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

Trong những năm qua, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, các hệ thống mạng IP cũng hình thành và đang dần thay thế các công nghệ truyền dẫn cũ. Một mạng IP đủ lớn có khả năng truyền tải đa dịch vụ trên nó với 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 thời gian 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 kiến thức thực tế cần thiết nhất để làm việc.

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 6

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 8

LỜI NÓI ĐẦU 10

Chương 1: Giới thiệu về mạng IP và phương pháp ghép kênh theo thời gian 11

1.1 Giới thiệu chương 11

1.2 Khái niệm về mạng IP và mô hình phân lớp TCP/IP 11

1.2.1 Mạng máy tính 11

1.2.2 Mô hình phân lớp OSI và TCP/IP 12

1.2.3 Giao thức mạng IP 15

1.3 Giao thức định tuyến 17

1.3.1 Định nghĩa định tuyến 17

1.3.2 Định tuyến tĩnh 17

1.3.3 Định tuyến động 18

1.4 Định tuyến OSPF 19

1.4.1 Định nghĩa 19

1.4.2 Các bước hoạt động của OSPF 20

1.5 Các loại chuyển mạch 22

1.5.1 Chuyển mạch kênh 22

1.5.2 Kỹ thuật chuyển mạch gói 23

1.6 Kết luận chương 27

Chương 2: Kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 28

2.1 Mở đầu chương 28

2.2 Tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) 28

2.2.1 Tổng quan về kỹ thuật MPLS 28

2.2.2 Ưu điểm của kỹ thuật MPLS 28

2.2.3 Các ứng dụng MPLS 29

2.3 Kiến trúc MPLS 29

2.3.1 Nhãn MPLS 29

2.3.2 Router chuyển mạch nhãn LSR 31

2.3.3 Đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP 32

2.3.4 Lớp chuyển tiếp tương đương 33

2.3.5 Bảng thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB 34

2.4 Quá trình chuyển tiếp gói tin nhãn 35

2.4.1 Các quá trình xử lý nhãn trong việc chuyển tiếp gói tin 35

2.4.2 So sánh quá trình tra cứu IP trong bảng định tuyến và quá trình tra cứu nhãn trong LFIB 36

2.4.3 Cân bằng tải trong chuyển mạch nhãn 38

2.5 Giao thức phân phối nhãn LDP 38

2.5.1 Tổng quan về giao thức phân phối nhãn LDP 38

2.5.2 Khám phá các LSR khác có sử dụng LDP 40

2.5.3 Thiết lập và duy trì các phiên tương tác LDP 41

2.6 Kết luận chương 42

Chương 3: Cơ chế bảo vệ mạng IP dùng công nghệ MPLS 44

3.1 Giới thiệu chương: 44

3.2 Kỹ thuật Pseudo-wire Emulation 3 (PWE3) 45

3.3 Cơ chế bảo vệ của MPLS TE 45

3.3.1 Sự cần thiết của cơ chế bảo vệ MPLS TE 45

3.3.2 Khái niệm về cơ chế bảo vệ của MPLS TE 45

3.3.3 Cơ chế bảo vệ MPLS TE FastReroute 46

3.3.4 Cơ chế bảo vệ Host-Standby 47

3.3.5 Thiết lập các Tunnel 48

3.4 Các tunnel trong mô hình mạng mô phỏng 49

3.4.1 Tunnel từ R8 đến R5 và từ R5 đến R1 49

3.4.2 Tunnel từ R8 đến R6 và từ R6 đến R2 50

3.5.Kết luận chương 51

Chương 4: Mô phỏng truyền dữ liệu qua mạng IP bằng công nghệ MPLS 52

4.1 Giới thiệu chương 52

4.2 Mô hình mạng mô phỏng 52

4.2.1 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng eNSP 52

4.2.2 Cấu hình cơ bản trên thiết bị router 53

4.3 Kết quả mô phỏng 55

4.3.1 Khi hệ thống hoạt động bình thường 56

4.3.2 Khi hệ thống xảy ra sự cố 60

4.4 Kết luận chương 63

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

PHỤ LỤC 66

DANH MỤC HÌ

Hình 1 1: Một mạng cục bộ điển hình 11

