tìm hiểu mpls - chuyển mạch nhãn đa giao thức - và ứng dụng

1 Nhn xét Ch kí ca giáo viên hng dn 2 i cm n Em xin chân thành cám n các thy cô giáo trong khoa, c bit là Thc s Phm n Nam ã giúp  và ch dn em thc hin  tài này. Do s hn ch v kin thc và thi gian, trong quá trình thc tp còn nhiu thiu sót, kính mong các thy cô giáo ch dn  tài c hoàn thin. Em xin chân thành cám n! Nha Trang, ngày tháng nm 2008 Sinh viên thc hin Cn Th Phng 3 c lc Nhn xét 1 Li cm n 2 Mc lc 3 Li mu 7 Gii thiu  tài 8 Phn 1: GII THIU C BN V MPLS 9 Chng 1: CÁC KHÁI NIM C BN 9 1.1. nh ngha MPLS 9 1.2. Các giao thc tin MPLS 9 1.3. Li ích ca MPLS 9 1.3.1. S dng mt c s h tng mng thng nht 10 1.3.2. Tt hn s tích hp IP vi ATM 10 1.3.3. Không s dng giao thc BGP trong lõi MPLS 11 1.3.4. Mô hình peer-to-peer cho MPLS VPN 11 a) Mô hình Overlay VPN 11 b) Mô hình peer-to-peer VPN 12 1.3.5. iu khin lu lng ti u 13 1.3.6. Traffic engineering (k thut lu lng) 13 1.4. Lch s ca mng MPLS 15 Chng 2: KIN TRÚC MPLS 16 2.1. Gii thiu nhãn MPLS 16 2.2. MPLS và mô hình OSI 17 2.3. Label Switch Router 18 2.4. Label Switched Path 18 2.5. Forwarding Equivalence Class (FEC) 19 2.6. Phân phi nhãn 19 2.6.1. Cõng nhãn trên mt giao thc nh tuyn IP ang tn ti 19 2.6.2. Có mt giao thc phân phi nhãn riêng 20 2.7. Phân phi nhãn s dng LDP 20 2.8. Label Forwarding Instance Base 21 2.9. MPLS payload (loi lu lng MPLS truyn-trng ti) 21 2.10. MPLS Label Spaces(không gian nhãn MPLS) 22 2.11. Các ch MPLS 22 2.11.1. Ch label distribution 22 2.11.2. Ch label retention 23 2.11.3. Ch label control 23 Chng 3: CHUYN TIP GÓI C GÁN NHÃN 24 3.1. Chuyn tip mt gói c gán nhãn 24 3.1.1. Các thao tác nhãn 24 3.1.2. S khác nhau gia tra cu IP và tra cu nhãn 24 3.1.3. Cân bng ti gia các gói c gán nhãn 26 3.1.4. Nhãn vô danh 27 3.2. Các nhãn ã c dành riêng 27 3.2.1. Nhãn implicit NULL 27 4 3.2.2. Nhãn explicit NULL 28 3.2.3. Nhãn cnh báo cho router (alert label) 29 3.2.4. Nhãn cnh báo cho OAM (Operation And Maintenace)(OAM alert label) 29 3.3. Các nhãn không dành riêng 29 3.4. TTL trong nhãn 29 3.4.1  x ca TTL trong trng hp IP-to-Label hoc Label-to-IP 30 3.4.2  x ca TTL trong trng hp Label-to-Label 30 3.4.3 Ht hiu lc TTL 31 3.5. MPLS MTU 33 3.6. Phân mnh gói MPLS 34 3.7. Path MTU Discovery 34 Chng 4: GIAO THC PHÂN PHI NHÃN (LDP) 36 4.1. Quá trình x lý ca LDP 36 4.1.1. Tìm các LSR chy LDP 36 4.1.2. Thit lp và duy trì phiên 37 4.1.3. Các thông ip qung bá (label advertisement) 39 4.1.4. Các cnh báo (Notifiaction) qun lý phiên LDP 39 4.2. Phiên LDP targeted (phiên LDP c thit lp t xa) 39 4.3. Xác thc i vi LDP 40 4.4. iu khin vic qung bá nhãn ca LDP 41 4.5. Lc label binding i v