Nghiên cứu truyền tải dữ liệu qua mạng IP sử dụng công nghệ MPLS

Đề tài Nghiên cứu truyền tải dữ liệu qua mạng IP sử dụng công nghệ MPLS ra đời với mục đích tìm hiểu rõ hơn các kiến thức về kỹ thuật MPLS cũng như truyền tải dịch vụ như thế nào trong mạng IP, qua đó cung cấp thêm những kiến thức thực tế cần thiết nhất để làm việc.

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan nội dung đồ án này không phải là bản sao chép của bất cứ

đồ án hoặc công trình nghiên cứu nào trước đây

Đà Nẵng, tháng 12 năm 2015

Sinh viên

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 7

LỜI NÓI ĐẦU 9

Chương 1: Giới thiệu về mạng IP và phương pháp ghép kênh theo thời gian 10

1.1 Giới thiệu chương 10

1.2 Khái niệm về mạng IP và mô hình phân lớp TCP/IP 10

1.2.1 Mạng máy tính 10

1.2.2 Mô hình phân lớp OSI và TCP/IP 11

1.2.3 Giao thức mạng IP 14

1.3 Giao thức định tuyến 15

1.3.1 Định nghĩa định tuyến 15

1.3.2 Định tuyến tĩnh 16

1.3.3 Định tuyến động 16

1.4 Định tuyến OSPF 18

1.4.1 Định nghĩa 18

1.4.2 Các bước hoạt động của OSPF 18

1.5 Các loại chuyển mạch 20

1.5.1 Chuyển mạch kênh 20

1.5.2 Kỹ thuật chuyển mạch gói 22

1.6 Kết luận chương 23

Chương 2: Kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 24

2.1 Mở đầu chương 24

2.2.1 Tổng quan về kỹ thuật MPLS 24

2.2.2 Ưu điểm của kỹ thuật MPLS 24

2.2.3 Các ứng dụng MPLS 25

2.3 Kiến trúc MPLS 25

2.3.1 Nhãn MPLS 25

2.3.2 Router chuyển mạch nhãn LSR 27

2.3.3 Đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP 28

2.3.4 Lớp chuyển tiếp tương đương 29

2.3.5 Bảng thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB 30

2.4 Quá trình chuyển tiếp gói tin nhãn 31

2.4.1 Các quá trình xử lý nhãn trong việc chuyển tiếp gói tin 31

2.4.2 So sánh quá trình tra cứu IP trong bảng định tuyến và quá trình tra cứu nhãn trong LFIB 32

2.4.3 Cân bằng tải trong chuyển mạch nhãn 33

2.5 Giao thức phân phối nhãn LDP 34

2.5.1 Tổng quan về giao thức phân phối nhãn LDP 34

2.5.2 Khám phá các LSR khác có sử dụng LDP 35

2.5.3 Thiết lập và duy trì các phiên tương tác LDP 36

2.6 Kết luận chương 37

Chương 3: Cơ chế bảo vệ mạng IP dùng công nghệ MPLS 39

3.1 Giới thiệu chương: 39

3.2 Kỹ thuật Pseudo-wire Emulation 3 (PWE3) 39

3.3 Cơ chế bảo vệ của MPLS TE 40

3.3.1 Sự cần thiết của cơ chế bảo vệ MPLS TE 40

3.3.3 Cơ chế bảo vệ MPLS TE FastReroute 41

3.3.4 Cơ chế bảo vệ Host-Standby 42

3.3.5 Thiết lập các Tunnel 42

3.4 Các tunnel trong mô hình mạng mô phỏng 43

3.4.1 Tunnel từ R8 đến R5 và từ R5 đến R1 43

3.4.2 Tunnel từ R8 đến R6 và từ R6 đến R2 44

3.5.Kết luận chương 45

Chương 4: Mô phỏng truyền dữ liệu qua mạng IP bằng công nghệ MPLS 46

4.1 Giới thiệu chương 46

4.2 Mô hình mạng mô phỏng 46

4.2.1 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng eNSP 46

4.2.2 Cấu hình cơ bản trên thiết bị router 47

4.3 Kết quả mô phỏng 51

4.3.1 Khi hệ thống hoạt động bình thường 51

4.3.2 Khi hệ thống xảy ra sự cố 52

4.4 Kết luận chương 53

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

PHỤ LỤC

DANH MỤC HÌ

Hình 1 1: Một mạng cục bộ điển hình 10

Hình 1 2: Mô hình phân lớp OSI 11

Hình 1 3: Mô hình TCP/IP 13

Hình 1 4: Mối quan hệ giữa OSI và TCP/IP 14

Hình 1 5: Cách xác định lớp địa chỉ IP 15

Hình 1 6: Tổng quan về định tuyến 16

Hình 1 7: Bảng giá trị cost theo từng interface 20

