TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ MPLS – VPN – QoS

TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ MPLS VPN VÀ QOS TRONG MẠNG MPLS

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Tel. (84-511) 736 949, Fax. (84-511) 842 771 Website: itf.ud.edu.vn, E-mail: cntt@edu.ud.vn LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN MÃ NGÀNH : 05115 ĐỀ TÀI : TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ MPLS – VPN – QoS Mã số : 06T1 – 013 06T4 – 007 Ngày bảo vệ : 15 – 16/06/2011 SINH VIÊN : Nguyễn Huệ Nguyễn Phú Duy LỚP : 06T1 – 06T4 CBHD : Nguyễn Thế Xuân Ly ĐÀ NẴNG, 06/2011 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Công nghệ Thông tin cũng như các thầy cô giảng dạy trong trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong những năm học vừa qua. Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Thế Xuân Ly đã tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn các anh chị trong Trung Tâm KV2 – Công ty Mạng Lưới Viettel đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực tập và làm đề tài tại công ty. Xin chân thành cám ơn các bạn trong khoa Công nghệ Thông tin đã ủng hộ, giúp đỡ, chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu có được cho tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài. Một lần nữa xin chân thành cám ơn! LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan : 1 Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Nguyễn Thế Xuân Ly. 2 Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố. 3 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá,tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Sinh viên, Nguyễn Huệ – Nguyễn Phú Duy Mục lục i MỤC LỤC MỞ ĐẦU .11 .I Lý do chọn đề tài .11 .II Mục đích và ý nghĩa của đề tài 11 .III Nhiệm vụ thực hiện .12 .IV Hướng giải quyết 12 .V Nội dung luận văn 12 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .13 .I Tổng quan về MPLS 13 .I.1. Định tuyến và chuyển mạch gói truyền thống 13 .I.1.1. Định tuyến IP .13 .I.1.2. Chuyển mạch ATM 14 .I.1.3. Mô hình IP over ATM 15 .I.2. Các khái niệm cơ bản trong MPLS .16 .I.2.1. Miền MPLS (MPLS Domain) 16 .I.2.2. Lớp chuyển tiếp tương đương FEC 17 .I.2.3. Nhãn và ngăn xếp nhãn .17 .I.2.4. Đường chuyển mạch nhãn LSP .18 .I.3. Mã hóa nhãn và các chế độ đóng gói nhãn .18 .I.3.1. Mã hóa ngăn xếp nhãn 18 .I.3.2. Chế độ khung (frame mode) 19 .I.3.3. Chế độ tế bào (cell mode) .19 .I.4. Kiến trúc một nút MPLS .21 .I.5. Giao thức phân phối nhãn LDP 21 .I.5.1. Hoạt động của LDP .22 .I.5.2. Cấu trúc thông điệp LDP 23 .I.5.3. Chế độ phân phối nhãn .25 .I.5.4. Chế độ duy trì nhãn .26 .I.5.5. Chế độ điều khiển 27 .I.5.6. Quá trình phân phối nhãn .28 .I.6. Phương thức hoạt động của MPLS .31 .I.7. Ưu điểm và các ứng dụng