Hình 1 2: Mô hình phân lớp OSI 12

Hình 1 3: Mô hình TCP/IP 14

Hình 1 4: Mối quan hệ giữa OSI và TCP/IP 15

Hình 1 5: Cách xác định lớp địa chỉ IP 16

Hình 1 6: Tổng quan về định tuyến 17

Hình 1 7: Bảng giá trị cost theo từng interface 21

Hình 1 8: Chuyển mạch kênh 22Y Hình 2 1: Cấu trúc nhãn MPLS 29

Hình 2 2: Chồng nhãn 30

Hình 2 3: Đường dẫn chuyển mạch nhãn 32

Hình 2 4: Đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP) 33

Hình 2 5: Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) 34

Hình 2 6: Các quá trình xử lý nhãn 36

Hình 2 7: Quá trình tra cứu trong bảng định tuyến và trong bảng chuyển tiếp 37

Hình 2 8: LDP Hello Message 40

Hình 2 9: Thiết lập phiên LDP 41

Hình 2 10: Duy trì phiên LDP 41

YHình 3 1: Kỹ thuật PWE3 44

Hình 3 2: Cơ chế bảo vệ Fast Reroute 47

Hình 3 3: Cơ chế bảo vệ MPLS TE Hot-Standby 49

Hình 3 4: Tunnel từ R8 đến R5 và từ R5 đến R1 50

Hình 3 5: Tunnel từ R8 đến R6 và từ R6 đến R2 51

Hình 4 1: Giao diện chương trình eNSP 48

Hình 4 2: Mô hình mô phỏng mạng MPLS 49

Hình 4 3: Mô hình hệ thống hoạt động bình thường 52

Hình 4 1: Mô hình hệ thống xảy ra sự cố 52

MPLS Mutiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức.

LSR Label Switching Router Router chuyển mạch nhãn

iLSR Ingress Label Switching Router Router chuyển mạch nhãn đầu vào

eLSR Engress Label Switching Router Router chuyển mạch nhãn đầu ra

LSP Label Switching Path Đường dẫn chuyển mạch nhãn

FEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tương đương

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

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm qua, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học côngnghệ, các hệ thống mạng IP cũng hình thành và đang dần thay thế các công nghệ truyềndẫn cũ Một mạng IP đủ lớn có khả năng truyền tải đa dịch vụ trên nó với tốc độ cao đápứng đa nhu cầu người sử dụng Sự ra đời của nhiều kỹ thuật mới áp dụng trên mạng IPhứa hẹn đem lại nhiều phát triển cho hệ thống này trong thời gian 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 tảidịch vụ như thế nào trong mạng IP, qua đó cung cấp thêm những kiến thức thực tế cầnthiết 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 thầy vì sựhướng dẫn tận tình, chu đáo của thầy Trong suốt quá trình thực hiện đồ án, thầy đãhướng dẫn tận tình, cung cấp tài liệu, định hướng nghiên cứu, đồng thời động viên và giảiđáp nhiều thắc mắc, giúp em có thêm động lực để hoàn thành đồ án này

Trong thời gian thực hiện, mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng đồ án của em cũngkhông tránh khỏi những thiếu sót Kính mong các thầy cô tận tình chỉ bảo và góp 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 hệ thốngmạng 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 giao diện giữangười sử dụng và môi trường OSI, nó cung cấp các phương tiện cho người sử dụng truycập và sử dụng các dịch vụ của mô hình OSI Điều khác biệt ở tầng này là nó không cungcấp dịch vụ cho bất kỳ một tầng OSI nào khác ngoại trừ tầng ứng dụng bên ngoài môhình OSI đang hoạt động Các ứng dụng được cung cấp như các chương trình xử lý kí tự,bảng biểu, thư tín … và lớp 7 đưa ra các giao thức HTTP, FTP, SMTP, POP3, Telnet