Hình 1 8: Chuyển mạch kênh 21Y Hình 2 1: Cấu trúc nhãn MPLS 25

Hình 2 2: Chồng nhãn 26

Hình 2 3: Đường dẫn chuyển mạch nhãn 28

Hình 2 4: Đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP) 29

Hình 2 5: Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) 30

Hình 2 6: Các quá trình xử lý nhãn 31

Hình 2 7: Quá trình tra cứu trong bảng định tuyến và trong bảng chuyển tiếp 32

Hình 2 8: LDP Hello Message 35

Hình 2 9: Thiết lập phiên LDP 36

Hình 2 10: Duy trì phiên LDP 37Y Hình 3 1: Kỹ thuật PWE3 39

Hình 3 2: Cơ chế bảo vệ Fast Reroute 41

Hình 3 3: Cơ chế bảo vệ MPLS TE Hot-Standby 42

Hình 3 4: Tunnel từ R8 đến R5 và từ R5 đến R1 43 Hình 3 5: Tunnel từ R8 đến R6 và từ R6 đến R2 44Y

Hình 4 1: Giao diện chương trình eNSP 46

Hình 4 2: Mô hình mô phỏng mạng MPLS 47

Hình 4 3: Mô hình hệ thống hoạt động bình thường 51

Hình 4 4: Mô hình hệ thống xảy ra sự cố 52

FIB Forwarding Infomation Base Bảng thông tin chuyển tiếp.LIB Label Infomation Base Bảng thông tin nhãn.

LFIB Label Forwarding Infomation

Base

Bảng thông tin nhãn chuyển tiếp

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phỗi nhãn.RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dự phòng tài nguyên

UDP User Datagram Protocol Giao thức truyền tải UDP

TCP Transmission Contol Protocol Giao thức điều khiển truyền

dẫn

PWE3 Pseudo-wire Emulation 3 Kỹ thuật đường dây ảo 3

RRR Routing with Resource Reservation Định tuyến dự phòng tài nguyên

PDU Protocol Data Unit Đơn vị giao thức dữ liệu

PSN Packet Switching Network Mạng chuyển mạch gói

Trong những năm qua, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa họccông nghệ, các hệ thống mạng IP cũng hình thành và đang dần thay thế các côngnghệ truyền dẫn cũ Một mạng IP đủ lớn có khả năng truyền tải đa dịch vụ trên nóvới tốc độ cao đáp ứng đa nhu cầu người sử dụng Sự ra đời của nhiều kỹ thuật mới

áp dụng trên mạng IP hứa hẹn đem lại nhiều phát triển cho hệ thống này trong thờigian sắp tới

Đề tài "Nghiên cứu truyền tải dữ liệu qua mạng IP sử dụng công nghệ MPLS" ra đời với mục đích tìm hiểu rõ hơn các kiến thức về kỹ thuật MPLS cũng

như truyền tải dịch vụ như thế nào trong mạng IP, qua đó cung cấp thêm những kiếnthức thực tế cần thiết nhất để làm việc

Để thực hiện nghiên cứu đề tài trên, đồ án được chia thành bốn chương:

- Chương 1: Giới thiệu về mạng IP và các loại chuyển mạch

- Chương 2: Kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

- Chương 3: Cơ chế bảo vệ mạng IP dùng công nghệ MPLS

- Chương 4: Mô phỏng truyền dữ liệu qua mạng IP bằng công nghệ MPLS

Để hoàn thành được đồ án này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầyNgô Minh Trí vì sự hướng dẫn tận tình, chu đáo của thầy Trong suốt quá trình thựchiện đồ án, thầy đã hướng dẫn tận tình, cung cấp tài liệu, định hướng nghiên cứu,đồng thời động viên và giải đáp nhiều thắc mắc, giúp em có thêm động lực để hoànthành đồ án này

Trong thời gian thực hiện, mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng đồ án của emcũng không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong các thầy cô tận tình chỉ bảo vàgóp ý kiến để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ MẠNG IP VÀ CÁC LOẠI CHUYỂN MẠCH 1.1 Giới thiệu chương.

Chương này sẽ trình bày các nội dung sau:

 Khái niệm về mạng máy tính

1.2.2 Mô hình phân lớp OSI và TCP/IP.

1.2.2.1.Mô hình phân lớp OSI.