trong MPLS LDP 41 4.6. Tng cu hình LDP 42 4.7. Sng b gia MPLS LDP và IGP 42 4.8. Bo v phiên LDP 44 Chng 5: H TR CISCO EXPRESS FORWARDING (CEF) CA CISCO IOS 46 5.1. Khái nim CEF 46 5.2. Các phng thc chuyn mch gói ca Cisco 46 5.2.1. Chuyn mch tin trình 46 5.2.2. Fast switching 46 5.2.3. Chuyn mch CEF 47 5.3. S cn thit CEF i vi MPLS 47 Phn 2: CÁC NG DNG MPLS 48 Chng 1: K THUT LU LNG TRONG MPLS (MPLS Traffic Engineering) 48 1.1. Khái nim MPLS TE 48 1.2. S cn thit ca MPLS TE 48 1.3. Tng quan x lý ca MPLS TE 50 1.4. Phân phi thông tin TE 52 14.1. S m rng OSPF cho TE 53 1.4.2. Làm lt bi IGP 55 1.5. Tính toán và thit lp ng 57 1.5.1. nh tuyn và chi phí ca mt TE LSP 57 1.5.2. Hai loi metric ca TE 59 1.6. PCALC hay CSPF 59 1.7. RSVP 60 1.8. Bo v và khôi phc 63 5 Bo v link 63 1.9. Hng lu lng xung ng hm TE 65 1.9.1. nh tuyn tính 65 1.9.2. nh tuyn da trên chính sách 65 1.9.3. S dng autoroute announce 66 1.9.4. S dng forwarding adjacency 66 1.9.5. ng lu lng AToM trên ng hm 66 1.9.6. Phân lp ng hm 66 1.10. Cân bng ti 66 1.11. MPLS TE và MPLS VPN 67 1.11.1. ng hm gia hai router PE 67 1.11.2. ng hm có tailend là P router 67 1.11.3. nh tuyn t VRF n ng hm 67 Chng 2: MPLS VPN 69 2.1. nh ngha VPN và MPLS VPN 69 2.2. nh tuyn MPLS VPN 70 2.3. Kin trúc ca MPLS VPN 71 2.3.1. Virtual Routing and Forwarding Table (VRF) 71 2.4. Lan truyn tuyn vpnv4 trong mng MPLS VPN 75 2.5. Chuyn tip gói trong mng MPLS VPN 76 2.6. BGP 77 2.6.1. BGP mang nhãn 78 2.6.2. Chuyn tip gói 78 2.7. Giao thc nh tuyn s dng gia PE và CE 79 2.7.1. Tuyn ng ni trc tip (connected route) 80 2.7.2. nh tuyn tnh 80 2.7.3. RIP 81 2.7.4. OSPF 81 a) Cu hình OSPF VRF 81 b) Lan truyn metric OSPF 82 c) Truyn thông m rng BGP cho OSPF 82 d) Thit k mng OSPF 83 e) Sham link 83 f) Down bit và Domain tag 85 2.7.5. EIGRP 87 a) Cu hình 88 b) Pre-Bestpath POI 88 c) EIGRP PE-CE vi backdoor link 89 2.8. SOO 90 2.9. Truy cp ti VRF 92 Chng 3: THC HIN QoS TRONG MPLS 93 3.1. Tng quan QoS 93 3.2. DiffServ vi gói IP 93 3.3. DiffServ vi gói MPLS 95 3.4. Các mô hình ng hm ca DiffServ 95 3.4.1. Mô hình ng ng (Pipe Model) 95 3.4.2. Mô hình ng ng ngn (Short Pipe Model) 96 3.4.3. Mô hình uniform (uniform model) 96 6 3.4.4. Li ích ca các mô hình DiffServ Tunneling 96 3.4.5. Thc hin ba mô hình DiffServ Tunneling 97 3.5. Thay i gói 98 3.6. Các câu lnh cho MPLS QoS 101 3.7. TE vi QoS 104 3.8. Cu hình DS-TE 105 3.9. Hng lu lng DS-TE xung ng hm 107 Chng 4 : GII THIU GNS3 VÀ CÁC VÍ D MÔ PHNG 110 4.1. Gii thiu GNS3 110 4.2. Các ví d mô phng 111 4.2.1. Bài mô phng 1: Mng MPLS c bn 111 a)Topology ca mng 111 b)Kt qu thc hin 111 c)ánh giá 112 4.2.2. Bài mô phng 2: Mng MPLS TE