Chuyên đề: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS

Tiến trình chuyển tiếp gói tin gồm 3 hoạt động sau: + Tìm địa chỉ ngõ ra + Chuyển để xác định interface tiếp gói tin + Phân lịch. Đặc điểm: Chuyển tiếp IP yêu cầu hoạt động tìm kiếm địa chỉ IP phức tạp ở mỗi router dọc đường đi của gói tin. Tốn thời gian tìm kiếm, thời gian cập nhật, và tốn bộ nhớ xử lý, tốn CPU.

Trang 1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

GVHD : Nguyễn Thị Thu Hằng

Sinh viên thực hiện : Phạm Bảo Long

Trần Hữu Quyết

Lê Thị Phương Nguyễn Thị Miên

Chuyên Đề: Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

CHUYÊN ĐỀ

CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS

Trang 2

Nội dung trình bày:

I Giới thiệu chung

II Hoạt động của MPLS

III Các giao thức trong mạng MPLS

IV Kỹ thuật lưu lượng và ứng dụng

Trang 3

I.GIỚI THIỆU CHUNG

I.1 Mạng IP và lý do ra đời mạng Mpls

Hình 1.1: Chuyển tiếp gói tin trong IP

Tiến trình chuyển tiếp gói tin gồm 3

- Chuyển tiếp IP yêu cầu hoạt động tìm

kiếm địa chỉ IP phức tạp ở mỗi router

dọc đường đi của gói tin

- Tốn thời gian tìm kiếm, thời gian cập

nhật, và tốn bộ nhớ xử lý, tốn CPU

Trang 4

I.1 Mạng IP và lý do ra đời mạng Mpls

- Tất cả tiến trình định tuyến và chuyển tiếp nói trên

đây diễn ra ở lớp Network

- Các router có thể kết nối trực tiếp với nhau theo

mô hình điểm-điểm, hoặc là có thể kết nối với

nhau bằng các switch mạng LAN hay mạng

WAN (ví dụ mạng Frame Relay, ATM)

- Các vấn đề mà ta có thể gặp phải là:

+ Mỗi lần một router mới kết nối vào mạng WAN

lõi, một kênh ảo phải được thiết lập giữa router

này và router khác (nếu có nhu cầu cần chuyển

tiếp gói tin tối ưu)

+ Kết xác bao nhiêu lưu lượng chạy giữa trên hâụ

quả là tạo ra mô hình mạng full-mesh

+ Khó mà biết chính router trong mạng

Đó là lý do ra đời của MPLS (Multiprotocol Label

Switching)

công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức.

Hình 1.2: Mạng Frame-relay

Trang 5

• MPLS 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 (core) và định tuyến tốt ở mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn

(label).

• MPLS là một phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng

các nhãn được gắn với mỗi gói IP, tế bào ATM, hoặc frame lớp hai.

• Lợi ích của MPLS

- Làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu như IP, ATM….

- Tương thích với hầu hết các giao thức định tuyến và các công nghệ khác liên quan đến Internet.

- Hoạt động độc lập với các giao thức định tuyến (routing protocol).

- Tìm đường đi linh hoạt dựa vào nhãn(label) cho trước.

- Hỗ trợ việc cấu hình quản trị và bảo trì hệ thống (OAM).

- Có thể hoạt động trong một mạng phân cấp.

- Có tính tương thích cao

Trang 6

Hình I.3 MÔ HÌNH MẠNG MPLS

Mạng MPLS đầy đủ sẽ gồm có ba loại router CE (Customer Equipment hay

router khách hàng), PE ( Provider Equipment hay router biên nhà cung cấp ) và

P ( Provider hay router bên trong nhà cung cấp dịch cụ ), các router P và một

phần PE sẽ chạy MPLS, các router CE và một phần PE còn lại sẽ chạy các giao

thức khác ( có thể là IP, Frame-Relay, ATM…)

Trang 7

MỐI QUAN HỆ GIỮA MÔ HÌNH OSI, MÔ HÌNH TCP/IP VỚI MPLS

OSI : Mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở (Open Systems Interconnection).

TCP/IP : Mô hình giao thức điều khiển giao vận và giao thức liên mạng (Transmission Control

Protocol/ Internet Protocol)

MPLS : Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MultiProtocol Label Switching).

