điều khiển lưu lượng trong chuyển mạch nhãn đa giao thức mpls

1 Bộ GIáO DụC Và ĐàO TạO TRƯờNG ĐạI HọC BáCH KHOA Hà NộI TRầN PHƯƠNG NHUNG MạNG CHUYểN MạCH NHãN ĐA GIAO THứC MPLS Và ứNG DụNG TạI VIệT NAM CHUYÊN NGàNH : Kỹ THUậT ĐIệN Tử Ngời hớng dẫn: ts. NGUYễN Vũ SƠN Hà nội, năm 2013 1 2 LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là : Trần Phương Nhung Sinh ngày: 04/01/1986 Học viên cao học khóa 2011-2013 Tôi xin cam đoan, toàn bộ kiến thức và nội dung trong bài luận văn của mình là các kiến thức tự nghiên cứu từ các tài liệu tham khảo trong và ngoài nước, không có sự sao chép hay vay mượn dưới bất kỳ hình thức nào để hoàn thành bản luận văn tốt nghiệp cao học chuyên ngành Điện tử Viễn thông. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung của luận văn này trước Trung tâm Đào tạo và Bồi dưỡng sau Đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà nội. 2 3 MỤC LỤC 3 4 THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT AAL5 ATM Adaptation Layer 5 Lớp thích ứng ATM 5 API Application Programming Interface Giao Diện chương trình ứng Dụng ASN.1 Abstract Syntax Notation Number One Chuyển mạch IP theo phương pháp tổng hợp tuyến ARP Addresss Resolution Protocol Giao thức phân tích địa chỉ AS Autonomous System Hệ tự quản ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không đồng bộ BBRAS BroadBand Remote Access Server Máy chủ truy nhập từ xa băng rộng BCF Bearer Contrrol Function Khối chức năng điều khiển tải tin BGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng miền. BOF Board Of a Founders Cuộc họp trù bị WG-IETF COS Class of Service Lớp dịch vụ CPE Customer Premise Equipment Thiết bị phía khách hàng CR Cell Router Bộ định tuyến tế bào CSPF Constrained Shortest Path First Giao thức định tuyến tìm đường ngắn nhất. DNS Domain Name System Hệ thống tên miền DLCI Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nối lớp liên kết dữ liệu DS Differentiated Service Các dịch vụ khác nhau ECR Egress Cell Router Thiết bị định tuyến tế bào lối ra EGP Edge Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng biên EMS Element Management System Hệ thống quản lý phần tử FEC Forwarding Equivalence Class Nhóm chuyển tiếp tương đương FIB Forwarding Infomation Base Cơ sở dữ liệu chuyển tiếp trong bộ định tuyến 4 5 FR Frame Relay Chuyển dịch khung FTN FEC - to – NHLFE Sắp xếp FEC vào NHLFE IBM International Bussiness Machine Công ty IBM ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức bản tin điều khiển Internet ICR Ingress Cell Router Thiết bị định tuyến tế bào lối vào IETF International Engineering Task Force Tổ chức tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế cho Internet IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong miền IN Intelligent Network Mạng thông minh INTSERV Integrated services Dịch vụ tích hợp IP Internet Protocol Giao thức định tuyến Internet IPv4 IP version 4 IP phiên bản 4.0 ISC International Softswitch Consortium Tổ chức chuyển mạch mềm quốc tế. ISDN Intergrated Service Digital Network Mạng số liên kết đa dịch vụ ISIS Intermediate System – Intermediate System Giao thức định tuyến IS-IS IT Information Technology Kỹ thuật thông tin LAN Local Area Network Mạng cục bộ LC-ATM Label Controlled ATM Interface Giao diện ATM điều khiển bởi nhãn LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn LFIB Label Forwarding Information Base Cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn LIB Label Information Base Bảng thông tin nhãntrong bộ định tuyến L2TP Layer 2 tunnel protocol Giao thức đường hầm lớp 2 LMP Link Management Protocol Giao thức quản lý kênh LPF Logical Port Fuction Khối chức năng cổng logic LSP Label Switched Path Tuyến chuyển mạch nhãn LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn MAC Media Access Controller Thiết bị điều khiển truy nhập mức phương tiện truyền thông MG Media Gateway Cổng chuyển đổi phương tiện 5 6 MGC Media Gateway Controller Thiết bị điều khiển MG MIB Management Information Base Cơ sở dữ liệu thông tin quản lý MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPOA MPLS over ATM MPLS trên ATM MSF MultiService Switch Forum Diễn đàn chuyển mạch đa dịch vụ NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau NHLFE NextHop Label Forwarding Entry Phương thức gửi chuyển tiếp gói tin dán nhãn NHRP Next Hop Resolution Protocol Giao thức phân tích địa chỉ nút