cuối cùng trước khi ra khỏi miền MPLS thì nó gọi là LER lối ra (egress-LER). Chú ý là đây là các thuật ngữ được áp dụng tùy theo chiều của luồng lưu lượng trong mạng, do vậy một LER vừa có thể là LER lối vào, vừa là LER lối ra tùy theo các luồng lưu lượng đang xét. Thuật ngữ upstream và downstream được dùng phụ thuộc vào chiều của lưu lượng (ví dụ như hình 3). Các tài liệu MPLS thường dùng Ru để ký hiệu cho upstream-LER còn Rd để ký hiệu cho downstream-LER. Hình 3: Upstream và downstream của LSR 1.2.3 Lớp chuyển tiếp tương đương FEC FEC là một nhóm các gói, nhóm các gói này được chuyển tiếp dọc theo cùng một tuyến và được xử lý theo cùng một cách chuyển tiếp. Tất cả các gói trong một nhóm như vậy sẽ có nhãn giống nhau.Tuy nhiên không phải tất cả các gói có cùng nhãn đều thuộc cùng một FEC. Khác với chuyển tiếp IP truyền thống, trong MPLS việc gán một gói cụ thể vào một FEC cụ thể chỉ được thực hiện một lần khi các gói vào trong mạng. MPLS không ra quyết định chuyển tiếp với mỗi datagram lớp 3 mà sử dụng khái niệm FEC. FEC phụ thuộc vào một số các yếu tố, ít nhất là phụ thuộc vào địa chỉ IP và có thể là phụ thuộc cả vào kiểu lưu lượng trong datagram (thoại, dữ liệu, fax…). Sau đó dựa trên FEC, nhãn được thoả thuận giữa các LSR lân cận từ lối vào tới lối ra trong một vùng định tuyến. Mỗi LSR xây dựng một bảng để xác định xem một [...]... biệt định tuyến liên miền và định tuyến nội miền Với những ưu điểm như trên, mạng MPLS có rất nhiều ứng dụng trong đó có 3 ứng dụng chủ yếu: Đồ án tốt nghiệp - - Chương 1: Tổng quan về MPLS Tích hợp IP và ATM: do chuyển mạch nhãn có thể thực hiên bởi các chuyển mạch ATM, MPLS là một phương pháp tích hợp các dịch vụ IP trực tiếp trên chuyển mạch ATM Dịch vụ mạng riêng ảo IP (VPN) : MPLS kết hợp với giao... dựa vào các độ dài cố định, thay vì phân tích tiêu đề của gói thì các bộ định tuyến chỉ dựa trên giá trị nhãn để thực hiện việc chuyển tiếp Điều này cải thiện được năng lực định tuyến của bộ định tuyến, đơn giản hóa việc chuyển gói, cho phép dễ dàng mở rộng và đặc biệt là hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng và có thể ứng dụng vào VPN Tiếp theo trong chương 2 sẽ trình bày về các giao thức được sử dụng trong MPLS. .. cung cấp các dịch vụ VPN Điều khiển lưu lượng và định tuyến IP: khả năng điều khiển lưu lượng IP của MPLS được thể hiện ở chỗ MPLS thiết lập được các LSP đặc biệt để điều khiển một cách linh hoạt các luồng lưu lượng 1.3 Kết luận chương Nội dung của chương này đã trình bày khái quát về MPLS, về các thành phần, cấu trúc và chức năng các nút của MPLS Cuối chương đưa ra những ứng dụng của MPLS dựa trên những... tin cần thiết cho mỗi LSR, LER để cấu hình bảng FIB và LFIB trong mặt phẳng chuyển tiếp Trong đó, một giao thức định tuyến sử dụng bảng thông tin định tuyến RIB hoạt động sẽ kết hợp với một giao thức báo hiệu MPLS sử dụng bảng thông tin nhãn LIB để phân phối các nhãn 1.2.8 Hoạt động chuyển tiếp trong miền MPLS 1.2.8.1 Gỡ nhãn ở nút áp cuối PHP Trong MPLS có hỗ trợ một tối ưu hóa quan trọng là tránh việc... rõ hơn cách thức truyền tin trong mạng MPLS Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Các