Chuyển mạch nhãn

MPLS TCP/IP

Tầng giao vậnTầng giao vận

Tầng liên kết dữ

liệu Tầng liên kết dữ liệu

Trang 8

I.2 Các khái niệm cơ bản

I.2 Nhãn (Label) trong MPLS

• Nhãn là giá trị có chiều dài cố định dùng để nhận diện

một FEC nào đó Nhãn được “dán ” lên một gói để báo

cho LSR biết gói này cần đi đâu.

• Một gói lại có thể được “dán chồng” nhiều nhãn, các

nhãn này chứa trong một nơi gọi là stack nhãn (label

stack)

• Stack nhãn là một tập hợp gồm một hoặc nhiều entry

nhãn tổ chức theo nguyên tắc LIFO

• Tại mỗi hop trong mạng chỉ xử lý nhãn hiện hành trên

đỉnh stack Chính nhãn này sẽ được LSR sử dụng để

chuyển tiếp gói

Trang 9

I.2 Nhãn (Label) trong MPLS

Trang 10

I.2Các khái niệm cơ bản

I.2.1 Kiểu khung (Frame Mode)

+ Label: Trường này gồm 20 bit, vậy chúdùng để chuyển ng ta sẽ có hơn 1 tỷ nhãn khác nhau sử

dụng, đây là phần quan trọng nhất trong nhãn MPLS nó tiếp gói tin trong mạng.

+ Experimemtal (EXP):bao gồm 3bits dành cho thực nghiệm, sử dụng các bit này để giữ các thông

báo cho QoS; khi các gói MPLS xếp hàng có thể dùng các bit EXP tương tự như các bit IP ưu

tiên (IP Precedence)

+ Stack (S): là bít cuối ngăn xếp nhãn, bao gồm 1 bit Nhãn cuối chồng bit này được thiết lập lên 1, các nhãn khác có bít này là 0

+ Time-to-live (TTL):Thời gian sống là bản sao của IP TTL, bao gồm 8 bits Giá trị của nó được

giảm tại mỗi chặng để tránh lặp (giống như trong IP) Thường dùng khi người điều hành mạng

muốn che dấu cấu hình mạng bên dưới khi tìm đường từ mạng bên ngoài.

Hình I.5 Mô tả định dạng tiêu đề của MPLS

Trang 11

I.2 2 Kiểu tế bào (Cell Mode)

Các thuật ngữ trong hình III.3 được giải thích như sau:

GFC (Generic Flow Control): Điều khiển luồng chung

VPI (Virtual Path Identifier): Nhận dạng đường ảo

VCI (Virtual Channel Idientifier): Nhận dạng kênh ảo

PT (Payload Type): Chỉ thị kiểu trường tin

CLP (Cell Loss Priority): Chức năng chỉ thị ưu tiên hủy bỏ tế bào

HEC (Header Error Check): Kiểm tra lỗi tiều đề

Hình I.6 Vị trí của nhãn trong các dạng khung

Trang 12

I.2.3 Một số khái niệm khác:

+ Không gian nhãn (Label Space)

+ Con đường chuyển nhãn (LSP – Label Switch Path)

+ Các bảng tra FIB và LFIB

+ Mặt phẳng chuyển tiếp (Forwarding plane)

+ Mặt phẳng điều khiển (Control Plane)

+ Giao thức phân phối nhãn LDP (Label Distribution

Protocol)

+ Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC - Forwarding

Equivalence Class)

Trang 13

II.HOẠT ĐỘNG CỦA MPLS

2.1.Những điểm quan trọng của kỹ thuật chuyển mạch MPLS

 Thứ nhất thiết bị sử dụng trong MPLS có tên gọi LSR (Label Switch Router) LSR có khả năng định tuyến gói tại lớp 3 (lớp mạng) cũng như chuyển mạch gói tại lớp 2 (lớp liên kết dữ liệu)

 Thứ hai là nhãn Giá trị nhãn chứa trong vùng có chiều dài cố định và căn cứ vào giá trị này, các LSR sẽ chuyển gói dữ liệu đi trong mạng

 Thứ ba là kỹ thuật chuyển mạch nhãn Các LSR sẽ chỉ xử lý thông tin chứa trong nhãn thay vì toàn bộ thông tin chứa trong IP header

 Cuối cùng là kỹ thuật xây dựng LSP từ igress LSR đến egress LSR Các gói

dữ liệu có gắn nhãn sẽ di chuyển trong mạng trên LSP này Quá trình này được thực hiện bằng giao thức LDP hoặc các giao thức điều khiển khác như: RSVP hoặc BGP

Trang 14

2.2.Các thành phần của mạng 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