vi cân bng ti 112 a)Topology ca mng 112 b)Kt qu thc hin 113 c)Nhn xét 114 4.2.3. Bài mô phng 3: Mng MPLS VPN c bn 115 a)Tolology mng 115 b)Kt qu thc hin 115 c)Nhn xét 115 Kt lun 117 1) Kt qut c 117 2) Hn ch và Hng phát trin ca  tài 117 Ph lc 119 1) Gii thích thut ng 119 2) Mã ngun các bài thc hành mô phng 120 Tài liu tham kho 130 7 i mu S phát trin nhanh chóng các dch v IP và s bùng n Internet ã dn n nhiu thay i trong nhn thc kinh doanh ca các nhà khai thác. Lu lng ln nht hin nay là lu lng IP. Giao thc IP thng tr toàn b các giao thc lp mng, dn ti xu hng phát trin các công ngh lp di u h tr cho IP. Nhu cu th trng cp bách cho mng tc  cao vi chi phí thp là c s ra i mt lot các công ngh mi, trong ó có MPLS. Trong nhng nm gn ây, MPLS ã chng minh c tính ng dng thc tin các tính nng vt tri ca nó so vi công ngh chuyn mch truyn thng khác nh ATM và Frame Relay. Tp oàn Bu chính vin thông Vit Nam ã la chn IP/MPLS làm công ngh cho lp chuyn ti mng NGN ang trin khai trên phm vi toàn quc. Tp oàn Cisco vi các thit b ca hã h tr rt tt cho công ngh mng MPLS. Vì vy mc ích ca  tài là nghiên cu v mng MPLS nói chung và mt s ng dng ca MPLS gm MPLS VPN, MPLS traffic-eng và MPLS QoS ng thi tìm hiu v vic cu hình MPLS trên thit b router ca Cisco. 8 Gii thiu  tài Hin này phn ln các k thut mi ra i vi mc ích là ci thin hiu nng ca mng IP có sn. Công ngh MPLS ra i vi mc ích nh vy. Trong gii hn  tài s cho thy nhng cái nhìn tng quát v mng MPLS, v các ng dng MPLS VPN, MPLS Traffic-engineering, và MPLS QoS.  có th mô phng v công ngh này, phn mm GNS3 là phn mm phát trin t NS3 vi GUI, s dng các IOS tht s cho các dòng router ca Cisco, c s dng trong  tài.  tài gm ba phn trong ó: - Phn 1: Gii thiu c bn v MPLS: s cung cp các khái nim c bn v MPLS, s qua v lch s, tr li câu hi ti sao công ngh này li c a chung, nhãn MPLS là gì và c s dng nh th nào, cách chuyn tip các gói gán nhãn, giao thc h tr phân phi nhãn vào gói IP, h tr CEF ca Cisco IOS cho MPLS nh th nào. - Phn 2: Các ng dng ca MPLS: phn này s gii thiu mt phn v k thut u lng trong MPLS, cung cp các cht lng dch v trong MPLS và ng dng MPLS i vi mng riêng o (VPN).Gii thiu v GNS3 và các ví d mô phng: s cung cp thông tin c bn v GNS3 tó có th cài t và s dng trong vic mô phng, các ví d mô phng s là các bài lab (thc hành)  cu hình mt mng MPLS c bn, mt mng MPLS VPN, lab cho MPLS TE cân bng ti không cùng chi phí. 9 Phn 1: GII THIU C BN V MPLS Chng 1: CÁC KHÁI NIM C BN 1.1. nh ngha MPLS MPLS là vit tt ca MultiProtocol Label Switching – chuyn mch nhãn a giao thc, là phng thc c ci thin cho vic chuyn tip gói qua mng s dng thông tin cha trong nhng nhãn ã c thêm vào gói IP.