Báo cáo thực tập tốt nghiêp tìm HIỂU GIAO THỨC MPLS

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

MỤC LỤC

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ MPLS

1.Khái niệm công nghệ chuyển mạch đa giao thức – MPLS 3

7.Phương thức truyền gói tin trong mạng mpls 12

CHƯƠNG III: CẤU HÌNH MPLS

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ MPLS1.Khái niệm công nghệ chuyển mạch đa giao thức – MPLS

Chuyển mạch nhãn đa giao thức - MPLS (MultiProtocol Label Switching) là một biện pháp linh hoạt để giải quyết những vấn đề gặp nhiều khó khăn trong mạng hiện nay như: tốc độ, quy mô, chất lượng dịch vụ (QoS), quản trị và kỹ thuật lưulượng MPLS thể hiện một giải pháp thông minh để đáp ứng những đòi hỏi dịch vụ và quản lý dải thông cho mạng IP thế hệ sau - dựa trên mạng đường trục MPLS giảiquyết những vấn đề liên quan đến tính quy mô và định tuyến (dựa trên QoS và dạngchất lượng dịch vụ) và có thể tồn tại trên mạng ATM (phương thức truyền không đồngbộ - Asynchronous Tranfer Mode) và mạng Frame-relay đang tồn tại

MPLS thực hiện 1 số chức năng sau:

-Xác định cơ cấu quản lý nhiều mức độ khác nhau của các luồng lưu lượng,như các luồng giữa các cơ cấu, phần cứng khác nhau hoặc thậm chí các luồng giữanhững ứng dụng khác nhau.

-Duy trì sự độc lập của các giao thức lớp 2 và lớp 3

-Cung cấp phương pháp ánh xạ địa chỉ IP với các nhãn đơn giản, có độ dàicố định được sử dụng bởi các công nghệ chuyển tiếp gói và chuyển mạch gói khác nhau.

-Giao diện với các giao thức định tuyến hiện có như giao thức đặt trước tàinguyên (RSVP) và giao thức mở rộng theo phương thức ưu tiên tuyến đường ngắn nhất (OSPF).

− Hỗ trợ IP, ATM và giao thức lớp 2 Frame-relay.

-Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng Do vậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về đồ hình mạng, thông tin về nguyên tắc chuyển tin (như trong Giao thức định tuyến biên miền -BGP) và nó phải có khả năng hoạt động trong môi trường mạng gồm nhiều nút Kết quảtính toán của cơ cấu định tuyến được lưu trong các bảng chuyển tin chứa thông tinvề chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới hướng đích.

Dựa trên các bảng chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói IP hướng tớiđích Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một Ở cách này, mỗinút mạng phải tính toán bảng chuyển tin một cách độc lập Do vậy, phương thức nàyyêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán vớinhau Sự không thống nhất của kết quả này đồng nghĩa với việc mất gói tin.

Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng Ví dụ, với phươngthứcnày, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ mà đi qua cùng một nút thì chúngsẽ được truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích Điều này khiến mạng không thểthực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo loại hình dịch vụ.v.v…

Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộngcao Nhưng việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theotừng chặng.Ngoài ra, IP không hỗ trợ chất lượng dịch vụ.

2.2)Công nghệ ATM

Công nghệ ATM là một kỹ thuật truyền tin tốc độ cao.ATM nhận thông tin ở nhiềudạng khác nhau như thoại, số liệu, video và cắt ra thành nhiều phần nhỏ gọi là tế bào.Các tế bào này, sau đó, được truyền qua các kết nối ảo VC (Virtual connection) VìATM có thể hỗ trợ thoại, số liệu và video với chất lượng dịch vụ trên nhiều công

nghệbăng rộng khác nhau, nó được coi là công nghệ chuyển mạch hàng đấu và thu hútđượcnhiều quan tâm.