 Căn cứ vào vị trí và chức năng của LSR có thể phân thành các loại chính:

 LSR biên: Nằm ở biên của mạng MPLS LSR này tiếp nhận hay gửi đi các gói

thông tin từ hay đến 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 lối vào) hay egress router (router lối ra)

 ATM-LSR: Là các tổng đài ATM có thể thực hiện chức năng như LSR Các

ATM-LSR thực hiện chức năng định tuyến gói IP, gán nhãn trong mảng điều khiển và chuyển tiếp số liệu trên cơ chế chuyển mạch tế bào ATM trong mảng số liệu

Trang 15

2.3.Chuyển tiếp gói tin trong MPLS

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

 Gói dữ liệu khi đến ingress LSR Căn cứ vào thông tin trong tiêu đề IP và bảng định tuyến nhãn LIB LSR sẽ ấn định một giá trị nhãn thích hợp cho gói dữ liệu và chuyển nó đến LSR tiếp theo

 LSR lõi nhận gói có nhãn và sử dụng bảng chuyển tiếp nhãn để thay đổi nhãn lối vào trong gói đến với nhãn lối ra tương ứng cùng với vùng FEC

 Egress LSR tháo bỏ nhãn cuối cùng của gói dữ liệu và từ đây gói dữ liệu sẽ được định tuyến như một gói IP thông thường

Trang 16

2.3.Chuyển tiếp gói tin trong MPLS

Trang 17

2.4.Bảng chuyển mạch nhãn LIB và FLIB

 Cơ sở thông tin nhãn FIB sẽ ánh xạ từ một gói tin IP không nhãn thành gói tin MPLS có nhãn ở ngõ vào của router biên hoặc từ gói tin MPLS có nhãn thành gói tin IP không nhãn ở ngõ ra của router biên, bảng này được hình thành từ bảng routing table, từ giao thức phân phối nhãn LDP và từ bảng tra LFIB

 Bảng tra LFIB (Label Forwarding Information Based) là bảng chứa đựng thông tin các nhãn đến các mạng đích, một gói tin có nhãn khi đi vào một router nó sẽ sử dụng bảng tra LFIB để tìm ra hop kế tiếp, ngõ ra của gói tin này có thể là gói tin có nhãn cũng có thể là gói tin không nhãn

Trang 18

 Có hai cơ chế hoạt đông trong MPLS là:

a) Cơ chế hoạt động khung

Cơ chế này được sử dụng với các mạng IP thông thường, trong cơ chế này nhãn của MPLS là nhãn thực sự được thiết kế và gán cho các gói tin, mặt phẳng điều khiển

sẽ đảm nhiệm vai trò gán nhãn và phân phối nhãn cho các route giữa các router chạy MPLS, và trong cơ chế này các router sẽ kết nối trực tiếp với nhau

2.5 CẤU TRÚC MPLS

Trang 19

Hình 2.5.Mạng MPLS trong chế độ hoạt động khung

Trang 20

b)Cơ chế hoạt động tế bào

Thuật ngữ này dùng khi có một mạng gồm các ATM LSR dùng MPLS trong mặt phẳng điều khiển để trao đổi thông tin VPI/VCI thay vì dùng báo hiệu ATM Trong kiểu tế bào, nhãn là trường VPI/VCI của tế bào Sau khi trao đổi nhãn trong mặt phẳng điều khiển, ở mặt phẳng chuyển tiếp, router ngõ vào (ingress router) phân tách gói thành các tế bào ATM, dùng giá trị VCI/CPI tương ứng đã trao đổi trong mặt phẳng điều khiển và truyền tế bào đi Các ATM LSR ở phía trong hoạt động như chuyển mạch ATM – chúng chuyển tiếp một tế bào dựa trên VPI/VCI vào và thông tin cổng ra tương ứng Cuối cùng, router ngõ ra (egress router) sắp xếp lại các tế bào thành một gói

Trang 21

III Các giao thức trong mạng MPLS

- Giao thức phân phối nhãn (LDP)

- Giao thức CR-LDP

- Giao thức RSVP

III.1 Giao thức phân phối nhãn

- Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các

gói thông tin yêu cầu 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.

Trang 22

III.1.1 Phát hiện LSR lân cận

Thủ tục phát hiện LSR lân cận của LDP chạy trên UDP và thực hiện như

sau:

1 Một LSR định kỳ gửi đi bản tin HELLO tới các cổng UDP đã biết trong

tất cả các bộ định tuyến trong mạng con của nhóm multicast.