ây là công ngh lai kt hp gia k thut chuyn mch tng 2 và k thut nh tuyn tng 3 làm tng hiu nng và tính n nh cho mng. Trong mng MPLS, các gói n c gán nhãn bi router Edge Label-Switched (ELSR). Các gói c chuyn tip theo ng Label-Switched (LSP) nh các router Label-Switched (LSR) da trên ni dung ca nhãn. Ti mi hop, LSR g nhãn và a nhãn mi vào gói, ch cho gói hop k tip ca nó. n router ELSR u ra, nhãn c g b và gói c hng i da vào a chích ca nó. Nh vy các router trong lõi MPLS (LSR) ch làm mt chc nng chuyn mch tng 2, các router biên (ELSR) làm chc nng nh tuyn tng 3 trong mng. MPLS là công ngh mng làm vic vi bt kì giao thc tng mng nào nh Ipv4, Ipv6, …. Trong phm vi  tài ch hng ti tìm hiu công ngh MPLS vi giao thc Ipv4. 1.2. Các giao thc tin MPLS K thut chuyn mch nhãn không phi là mi vì trc ây, giao thc ATM s dng cell và Frame Relay s dng frame là hai giao thc ph bin ca WAN.i vi Frame Relay, frame không có kích thc cnh, còn AMT thì các cell có kích thc 53 bytes. Có th gi frame, cell là “nhãn” trong mng Frame Relay và ATM. Trong quá trình gói c chuyn i thì “nhãn” trong header là thay i, so vi hng gói IP thì khác, gói IP sc chuyn i qua các hop vi a ch IP ích không i. MPLS cng hng gói i mà không quan tâm n a ch IP ích. 1.3. i ích ca MPLS Nhiu ý kin cho rng s dng MPLS là k thut u tiên em li tc  chuyn mch tng 2 cho tng 3. Vì  chuyn mch IP thì phi tra cu vi bn bytes (Ipv4)  quyt nh chuyn tip gói, trong khi chuyn mch nhãn ch cn tra cu giá tr nhãn. 10 Nhng nu s dng k thut application-specific intergrated circuits (ASICs) cho chuyn mch gói thì tc  nhanh tng t nh tc  chuyn mch gói c gán nhãn. Vì vy s không xét li ích trên là li ích riêng ch MPLS mi có, khi chy MPLS trong mng các li ích ni bt nht cho mng nh sau: 1.3.1. S dng mt  s h tng mng thng nht Ý tng ca MPLS là gán nhãn cho gói i vào da trên a chích hoc các chun ã c cu hình trc và chuyn mch tt c lu lng qua mt  s h tng chung. ây là li ích rt ln ca MPLS. Mt trong nhng lí do IP là giao thc mng thng tr, nhiu k thut c truyn qua nó. Không ch d liu c truyn qua IP mà tín hiu thoi cng c truyn qua. S dng MPLS vi IP, có th m rng kh nng truyn. MPLS có th truyn Ipv4, Ipv6, Ethernet, HDLC, PPP, và các k thut tng 2. Frame tng 2 có thc bng qua backbone MPLS c gi là Any Transport over MPLS (AToM). Router chuyn mch lu lng AToM không cn quan tâm ti mà MPLS ang chuyên tr (MPLS payload), chúng ch cn chuyn mch lu lng ã gán nhãn thông qua thông tin ca nhãn nh. AToM cho phép ngi cung cp dch v có th cung cp dch v tng 2 cho khách hàng tng t nh trong mng không cung cp MPLS. Nh vy, ch cn duy nht mt c s h tng mng thng nht có th mang tt c các loi lu lng ca khách hàng. 1.3.2. Tt hn s