công nghệ ATM là một kỹ thuật truyền tin tốc độ cao, đảm bảothời gian thực và chấtlượng dịch vụ theo yêu cầu định trước

2.3) Công nghệ MPL S - Kết hợp giữa công nghệ IP và ATM

Ưu điểm nổi bật của giao thức định tuyến TCP/IP là khả năng định tuyến vàtruyền gói tin một cách hết sức mềm dẻo linh hoạt và rộng khắp toàn cầu Nhưng IPkhông đảm bảo chất lượng dịch vụ, tốc độ truyền tin theo yêu cầu, trong khi đó côngnghệ ATM có thế mạnh ưu việt về tốc độ truyền tin cao, đảm bảo thời gian thực vàchất lượng dịch vụ theo yêu cầu định trước Sự kết hợp IP với ATM có thể là giải phápkỳ vọng cho mạng viễn thông tương lai - mạng thế hệ sau NGN.

Chuyển mạch nhãn đa giao thức - MPLS đáp ứng được nhu cầu đó MPLS đãkết hợpcác ưu điểm của công nghệ IP và ATM tạo ra một giải pháp linh hoạt cho việcgiải quyết

các vấn đề mà các mạng ngày nay đang phải đối mặt, đó là tốc độ, khả năngmở rộng cấp độ mạng, quản lý chất lượng dịch vụ (QoS) và kỹ thuật lưu lượng.

Thật vậy, công nghệ Chuyển mạch nhãn đa giao thức – MPLS là kết quả pháttriển 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 củaIP Tư tưởng khi đưa ra MPLS là: Định tuyến tại biên, chuyển mạch ở lõi.

Trong các mạng MPLS, các gói được gán nhãn tại biên của mạng và chúngđược định tuyến xuyên qua mạng dựa trên các nhãn đơn giản Phương pháp này chophép định tuyến rõ ràng và đối xử phân liệt các gói trong khi vẫn giữ được các bộ địnhtuyến ở lõi đơngiản.

Trong các mạng MPLS, các gói được gán nhãn tại biên của mạng và chúngđược định tuyến xuyên qua mạng dựa trên các nhãn đơn giản Phương pháp này chophép định tuyến rõ ràng và đối xử phân liệt các gói trong khi vẫn giữ được các bộ địnhtuyến ở lõi đơngiản.

3.Một số ưu điểm của MPLS

-Hỗ trợ mềm dẻo cho tất cả các dịch vụ (hiện tại và sắp tới) trên một mạng đơn.-Đơn giản hóa đồ hình và cấu hình mạng khi so với giải pháp IP qua ATM.

-Hỗ trợ tất cả các công cụ điều khiển lưu lượng mạnh mẽ bao gồm cả địnhtuyến liên tiếp và chuyển mạch bảo vệ

-Hỗ trợ đa kết nối và đa giao thức: thiết bị chuyển tiếp chuyển mạch nhãn cóthể được dùngkhi thực hiện chuyển mạch nhãn với IP cũng tốt như với IPX Chuyểnmạch nhãn cũng có thể vận hành ảo trên bất kỳ giao thức lớp liên kết dữ liệu

-Khả năng mở rộng: chuyển mạch nhãn cũng có ưu điểm và tác giữa chứcnăng điều khiển và chuyển tiếp Mỗi phần có thể phát triển không cần đến các phầnkhác, tạo sự phát triển mạng dễ dàng hơn, giá thành thấp hơn và lỗi ít hơn.

-Khả năng mở rộng: chuyển mạch nhãn cũng có ưu điểm và tác giữa chứcnăng điều khiển và chuyển tiếp Mỗi phần có thể phát triển không cần đến các phầnkhác, tạo sự phát triển mạng dễ dàng hơn, giá thành thấp hơn và lỗi ít hơn.