tiếp theo NLPID Network Layer Protocol Nhận dạng giao thức lớp mạng NNI Network Network Interface Giao diện mạng - mạng NMS Network Management system Hệ thống quản lý mạng OID Object Identifier Nhận dạng đối tượng OOD Object- Oriented Design Thiết kế đối tượng định hướng OPSF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến OSPF OSI Open Systems Interconnection Kết nối các hệ thống mở OSS Operation Support system Hệ thống hỗ trợ vận hành PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức PSTN Public switch telephone Network Mạng chuyển mạch thoại công cộng PVC Permanent Virtual Circuit Kênh ảo cố định QOS Quality Of Service Chất lượng dịch vụ RFC Request for Comment Các tài liệu về tiêu chuẩn IP do IETF đưa ra RIP Realtime Internet Protocol Giao thức báo hiệu IP thời gian thực RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức giành trước tài nguyên (hỗ trợ QoS) SLA Service Level Agreement Thoả thuận mức dịch vụ giữa nhà cung cấp và khác hàng SNAP Service Node Access Point Điểm truy nhập nút dịch vụ SNI Signalling Network Interface Giao diện mạng báo hiệu SNMP Simple Network Giao thức quản lý mạng đơn giản 6 7 Management Protocol SONET Synchronous Optical Network Mạng truyền dẫn quang đồng bộ SP Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ SPF Shortest Path First Giao thức định tuyến đường ngắn nhất SVC Switched Virtual Circuit Kênh ảo chuyển mạch TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải TDP Tag Distribution Protocol Giao thức phân phối thẻ TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối TGW Trunking Gateway Cổng trung kế TLV Type-Length- Value Giá trị chiều dài tuyến (số nút) TMN Telecommunication Mângement Network Mạng quản lý thông tin TOM Telecommunications Operations MAP Hoạt động thông tin MAP TOS Type of Service Các kiểu dịch vụ USM User – based security Model Kiểu bảo mật cơ sở người sử dụng UDP User Data Protocol Giao thức dữ liệu người sử dụng VC Virtual Circuit Kênh ảo VCI Virtual Circuit Identifier Trường nhận dạng kênh ảo trong tế bào VNS Virtual Network Service Dịch vụ mạng ảo VPI Virtual Path Identifier Nhận dạng đường ảo VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo VR Virtual Router Bộ định tuyến ảo VSC Virtual Switched Controller Khối điều khiển chuyển mạch ảo VSCF Virtual Switched Control Fuction Khối chức năng điều khiển chuyển mạch ảo VSF Virtual Switched Fuction Khối chức năng chuyển mạch ảo WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WDM Wave Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng WFQ Weighted Factor Queque Hàng đợi theo trọng số 7 8 DANH MỤC HÌNH VẼ 8 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. MPLS tách chức năng của bộ định tuyến IP ra làm hai phần riêng biệt: Chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các bộ định tuyến IP, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như của ATM. Kĩ 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, và do vậy cải thiện khả năng của thiết bị. MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác như OSPF (Open Shortest Path First) và 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 trước đây. Ngoài ra MPLS còn có cơ chế tái định tuyến lại (fast rerouting). 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. 9 MPLS là một công nghệ chuển mạch IP có triển vọng ứng dụng rất cao. Nhờ đặc tính cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng IP truyền thống. Bên cạnh đó, thông lượng của mạng cũng được cải thiện rõ rệt. Do MPLS có nhiều ưu điểm như vậy nên việc tìm hiểu các vấn đề về công nghệ MPLS là vấn đề quan trọng đối với sinh viên ngành điện tử - viễn thông. Nhận thức được điều đó tôi đã lựa chọn đồ án tốt nghiệp “Điều khiển lưu lượng trong chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS”. Nội dung đồ án được chia thành 4 chương. Chương 1: Tổng quan về công nghệ MPLS Chương 2: Vấn đề điều khiển lưu lượng và bài toán điều khiển lưu lượng trong MPLS Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng với MPLS TE Chương 4: Ứng dụng công nghệ MPLS tại Việt Nam Do công nghệ MPLS còn tương đối mới, việc tìm hiểu các vấn đề của công nghệ MPLS 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. Nguyễn Vũ Sơn đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án. 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 tôi trong quá trình học tập. Hà Nội, ngày 20 tháng 9 năm 2013 Học viên 10 [...]