Hình 1.2 Mô hình phân lớp OSI

OSI được chia thành 7 lớp, mỗi lớp sẽ chịu trách nhiệm riêng biệt trong hệthống mạng Nhiệm vụ của các lớp trong mô hình OSI có thể được tóm tắt như sau:

 Tầng ứng dụng (Application layer – lớp 7): tầng ứng dụng quy định giaodiện giữa người sử dụng và môi trường OSI, nó cung cấp các phương tiện chongười sử dụng truy cập và sử dụng các dịch vụ của mô hình OSI Điều khác biệt ởtầng này là nó không cung cấp dịch vụ cho bất kỳ một tầng OSI nào khác ngoại trừtầng ứng dụng bên ngoài mô hình OSI đang hoạt động Các ứng dụng được cungcấp như các chương trình xử lý kí tự, bảng biểu, thư tín … và lớp 7 đưa ra các giaothức HTTP, FTP, SMTP, POP3, Telnet

 Tầng trình bày (Presentation layer – lớp 6): tầng trình bày chuyển đổi cácthông tin từ cú pháp người sử dụng sang cú pháp để truyền dữ liệu, ngoài ra nó cóthể nén dữ liệu truyền và mã hóa chúng trước khi truyền để bảo mật Nói đơn giảnthì tầng này sẽ định dạng dữ liệu từ lớp 7 đưa xuống rồi gửi đi, đảm bảo sao cho bên

thu có thể đọc được dữ liệu của bên phát Các chuẩn định dạng dữ liệu của lớp 6 làGIF, JPEG, PICT, MP3, MPEG …

 Tầng giao dịch (Session layer – lớp 5): thực hiện thiết lập, duy trì và kết thúccác phiên làm việc giữa hai hệ thống Tầng giao dịch quy định một giao diện ứngdụng cho tầng vận chuyển sử dụng Nó xác lập ánh xạ giữa các tên đặt địa chỉ, tạo

ra các tiếp xúc ban đầu giữa các máy tính khác nhau trên cơ sở các giao dịch truyềnthông Nó đặt tên nhất quán cho mọi thành phần muốn đối thoại riêng với nhau Cácgiao thức trong lớp 5 sử dụng là NFS, X- Window System, ASP

 Tầng vận chuyển (Transport layer – lớp 4): tầng vận chuyển xác định địa chỉtrên mạng, cách thức chuyển giao gói tin trên cơ sở trực tiếp giữa hai đầu mút, đảmbảo truyền dữ liệu tin cậy giữa hai đầu cuối (end-to-end) Để bảo đảm được việctruyền ổn định trên mạng tầng vận chuyển thường đánh số các gói tin và đảm bảochúng chuyển theo thứ tự Bên cạnh đó lớp 4 có thể thực hiện chức năng điều khiểnluồng và điều khiển lỗi Các giao thức phổ biến tại đây là TCP, UDP, SPX

 Tầng mạng (Network layer – lớp 3): tầng mạng có nhiệm vụ xác định việcchuyển hướng, vạch đường các gói tin trong mạng (chức năng định tuyến), các góitin này có thể phải đi qua nhiều chặng trước khi đến được đích cuối cùng Lớp 3 làlớp có liên quan đến các địa chỉ logic trong mạng Các giao thức hay sử dụng ở đây

là IP, RIP, IPX, OSPF, AppleTalk

 Tầng liên kết dữ liệu (Data link layer – lớp 2): tầng liên kết dữ liệu có nhiệm

vụ xác định cơ chế truy nhập thông tin trên mạng, các dạng thức chung trong cácgói tin, đóng gói và phân phát các gói tin Lớp 2 có liên quan đến địa chỉ vật lý củacác thiết bị mạng, topo mạng, truy nhập mạng, các cơ chế sửa lỗi và điều khiểnluồng

 Tầng vật lý (Phisical layer – lớp 1): tầng vật lý cung cấp phương thức truycập vào đường truyền vật lý để truyền các dòng Bit không cấu trúc, ngoài ra nócung cấp các chuẩn về điện, dây cáp, đấu nối, kỹ thuật nối mạch điện, điện áp, tốc

độ cáp truyền dẫn, giao diện nối kết và các mức nối kết

1.2.2.2 Mô hình TCP/IP

Hình 1.3: Mô hình TCP/IP

TCP/IP được chia thành 4 lớp, mỗi lớp thực hiện chức năng riêng biệt:

 Lớp ứng dụng (Application layer – lớp 4): Cung cấp các ứng dụng để giảiquyết sự cố mạng, vận chuyển file, điều khiển từ xa, và các hoạt động Internet.Đồng thời hỗ trợ giao diện Lập trình Ứng dụng (API) mạng, cho phép các chươngtrình được thiết kế cho một hệ điều hành nào đó có thể truy cập mạng