4.Các ứng dụng của MPLS

4.1BGP – Free Core

Các ISP thường xuyên phải chạy định tuyến BGP với các ISP khác trên môi trường Internet để đảm bảo vận chuyển dữ liệu của khách hàng theo những lộ trình tối ưu nhất Theo phương pháp cũ trong việc triển khai BGP, toàn bộ các Router trong mạng Core của ISP đều phải chạy BGP Các Router biên chạy eBGP với khách hàng và với các ISP khác, các Router Core còn lại phải chạy iBGP với nhau và với các Router biên Bản thân giao thức BGP là một loại giao thức rất hao tốn tài nguyên, cộng thêm số lượng route trên môi trường Internet cần lưu giữ là một số lượng khổng lồ nên các Router Core của các ISP sẽ bịsử dụng ở công suất rất cao cho công việc định tuyến.

MPLS ra đời cho phép thực hiện một giải pháp giúp giảm thiểu tối đa số lượng Router chạy BGP Các ISP sẽ triển khai một hạ tầng Core chạy MPLS, các Router Core chỉ làm nhiệm vụ vận chuyển dữ liệu, không cần phải ghi nhớ thông tin định tuyến BGP cũng như không cần phải chạy BGP, chỉ các Router biên tiếp tục phải chạy BGP với khách hàng Số lượng Router phải chạy BGP và ghi nhớ các route trên môi trường Internet giảm xuống đáng kể và chỉ còn lại là các Router biên Ta cùng nhau khảo sát một ví dụ lab để nắm được nguyên lý của giải pháp này.

4.2.MPLS – VPN :

VPN – Virtual Private Network (Mạng riêng ảo) là kỹ thuật cho phép triển khai một

hạ tầng mạng riêng biệt của một doanh nghiệp trên nền của một hạ tầng mạng chung Vớikỹ thuật này, mỗi doanh nghiệp giống như có hẳn một hạ tầng mạng truyền tải riêng đểphục vụ cho việc trao đổi dữ liệu của công ty mình Tuy được gọi là “network” nhưngVPN gần với một đường truyền cho thuê hơn, ta thường hiểu rằng “thuê VPN” giống nhưlà thuê đường truyền.

Có rất nhiều kỹ thuật để xây dựng VPN đấu nối giữa các site của một doanh nghiệpnhư thuê các loại đường truyển của ISP như Frame – relay, ATM (Frame – relay và ATMđược xem như các kỹ thuật VPN layer 2),… tự xây dựng VPN qua mạng Internet bằng kỹthuật IPSec – VPN,….

Ngày nay, MPLS – VPN nổi lên như một giải pháp vượt trội nhờ tính linh động trong việcthiết lập các VPN, tính tối ưu của lộ trình đường đi dữ liệu khách hàng qua core của ISP,có thể dễ dàng cung cấp hệ thống VPN phức tạp tới khách hàng, đáp ứng được các yêu cầuđa dạng của khách hàng trong việc đấu nối giữa các chi nhánh cũng như truy nhập Internet.4.3AToM

AToM – Any Transport over MPLS là một kỹ thuật cho phép các ISP cung cấp các dịch

vụ truyền tải lớp 2 qua hạ tầng MPLS đến các khách hàng Các khách hàng có thể thựchiện đấu nối lên hạ tầng của ISP bằng các đường link layer 2 thông dụng như HDLC, PPP,Ethernet, Frame – relay,…và ISP sẽ thực hiện truyền tải các dữ liệu layer 2 này qua MPLScore của mình Với AToM, khách hàng sẽ không cần phải thay đổi hạ tầng đấu nối và cóthể sử dụng phương thức truyền tải lớp 2 vốn có Các ISP khi cung cấp dịch vụ đến kháchhàng cũng không cần phải xây dựng nhiều hạ tầng truyền tải khác nhau cho các loại hìnhtruyền tải khác nhau của khách hàng mà chỉ cần một hạ tầng duy nhất là hạ tầng MPLS.Điều này có thể có được là nhờ tính chất đa giao thức của kỹ thuật chuyển mạch nhãn.