 Tầng trình bày (Presentation layer – lớp 6):tầng trình bày chuyển đổi các thông tin

từ cú pháp người sử dụng sang cú pháp để truyền dữ liệu, ngoài ra nó có thể nén dữ liệutruyền và mã hóa chúng trước khi truyền để bảo mật Nói đơn giản thì tầng này sẽ địnhdạng dữ liệu từ lớp 7 đưa xuống rồi gửi đi, đảm bảo sao cho bên thu có thể đọc được dữliệu của bên phát Các chuẩn định dạng dữ liệu của lớp 6 là GIF, JPEG, PICT, MP3,MPEG …

 Tầng giao dịch (Session layer – lớp 5):thực hiện thiết lập, duy trì và kết thúc cácphiên làm việc giữa hai hệ thống Tầng giao dịch quy định một giao diện ứng dụng chotầng vận chuyển sử dụng Nó xác lập ánh xạ giữa các tên đặt địa chỉ, tạo ra các tiếp xúcban đầu giữa các máy tính khác nhau trên cơ sở các giao dịch truyền thông Nó đặt tênnhất quán cho mọi thành phần muốn đối thoại riêng với nhau Các giao 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 chỉ trênmạng, cách thức chuyển giao gói tin trên cơ sở trực tiếp giữa hai đầu mút, đảm bảo truyền

dữ liệu tin cậy giữa hai đầu cuối (end-to-end) Để bảo đảm được việc truyền ổn định trênmạng tầng vận chuyển thường đánh số các gói tin và đảm bảo chúng chuyển theo thứ tự.Bên cạnh đó lớp 4 có thể thực hiện chức năng điều khiển luồng và điều khiển lỗi Cácgiao thức phổ biến tại đây là TCP, UDP, SPX

 Tầng mạng (Network layer – lớp 3):tầng mạng có nhiệm vụ xác định việc chuyểnhướng, vạch đường các gói tin trong mạng (chức năng định tuyến), các gói tin này có thểphải đi qua nhiều chặng trước khi đến được đích cuối cùng Lớp 3 là lớp có liên quan đếncác 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 vụxác định cơ chế truy nhập thông tin trên mạng, các dạng thức chung trong các gói tin,đóng gói và phân phát các gói tin Lớp 2 có liên quan đến địa chỉ vật lý của các thiết bịmạng, topo mạng, truy nhập mạng, các cơ chế sửa lỗi và điều khiển luồng

 Tầng vật lý (Phisical layer – lớp 1): tầng vật lý cung cấp phương thức truy cập vàođường truyền vật lý để truyền các dòng Bit không cấu trúc, ngoài ra nó cung cấp cácchuẩn 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 giải quyết sự

cố mạng, vận chuyển file, điều khiển từ xa, và các hoạt động Internet Đồng thời hỗ trợgiao diện Lập trình Ứng dụng (API) mạng, cho phép các chương trình được thiết kế chomột hệ điều hành nào đó có thể truy cập mạng

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

 Lớp Internet( Internet layer – lớp 2): Cung cấp địa chỉ logic, độc lập với phầncứng, để dữ liệu có thể lướt qua các tiểu mạng có cấu trúc vật lý khác nhau Cung cấpchức năng định tuyến để giao lưu lượng giao thông và hỗ trợ việc vận chuyển liên mạng.Thuật ngữ liên mạng được dùng để đề cập đến các mạng rộng lớn hơn, kết nối từ nhiềuLAN 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 với mạngvật lý Format dữ liệu cho bộ phận truyền tải trung gian và tạo địa chỉ dữ liệu cho các tiểu

mạng dựa trên địa chỉ phần cứng vật lý Cung cấp việc kiểm tra lỗi trong 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 địachỉ IP Địa chỉ này dùng để phân biệt máy tính đó với các máy tính khác trên mạngInternet Vậy địa chỉ IP là gì : địa chỉ IP là một số nguyên 32 bit được chia thành 4 bytengăn cách bởi dấu chấm, mỗi byte có giá trị từ 0 đến 255 Mỗi địa chỉ IP gồm hai phần làđịa 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 và loopback.Mỗi lớp sẽ có cách xác định địa chỉ Network và địa địa chỉ Host khác nhau Chỉ có lớp A,