của MPLS .31 .I.7.1. Ưu điểm 31 .I.7.2. Nhược điểm 32 .I.7.3. Các ứng dụng 32 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ MPLS VPN VÀ QOS TRONG MẠNG MPLS .33 .I Công nghệ MPLS VPN .33 .I.1. Khái niệm VPN .33 .I.2. Mô hình VPN .33 .I.3. So sánh VPN truyền thống và MPLS VPN 34 .I.3.1. VPN truyền thống 34 .I.3.2. MPLS VPN .35 .I.4. Mô hình MPLS VPN .36 Mục lục ii .I.5. Kiến trúc và quá trình vận hành của VPN trong MPLS 38 .I.5.1. Quá trình chuyển tiếp định tuyến ảo VRF 38 .I.5.2. Route Distinguisher (RD) 39 .I.5.3. Route Target (RT) 40 .I.6. Phân tán tuyến trong mạng MPLS VPN .41 .I.7. Chuyển tiếp gói tin trong mạng MPLS VPN 42 .II QoS trong mạng MPLS 43 .II.1. Mở đầu 43 .II.2. Định nghĩa QoS 44 .II.3. Một số khái niệm trong QoS .44 .II.3.1. Các tham số cơ bản 44 .II.3.2. Cấp độ dịch vụ GoS .44 .II.3.3. Thỏa thuận mức độ dịch vụ SLA 45 .II.4. Các mô hình QoS .45 .II.5. Mô hình dịch vụ phân biệt DiffServ 46 .II.5.1. Kiến trúc DiffServ 46 .II.5.2. Điểm mã dịch vụ phân biệt DSCP .47 .II.5.3. Đối xử từng chặng PHB .49 .II.5.4. Phân loại và quy định lưu lượng .51 .II.5.5. MPLS hỗ trợ DiffServ 55 .II.5.6. Các mô hình DiffServ Tunnel trong MPLS .58 .II.5.7. Thực hiện QoS trong miền MPLS 60 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG .62 .I Phân tích trang web mô phỏng chia sẻ dữ liệu trực tuyến .62 .I.1. Thu thập yêu cầu .62 .I.2. Đặc tả yêu cầu 62 .I.2.1. Các thuật ngữ 62 .I.2.2. Yêu cầu chức năng .62 .I.2.3. Yêu cầu phi chức năng 63 .I.3. Xây dựng biểu đồ Use – Case 64 .I.3.1. Nhận dạng tác nhân 64 .I.3.2. Nhận dạng các Use – Case 64 .I.3.3. Xây dựng biểu đồ Use – Case .65 .I.4. Mô hình hóa sự tương tác giữa các đối tượng 65 .I.4.1. Biểu đồ hoạt động .65 .I.4.2. Biểu đồ tuần tự 68 .I.5. Thiết kế cơ sở dữ liệu 69 .II Phân tích bài mô phỏng chia sẻ dữ liệu qua mạng MPLS .69 .II.1. Phân tích yêu cầu .69 .II.2. Thiết kế mô phỏng .70 .II.3. Các giao thức sử dụng trong bài lab .70 .II.4. Các phần mềm sử dụng trong bài lab 70 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 72 .I Kết quả trang web mô phỏng chia sẻ dữ liệu trực tuyến 72 .I.1. Trang chủ .72 .I.2. Chức năng upload 72 .I.3. Chức năng delete .73 .II Kết quả bài mô phỏng việc triển khai QoS trong mạng MPLS 74 Mục lục iii .II.1. Quy hoạch địa chỉ IP cho các thiết bị 74 .II.2. Kết quả .75 KẾT LUẬN .79 .I Kết quả đạt được .79 .I.1. Lý thuyết 79 .I.2. Mô phỏng .79 .II Hạn chế .79 .III Hướng phát triển .79 [1] James Reagan. CCIP MPLS Study Guide. Sybex, 2002, 456 tr 1 [2] Eric Osborne, Ajay Simha. Traffic Engineering with MPLS. Cisco Press, 2002, 608 tr. 1 [3] Santiago Alvarez. QoS for IP/MPLS Networks. Cisco Press, 2006, 336 tr 1 [4] John Evans, Clarence Filsfils. Deploying IP and MPLS QoS for Multiservice Networks: Theory