Ý tưởng chính của AToM là sử dụng hai nhãn trong việc truyền tải dữ liệu layer 2.Nhãn đầu tiên của chồng nhãn dùng để xác định PE nào ở đầu kia sẽ được dùng để đưa dữliệu layer 2 đi ra (egress PE) Nhãn thứ hai dùng để xác định khi dữ liệu layer 2 đi ra khỏi

egress PE, nó sẽ đi ra theo link layer 2 nào, vì một PE có thể tập trung trên nó nhiều link

layer 2 khác nhau (thường được gọi là các Attachment Circuit) Hai router PE ở hai đầu sẽ

phải dùng hai session LDP khác nhau để trao đổi các nhãn cho một đường truyền tải layer2 của khách hàng.

Chương II : Công nghệ MPLS1.Công nghệ MPLS

-FEC (Forwarding Equivalence Class) là một nhóm các gói tin ở lớp mạng được dán nhãn giống nhau và gửi đi đồng nhất theo một đường đi xác định.

-LSR (Label Switching Router) là bộ định tuyến có hỗ trợ MPLS, bao gồm các giao thức điều khiển MPLS, các giao thức định tuyến lớp mạng và cách thức xử lý nhãn MPLS.-LER(Label Edge Router) là các LSR ở biên mạng MPLS trong MPLS domain, gồm có LER vào (Ingress LER) và LER ra (Egress LER).

-LSP (Label Switching Path) là đường đi xuất phát từ một LSR và kết thúc tại một LSR khác Tất cả các gói tin có cùng giá trị nhãn sẽ đi trên cùng một LSP.

-MPLS domain là tập các nút mạng MPLS

-LIB (Label Information Base)-Cơ sở thông tin nhãn:

+Bảng này được gọi là cơ sở thông tin nhãn LIB (Label Information Base) mà bao gồm sự ràng buộc của FEC đến nhãn

- Bảng tra FIB (Forwarding information based)-Cơ sở thông tin chuyển tiếp:

+Sẽ ánh xạ một gói tin IP không nhãn thành gói tin MPLS có nhãn ở router biên và ngược lại.

+Bảng này được hình thành từ bảng routing và các giao thức phân phối nhãn LDP và bảng LFIB.

-Bảng tra LFIB (Label Forwarding Information Based)-Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn:+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.

Hai bảng tra FIB và LFIB có giá trị như bảng routing table trong mạng IP, nhưng trong mạng IP thì bảng routing table có số entry rất lớn khoảng vài ngàn, còn với FIB và LFIB sốnhãn mà nó nắm giữa rất ít khoảng vài chục là tối đa

2.Bảng tra FIB và LFIB

3.Kiến trúc MPLS

Nhãn :

-Một nhãn, trong dạng đơn giản nhất của nó, chỉ ra một con đường mà một packet sẽ đi.-Khi Router nhận gói, nó sẽ kiểm tra nhãn để quyết định router tiếp theo để forward nhãn.

-Sự chỉ định nhãn cho một FEC dựa vào các yếu tố: đích đến của packet, chất lượng dịch vụ, kỹ thuật lưu lượng, multicast, VPN.

-Nhãn được sử dụng trong tiến trình gửi gói tin sau khi đã thiết lập đường đi MPLS tập trung vào quá trình hoán đổi nhãn (Label Swapping).

-Một trong những thế mạnh của kiến trúc MPLS là tự định nghiã các chồng nhãn(label stack) Công thức để dán nhãn gói tin là: +Network Layer Packet + MPLS Label Stack+Label stack = 220 = 1048576 label

+Label Spaces : chia làm 2 loại

+Per-Platform Label Space: các interface dùng chung giá trị nhãn.+Per-Interface Label Space: mỗi interface mang giá trị nhãn riêng.