 Lớp vận chuyển (Transport layer – lớp 3): Giúp kiểm soát luồng dữ liệu,kiểm tra lỗi và xác nhận các dịch vụ cho liên mạng Đóng vai trò giao diện cho cácứng dụng mạng

 Lớp Internet ( Internet layer – lớp 2): Cung cấp địa chỉ logic, độc lập vớiphần cứng, để dữ liệu có thể lướt qua các tiểu mạng có cấu trúc vật lý khác nhau.Cung cấp chức năng định tuyến để giao lưu lượng giao thông và hỗ trợ việc vậnchuyển liên mạng Thuật ngữ liên mạng được dùng để đề cập đến các mạng rộnglớn hơn, kết nối từ nhiều LAN Tạo sự gắn kết giữa địa chỉ vật lý và địa chỉ logic

 Lớp truy cập mạng(Link layer – lớp 1): Cung cấp giao diện tương tác vớimạng vật lý Format dữ liệu cho bộ phận truyền tải trung gian và tạo địa chỉ dữ liệucho các tiểu mạng dựa trên địa chỉ phần cứng vật lý Cung cấp việc kiểm tra lỗitrong quá trình truyền dữ liệu.

1.2.2.3 Mối quan hệ giữa mô hình OSI và TCP/IP.

Hinh 1.4: Mối quan hệ giữa OSI và TCP/IP

1.2.3 Giao thức mạng IP.

Mỗi máy tính khi kết nối vào Internet đều có một địa chỉ duy nhất, đó chính

là địa chỉ IP Địa chỉ này dùng để phân biệt máy tính đó với các máy tính khác trênmạng Internet Vậy địa chỉ IP là gì : địa chỉ IP là một số nguyên 32 bit được chiathành 4 byte ngăn cách bởi dấu chấm, mỗi byte có giá trị từ 0 đến 255 Mỗi địa chỉ

IP gồm hai phần là địa chỉ mạng (Network) và địa chỉ máy (Host)

Toàn bộ địa chỉ IP được chi thành sáu lớp khác nhau : A, B, C, D, E vàloopback Mỗi lớp sẽ có cách xác định địa chỉ Network và địa địa chỉ Host khácnhau Chỉ có lớp A, B, C được sử dụng, lớp D được dành cho phát các thông tin, lớp

E được dành riêng cho việc nghiên cứu, lớp loopback được dùng riêng để kiểm travòng lặp quy hồi (loopback) và truyền thông liên quy trình trên máy tính cục bộ,đây không phải là địa chỉ mạng hợp lệ

Xác định địa chỉ Network và địa chỉ host của lớp A, B, C:

 Bảng định tuyến (routing table) : bảng định tuyến, chứa thông tin định tuyến

mà router học được (địa chỉ mạng - đường đi qua cổng/IP nào)

 Giao thức định tuyến (routing procols) : các giao thức tự động tìm đường đidựa trên các thuật toán nào đó, được sử dụng trong định tuyến động

Hình1.6 : Tổng quan về định tuyến

1.3.2 Định tuyến tĩnh

Định tuyến tĩnh (static route): hình thức định tuyến mà người quản trị phảicấu hình đường đi cho router để nó biết đường đi đến một mạng khác

 Không có khả năng tự động cập nhật đường đi

 Phải cấu hình thủ công khi mạng có sự thay đổi

 Sử dụng ít bandwidth hơn định tuyến động

 Không tiêu tốn tài nguyên để tính toán và phân tích gói tin định tuyến.

1.3.3 Định tuyến động.

Định tuyến động: là phương thức định tuyến mạng, sử dụng thuật toán địnhtuyến tự động trao đổi thông tin định tuyến với các Router khác và xác định tuyếntốt nhất đến mỗi mạng dựa vào bảng định tuyến

So với định tuyến tĩnh, định tuyến động tốn ít thời gian cấu hình cho ngườiquản trị Tuy nhiên, định tuyến động tốn kém tài nguyên CPU, tài nguyên băngthông mạng

Một thuật toán định tuyến là một tập các xử lý, thuật toán và các thông điệpđược sử dụng để trao đổi thông tin định tuyến và xác định tuyến tốt nhất đưa vàobảng định tuyến Mục đính của giao thức định tuyến gồm:

2 Thuật toán định tuyến

3 Thông điệp định tuyến

So sánh giữa định tuyến động và định tuyến tĩnh:

Định tuyến động Định tuyến tĩnh

Độ phức tạp cấu

hình

độc lập với kích thước mạng tăng khi kích thước mạng tăng

Yêu cầu hiểu biết

của người quản trị

Yêu cầu hiểu biết về địnhtuyến động của người quản trị

không yêu cầu hiểu biết vềđịnh tuyến động của ngườiquản trị

Thay đổi hình

trạng mạng

Tự động thích ứng khi thayđổi hình trạng mạng

yêu cầu sự can thiệp của ngườiquản trị

Khả năng mở

rộng

Phù hợp với mạng từ đơngiản đến phức tạp

phù hợp với mạng đơn giản

Tuyến đến đích luôn cố định

1.4 Định tuyến OSPF

1.4.1 Định nghĩa.

