BÁO CÁO Đề tài Khái niệm cơ bản MPLS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH Đề tài: Khái niệm cơ bản MPLS GVHD : NGUYỄN DUY NHẬT VIỄN SVTH : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN LỚP : 13DTLT 2 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ATM Asynchnorous Tranfer Mode Truyền dẫn không đồng bộ BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên CoS Class of Service Cấp độ dịch vụ FEC Forwarding Equivalency Class Lớp chuyển tiếp tương đương IP Internet Protocol Giao thức Internet LIB Label Information Base Bảng cơ sở dữ liệu nhãn LSP Label Switch Path Tuyến chuyển mạch nhãn LSR Label Switch Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn MPLS Multiprotool Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức TE Traffic Engineering Kĩ thuật điều khiển lưu lượng VCI Virtual Channel Identifier Định danh kênh ảo VPI Virtual Packet Indentifier Định danh gói ảo OSPF Open Shortest Path First Giao thức OSPF RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành sẵn tài nguyên Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT 3 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 3 CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS 4 1. Tổng quan chuyển mạch nhãn đa giao thức 4 1.1Giới thiệu 4 1.2.Định tuyến và chuyển mạch gói truyền thống 5 2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS 6 2.1. LSR (Label Switching Router) 6 2.2. FEC (Forwarding Equavilency class) 6 2.3. Nhãn (Label) 7 2.4. Tuyến chuyển mạch nhãn (LSPs) 12 2.5. Giao thức phân phối nhãn (LDP) 13 2.6. Kĩ thuật điều khiển lưu lượng 13 2.7. Định tuyến ràng buộc 14 3. Hoạt động của MPLS 14 4. Đường hầm trong MPLS 18 5. Kiến trúc hệ thống giao thức MPLS 19 6. Các ứng dụng của MPLS 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT 4 LỜI MỞ ĐẦU Để đáp ứng nhu cầu phát triển không ngừng của người sử dụng, nhà cung cấp dịch vụ cần phải có các thiết bị định tuyến và chuyển mạch tốc độ cao. Mặc dù vậy, mạng lõi của nhà điều hành và nhà cung cấp dịch vụ thường chạy trên mạng đường trục ATM, nhưng phần lớn các kết nối tới nhà cung cấp vẫn duy trì tốc độ chuyển mạch chậm và các kiểu kết nối điểm-điểm, dẫn tới trễ và tắc nghẽn tại các điểm truy cập biên. Các bộ định tuyến lõi cũng góp phần vào trễ đường đi, vì mỗi bộ định tuyến phải thực hiện các giải pháp độc lập trên đường tốt nhất để chuyển tiếp gói. Thông thường IP phải được định tuyến trên ATM bằng việc sử dụng IP qua ATM qua các kênh ảo hoặc các giao thức trên ATM. Các phương thức chuyển tiếp này đã được chứng minh là không thuận tiện và phức tạp. Nhu cầu về một mạng hội tụ với phương thức chuyển tiếp đơn giản, thông minh mà có các đặc tính quản lý lưu lượng và chất lượng dịch vụ là một nhu cầu cấp thiết. Tất cả các yêu cầu đó có thể được đáp ứng bởi chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS, nó không bị hạn chế bởi các giao thức lớp 2 và lớp 3. Cùng với kĩ thuật điều khiển lưu lượng, MPLS là một giải pháp quan trọng trong việc định tuyến, chuyển mạch và cung cấp chất lượng dịch vụ để đáp ứng được sự phát triển của các ứng dụng cũng như các nhu cầu dịch vụ của khách hàng. Đề tài của em sẽ trình bày những kiến thức cơ bản về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng của nó. Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT 5 CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS (Muti-Protocol Label Switching) 1. Tổng quan chuyển mạch nhãn đa giao thức 1.1Giới thiệu MPLS là viết tắt của “Muti-Protocol Label Switching”. Thuật ngữ Muti-Protocol để nhấn mạnh rằng công nghệ này áp dụng cho được tất cả các giao thức lớp mạng chứ không phải chỉ riêng cho IP. MPLS hoạt động tốt trên bất kì các giao thức lớp liên kết nào. Đây là một công nghệ lai kết hợp những đặc tính tốt nhất của định tuyến lớp 3 (Layer 3 routing) và chuyển mạch lớp 2 (Layer 2 swithching) (hình 1.1). Trong mạng chuyển mạch kênh, tính thông minh chủ yếu tập trung ở mạng lõi (core). Tất cả những thiết bị thông minh đều đặt trong mạng lõi như các tổng đài toll, transit, MSC…Các thiết bị kém thông minh hơn thì đặt bên trong mạng biên(egde), ví dụ như các tổng đài nội hay, truy nhập…. Trong mạng gói IP, tính thông minh càng đưa ra biên thì mạng càng hoạt động tốt. Tất cả các bộ định tuyến đều phải làm hai nhiệm vụ là định tuyến và chuyển mạch. Đây là ưu điểm nhưng cũng là nhược điểm của IP. Hình 1.1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT 6 MPLS được xem như là một công nghệ lớp đệm (shim layer), nó nằm trên lớp 2 những dưới lớp 3 vì vậy đôi khi người ta còn gọi là lớp 2,5 (hình 1.1). Nguyên lý chung của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được gắn nhãn (label) và chuyển tiếp theo một đường dẫn LSP (Label Switch Path). Các bộ định tuyến trên đường dẫn 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. Hình 1.2: So sánh giữa chuyển tiếp IP và chuyển tiếp MPLS 1.2.Định tuyến và chuyển mạch gói truyền thống Bước phát triển khởi đầu của mạng Internet chỉ quan tâm tới những yêu cầu truyền dữ liệu qua mạng. Internet chỉ cung cấp các ứng dụng đơn giản như truyền file hay remote login. Để thực hiện những yêu cầu này , môt định tuyến nền dựa trên phần mền đơn giản, với giao diện mạng để hỗ trợ mạng đường trục dựa trên T1/E1- hay T3/E3 đã có là đủ. Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT 7 Với những yêu cầu đòi hỏi tốc độ cao và băng thông lớn, các thiết bị có khả năng chuyển mạch ở lớp 2 ( Lớp liên kết dữ liệu ) và lớp 3 ( Lớp mạng ) ở ngay mức phần cứng phải được phát triển. Thiết bị chuyển mạch lớp 2 quan tâm đến vấn đề nghẽn trong mạng con của môi trường mạng cục bộ. 2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS 2.1. LSR (Label Switching Router)  Trong MPLS, các router gọi là router chuyển mạch nhãn LSR.  Nhiệm vụ LSR:chuyển tiếp các gói tin đã được dán nhãn  LSR biên (còn gọi là LER: Label Edge Router) cung cấp giao tiếp giữa mạng IP với LSP Hình 2.1 : Vị trí của LSR và LER trong mạng MPLS 2.2. FEC (Forwarding Equavilency class) FEC: biểu diễn một nhóm các gói chia sẻ những yêu cầu như nhau về việc truyền tải. Trong FEC, tất cả các gói được đối xử như nhau bởi router. Trong MPLS viêc gán một nhãn nhất định cho một FEC nhất định chỉ được thực hiện một lần khi gói vào mạng. Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT 8 Hình 2.2 : Lớp chuyển tiếp tương đương FEC trong mạng MPLS 2.3. Nhãn (Label) Là một bộ phận nhận dạng gói tin có độ dài ngắn nhất định, mang ý nghĩa cục bộ để nhận dạng một FEC. Nhãn được gắn lên một gói tin để báo lên cho LSR biết gói này cần đi đâu. Một nhãn, dạng đơn giản nhất, phân biệt con đường một gói sẽ đi. Nhãn được mang hoặc đóng gói ở tiêu đề lớp 2 của gói. Bộ định tuyến nhận được sẽ kiểm tra nội dung nhãn của gói để xác định chặng kế tiếp. Khi một gói được gán nhãn , cuộc hành trình của gói qua mạng đường trục sẽ dựa trên chuyển mạch nhãn. Giá trị của nhãn chỉ có giá trị địa phương, nghĩa là chỉ gắn liền với chặng giữa các LSR. Một khi một gói được xếp vào một FEC đã có hay mới, thì nhãn sẽ được gán cho gói. Giá trị nhãn được lấy từ lớp liên kết dữ liệu. Với lớp liên kết dữ liệu ( như Frame Relay hay ATM), định danh lớp 2, như DLCI trong trường hợp mạng Frame Relay hay VPIs/VCIs trong trường hợp mạng ATM có thể được sử dụng trực tiếp như nhãn. Các gói được chuyển dựa trên giá trị nhãn. Nhãn được ràng buộc tới một FEC theo một vài sự kiện hoặc một vài cách thức chỉ ra sự cần thiết đối với sự ràng buộc.Những sự kiện có thể là ràng buộc data-driven hay ràng buộc control-driven. Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT 9 Gán nhãn có thể được quyết định dựa trên cơ sở tiêu chuẩn chuyển tiếp như: o Định tuyến đơn hướng o Công nghệ điều khiển lưu lượng (TE) o Multicast o Chất lượng dịch vụ (QoS) Định dạng thông thường của nhãn được cho như hình 2.3. Nhãn có thể được nhúng trong tiêu đề của lớp liên kết dữ liệu ( ATM VCI/VPI như hình 2.4 và Frame Relay DLCI như hình 2.5) hoặc được chèn vào ( giữa tiêu đề lớp 2 và tiêu đề lớp 3 như trong hình 2.6) Hình 2.3: Định dạng chung của nhãn MPLS Hình 2.4: ATM với lớp liên kết dữ liệu Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT 10 Hình 2.5: Frame Relay với lớp liên kết dữ liệu Hình 2.6: Nhãn được chèn vào giữa lớp 2 và lớp 3 2.3.1. Tạo nhãn Có một vài phương pháp để tạo nhãn: o Phương pháp dựa trên giao thức ( topology-base method) sử dụng quá trình của các giao thức định tuyến ( như OSPF và BGP). o Phương pháp dựa trên yêu cầu (Request-base method) sử dụng quá trình yêu cầu dựa trên điều khiển lưu lượng. o Phương pháp dựa trên lưu lượng (Traffic-base method) sử dụng một gói đểkích hoạt sự gán và phân phối nhãn. Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT [...]... MPLS giúp xây dựng các mạng VPN mềm dẻo với khả năng điều khiển lưu lượng Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Duy Nhật Viễn, “ Kỹ thuật chuyển mạch trong mạng diện rộng” [2] Nguyễn Tiến Ban, “ Công nghệ MPLS [3] Trần Công Hùng, “ Chuyễn mạch nhãn đa giao thức MPLS Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT ... thống giao thức MPLS 6 Các ứng dụng của MPLS MPLS quan tâm một cách có hiệu quản các đòi hỏi của mạng đường trục ngày nay bằng cách cung cấp giải pháp chuẩn cơ sở thực hiện những mục đích sau: o Cải thiện chức năng chuyển tiếp gói trong mạng  MPLS tăng cường và đơn giản hoá chuyển tiếp gói qua router sử dụng mô hình chuyển mạch lớp 2 Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT 22  MPLS đơn giản,... giáp với MPLS để thiết lập các LSP IETF đã định nghĩa một thành phần CR-LDP để phù hợp với định tuyến ràng buộc 3 Hoạt động của MPLS Hình 3.1 : Tạo LSP và chuyển tiếp gói tin qua miền MPLS Phải tiến hành những bước sau đây để có thể truyền gói tin quan miền MPLS o Tạo nhãn và phân phối o Tạo bảng ở mỗi router o Tạo LSP Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT 16 o Chèn nhãn/ tìm kiếm bảng o Chuyển... được trao đổi cho 6 và 7 Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT 19 4 Đường hầm trong MPLS Đặc tính duy nhất của MPLS là có thể điều khiển toàn bộ đường truyền gói tin mà không cần xác định cụ thể các bộ định tuyến trung gian Điều đó được tạo ra bởi các đường hầm thông qua các bộ định tuyến trung gian có thể cách nhiều đoạn Khái niệm này được sử dụng trong VPN dựa trên MPLS Khảo sát hình 8 Các... (LSPs) Tập hợp các thiết bị MPLS biểu diễn một miền MPLS Trong miền MPLS, một tuyến được tạo cho một gói có sẵn dựa trên một FEC LSP được thiết lập theo chu kì để truyền dữ liệu MPLS cung cấp 2 tùy chọn cho việc thiết lập một LSP o Định tuyến chặng tiếp chặng (hop-by-hop): Mỗi LSR chọn chặng tiếp theo một cách độc lập với một FEC đã cho Phương pháp này tương tự như Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn... cả hai nhãn trước khi gửi gói tin đến đích Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT 20 Hình 4.1: Đường hầm trong MPLS 5 Kiến trúc hệ thống giao thức MPLS Thành phần MPLS lõi có thể chia thành các phần sau: o Giao thức định tuyến lớp mạng (IP) o Biên chuyển tiếp lớp mạng o Chuyển mạch dựa trên nhãn mạng lõi o Độ chi tiết và lược đồ nhãn o Giao thức báo hiệu cho phân phối nhãn o Điều khiển lưu... vào và bảng nhãn Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT 17 đầu vào tới port lối ra và bảng nhãn đầu ra Các lối vào được cập nhật bất cứ khi nào nhận ra có ràng buộc nhãn xảy ra Tạo tuyến chuyển mạch nhãn Như đường đứt đoạn trong hình 3.1, các LSP được tạo theo hướng ngược lại với sự tạo thành các lối vào trong LIB Chèn nhãn/tìm kiếm bảng Router đầu tiên (LER1 trong hình 3.1) sử dụng bảng LIB... trung gian LSR2 Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT 18 và LSR3 sẽ nhận gói tin gán nhãn thay đổi nhãn và truyền đi Gói tin đến LER4, loại bỏ nhãn vì gói ra khỏi miền hoạt động của MPLS và phân phát tới đích Đường truyền gói tin được chỉ ra trong hình 7 Bảng 2 : Ví dụ bảng LIB Cổng vào Nhãn cổng vào Cổng ra Nhãn cổng ra 1 3 3 6 2 9 1 7 Xem xét ví dụ về 2 luồng gói tin vào một miền MPLS: o Một... buộc một nhãn tới một FEC nào đó khi và chỉ khi nó là router phía biên vào hay nó nhận một ràng buộc nhãn với FEC từ LSR chặng tiếp theo Mode này được khuyến cáo dùng cho ATMLSR Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT 13 2.3.7 Quá trình báo hiệu o Yêu cầu nhãn : Sử dụng quá trình này, LSR yêu cầu nhãn từ luồng xuống cạnh nó vì thế nó có thể ràng buộc tới một FEC nhất định Quá trình này có thể... dựng bảng của nó Trong LDP, luồng xuống router khởi phát sự phân bố nhãn và ràng buộc FEC/nhãn Ngoài ra, các đặc tính liên quan tới lưu lượng và khả năng MPLS được dàn xếp sử dụng LDP Một giao thức truyền tải tin cậy và trật tự được sử dụng để làm giao thức báo hiệu LDP sử dụng TCP Tạo bảng Khi nhận được ràng buộc nhãn, mỗi LSRs tạo các đầu vào trong bảng cơ sở dữ liệu nhãn (LIB) Nội dung của bảng . buộc 14 3. Hoạt động của MPLS 14 4. Đường hầm trong MPLS 18 5. Kiến trúc hệ thống giao thức MPLS 19 6. Các ứng dụng của MPLS 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO 22 Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT 4 . cầu dịch vụ của khách hàng. Đề tài của em sẽ trình bày những kiến thức cơ bản về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và ứng dụng của nó. Khái niệm cơ bản MPLS Nguyễn Trường Sơn /13DTLT 5 . TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH Đề tài: Khái niệm cơ bản MPLS GVHD : NGUYỄN DUY NHẬT VIỄN SVTH : NGUYỄN TRƯỜNG SƠN LỚP :