4.Hoạt động của LSR & LER

Ý tưởng chính của MPLS là sử dụng nhãn để quyết định chặn kế tiếp, nên router làm việc ít hơn và hoạt động gần giống như switch Vì các nhãn thể hiện các tuyến đường trong mạng nên ta có thể điều khiển chính xác quá trình xử lý lưu lượng bằng cách dùng các chính sách gán nhãn.

-Ở chặng router đầu tiên, router chuyển gói tin dựa vào địa chỉ đích, xác định nhãn thích hợp tùy vào FEC để gán nhãn cho gói & chuyển gói đi tiếp.

-Ở chặng kế tiếp, LSR dùng giá trị nhãn để xác định nút tiếp theo cần chuyển gói, gán nhãnmới rồi chuyển gói đi tiếp.

-Có hai phương pháp gán nhãn là:

+Phương pháp độc lập: các LSR sử dụng các giao thức định tuyến thông thường như OSPF, BGP… để lấy thông tin trong bảng định tuyến IP Sau đó chúng sẽ thõa thuận với nhau về nhãn cho các FEC và tự ghi nhận vào trong LIB.

+Phương pháp dựa theo yêu cầu: sử dụng các giao thức điều khiển lưu lượng theo yêu cầu như RSVP, các LSR sẽ yêu cầu cấp nhãn cho một FEC từ LSR sau nó và ghi nhận vào trong LIB.

-Tương ứng có hai loại đường chuyển mạch nhãn(label switch path) là:

+Hop by hop signaled LSP - xác định đường đi khả thi nhất (best-effort path), mỗi LSR chọn lựa router tiếp theo một cách độc lập đối với một FEC được cho.

+Explicit route signaled LSP(ER-LSP) - xác định các tuyến đường đi bắt nguồn từ nút gốc,LER ngõ vào sẽ chỉ định một danh sách các node mà packet đi qua.

ER-LSP có các ưu điểm sau: khả năng định tuyến linh hoạt, xác định nhiều đường đi đến đích, quản lý lưu lượng linh hoạt, việc tìm đường dựa trên quan hệ ràng buộc như mạng

5.Các bước vận hành của MPLS

Tạo và phân phối nhãn-Tạo bảng LIB tại mỗi router

-Tạo các đường chuyển mạch nhãn LSP

-Chèn nhãn, phân tích nhãn, swapping nhãn và chuyển gói đi

6.Routing với nhãn

Giả sử ta có một mạng đơn giản như sau trong đó Router A là Ingress router (router biên ngõ vào), Router C là Egress router (router biên ngõ ra).

-Phương thức gán và phân tán nhãn gồm những bước như sau:

+Step 1: Giao thức định tuyến (OSPF hay IS IS …) xây dựng bảng routing table.

Đầu tiên các router sẽ dùng các giải thuật định tuyến như OSPF hay IS IS… để tìm đường đi cho gói tin giống như mạng IP thông thường và xây dựng nên bảng routing- table cho mỗi router trong mạng Giả sử, ở đây router A muốn đến mạng X thì phải qua router B, B chính là Next-hop của router A để đến mạng X.

+Step 2: Các LSR lần lượt gán 1 nhãn cho một dest-IP trong bảng routing Table một cách độc lập.

Sau khi bảng routing table đã hình thành, các router sẽ gán nhãn cho các đích đến mà có trong bảng routing table của nó, ví dụ ở đây router B sẽ gán nhãn bằng 25 cho mạng X, nghĩa là những nhãn vào có giá trị 25 router B sẽ chuyển nó đến mạng X.

+Step 3: LSR lần lượt phân tán nhãn cho tất cả các router LSR kế cận.

Các router LSR nhận được nhãn được từ router hàng xóm sẽ cập nhập vào bảng LIB, riêng với router biên (Edge LSRs) sẽ cập nhập vào bảng LIB và cả FIB của nó.

-Cũng giống như B, router C sẽ gán nhãn là 47 cho network X và sẽ quảng bá nhãn này cho các router kế cận, C không quảng bá cho router D vì D không chạy MPLS.