OSPF là một giao thức link – state điển hình Mỗi router khi chạy giao thức

sẽ gửi các trạng thái đường link của nó cho tất cả các router trong vùng (area) Saumột thời gian trao đổi, các router sẽ đồng nhất được bảng cơ sở dữ liệu trạng tháiđường link (Link State Database – LSDB) với nhau, mỗi router đều có được “bản

đồ mạng” của cả vùng Từ đó mỗi router sẽ chạy giải thuật Dijkstra tính toán ra mộtcây đường đi ngắn nhất (Shortest Path Tree) và dựa vào cây này để xây dựng nênbảng định tuyến

 OSPF có AD = 110

 Metric của OSPF còn gọi là cost, được tính theo bandwidth trên cổng chạy

OSPF

 OSPF chạy trực tiếp trên nền IP, có protocol – id là 89

 OSPF là một giao thức chuẩn quốc tế, được định nghĩa trong RFC – 2328

1.4.2 Các bước hoạt động của OSPF.

B1: Bầu chọn Router – id.

Đầu tiên, khi một router chạy OSPF, nó phải chỉ ra một giá trị dùng để địnhdanh duy nhất cho nó trong cộng đồng các router chạy OSPF Giá trị này được gọi

làRouter-id Router–id trên router chạy OSPF có định dạng của một địa chỉ IP Mặc

định, tiến trình OSPF trên mỗi router sẽ tự động bầu chọn giá trị router – id là địachỉ IP cao nhất trong các interface đang active, ưu tiên cổng loopback

B2: Thiết lập quan hệ láng giềng (neighbor).

Bước tiếp theo, sau khi đã chọn xong router – id, router chạy OSPF sẽ gửi ratất cả các cổng chạy OSPF một loại gói tin được gọi là gói tin hello Gói tin nàyđược gửi đến địa chỉ multicast dành riêng cho OSPF là 224.0.0.5, đến tất cả cácrouter chạy OSPF khác trên cùng phân đoạn mạng Mục đích của gói tin hello làgiúp cho router tìm kiếm láng giềng, thiết lập và duy trì mối quan hệ này Gói tinhello được gửi theo định kỳ mặc định 10s/lần Có nhiều thông tin được hai routerkết nối trực tiếp trao đổi với nhau qua gói tin hello Trong các loại thông tin đượctrao đổi, có năm loại thông tin sau bắt buộc phải match với nhau trên hai router đểchúng có thể thiết lập được quan hệ láng giềng với nhau:

1 Area – id

2 Hello timer và Dead timer

3 Hai địa chỉ IP đấu nối phải cùng subnet (một vài trường hợp còn yêu cầucùng cả subnet – mask)

4 Thỏa mãn các điều kiện xác thực

lại được chứa trong các gói tin cụ thể gọi là LSU – Link State Update mà các routerthực sự trao đổi với nhau Lưu ý: LSA không phải là một loại gói tin mà chỉ làmộtbản tin LSU mới thực sự là gói tin và nó chứa đựng các bản tin này.

B4: Tính toán xây dựng bảng định tuyến

Metric trong OSPF được gọi là cost, được xác định dựa vào bandwidth định danhcủa đường truyền theo công thức như sau:

Metric = cost = 10^8/Bandwidth (đơn vị bps)

Hình 1.7: Bảng giá trị cost theo từng interface

OSPF sẽ chọn đường đi dựa vào giá trị cost, giá trị cost nhỏ nhất thì đường đi

thông tin cố định từ nguồn đến đích Kế đến, thông tin sẽ được chuyển trong kênhdẫn Sau khi hoàn tất, hay khi có lệnh hủy bỏ thì đường nối này sẽ bị cắt.

Hình 1.8: Chuyển mạch kênh

1.5.1.2.Phương thức hoạt động của chuyển mạch kênh.