B, C được sử dụng, lớp D được dành cho phát các thông tin, lớp E được dành riêng choviệc nghiên cứu, lớp loopback được dùng riêng để kiểm tra vòng lặp quy hồi (loopback)

và truyền thông liên quy trình trên máy tính cục bộ, đây không phải là địa chỉ mạng hợplệ

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 đi dựatrên các thuật toán nào đó, được sử dụng trong định tuyến động

 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 định tuyến

tự động trao đổi thông tin định tuyến với các Router khác và xác định tuyến tốt nhất đếnmỗi mạng dựa vào bảng định tuyến

So với định tuyến tĩnh, định tuyến động tốn ít thời gian cấu hình cho người quảntrị Tuy nhiên, định tuyến động tốn kém tài nguyên CPU, tài nguyên băng thông mạng.

Một thuật toán định tuyến là một tập các xử lý, thuật toán và các thông điệp được

sử dụng để trao đổi thông tin định tuyến và xác định tuyến tốt nhất đưa vào bảng địnhtuyến 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:

Độ phức tạp cấu

hình

Yêu cầu hiểu biết

của người quản trị

Yêu cầu hiểu biết về định tuyếnđộng của người quản trị

không yêu cầu hiểu biết về địnhtuyến động của người quản trị Thay đổi hình

phù hợp với mạng đơn giản

Sử dụng tài nguyên Sử dụng tài nguyên CPU, bộ

nhớ, băng thông liên kết

Không cần nhiều tài nguyên

Sự ổn định của Phụ thuộc vào hình trạng mạng Tuyến đến đích luôn cố định

tuyến hiện thời

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 gửicác trạng thái đường link của nó cho tất cả các router trong vùng (area) Sau một thời giantrao đổi, các router sẽ đồng nhất được bảng cơ sở dữ liệu trạng thái đường link (LinkState 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 một cây đường đi ngắn nhất(Shortest Path Tree) và dựa vào cây này để xây dựng nên bảng 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 định danhduy nhất cho nó trong cộng đồng các router chạy OSPF Giá trị này được gọi là Router-

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 địa chỉ IP cao nhất trongcác 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 ra tất cảcác cổng chạy OSPF một loại gói tin được gọi là gói tin hello Gói tin này được gửi đếnđịa chỉ multicast dành riêng cho OSPF là 224.0.0.5, đến tất cả các router chạy OSPF kháctrên cùng phân đoạn mạng Mục đích của gói tin hello là giúp cho router tìm kiếm láng

giềng, thiết lập và duy trì mối quan hệ này Gói tin hello được gửi theo định kỳ mặc định10s/lần Có nhiều thông tin được hai router kết nối trực tiếp trao đổi với nhau qua gói tinhello Trong các loại thông tin được trao đổi, có năm loại thông tin sau bắt buộc phảimatch với nhau trên hai router để chúng có thể thiết lập được quan hệ láng giềng vớinhau:

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 cầu cùng cảsubnet – mask)

4 Thỏa mãn các điều kiện xác thực

5 Cùng bật hoặc cùng tắt cờ stub

B3: Trao đổi LSDB

LSDB – Link State Database – Bảng cơ sở dữ liệu trạng thái đường link là mộtbảng trên router ghi nhớ mọi trạng thái đường link của mọi router trong vùng Ta có thểcoi LSDB là một “tấm bản đồ mạng” mà router sẽ căn cứ vào đó để tính toán định tuyến.LSDB phải hoàn toàn giống nhau giữa các router cùng vùng Các router sẽ không trao đổivới nhau cả một bảng LSDB mà sẽ trao đổi với nhau từng đơn vị thông tin gọi là LSA –Link State Advertisement Các đơn vị thông tin này lại được chứa trong các gói tin cụ thểgọi là LSU – Link State Update mà các router thực sự trao đổi với nhau Lưu ý: LSAkhông phải là một loại gói tin mà chỉ là một bản tin LSU mới thực sự là gói tin và nóchứa 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 danh củađường 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 sẽtối ưu nhất

