Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) và khả năng ứng dụng trong mạng thế hệ mới (NGN) của VNPT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ TRUNG LỢI CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS) VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG MẠNG THẾ HỆ MỚI (NGN) CỦA VNPT LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội- 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ TRUNG LỢI CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS) VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG MẠNG THẾ HỆ MỚI (NGN) CỦA VNPT Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Mã số: 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS VƯƠNG ĐẠO VY Hà Nội - 2008 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố Luận văn khoa học khác Các số liệu đƣợc thích, trích dẫn tham khảo từ báo, tài liệu gốc cụ thể Người viết cam kết Lê Trung Lợi MỤC LỤC LỜI CAM KẾT MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 10 MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined CHƢƠNG - NỀN TẢNG CÔNG NGHỆ MPLS Error! Bookmark not defined 1.1 Tổng quan MPLS Error! Bookmark not defined 1.1.1 Lịch sử phát triển MPLS Error! Bookmark not defined 1.1.2 MPLS gì? Error! Bookmark not defined 1.2 Các thành phần MPLS Error! Bookmark not defined 1.2.1 Các khái niệm MPLS Error! Bookmark not defined 1.2.2 Thành phần MPLS Error! Bookmark not defined 1.3 Hoạt động MPLS Error! Bookmark not defined 1.3.1 Các chế độ hoạt động MPLS Error! Bookmark not defined 1.3.2 Hoạt động MPLS khung mạng ATM-PVCError! Bookmark not defined 1.4 Các giao thức báo hiệu sử dụng mạng MPLSError! defined Bookmark not 1.4.1 Giao thức phân phối nhãn Error! Bookmark not defined 1.4.2 Giao thức RSVP (Resource Reservation Protocol)Error! Bookmark not defined 1.5 Kết luận Error! Bookmark not defined CHƢƠNG - CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG MPLSError! Bookmark not defined 2.1 Tổng quan chất lƣợng dịch vụ mạng Error! Bookmark not defined 2.2 Đặc điểm QoS Error! Bookmark not defined 2.2.1 Kiến trúc QoS Error! Bookmark not defined 2.2.1.1 Các tham số QoS Error! Bookmark not defined 2.2.1.2 Đảm bảo mức độ dịch vụ Error! Bookmark not defined 2.2.1.3 Phân loại lƣu lƣợng Error! Bookmark not defined 2.2.1.4 Quản lý nghẽn Error! Bookmark not defined 2.2.1.5 Tránh tắc nghẽn Error! Bookmark not defined 2.2.1.6 Policing and Marking Error! Bookmark not defined 2.2.1.6 Shapping Error! Bookmark not defined 2.2.2 Báo hiệu QoS Error! Bookmark not defined 2.2.3 Các mô hình dịch vụ Error! Bookmark not defined 2.2.3.1 Các dịch vụ tích hợp (IntServ) Error! Bookmark not defined 2.2.3.2 Các dịch vụ phân biệt (DiffServ) Error! Bookmark not defined 2.2.4 Định tuyến dựa policy Error! Bookmark not defined 2.3 QoS mạng MPLS Error! Bookmark not defined 2.3.1 Thiết lập QoS phần tử mạng MPLS riêng biệtError! Bookmark not defined 2.3.1.1 Phân loại lƣu lƣợng thông qua bit ExpError! Bookmark not defined 2.3.1.2 Các chế độ thao tác với bit Exp mạng MPLSError! Bookmark not defined 2.3.1.3 Thiết lập hàng đợi LSRs (Queuing)Error! Bookmark not defined 2.3.1.4 Làm rớt gói tin (Dropping) Error! Bookmark not defined 2.3.2 Điều khiển lƣu lƣợng mạng MPLS Error! Bookmark not defined 2.3.2.1 Các thành phần TE Error! Bookmark not defined 2.3.2.2 Điều khiển lƣu lƣợng sở thuật toán CSPF.Error! Bookmark not defined 2.3.2.3 Bảo vệ lƣu lƣợng LSP (LSP Traffic Protection).Error! Bookmark not defined 2.4.Kết luận Error! Bookmark not defined CHƢƠNG - ỨNG DỤNG MPLS TRONG MẠNG NGN/VNPTError! Bookmark not defined 3.1 Giới thiệu mạng NGN VNPT Error! Bookmark not defined 3.1.1 Khái niệm, mục tiêu, yêu cầu Error! Bookmark not defined 3.1.2 Cấu trúc phân lớp Error! Bookmark not defined 3.1.3 Giải phảp Surpass Siemens Error! Bookmark not defined 3.2 Giới thiệu mạng IP core sử dụng công nghệ MPLSError! defined Bookmark not 3.2.1 Giới thiệu chung Error! Bookmark not defined 3.2.2 Cấu hình mạng IP core Error! Bookmark not defined 3.3 Kết luận Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 11 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Tên tiếng Anh ATM Asynchronous Transfer Mode CBWFQ Class-Based Weighted Fair Queuing CAR Committed Access Rate CDR Committed Data Rate CoS Class of Service CSPF Constrained Shortest Path First DiffServ Diffirentiated Service DSCP Diffirentiated Service Code Point DSL Digital Subcriber Line 10 DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing 11 ERO Explicit Route Object 12 ECN Explicit Congestion Notification 13 EXP Experimental 14 FEC Forwarding Equivalence Class STT Từ viết tắt Tên tiếng Anh 15 FIFO First In – First Out 16 FRR Fast Reroute 17 GMPLS Generalized MultiProtocol Label Switching 18 IGP Interior Gateway Protocol 19 IN Intelligent Network 20 IntServ Intergrated Service 21 IP Internet Protocol 22 ISDN Integrated Service Digital Network 23 IS-IS Integrated System – Integrated System 24 ISP Internet Service Provider 25 ITU International Telecommunication Union 26 LDP Label Distribution Protocol 27 LER Label Edge Router 28 LFIB Label Forwarding Information Base 29 LLQ Low Latency Queuing 30 LSP Label Switched Path 31 LSR Label Switching Router 32 MPLS MultiProtocol Label Switching 33 MP Merge Point 34 MDRR 35 NGN Next Generation Network 36 NHop Next-hop router 37 NNHop Next-next-hop router 38 OSPF Open Shortest Path First Modified Deficit Round Robin STT Từ viết tắt Tên tiếng Anh 39 P Provider Router 40 PBR Policy Based Routing 41 PE Provider Edge Router 42 PHB Per Hop Behavior 43 PID Protocol identifier 44 PLR Point of Local Repair 45 PQ Priority Queuing 46 PSTN Public Switching Telecom Network 47 PVC Permanent Virtual Circuit 48 QoS Quality of Service 49 RED Random Early Detection 50 RIP Routing Information Protocol 51 RRO ROUTE_RECORD Object 52 RSVP Resource Reservation Protocol 53 RSVP-TE Resource Reservation Protocol with Traffic Engineering extensions 54 SLA Service Level Aggreement 55 TC Traffic Class 56 TCA Traffic Conditioning Agreement 57 TCP Transport Control Protocol 58 TDM Time Division Multiplexing 59 TE Traffic Engineering 60 TED Traffic Engineering Database 61 ToS Type of Service 62 TTL Time-to-Live STT Từ viết tắt Tên tiếng Anh 63 VPI Virtual Path Identify 64 VCI Virtual Circuit Identify 65 VoIP Voice over Internet Protocol 66 WDM Wavelength Division Multiplexing 67 WFQ Weighted Fair Queuing 68 WRED Weighted Random Early Detection 69 WRR Weighted Round Robin DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các loại LSR mạng MPLS …………………….……………………17 Bảng 2.1: Ánh xạ từ DSCP Bits tới IP Precedence Bits ………………………….… 41 Bảng 2.2: Các luật chế độ Uniform ……………………………………………45 Bảng 2.3: Các luật chế độ Short-Pipe ……………………………………….… 46 Bảng 2.4: Các luật chế độ Pipe ……………………………………………….….47 Bảng 3.1 Các thiết bị dùng mạng IP core ………………………77 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Ví dụ kiến trúc MPLS………………………………………………… 12 Hình 1.2: Tôpô mạng MPLS ……………………………… ……………………… 13 Hình 1.3: Cấu trúc mào đầu (header) MPLS …………… ……………………….….13 Hình 1.4: Nhóm chuyển tiếp tƣơng đƣơng … ………………………………… … 14 Hình 1.5: Ngăn xếp nhãn……………………… …………………………………….15 Hình 1.6: Kiến trúc Edge LSR ………………………………………… ………… 16 Hình 1.7: Kiến trúc LSR …………………………………………………………… 17 Hình 1.8: Mô tả chức LSR …………………………………….……….18 Hình 1.9: Các thông tin LIB, FIB, LFIB ……………………….……………… 19 Hình 1.10: Vị trí nhãn khung lớp ……………………………………… 20 Hình 1.11: Chuyển mạch nhãn MPSL (Frame mode) ……………………………….20 Hình 1.12: Thiết lập kênh ảo điều khiển MPLS …………………………………… 23 Hình 1.13: Vị trí nhãn khung lớp ……………………………….……….24 Hình 1.14: Chuyển tiếp gói tin qua miền ATM-LSR …………….………… …….26 Hình 1.15: Các tin PATH truyền từ gửi tới nhận tin RESV truyền theo hƣớng ngƣợc lại ………………………………………………………….….… 31 Hình 1.16: Nhãn phân phối bảng tin RESV ……………………………………33 Hình 2.1: Các thành phần kiến trúc QoS ………….………………………….….37 Hình 2.2: Cấu trúc trƣờng ToS gói tin IPv4 …………………………… …….38 Hình 2.3: Loại bỏ gói tin giới hạn cho phép ………………………………….….39 Hình 2.4: Thao tác gán nhãn vào gói tin IP …….