tích hp IP vi ATM ATM ã c ví nh là giao thc u cui (end-to-end protocol), hoc giao thc desktop-to-desktop, nhng nó không phi vy. Nó khá thành công, mc dù chc s dng nh mt giao thc WAN trong lõi ca nhà cung cp dch v. Nhiu nhà cung cp dch v cng ã trin khai IP backbone. Vic tích hp IP vi ATM không em li nhiu li ích. Vì vy có nhiu gii pháp c  c chng hn AAL5, LAN Emulation(LANE), Multiprotocol over ATM (MPOA), … nhng tt cu em li s cng knh  thi hành và troubleshoot. Vì vy gii pháp tt hn là s dng MPLS trên ATM. Nhng  thc thi, iu kin tiên quyt là switch ATM phi thông minh, chy giao thc nh tuyn IP và giao thc phân phi nhãn (LDP). [...]... thao tác nhãn LSR xem giá tr nhãn nh t c 20 bit trong u c a nhãn, xem nó có kh p v i giá tr nhãn nào trong danh sách local label trong LFIB Sau ó quy t nhãn nào s - c th c hi n và hop k ti p là gì Các thao tác nhãn g m: POP: G b nhãn nh trong ng n x p nhãn Gói s c chuy n ti p v i nh ng nhãn còn l i trong ng n x p nhãn ho c gói không - SWAP: Thay th nhãn - PUSH: Nhãn v trí - nh thao tác nh c gán nhãn nh... thêm m t ho c nhi u nhãn vào gói nh n vào, n u gói th c s c gán nhãn thì LSR thêm m t ho c nhi u nhãn vào ng n x p và chuy n m ch gói ra ngoài, n u gói ch a c gán nhãn thì LSR s t o m t ng n x p và thêm vào gói - Swap : LSR ph i có kh n ng thay th nhãn, t c là khi m t gói c nh n vào thì nhãn m i sau ó gói nh c a ng n x p s c thay th v i m t nhãn c chuy n m ch ra ngoài M t LSR thêm nhãn vào m t gói mà ch... còn trong gói c gán nhãn nên MPLS không ph i là giao th c t ng 2, vì giao th c t ng 3 v n còn trong gói c gán nhãn nên MPLS không ph i là giao th c t ng 3 Vì v y g i MPLS là giao th c t ng 2.5 2.3 Label Switch Router Label switch router là router - c h tr MPLS, có 3 lo i LSR nh sau: Ingress LSR: Làm nhi m v nh n m t gói ch a nhãn ho c ng n x p nhãn vào tr - c gán nhãn, t thêm c gói và g i i Egress LSR:... ti p label-to-label N u nhãn nh c a gói nh n vào là 16 thì router s g t t c nhãn kh i gói và chuy n ti p gói nh gói IP vì outgoing label là Untagged, ây là tr N u gói nh n vào mà nhãn và chuy n ti p i nh gói ng h p chuy n ti p label-to-IP nh là 18 thì router s g nhãn nh (m t nhãn b g ) c gán nhãn ho c m t gói IP 3.1.3 Cân b ng t i gi a các gói N u các gói gán nhãn c gán nhãn c cân b ng t i, nhãn i ra... cho frame i ra Egress LSR s d a vào nhãn c c b t ó bi t c FEC vì v y bi t c MPLS payload 2.10 MPLS Label Spaces(không gian nhãn MPLS) G m hai lo i: - Per-interface label space: T i m t LSR, có th có nhi u FEC cùng nhãn Gói c chuy n ti p i không ch d a vào nhãn mà còn c interface gói - Per-platform label space: Không có hai FEC cùng nhãn Gói n c