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 và mỗiđầu cuối đều được địa chỉ hoá Nguồn gửi thông tin sẽ yêu cầu nối mạng tới một địa chỉđích

Các nút mạng sẽ tự động tìm ra các nút trung gian để nối thành một mạch dẫn từnguồn tới đích một cách liên tục theo thuật toán đã định sẵn (quá trình này sẽ lâu hơn nếuhai máy nguồn và máy đích cách nhau qua nhiều nút trung gian hơn) Trường hợp mộttrong các nút trung gian không thể hoàn tất việc nối mạch thì tín hiệu bận (busy) có thểđược chuyển về từ nút đó

Nếu máy đích chấp thuận, và việc nối mạch với máy đích hoàn tất thì tín hiệu thông mạch(hay tính hiệu chấp thuận) sẽ được trả về Ngược lại tín hiệu hết thời lượng (timeout) sẽđược 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 gần nhưkhông đáng kể

 Băng thông cố định Đối với kiểu nối này thì vận tốc chuyển thông tin là một hằng

số và chỉ phụ thuộc vào đặc tính vật lý cũng như các thông số cài đặt của các thiết bị

 Tuy nhiên, các vận chuyển này sẽ lấy nhiều tài nguyên( hiệu suất thấp ) và chúngđược cấp cho một đường nối dây cho tới khi xong hay có lệnh huỷ Nói cách khác, cácđường nối dữ liệu nếu trong thời gian mở đường nối mà gặp phải các nút đều đang bậndùng cho đường nối truớc đó thì buộc phải đợi cho tới khi các nút này được 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: địachỉ trạm nguồn, địa chỉ trạm đích và số thứ tự của gói tin,… Các thông tin điều khiểnđược tối thiểu, chứa các thông tin mà mạng yêu cầu để có thể định tuyến được cho cácgói tin qua mạng và đưa nó tới đích Tại mỗi node trên tuyến gói tin được nhận, nhớ vàsau đó thì chuyển tiếp cho tới trạm đích Vì kỹ thuật chuyển mạch gói trong quá trìnhtruyền tin có thể được định tuyến động để truyền tin Điều khó khăn nhất đối với chuyểnmạch gói là việc tập hợp các gói tin để tạo bản tin, đặc biệt là khi mà các gói tin đượctruyền theo nhiều con đường khác nhau tới trạm đích Chính vì lý do trên mà các gói tincần phải được đánh dấu số thứ tự, điều này có tác dụng, chống lặp, sửa sai và có thểtruyền 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 vìtrong chuyển mạch gói không có khái niệm kênh cố định và dành riêng, mỗi đườngtruyền giữa các node có thể được các trạm cùng chia sẻ cho để truyền tin, các gói tin sắphàng 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 cóthể truyền đi theo mức độ ưu tiên Trong chuyển mạch gói số cuộc gọi bị từ chối ít hơnnhưng 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 năng địnhtuyến 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 trước khiđược 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 thiết

 Tính bảo mật trên đường truyền chung là không cao

1.6 Kết luận chương.

Ở chương này giúp cho chúng ta có cái nhìn tổng quan về mạng IP và các dịch vụ,

kỹ thuật có thể áp dụng trong mạng Trong mạng IP có nhiều giao thức định tuyến để tìmđường sao cho tối ưu nhất, điển hình nhất một trong số đó là giao thức OSPF Song songvới định tuyến thì chuyển mạch cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc chuyển tiếpgói tin từ nơi này đến nơi khác dựa vào cách xác định đường đi của giao thức định tuyến.Kết hợp giữa định tuyến ở layer 3 và chuyển mạch ở layer 2 đã cho ra đời chuyển mạchnhãn đa giao thức MPLS thuận lợi cho việc truyền dữ liệu Kỹ thuật MPLS sẽ được trìnhbày ở chương 2