Mạng chuyển mạch có thể bao gồm nhiều nút (hay trạm nối dây) Mỗi nút vàmỗi đầu cuối đều được địa chỉ hoá Nguồn gửi thông tin sẽ yêu cầu nối mạng tớimột địa chỉ đích

Các nút mạng sẽ tự động tìm ra các nút trung gian để nối thành một mạchdẫn từ nguồn tới đích một cách liên tục theo thuật toán đã định sẵn (quá trình này sẽlâu hơn nếu hai máy nguồn và máy đích cách nhau qua nhiều nút trung gian hơn).Trường hợp một trong các nút trung gian không thể hoàn tất việc nối mạch thì tínhiệu bận (busy) có thể được chuyển về từ nút đó

Nếu máy đích chấp thuận, và việc nối mạch với máy đích hoàn tất thì tín hiệu thôngmạch (hay tính hiệu chấp thuận) sẽ được trả về Ngược lại tín hiệu hết thời lượng(timeout) sẽ được gửi về máy chủ

Máy chủ bắt đầu trao đổi thông tin hay huỷ bỏ việc trao đổi Các nút mạng cũng sẽ

tự huỷ bỏ đường nối, giải phóng các nút cho các yêu cầu nối-chuyển khác

1.5.1.3.Đặc điểm của chuyển mạch kênh.

 Các user làm chủ quá trình trao đổi

Truy nhập dữ liệu thời gian thực Ví dụ như dịch vụ thoại

 Độ tin cậy cao: một khi đường nối đã hoàn tất thì sự thất thoát tín hiệu gầnnhư không đáng kể.

 Băng thông cố định Đối với kiểu nối này thì vận tốc chuyển thông tin là mộthằng số và chỉ phụ thuộc vào đặc tính vật lý cũng như các thông số cài đặt của cácthiết bị

 Tuy nhiên, các vận chuyển này sẽ lấy nhiều tài nguyên( hiệu suất thấp ) vàchúng được cấp cho một đường nối dây cho tới khi xong hay có lệnh huỷ Nói cáchkhác, các đường nối dữ liệu nếu trong thời gian mở đường nối mà gặp phải các nútđều đang bận dùng cho đường nối truớc đó thì buộc phải đợi cho tới khi các nút nàyđược giải phóng

1.5.2 Kỹ thuật chuyển mạch gói.

1.5.2.1.Phương thức hoạt động của chuyển mạch gói.

Trong chuyển mạch gói mỗi bản tin được chia thành các gói tin (packet), cókhuôn dạng được quy định trước Trong mỗi gói cũng có chứa thông tin điều khiển:địa chỉ trạm nguồn, địa chỉ trạm đích và số thứ tự của gói tin,… Các thông tin điềukhiển được tối thiểu, chứa các thông tin mà mạng yêu cầu để có thể định tuyến đượccho các gói tin qua mạng và đưa nó tới đích Tại mỗi node trên tuyến gói tin đượcnhận, nhớ và sau đó thì chuyển tiếp cho tới trạm đích Vì kỹ thuật chuyển mạch góitrong quá trình truyền tin có thể được định tuyến động để truyền tin Điều khó khănnhất đối với chuyển mạch gói là việc tập hợp các gói tin để tạo bản tin, đặc biệt làkhi mà các gói tin được truyền theo nhiều con đường khác nhau tới trạm đích.Chính vì lý do trên mà các gói tin cần phải được đánh dấu số thứ tự, điều này có tácdụng, chống lặp, sửa sai và có thể truyền lại khi hiện tượng mất gói xảy ra

1.5.1.2.Đặc điểm của chuyển mạch gói:

Các ưu điểm của chuyển mạch gói:

 Mềm dẻo và hiệu suất truyền tin cao: Hiệu suất sử dụng đường truyền rất cao

vì trong chuyển mạch gói không có khái niệm kênh cố định và dành riêng, mỗi

đường truyền giữa các node có thể được các trạm cùng chia sẻ cho để truyền tin, cácgói tin sắp hàng và truyền theo tốc độ rất nhanh trên đường truyền.

 Khả năng truyền ưu tiên: Chuyển mạch gói còn có thể sắp thứ tự cho các gói

để có thể truyền đi theo mức độ ưu tiên Trong chuyển mạch gói số cuộc gọi bị từchối ít hơn nhưng phải chấp nhận một nhược điểm vi thời gian trễ sẽ tăng lên

 Khả năng cung cấp nhiều dịch vụ thoại và phi thoại

 Thích nghi tốt nếu như có lỗi xảy ra: Đặc tính này có được là nhờ khả năngđịnh tuyến động của mạng

Nhược điểm của chuyển mạch gói:

 Trễ đường truyền lớn: Do đi qua mỗi trạm, dữ liệu được lưu trữ, xử lý trướckhi được truyền đi

 Độ tin cậy của mạng gói không cao, dễ xảy ra tắc nghẽn, lỗi mất bản tin

 Tính đa đường có thể gây ra lặp bản tin, làm tăng lưu lượng mạng không cần

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS 2.1 Mở đầu chương

Chương này sẽ trình bày các nội dung sau:

 Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức

 Kiến trúc chuyển mạch nhãn đa giao thức

 Quá trình chuyển tiếp gói tin nhãn

 Giao thức phân phối nhãn LDP

2.2 Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS).