giao thức … CHƯƠNG 2 CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN VÀ BÁO HIỆU – KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MPLS 2.1 Định tuyến trong MPLS MPLS hỗ trợ cả hai kỹ thuật định tuyến: định tuyến từng chặng (hop-by-hop) và định tuyến ràng buộc (constrain-based routing) Định tuyến từng chặng cho phép mỗi nút nhận dạng các FEC và chọn nút kế tiếp cho mỗi... là ILM và FTN (Hình 9) ILM ánh xạ một nhãn cụ thể nhằm xác định NHLFE Còn FTN ánh xạ FEC vào NHLFE Nhờ FTN mà gói chưa có nhãn được chuyển thành gói có nhãn Cụ thể là khi một gói không nhãn thuộc một FEC đi vào miền MPLS, LER lối vào sẽ sử dụng FTN để chuyển gói không nhãn thành gói có nhãn Sau đó, tại các LSR trung gian sử dụng ILM để hoán đổi nhãn vào bằng nhãn ra Cuối cùng tại LER lối ra sử dụng tiếp... thao tác được chỉ thị trong LFIB của nó là gỡ nhãn ra và gửi gói đi ra trên giao tiếp số 4 của mình Cuối cùng, ở đích là LER E4 sẽ chuyển phát gói đến nút kế tiếp trên giao tiếp số 3 Đối với ví dụ LSP-2 các hoạt động chuyển tiếp cũng được thực hiện tương tự như LSP-1 Hình 11: Ví dụ về hoạt động chuyển tiếp gói trong miền MPLS 1.2.9 Ứng dụng của MPLS MPLS là công nghệ chuyển tiếp dựa vào nhãn để quyết định... gán nhãn vào gói Gói có thể đã được gán nhãn bởi các LSR trước đó Đây là trường hợp LSP xếp chồng hay là có một LSP trong một LSP khác 1.2.6 Chuyển gói qua miền MPLS Ta sẽ lấy một ví dụ đơn giản để minh họa quá trình truyền gói IP đi qua miền MPLS như hình 7 dưới đây : Hình 7 : Chuyển gói qua miền MPLS Gói tin IP đi từ ngoài mạng vào miền MPLS được bộ định tuyến A đóng vai trò là LER lối vào sẽ gán... giá trị chứa trong nhãn mà nằm trên đỉnh ngăn xếp nhãn Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng một cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB để chuyển tiếp các gói a)Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB Hình 9: FTN, ILM và NHLFE Nếu như trong mạng IP, quyết định chuyển tiếp gói được xác lập sau khi thực hiện tra cứu địa chỉ đích trong bảng FIB thì trong mạng MPLS, mỗi LSR duy trì một bảng LFIB riêng rẽ và tách biệt... tới một thực thể chuyển tiếp nhãn NHLFE Sử dụng thông tin trong NHLFE, LSR xác định ra nơi để chuyển tiếp gói và thực hiện một tác vụ trên ngăn xếp nhãn, rồi nó mã hóa ngăn xếp nhãn mới vào gói và chuyển đi Chuyển tiếp chưa có nhãn cũng tương tự nhưng xảy ra ở LER lối vào LER sẽ phân tích tiêu đề lớp mạng để xác định FEC rồi sử dụng ánh xạ FTN để ánh xạ FEC vào một NHLFE 1.2.4.2 Mã hóa nhãn Khi nhãn . 1 : Tổng quan về MPLS  Chương 2 : Các giao thức định tuyến và báo hiệu – kỹ thuật lưu lượng trong MPLS  Chương 3 : MPLS VPN  Chương 4 : Mô phỏng MPLS VPN Công nghệ MPLS VPN là công nghệ tương. ảo - VPN. Nhận thức được điều đó, bản đồ án tốt nghiệp MPLS và ứng dụng trong VPN giới thiệu khái quát về công nghệ MPLS và đi sâu vào tìm hiểu ứng dụng của MPLS trong mạng riêng ảo VPN. Bố. Chương 1: Tổng quan về MPLS Hình 1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI 1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS 1.2.1 Miền MPLS Hình 2: Miền MPLS Hình 2 là một ví dụ về miền MPLS. Miền MPLS là một tập hợp