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 để chuyểntiếp gói tin trong mạng Tuy nhiên, kỹ thuật MPLS xây dựng một cách tối ưu hơn Hỗ trợđược nhiều ứng dụng hơn và đặc biệt là khả năng điều khiển luồng Cung cấp cho ngườiquản 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 tuy nhiêndưới một tên khác RRR Kĩ thuật lưu lượng đầu tiên được Cisco sử dụng là kĩ thuật khaibáo tĩnh Điều này có nghĩa là chúng ta phải tự mình thực hiện cấu hình để thay đổiđường đi của luồng lưu lượng Kĩ thuật lưu lượng sau này hoạt động linh động hơn nhờvào các giao thức định tuyến trạng thái liên kết

Cho đến khi các phiên bản MPLS sau này ra đời, các kỹ thuật như MPLS VPN,AToM đã dần dần được chuẩn hóa và được đưa vào sử dụng rộng rãi trong thực 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 đầu tiên cómang 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 đầu của góitin Số lượng nhãn trong ngăn xếp là không giới hạn mặc dù ít khi ta thấy nó có chứanhiều 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 gói tin đểthực hiện định tuyến gói tin qua mạng MPLS đến đích Điều này được thực hiện bằngcách sắp xếp các nhãn vào trong ngăn xếp Nhãn nằm ở vị trí đầu tiên từ bên trái qua củagói tin gọi là nhãn đỉnh, nhãn nằm ở vị trí cuối cùng gọi là nhãn đáy Thứ tự xử lý nhãntrong gói tin được thực hiện tuần tự từ nhãn đỉnh sang nhãn đáy.Một số ứng dụng MPLS(MPLS VPN, AToM) thực sự cần nhiều hơn 1 nhãn trong ngăn xếp để thực hiện địnhtuyến 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 đích

Implicit-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 trên cùngtrong gói đến Nhãn trên cùng được hoán đổi với nhãn có giá trị 0 và chuyển đến router

kế tiếp

Aggregate: nhãn này khiến gói MPLS chuyển thành gói IP bằng cách bỏ tất cả cácnhãn trong gói và LSR sẽ tìm thông tin trong bảng FIB để chuyển gói thông tin 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 trong gói tin Baloại 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, nó nhậnmột gói tin IP (chưa gắn nhãn) rồi thực hiện gắn nhãn vào gói tin và chuyển tiếp trên lớpliên kết dữ liệu

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

 LSR trung gian: Các router nằm trung gian trong hệ thống mạng MPLS Nó nhậngói tin từ các LSR đầu vào hoặc LSR trung gian khác, xử lý gói tin và thực hiện chuyểntiếp đến các LSR tiếp theo

Một LSR hoạt động trong mạng MPLS thông thường thực hiện 3 quá trình: gỡnhãn (pop), thêm nhãn (push) và thay nhãn (swap)

Một router LSR phải có khả năng gỡ một hay nhiều nhãn ra khỏi label stack góitin trước khi thực hiện chuyển mạch hoặc cũng có thể thêm vào một hay nhiều nhãn vàogói tin vừa nhận được Nếu LSR nhận được một gói tin đã có nhãn nó có thể thêm nhãn

vào ngăn xếp rồi thực hiện chuyển mạch Nếu LSR nhận được gói tin chưa có nhãn nóphải tạo ra một ngăn xếp nhãn trong gói tin rồi thêm nhãn vào đó Mộ LSR còn phải cókhả năng thay thế nhãn Có nghĩa là khi nó nhận được một gói tin nhãn nó phải thay thếgiá trị nhãn đỉnh trong gói tin bằng một nhãn mới và chuyển mạch gói tin đến interfaceđầu ra.