and Practice. Morgan Kaufmann, 2007, 419 tr 1 [5] Luc De Ghein. MPLS Fundamentals. Cisco Press, 2007, 608 tr .1 [6] Tim Szigeti. End – To – End QoS Network Design. Cisco Press, 2004, 768 tr 1 [7] Jim Guichard, Ivan Pepelnjak. MPLS and VPN Architectures. Cisco Press, 2000, 448 tr 1 [8] http://vnpro.org/forum 1 [9] http://wikipedia.org 1 Danh mục hình ảnh i DANH MỤC HÌNH ẢNH HÌNH 1. QUÁ TRÌNH CHUYỂN TIẾP GÓI TIN IP .14 HÌNH 2. MẠNG CHUYỂN MẠCH ATM 14 HÌNH 3. KẾT NỐI FULL MESH VỚI 4 ROUTER .15 HÌNH 4. KẾT NỐI FULL MESH VỚI 6 ROUTER .15 HÌNH 5. MIỀN MPLS 16 HÌNH 6. UPSTREAM VÀ DOWNSTREAM LSR .17 HÌNH 7. LỚP CHUYỂN TIẾP TƯƠNG ĐƯƠNG TRONG MẠNG MPLS17 HÌNH 8. NGĂN XẾP NHÃN .18 HÌNH 9. ĐƯỜNG CHUYỂN MẠCH NHÃN .18 HÌNH 10. CẤU TRÚC NHÃN MPLS 19 HÌNH 11. SHIM HEADER ĐƯỢC CHÈN VÀO GIỮA HEADER LỚP 2 VÀ HEADER LỚP 3 19 HÌNH 12. NHÃN TRONG CHẾ ĐỘ TẾ BÀO 20 HÌNH 13. ĐÓNG GÓI GÓI TIN CÓ NHÃN TRÊN LIÊN KẾT ATM .20 HÌNH 14. KIẾN TRÚC MỘT NÚT MPLS .21 HÌNH 15. VÙNG HOẠT ĐỘNG CỦA LDP .22 HÌNH 16. QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI THÔNG ĐIỆP LDP 23 HÌNH 17. ĐỊNH DẠNG LDP PDU HEADER 23 HÌNH 18. ĐỊNH DẠNG THÔNG ĐIỆP LDP .24 HÌNH 19. PHÂN PHỐI NHÃN TỰ NGUYỆN .26 HÌNH 20. PHÂN PHỐI NHÃN THEO YÊU CẦU .26 HÌNH 21. CHẾ ĐỘ DUY TRÌ NHÃN TỰ DO 27 HÌNH 22. CHẾ ĐỘ DUY TRÌ NHÃN BẢO TOÀN .27 HÌNH 23. ĐIỀU KHIỂN ĐỘC LẬP 28 HÌNH 24. ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ 28 HÌNH 25. QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG BẢNG ĐỊNH TUYẾN 29 HÌNH 26. QUÁ TRÌNH GÁN NHÃN 29 HÌNH 27. QUÁ TRÌNH PHÂN PHỐI NHÃN .30 HÌNH 28. CẬP NHẬT NHÃN VÀO BẢNG LIB 30 Danh mục hình ảnh ii HÌNH 29. QUẢNG BÁ NHÃN .30 HÌNH 30. HOÀN THÀNH VIỆC THIẾT LẬP LSP .31 HÌNH 31. MẠNG RIÊNG ẢO VPN 33 HÌNH 32. MÔ HÌNH VPN SITE – SITE – SITE .34 HÌNH 33. MÔ HÌNH MÃ HÓA THÔNG THƯỜNG .35 HÌNH 34. MÔ HÌNH PHÂN TÁCH DỰA VÀO VRF TRONG MPLS VPN36 HÌNH 35. MÔ HÌNH MPLS VPN .36 HÌNH 36. ĐƯỜNG ĐI TỪ SITE 1 ĐẾN SITE 2 .37 HÌNH 37. MÔ TẢ CÁC BẢNG ĐỊNH TUYẾN ẢO TRONG PE 38 HÌNH 38. MÔ TẢ ĐỊNH DẠNG RD .39 HÌNH 39. RT TRONG MPLS VPN EXTRANET .40 HÌNH 40.CÁC BƯỚC PHÂN TÁN TUYẾN TỪ ROUTER CE Ở SITE A ĐẾN SITE B 42 HÌNH 41. QUÁ TRÌNH CHUYỂN TIẾP GÓI TIN TRONG MẠNG MPLS VPN .43 HÌNH 42. MÔ HÌNH DỊCH VỤ TÍCH HỢP INTSERV 45 HÌNH 43. SO SÁNH INTSERV VỚI DIFFSERV .46 HÌNH 44. CÁC THÀNH PHẦN TRONG KIẾN TRÚC DIFFSERV 47 HÌNH 45. TRƯỜNG TOS TRONG IP HEADER TRƯỚC VÀ SAU KHI CÓ DIFFSERV 48 HÌNH 46. CẤU TRÚC TRƯỜNG DS .48 HÌNH 47. THUẬT TOÁN MỘT THÙNG TOKEN 52 HÌNH 48. THUẬT TOÁN HAI THÙNG TOKEN 53 HÌNH 49. TÍNH NĂNG SHAPING .55 HÌNH 50. MIỀN MPLS SỬ DỤNG E – LSP 56 HÌNH 51. MIỀN MPLS SỬ DỤNG L – LSP 57 HÌNH 52. MÔ HÌNH UNIFORM TRONG MPLS DIFFSERV TUNNEL 58 HÌNH 53. MÔ HÌNH PIPE TRONG MPLS DIFFSERV TUNNEL 59 HÌNH 54. MÔ HÌNH SHORT PIPE