2 Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin HELLO này trên cổng UDP Như vậy,

tại một thời điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có

kết nối trực tiếp.

3 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.

4 Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR Phiên LDP là phiên hai

chiều có nghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi

liên kết nhãn

Trang 23

III.1.2 Giao thức truyền tải tin cậy

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 như chức năng điều khiển tránh tắc nghẽn được coi là không

cần thiết trong LDP Tuy nhiên việc phát 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 1 bộ định

thời của TCP cho toàn phiên LDP

III.1.3 Bản tin LDP

Có 7 dạng bản tin cơ bản sau đây:

Bản tin InitializationBản tin KeepAliveBản tin Label Mapping Bản tin Release

Bản tin Label WithdrawalBản tin Request

Bản tin Request Abort

Trang 24

III.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 của LSP

Các phần tử định tuyến cưỡng bức

- ĐỊnh tuyến cưỡng bức chọn đường ngắn nhất SPF

Trang 25

- Sử dụng MPLS làm phương tiện chuyển tiếp thông tin

Cho phép tách các thông tin sử dụng để chuyển tiếp (nhãn) từ các thông tin có trong mào đầu của gói IP

Việc chuyển đổi giữa FEC và LSP chỉ được giới hạn trong LSR tại một đầu của LSP

Có 2 lý do

Trang 26

III.3 Giao thức RSVP

- Giao thức RSVP là giao thức báo hiệu đóng vai trò quan trọng trong

MPLS

- RSVP cho phép các ứng dụng thông báo yêu cầu về QoS với mang và

mạng đáp ứng bằng những thông báo thanh công hay thật bại

- RSVP mang các thông tin như sau:

• Thông tin phân loại gồm địa chỉ IP phía gửi và phía nhận, số cổng UPD

• Các chỉ tiêu kỹ thuật của luồng lưu lượng và các yêu cầu QoS theo dạng Tspec và Rspec

Trang 27

- RSVP mang thông tin trong 2 loại bản tin cơ bản path và

REVS

- RSVP chú ý nó là giao thức “ trạng thái mềm “

III.3.2 MPLS hỗ trợ RSVP

- Mục tiêu đầu tiên của việc bổ xung hỗ trợ RSVP vào MPLS

là cho phép các LSR dựa vào việc phân loại gói tin theo

nhãn chứ không phải theo mào IP nhận biết các gói tin

thuộc các luông của cổng dành riêng

Trang 28

III.3.3 RSVP và khả năng mở rộng

• Mức dự trữ tài nguyên cho các luồng ứng dụng là kém hơn so với RSVP

• RSVP không những đòi hỏi cho việc lưu trữ tài nguyên cho các ứng dụng

riêng mà còn dự trữ tài nguyên cho lưu lượng tổng hợp

Trang 29

IV KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG MẠNG MPLS

Kỹ thuật lưu lượng (TE) là quá trình điều khiển cách thức nguồn lưu lượng đi qua mạng sao cho tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên và hiệu năng của mạng

Kỹ thuật mạng liên quan đến việc thiết kế xây dựng topology của mạng sao cho phù hợp với lưu lượng

Trong mạng kỹ thuật lưu lượng MPLS, bất kỳ con đường chuyển mạch nhãn (LSP) nào cũng đều có thể được thay đổi động từ một con đường tắc nghẽn đến một con đường khác

MPLS TE cho phép các nhà cung cấp dịch vụ định nghĩa một con đường chính xác, tương tự như định tuyến nguồn, xuyên qua mạng của họ và điều khiển lưu lượng đi trên con đường đó

4.1.Khái niệm kỹ thuật lưu lượng

Trang 30

4.2.Các thành phần kỹ thuật lưu lượng MPLS

IV KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG MẠNG MPLS

 Có hai cơ chế được dùng để phân phối nhãn qua miền MPLS, đó là:

 Giao thức phân phối nhãn định tuyến dựa trên ràng buộc (CR-LDP)

Sử dụng các phiên TCP giữa các LSR ngang cấp và gửi các bản tin phân phối nhãn

dọc theo các phiên

Đường hầm kỹ thuật lưu lượng LSP phải được định tuyến với việc nhận biết tải lưu

lượng mà chúng phải mang Các thông tin ràng buộc phải được phân phối thông

qua mạng MPLS một cách chắc chắn Cơ chế “flooding” được dùng bởi các giao

thức định tuyến link – state như OSPF và IS – IS có thể giúp cho việc tạo một sự