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

Trong trường hợp thực hiện mạng riêng ảo MPLS VPN, các LSR đầu vào và đầu

ra gọi là các router biên cung cấp dịch vụ PE Các LSR trung gian gọi là các router cungcấp dịch vụ P Thuật ngữ router P, PE rất phổ biến trong ứng dụng mạng riêng ảo MPLSVPN

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 mạng haymột phần mạng MPLS, dùng để chuyển tiếp các gói tin MPLS LSP có thể được coi làtuần tự các LSR mà gói tin đi qua trong mạng MPLS mà ở đó iLSR là router đầu tiên,eLSR là router cuối cùng của đường đi LSP, các LSR ở giữa là các router trung gian

LSR bắt đầu một đường dẫn LSP nào đó không nhất thiết phải là router gắn nhãncho gói tin Gói tin có thể được gắn nhãn trước đó rồi chuyển đến LSR bắt đầu đường dẫn

LSP để thực hiện chuyển tiếp qua mạng MPLS Ví dụ tiêu biểu trong trường hợp này làcác LSP lồng ghép vào nhau.

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

Ở ví dụ hình trên ta thấy rằng có 2 LSP qua mạng MPLS LSP thứ nhất: từ iLSRđến eLSR, LSP thứ 2 (LSP lồng ghép): 3LSR trung gian (bắt đầu từ LSR thứ 3 từ tráisang) Vì vậy khi gói tin chuyển từ LSP thứ nhất vào LSP lồng ghép nó đã được gắnnhãn Tại đây gói tin sẽ được gắn thêm 1 nhãn nữa vào ngăn xếp nhãn đặc trưng cho LSPlồng ghép và được sử dụng để thực hiện chuyển tiếp trong LSP lồng ghép

2.3.4 Lớp chuyển tiếp tương đương.

FEC là một nhóm hay một luồng dữ liệu được thực hiện chuyển tiếp trên cùng mộtđường đi và được đối xử như nhau trong phương thức thực hiện chuyển tiếp Tất cả cácgói tin thuộc cùng một lớp chuyển tiếp tương đương FEC thì có cùng một nhãn Tuynhiên, không phải tất cả các gói có cùng một nhãn thì cùng một lớp chuyển tiếp tươngđương vì trường EXP trong nhãn có thể khác nhau nên phương thức thực hiện định tuyếncũng khác nhau ILSR là router thực hiện phân luồng dữ liệu thành các lớp chuyển tiếptương đương Sau đây là một số ví dụ về lớp chuyển tiếp tương đương FEC:

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

 Những gói tin multicast cùng một nhóm

 Những gói tin có cùng phương thức chuyển tiếp, dựa vào vị thế hay giá trị trườngDSCP

 Những khung tin lớp 2 chuyển nhận được hay truyền đi trên cùng một mạch ảo hoặcmột (sub)interface của iLSR và eLSR.

Những gói có địa chỉ IP đích giống nhau trong giao thức định tuyến cổng nối biênBGP (các gói có cùng BGP next hop) Tất cả các gói trên iLSR mà địa chỉ IP đích chuyểnđến cùng một tập các tuyến (hay next-hop) trong bảng định tuyến BGP thì cùng một FEC

và được gán một nhãn giống nhau Điều này có nghĩa việc gán nhãn cho tất cả các gói đivào mạng MPLS phụ thuộc vào BGP next-hop

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

2.3.5 Bảng thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB.

Bảng LFIB được sử dụng để thực hiện chuyển tiếp gói tin nhãn trong mạng MPLS

và được xây dựng dựa trên sự kết hợp giữa các phép gán nhãn và bảng định tuyến Nó cóchứa phép gán địa phương làm giá trị nhãn vào và một trong số tất cả các phép gán từ xanhận được từ các LSR láng giềng chứa trong bảng LIB Dựa trên giải thuật định tuyến vàđường dẫn tốt nhất trong bảng định tuyến nó sẽ chọn 1 trong số các phép gán từ xa đểlàm nhãn ra cho gói tin