Các kỹ thuật đi trước như Frame-relay và ATM đã sử dụng kĩ thuật này đểchuyển tiếp gói tin trong mạng Tuy nhiên, kỹ thuật MPLS xây dựng một cách tối

ưu hơn Hỗ trợ được nhiều ứng dụng hơn và đặc biệt là khả năng điều khiển luồng.Cung cấp cho người quản trị nhiều giải pháp quản trị mạng tối ưu hơn

2.2.2 Ưu điểm của kỹ thuật MPLS.

MPLS ra đời mang lại rất nhiều thuận lợi cho quá trình truyền thông trongInternet Một số lợi ích của nó có thể được liệt kê ra sau đây:

 Sử dụng cơ sở hạ tầng mạng đồng nhất

 Mang lại mô hình mạng riêng ảo ngang hàng MPLS VPN

 Tối ưu hóa điều khiển lưu lượng

 Kĩ thuật lưu lượng và chất lượng dịch vụ

Với khả năng hỗ trợ nhiều giao thức cũng như những ích lợi thực tế mà nó mang lại,MPLS hiện đang trở thành kĩ thuật quan trọng nhất trong mạng.

2.2.3 Các ứng dụng MPLS.

Phiên bản đầu tiên của chuyển mạch nhãn đã có mặt kĩ thuật lưu lượng tuynhiên dưới một tên khác RRR Kĩ thuật lưu lượng đầu tiên được Cisco sử dụng là kĩthuật khai báo tĩnh Điều này có nghĩa là chúng ta phải tự mình thực hiện cấu hình

để thay đổi đường đi của luồng lưu lượng Kĩ thuật lưu lượng sau này hoạt độnglinh động hơn nhờ vào các giao thức định tuyến trạng thái liên kết

Cho đến khi các phiên bản MPLS sau này ra đời, các kỹ thuật như MPLSVPN, AToM đã dần dần được chuẩn hóa và được đưa vào sử dụng rộng rãi trongthực tế

Ý nghĩa các trường trong nhãn như sau:

Label (20bit): trường giá trị nhãn, có giá trị từ 0 – (220-1) = 1,048,575; 16 bit đầutiên có mang ý nghĩa đặc biệt

EXP (3bit): Trường chất lượng dịch vụ.

BoS (1bit): Trường qui định vị trí nhãn trong ngăn xếp nhãn (label stack).

 BoS = 0: đây là nhãn cuối cùng trong ngăn xếp nhãn.

 BoS =1: nhãn này chưa phải là nhãn cuối cùng

Ngăn xếp nhãn: tập hợp các nhãn được sắp xếp theo thứ tự trong phần đầucủa gói tin Số lượng nhãn trong ngăn xếp là không giới hạn mặc dù ít khi tathấy nó có chứa nhiều hơn bốn nhãn

TTL(8bit): mang ý nghĩa giống trường TTL trong gói tin IP Trường này qui định

thời gian sống của gói tin trong mạng Khi đi qua một hop giá trị của nó giảm đi 1

và gói tin sẽ tự hủy nếu trường này có giá trị là 0

2.3.1.2.Chồng Nhãn.

Hình 2 2: Chồng nhãn

Những router hỗ trợ MPLS có thể có nhiều nhãn trong cùng một header góitin để thực hiện định tuyến gói tin qua mạng MPLS đến đích Điều này được thựchiện bằng cách sắp xếp các nhãn vào trong ngăn xếp Nhãn nằm ở vị trí đầu tiên từbên trái qua của gói tin gọi là nhãn đỉnh, nhãn nằm ở vị trí cuối cùng gọi là nhãnđáy Thứ tự xử lý nhãn trong gói tin được thực hiện tuần tự từ nhãn đỉnh sang nhãnđáy.Một số ứng dụng MPLS (MPLS VPN, AToM) thực sự cần nhiều hơn 1 nhãntrong ngăn xếp để thực hiện định tuyến gói tin đến đích

2.3.1.3.Một số loại nhãn ngõ ra đặc biệt.