chuy n ti p i ch d a vào nhãn Trong IOS c a Cisco, t t c... CEF Khi gói nh n vào là gói ã gán nhãn, tra c u nhãn s di n ra trong b ng LFIB c a router Sau khi tra c u IP ho c tra c u nhãn thì gói r i kh i router là gói không gán nhãn ho c gói gán nhãn N u ingress LSR nh n m t gói IP và gói r i kh i là gói ã gán nhãn thì ta g i là chuy n ti p IP-to-label, n u gói nh n là m t gói ã gán nhãn n u gói i ra g nhãn và IP g i là chuy n ti p label-to-IP còn n u ch ch... n x p nhãn và ng c g i là c ch TTL lan truy n t IP c l i Dùng TTL trong MPLS v i m c ích t t nh trong m ng IP Sau ây s gi i thi u cách c x c a TTL trong các tr ng ng h p chuy n ti p gói gán nhãn trong MPLS: 3.4.1 x c a TTL trong tr T m ng IP ng h p IP-to-Label ho c Label-to-IP n MPLS (IP-to-Label) giá tr TTL trong header c a IP s (sau khi ã gi m 1) sang giá tr TTL c a MPLS trong nhãn T m ng MPLS n... nhi u nhãn thì trong nhãn nh s c gi m i 1 và thêm vào và nhãn c cóp vào tr trong nhãn m i Hình 3.5 ng TTL c a m t hay nhi u nhãn n v i tr c g nhãn ngo i tr tr c g thì nó s không c Intermediate LSR không thay i tr ng TTL c gi m i 1 và c ng h p giá tr này l n h n giá tr TTL c cóp sang i ây cho th y lan truy n TTL Hình 3.5-Lan truy n TTL tr ng TTL c a nhãn c thay th N u x lý là pop (g ) nhãn, nhãn cóp... TTL c a nhãn có giá tr 0 thì gói s b v t, dùng tránh vòng l p Ng n x p nhãn g m các nhãn tt i nhi u h n nh ng nó không gi i h n Nhãn nh tuy n nh c a gói IP, s nhãn có th là 1 ho c u tiên trong ng n x p nh (top label), nhãn cu i ng n x p là nhãn c g i là nhãn áy (bottom label) Tùy vào ng d ng c a MPLS mà s nhãn trong ng n x p là khác nhau, ví d ng n x p nhãn có 2 nhãn n u ng d ng là AToM ho c MPLS VPN... th phân ph i nhãn Ch có m t nh c i m là c n ch y m t giao th c m i trên LSR Giao th c phân ph i nhãn là LDP (Label Distribution Protocol) s t t c các dòng router c ch y trên phân ph i nhãn cho prefix IGP LDP không ch dùng phân ph i nhãn MPLS M t vài giao th c phân ph i nhãn nh sau: - Tag Distribution Protocol (TDP) - Label Distribution Protocol (LDP) - Resource Reservation Protocol (RSVP) Giao th c TDP . cu v mng MPLS nói chung và mt s ng dng ca MPLS gm MPLS VPN, MPLS traffic-eng và MPLS QoS ng thi tìm hiu v vic cu hình MPLS trên thi t b router ca Cisco. 8 Gii thi u  tài Hin. cha c gán nhãn, t thêm nhãn hoc ngn xp nhãn vào trc gói và gi i. - Egress LSR: Có nhim v nhn gói c gán nhãn, g b mt hoc nhiu nhãn sau ó gi i. Ingress và egress router. dùng  phân phi nhãn MPLS. Mt vài giao thc phân phi nhãn nh sau: - Tag Distribution Protocol (TDP) - Label Distribution Protocol (LDP) - Resource Reservation Protocol (RSVP) Giao thc TDP là