... này .Giao thức LDP hoạt động trên kết nối TCP và cung cấp nhiều hình thức phân bố nhãn khác nhau 30 CHƯƠNG 2: VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS 2.1 Giới thiệu chung Do lưu lượng gửi từ nút nguồn đến nút đích có thể là lưu lượng TCP và UDP nên trước khi đi vào tìm hiểu điều khiển lưu lượng trong MPLS chúng ta cần đề cập đến một số vấn đề về lưu lượng TCP và UDP Lưu lượng. .. thuộc tính tham số lưu lượng và kiểm soát tương tự như UPC (điều khiển tham số sử dụng) trong mạng ATM 2.3 Bài toán điều khiển lưu lượng trong MPLS 2.3.1 Đặt vấn đề Khái niệm điều khiển lưu lượng Điều khiển lưu lượng là quá trình điều luồng lưu lượng qua mạng như thế nào để sử dụng tối đa tài nguyên mạng và tăng tính thực thi của mạng 35 Điều khiển lưu lượng bao gồm quá trình định tuyến MPLS mang lại những... Protocol): Là các giao thức phân bổ nhãn được dùng trong MPLS để phân bổ nhãn và thiết lập các LSP thông qua mạng MPLS 1.4 Cấu trúc mạng và phương thức hoạt động 1.4.1 Cấu trúc nút của MPLS Hình 1.3 : Mặt Phẳng điều khiển và chuyển tiếp trong MPLS 15 Một nút của MPLS có hai mặt phẳng: mặt phẳng chuyển tiếp MPLS và mặt phẳng điều khiển MPLS Nút MPLS có thể thực hiện định tuyến lớp ba hoặc chuyển mạch lớp hai... Luận Chương Trong chương này luận văn đã giới thiệu những thành phần chính trong kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức. Chức năng cơ bản nhất của MPLS là phục vụ cho việc chuyển gói dữ liệu bằng thuật toán chuyển mạch nhãn trên đường dẫn được xác định bằng kỹ thuật định tuyến dựa vào địa chỉ đích .Giao thức phân phối nhãn LDP sẽ xây dựng đường chuyển mạch nhãn, được gọi là đường chuyển mạch nhãn LSP trên... quan đến quản lý lưu lượng trong MPLS: - Làm thế nào để chuyển đổi từ các gói thông tin sang FEC - Làm thế nào để chuyển FEC sang các trung kế lưu lượng - Làm thế nào để chuyển đổi các trung kế lưu lượng sang cấu hình topo mạng vật lý qua các LSP 33 2.2.1 Khái niệm trung kế lưu lượng MPLS Là một phần của các luồng tải lưu lượng thuộc cùng một lớp trong đường chuyển mạch nhãn LSP Cần lưu ý sự khác biệt... nữa, dựa trên cơ sở các đường chuyển mạch nhãn hiện, MPLS cho phép khả năng cùng triển khai mô phỏng chuyển mạch kênh trên mô hình mạng Internet hiện nay 2.2.2 Hoạt động cơ bản của các trung kế lưu lượng - Kích hoạt: Kích hoạt trung kế lưu lượng để chuyển lưu lượng - Giải kích hoạt: Dừng việc chuyển lưu lượng trên kênh trung kế lưu lượng - 34 Thiết lập: Tạo trung kế lưu lượng Thay đổi thuộc tính: Thay... X 1.7 Các loại nhãn ra đặc biệt - Untagged: gói MPLS đến được chuyển thành một gói IP và chuyển tiếp đến đích Nó được dùng trong thực thi MPLS VPN 29 - Nhãn Implicit-null hay POP: Nhãn này được gán khi nhãn trên (top label) của gói MPLS đến bị bóc ra và gói MPLS hay IP được chuyển tiếp tới trạm kế xuôi dòng Giá trị của nhãn này là 3 (trường nhãn 20 bit) Nhãn này được dùng trong mạng MPLS cho những... nút MPLS truy xuất bộ nhớ đơn để lấy ra các thong tin như quyết định tài nguyên cần thiết để chuyển tiếp gói Khả năng chuyển tiếp và tra cứu tốc độ nhanh giúp chuyển nhãn trở thành công nghệ chuyển mạch có tính thực thi cao 19 Hình 1.7 : Sơ đồ thuật toán chuyển tiếp nhãn 1.5.1 Hoạt động chuyển tiếp của MPLS Thực hiện chuyển tiếp dữ liệu với MPLS gồm các bước sau: ●Gán nhãn MPLS trên LSR Giao thức. .. tin chuyển tiếp nhãn (LFIB) 18 Cấu trúc của LFIB được mô tả như hình sau: Hình 1.6 : Cấu trúc bảng LFIB 1.5 Thuật toán chuyển tiếp nhãn (Label Forwarding Algorithm) Bộ chuyển tiếp nhãn sử dụng một thuật toán chuyển tiếp dựa vào việc hoán đổi nhãn nút MPLS lấy giá trị trong nhãn của gói vừa đến làm chỉ mục đến LFIB Khi giá trị nhãn tương ứng được tìm thấy, MPLS sẽ thay thế nhãn trong gói đó bằng nhãn. .. 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, bộ định tuyến 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 . 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. MPLS Chương 2: Vấn đề điều khiển lưu lượng và bài toán điều khiển lưu lượng trong MPLS Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng với MPLS TE Chương 4: Ứng dụng công nghệ MPLS tại Việt Nam Do công nghệ MPLS. sinh viên ngành điện tử - viễn thông. Nhận thức được điều đó tôi đã lựa chọn đồ án tốt nghiệp Điều khiển lưu lượng trong chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS . Nội dung đồ án được chia thành 4