…………………………………….43 Hình 2.5: Thao tác nhãn gói tin mpls ……………………………………….43 Hình 2.6: Thao tác gỡ nhãn gói tin mpls …………………… ………………….44 Hình 2.7: Sự độc lập Ip precedence Exp …………………………………….44 Hình 2.8: Chọn PHB cho gói tin ………………….……………………………….45 Hình 2.9: Mô tả Exp chế độ Uniform ………………………………………….46 Hình 2.10: Mô tả Exp chế độ Short-Pipe ………………………………………47 Hình 2.11: Mô tả Exp chế độ Pipe …… ………………………………………48 Hình 2.12: CBWFQ/LLQ ………………… …………………………………….….52 Hình 2.13: Mô tả hoạt động RED ……………………….……………………….54 Hình 2.14: Phân loại xử lý lƣu lƣợng WRED ………………….……… …… 55 Hình 2.15: Cơ chế làm việc WRED ……………………… …………………….55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Advanced MPLS”, Juniper Press [2] Cisco System (2003), “CCIP – Quality of Service”, Cisco Press [3] Cisco System (2003), “Traffic Engineering with MPLS”, Cisco Press [4] Clare Gough (2001), “CCNP Self-Study CCNP BSCI Exam Certification Guide”, Cisco Press [5] Emilia Dobranowska (August 2003), “Traffic Engineering with MPLS in Core Networks”, Technical University of Lodz [6] “Juniper™ Networks Certified Internet Specialist – JNCIS”, Published by Joseph M Soricelli [7] Siemens (2003), “SURPASS Solutions and Product Introduction”, Siemens AG.[8] Siemens (2002), “SURPASS hiQ 9200 Softswitch”, Siemens AG [9] Siemens (2003), “SURPASS hiE 9200 IPpackage CAM”, Siemens AG [10] Tiêu chuẩn RFC 2205 “Resource ReSerVation Protocol” Version Functional Specification IETF [11] Tiêu chuẩn RFC 2474 “Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers” IETF [12] Tiêu chuẩn RFC 2598 “Integrated Services in the Internet Architecture” IETF [...]... 1.8: Mô tả các chức năng của LSR …………………………………….……….18 Hình 1.9: Các thông tin về LIB, FIB, LFIB ……………………….……………… 19 Hình 1.10: Vị trí của nhãn trong khung lớp 2 ……………………………………… 20 Hình 1.11: Chuyển mạch nhãn MPSL (Frame mode) ……………………………….20 Hình 1.12: Thiết lập kênh ảo điều khiển MPLS …………………………………… 23 Hình 1.13: Vị trí của nhãn trong khung lớp 2 ……………………………….……….24 Hình 1.14: Chuyển tiếp gói tin... bộ gửi tới bộ nhận và các bản tin RESV truyền theo hƣớng ngƣợc lại ………………………………………………………….….… 31 Hình 1.16: Nhãn phân phối trong bảng tin RESV ……………………………………33 Hình 2.1: Các thành phần của kiến trúc QoS ………….………………………….….37 Hình 2.2: Cấu trúc trƣờng ToS trong gói tin IPv4 …………………………… …….38 Hình 2.3: Loại bỏ gói tin quá giới hạn cho phép ………………………………….….39 Hình 2.4: Thao tác gán nhãn vào gói tin IP …….…………………………………….43... 2.5: Thao tác nhãn giữa các gói tin mpls ……………………………………….43 Hình 2.6: Thao tác gỡ nhãn của gói tin mpls …………………… ………………….44 Hình 2.7: Sự độc lập giữa Ip precedence và Exp …………………………………….44 Hình 2.8: Chọn PHB cho gói tin ra ………………….……………………………….45 Hình 2.9: Mô tả Exp trong chế độ Uniform ………………………………………….46 Hình 2.10: Mô tả Exp trong chế độ Short-Pipe ………………………………………47 Hình 2.11: Mô tả Exp trong chế độ...DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Ví dụ về kiến trúc MPLS………………………………………………… 12 Hình 1.2: Tôpô mạng MPLS ……………………………… ……………………… 13 Hình 1.3: Cấu trúc mào đầu (header) MPLS …………… ……………………….….13 Hình 1.4: Nhóm chuyển tiếp tƣơng đƣơng … ………………………………… … 14 Hình 1.5: Ngăn xếp nhãn …………………… …………………………………….15 Hình 1.6: Kiến trúc Edge LSR …………………………………………... Exp trong chế độ Pipe …… ………………………………………48 Hình 2.12: CBWFQ/LLQ ………………… …………………………………….….52 Hình 2.13: Mô tả hoạt động của RED ……………………….……………………….54 Hình 2.14: Phân loại xử lý lƣu lƣợng trong WRED ………………….……… …… 55 Hình 2.15: Cơ chế làm việc của WRED ……………………… …………………….55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Advanced MPLS”, Juniper Press [2] Cisco System (2003), “CCIP – Quality of Service”, Cisco Press [3] Cisco... Siemens AG [10] Tiêu chuẩn RFC 2205 “Resource ReSerVation Protocol” Version 1 Functional Specification của IETF [11] Tiêu chuẩn RFC 2474 “Definition of the Differentiated Services Field (DS Field) in the IPv4 and IPv6 Headers” của IETF [12] Tiêu chuẩn RFC 2598 “Integrated Services in the Internet Architecture” của IETF