Untagged: gói MPLS đến được chuyển thành gói IP và chuyển đến đíchImplicit-null: nhãn này được gán khi nhãn trên cùng của gói MPLS đến được

gỡ bỏ và gói được chuyển đến router kế tiếp

Explicit-null: được sử dụng khi ta muốn bảo toàn giá trị EXP của nhãn trêncùng trong gói đến Nhãn trên cùng được hoán đổi với nhãn có giá trị 0 và chuyểnđến router kế tiếp

Aggregate: nhãn này khiến gói MPLS chuyển thành gói IP bằng cách bỏ tất

cả các nhãn trong gói và LSR sẽ tìm thông tin trong bảng FIB để chuyển gói thôngtin đến đích

2.3.2 Router chuyển mạch nhãn LSR.

Một router chuyển mạch nhãn là router có khả năng hỗ trợ hoạt động MPLS

Nó có khả năng đọc hiểu nhãn và thực hiện chuyển tiếp dựa trên giá trị nhãn tronggói tin Ba loại LSR router trong mạng MPLS được mô tả như sau:

 LSR đầu vào iLSR: Đây là router nằm tại vị trí biên đầu vào mạng MPLS, nónhận một gói tin IP (chưa gắn nhãn) rồi thực hiện gắn nhãn vào gói tin và chuyểntiếp trên lớp liên kết dữ liệu

 LSR đầu ra eLSR: Router nằm ở vị trí biên đầu ra mạng MPLS, nó thực hiệntháo nhãn ra khỏi gói tin và thực hiện chuyển mạch IP gói tin đến đích Các routerLSR đầu vào và đầu ra là các router biên

 LSR trung gian: Các router nằm trung gian trong hệ thống mạng MPLS Nónhận gói tin từ các LSR đầu vào hoặc LSR trung gian khác, xử lý gói tin và thựchiện chuyển tiếp đến các LSR tiếp theo

Một LSR hoạt động trong mạng MPLS thông thường thực hiện 3 quá trình:

gỡ nhãn (pop), thêm nhãn (push) và thay nhãn (swap)

Một router LSR phải có khả năng gỡ một hay nhiều nhãn ra khỏi label stack

gói tin trước khi thực hiện chuyển mạch hoặc cũng có thể thêm vào một hay nhiềunhãn vào gói tin vừa nhận được Nếu LSR nhận được một gói tin đã có nhãn nó cóthể thêm nhãn vào ngăn xếp rồi thực hiện chuyển mạch Nếu LSR nhận được gói tinchưa có nhãn nó phải tạo ra một ngăn xếp nhãn trong gói tin rồi thêm nhãn vào đó.

Mộ LSR còn phải có khả năng thay thế nhãn Có nghĩa là khi nó nhận được một góitin nhãn nó phải thay thế giá trị nhãn đỉnh trong gói tin bằng một nhãn mới vàchuyển mạch gói tin đến interface đầu ra

Thông thường việc thêm nhãn vào gói tin được thực hiện tại iLSR và việc gỡ

bỏ nhãn được thực hiện tại eLSR

Trong trường hợp thực hiện mạng riêng ảo MPLS VPN, các LSR đầu vào vàđầu ra gọi là các router biên cung cấp dịch vụ PE Các LSR trung gian gọi là cácrouter cung cấp dịch vụ P Thuật ngữ router P, PE rất phổ biến trong ứng dụngmạng riêng ảo MPLS VPN

2.3.3 Đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP.

Hình 2 3: Đường dẫn chuyển mạch nhãn.

Đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP là một đường đi có hướng qua một mạnghay một phần mạng MPLS, dùng để chuyển tiếp các gói tin MPLS LSP có thể đượccoi là tuần tự các LSR mà gói tin đi qua trong mạng MPLS mà ở đó iLSR là routerđầu tiên, eLSR là router cuối cùng của đường đi LSP, các LSR ở giữa là các routertrung gian

LSR bắt đầu một đường dẫn LSP nào đó không nhất thiết phải là router gắnnhãn cho gói tin Gói tin có thể được gắn nhãn trước đó rồi chuyển đến LSR bắt đầuđường dẫn LSP để thực hiện chuyển tiếp qua mạng MPLS Ví dụ tiêu biểu trongtrường hợp này là các LSP lồng ghép vào nhau.

2.3.4 Lớp chuyển tiếp tương đương.

FEC là một nhóm hay một luồng dữ liệu được thực hiện chuyển tiếp trêncùng một đường đi và được đối xử như nhau trong phương thức thực hiện chuyểntiếp Tất cả các gói tin thuộc cùng một lớp chuyển tiếp tương đương FEC thì cócùng một nhãn Tuy nhiên, không phải tất cả các gói có cùng một nhãn thì cùng mộtlớp chuyển tiếp tương đương vì trường EXP trong nhãn có thể khác nhau nênphương thức thực hiện định tuyến cũng khác nhau ILSR là router thực hiện phânluồng dữ liệu thành các lớp chuyển tiếp tương đương Sau đây là một số ví dụ vềlớp chuyển tiếp tương đương FEC:

 Những gói tin có địa chỉ IP đích giống nhau ở phần mạng