TRONG MPLS DIFFSERV TUNNEL60 HÌNH 55. ÁNH XẠ GIÁ TRỊ DSCP VÀO CÁC BIT EXP .60 HÌNH 56. BIỂU ĐỒ USE – CASE CHỨC NĂNG CỦA NGƯỜI DÙNG .65 HÌNH 57. BIỂU ĐỒ HOẠT ĐỘNG CHỨC NĂNG “UPLOAD FILE” 66 Danh mục hình ảnh iii HÌNH 58. BIỂU ĐỒ HOẠT ĐỘNG CHỨC NĂNG “DOWNLOAD FILE”67 HÌNH 59. BIỂU ĐỒ HOẠT ĐỘNG CHỨC NĂNG “DELETE FILE” .67 HÌNH 60. BIỂU ĐỒ TUẦN TỰ CHỨC NĂNG “UPLOAD FILE” 68 HÌNH 61. BIỂU ĐỒ TUẦN TỰ CHỨC NĂNG“DOWNLOAD FILE” 68 HÌNH 62. BIỂU ĐỒ TUẦN TỰ CHỨC NĂNG “DELETE FILE” .69 HÌNH 63. MÔ HÌNH MẠNG THỰC TẾ 70 HÌNH 64. GIAO DIỆN CHÍNH CỦA TRANG WEB 72 HÌNH 65. GIAO DIỆN CHỨC NĂNG UPLOAD 73 HÌNH 66. CHỨC NĂNG DELETE .73 HÌNH 67. MÔ HÌNH MẠNG BÀI LAB 74 HÌNH 68. KẾT QUẢ PING TỪ SERVER ĐẾN CLIENT .75 HÌNH 69. KẾT QUẢ PING TỪ CLIENT ĐẾN SERVER .76 HÌNH 70. TỐC ĐỘ TẢI FILE KHI CHƯA ÁP DỤNG QOS 77 HÌNH 71. TỐC ĐỘ TẢI FILE KHI ÁP DỤNG QOS .78 Danh mục bảng i DANH MỤC BẢNG BẢNG 1. CÁC KIỂU BẢN TIN LDP 25 BẢNG 2. BẢNG ÁNH XẠ GIÁ TRỊ DSCP VÀ PHB .49 BẢNG 3. CÁC PHB AF VỚI ĐỘ ƯU TIÊN HỦY GÓI TƯƠNG ỨNG .50 BẢNG 4. QUAN HỆ GIỮA GIÁ TRỊ IP PREDENCE VÀ BỘ LỰA CHỌN LỚP CS .51 BẢNG 5. SO SÁNH E – LSP VỚI L – LSP .58 BẢNG 6. BẢNG CƠ SỞ DỮ LIỆU CỦA TRANG WEB .69 BẢNG 7. BẢNG QUY HOẠCH ĐỊA CHỈ IP CHO MÁY SERVER VÀ MÁY CLIENT 74 BẢNG 8. BẢNG QUY HOẠCH ĐỊA CHỈ IP CHO CÁC ROUTER CE 74 BẢNG 9. BẢNG QUY HOẠCH ĐỊA CHỈ IP CHO CÁC LSR .75 [...]... tại Công ty Mạng lưới Viettel) và hiểu được cách họ cung cấp cho người sử dụng đường truyền tốc độ cao với chi phí hợp lý Nguyễn Huệ – Nguyễn Phú Duy 11 .III Nhiệm vụ thực hiện • Tìm hiểu tổng quan về công nghệ MPLS, các thành phần trong một hệ thống mạng chạy MPLS, kiến trúc của MPLS • Tìm hiểu về công nghệ MPLS VPN, mô hình VPN áp dụng trong mạng MPLS • Tìm hiểu về QoS trong mạng MPLS, mô hình QoS. .. chạy MPLS .V Nội dung luận văn Luận văn tốt nghiệp được tổ chức thành 4 chương với các nội dung chính sau đây: Chương 1 – Cơ sở lý thuyết: Giới thiệu tổng quan công nghệ MPLS, các khái niệm cơ bản, kiến trúc chức năng và cơ chế hoạt động của MPLS Chương 2 – Công nghệ MPLS VPN và QoS trong mạng MPLS: Trình bày khái niệm về QoS, các mô hình QoS, QoS trong mạng MPLS; trình bày các mô hình VPN và công nghệ. .. QoS áp dụng trong mạng MPLS • Tiến hành xây dựng hệ thống mạng mô phỏng cách truyển gói tin bằng công nghệ MPLS • Tiến hành xây dựng trang Web phục vụ kiểm tra QoS trong mạng MPLS .IV Hướng giải quyết Để xây dựng một hệ thống mạng triển khai công nghệ MPLS cần phải nghiên cứu các nội dung chủ yếu sau đây: • Cơ sở lý thuyết về công nghệ MPLS, công nghệ MPLS VPN và QoS trong mạng MPLS • Các thành phần... Nguyễn Huệ – Nguyễn Phú Duy 33 Tìm hiểu công nghệ MPLS – VPN – Q oS phổ biến vì khó thực thi và duy trì (khó khăn trong việc lọc các gói IP, phân phối các danh sách hay tạo các đường hầm GRE) Với sự ra đời của MPLS mô hình này được thực hiện dễ dàng hơn và đang rất phổ biến trong thực tế Hình 32 Mô hình VPN site – site – site I.3 .I.3.1 So sánh VPN truyền thống và MPLS VPN VPN truyền thống Các mạng VPN truyền... dụng mạng MPLS QoS: dùng QoS các nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp nhiều loại mức độ dịch vụ với sự đảm bảo tối đa về chất lượng dịch vụ Nguyễn Huệ – Nguyễn Phú Duy 32 CHƯƠNG II TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ MPLS VPN VÀ QoS TRONG MẠNG MPLS I I.1 Công nghệ MPLS VPN Khái niệm VPN Mạng riêng ảo VPN là một loại hình mạng được xây dựng dựa trên kiến trúc hạ tầng mạng có sẵn của các nhà cung cấp dịch vụ Mạng VPN có... phân phối nhãn MPLS cho phép các LSR hoạt động ở hai chế độ phân phối nhãn, đó là: phân phối nhãn tự nguyện (Unsolicited Downstream) và phân phối nhãn theo yêu cầu (Downstream on Demand – DoD) .1 Phân phối nhãn tự nguyện (Unsolicited Downstream) Nguyễn Huệ – Nguyễn Phú Duy 25 Tìm hiểu công nghệ MPLS – VPN – Q oS Trong chế độ phân phối nhãn tự nguyện, mỗi LSR phân phối một tổ hợp nhãn – FEC tới các LSR... (ingress – LER), còn nếu là nút cuối cùng thì được gọi là LER ngõ ra (egress – LER) Các thuật ngữ này chỉ có ý nghĩa tương đối tùy theo chiều của luồng lưu lượng trong mạng, do đó một LER có thể vừa là LER ngõ vào, vừa là LER ngõ ra tùy theo các luồng lưu lượng đang xét Nguyễn Huệ – Nguyễn Phú Duy 16 Tìm hiểu công nghệ MPLS – VPN – Q oS Hình 6 Upstream và Downstream LSR Thuật ngữ upstream – LSR và... Identifier: gồm 6 octets, dùng để xác định không gian nhãn cụ thể Bốn octets đầu là LSR – ID Hai octets sau xác định không gian nhãn bên trong LSR Hai octets này được thiết lập là 0 đối với không gian nhãn per – platform, và bằng 1 đối với không gian nhãn per – interface Nguyễn Huệ – Nguyễn Phú Duy 23 Tìm hiểu công nghệ MPLS – VPN – Q oS 2 Định dạng thông điệp LDP Các thông điệp LDP đều có định dạng chung như... sẽ tính theo công thức: n(n – 1)/2, với n là số lượng router Giả sử, có 4 router được kết nối với nhau theo kiểu full mesh, thì chỉ cần có 6 VC Hình 3 Kết nối full mesh với 4 router Tuy nhiên, khi thêm vào 2 router thì tổng số router là 6 Lúc này, số lượng VC cần thiết lập lên đến 15 VC Hình 4 Kết nối full mesh với 6 router Nguyễn Huệ – Nguyễn Phú Duy 15 Tìm hiểu công nghệ MPLS – VPN – Q oS Không chỉ... cầu Nguyễn Huệ – Nguyễn Phú Duy 13 Tìm hiểu công nghệ MPLS – VPN – Q oS Hình 1 Quá trình chuyển tiếp gói tin IP I.1.2 Chuyển mạch ATM ATM là một kỹ thuật truyền tin tốc độ cao ATM nhận thông tin ở nhiều dạng khác nhau như thoại, video, dữ liệu… và cắt ra thành nhiều phần nhỏ gọi là tế bào (cell) Các tế bào này được truyền qua các mạch ảo VC Vì ATM có thể truyền các tế bào trên nhiều công nghệ băng rộng