Tài liệu ứng dụng công nghệ chuyển mạch nhãn trong mạng riêng ảo.

Khoa C«ng nghÖ th«ng tin ®å ¸n tèt nghiÖp LỜI CẢM ƠN Em chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong trường Đại học Phương Đông đã dạy dỗ và cung cấp cho em những kiến thức cơ bản cũng như chuyên môn trong suốt năm học tập tai trường, tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn PGS. TS Phan Hữu Huân người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và cung cấp tài liệu cần thiết cho em trong suốt thời gian làm khóa luận, giúp em hoàn thành khóa luận và có tầm nhìn tổng quát khi tìm hiểu thực hiện đề tài. Ngoài ra em cũng cảm ơn gia đình cùng với các bạn 506102+103 đã động viên giúp đỡ em về mặt tinh thần để em hoàn thành khóa luận. Trong thời gian ngắn thực hiện khóa luận. Mặc dù rất cố gắng nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được lời góp ý và chỉ dẫn thêm của thầy cô để hoàn thiện các kỹ năng của em. SINH VIÊN Tống Như Lân 1 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin ®å ¸n tèt nghiÖp MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................1 MỤC LỤC ......................................................................................................................2 THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ...............................................................................4 DANH MỤC HÌNH VẼ.................................................................................................8 LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................9 Chương 1: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN MPLS ...10 1.1 Giới thiệu .................................................................................................................10 1.2 Sơ lược về sự ra đời của công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS .............................. 10 1.3 Một số khái niệm cơ bản trong công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS ....................14 1.4 Các thành phần trong chuyển mạch nhãn MPLS ....................................................20 1.4.1 Thành phần điều khiển ....................................................................................20 1.4.2 Các thao tác nhãn ............................................................................................ 23 1.4 Nguyên tắc hoạt động của MPLS ............................................................................27 1.5 Tóm tắt chương........................................................................................................29 Chương 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VPN ............................................................. 30 2.1 Giới thiệu .................................................................................................................30 2.2 Khái niệm về VPN ...................................................................................................30 2.3 Chức năng và lợi ích của VPN ................................................................................32 2.3.1 Chức năng của mạng riêng ảo .........................................................................32 2.3.2 Tiện ích chính của mạng riêng ảo ...................................................................32 2.3.3 Nhược điểm và nhưng giải pháp khắc phục ...................................................33 2.4 Mô hình VPN ..........................................................................................................34 2.4.1 Mô hình VPN chồng lấn .................................................................................34 2.4.2 Mô hình VPN ngang cấp.................................................................................37 2.5 Phân loại VPN .........................................................................................................40 2.5.1 VPN truy nhập từ xa ....................................................................................... 40 2.5.2 VPN cục bộ ....................................................................................................43 2.4.3 VPN mở rộng .................................................................................................45 2 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin ®å ¸n tèt nghiÖp 2.6 Tóm tắt chương........................................................................................................47 Chương 3: MẠNG RIÊNG ẢO VPN TRONG MPLS .............................................48 3.1 Giới thiệu .................................................................................................................48 3.2 Các thành phần của MPLS-VPN .............................................................................48 3.2.1 Mô hình hệ thống cung cấp dịch vụ MPLS-VPN ...........................................48 3.2.2 Mô hình bộ định tuyến biên nhà cung cấp dịch vụ .........................................49 3.2.3 Mô hình bảng định tuyến và chuyển tiếp ảo ...................................................50 3.3 Các mô hình MPLS-VPN ........................................................................................ 51 3.3.1 Mô hình mạng riêng ảo tầng 2 (L2VPN) ........................................................ 51 3.3.2 Mô hình mạng riêng ảo lớp ba (L3VPN) ........................................................ 53 3.4 Hoạt động của MPLS-VPN .....................................................................................54 3.4.1 Truyền tải gói tin định tuyến ...........................................................................54 3.4.2 Địa chỉ VPN-IP trong mạng riêng ảo .............................................................. 55 3.4.3 Hoạt động gói tin MPLS - VPN qua các PE và CE ........................................57 3.4.4 Hoạt động gói tin VPN dọc mạng đườngtrục MPLS .....................................60 3.4.5 Truyền nhãn trên mạng riêng ảo VPN ............................................................ 62 3.4.6 Các phương pháp để Router PE giao tiếp với nhau thông qua Router CE ....63 3.5.1 Hệ thống tự trị MPLS-VPN ............................................................................65 3.5.2 Nhà cung cấp dịch vụ hạ tầng .........................................................................66 3.6 Vấn đề bảo mật trong mạng MPLS-VPN ................................................................ 68 3.7 Tóm tắt chương........................................................................................................70 KẾT LUẬN ..................................................................................................................71 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 72 3 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin ®å ¸n tèt nghiÖp THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ADSL Asynchronous Digital Subscriber Đường dây thuê bao số bất đối xứng Line ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền dẫn không đồng bộ BGP Border Gateway Protocol GT định tuyến cổng mạng vùng biên CE Customer Edge Thiết bị định tuyến biên khách hàng CIR Committed Information Rate Tốc độ thông tin ràng buộc CL Connectionless Operation Hoạt động không kết nối COS Class of Service Lớp dịch vụ CR Cell Router Bộ định tuyến tế bào CSC Carrier supporting Carrier Carrier hỗ trợ Carrier CSPF Constrained Shortest Path First GT định tuyến tìm đường ngắn nhất DLCI Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nối lớp liên kết dữ liệu DoS Denial of Service Từ chối dịch vụ DS Differentiated Services Các dịch vụ được phân biệt EGP Edge Gateway Protocol Giao thúc định tuyến cổng biên FEC Forwarding Equivalence Class Nhóm chuyển tiếp tương đương FIB Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp FR Frame Relay Chuyển tiếp khung FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file GRE Generic Route Encapsulation Gói định tuyến chung 4 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin ®å ¸n tèt nghiÖp GW Gateway Cổng IANA Internet Assigned Number Thẩm quyền số được gán cho Internet Authority IETF Internet Engineering Task Force Tổ chức tiêu chuẩn KT Internet IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng trong IP Internet Protocol Giao thức định tuyến Internet IP Sec IP Security Bảo mật IP ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet IVR Interative Voice Response Đáp ứng thoại tương tác LAN Local Area Network Mạng cục bộ LCP Link Control Protocol Giao thức điều khiển đường truyền LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn LFIB Label Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển mạch nhãn LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn LSP Label Switched Path Tuyến chuyển mạch nhãn LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn MIR Minimum Information Rate Tốc độ thông tin nhỏ nhất MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPPE Microsoft Point to Point Encryption Phương thức mã hoá điểm tới điểm MS Media Server Máy chủ đa phương tiện NHLFE Next-hop Label Forwarding Entry Lối vào chuyển tiếp nhãn đến hop tiếp theo 5 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin NDIS ®å ¸n tèt nghiÖp Đặc tả giao diện thiết bị mạng Network Driver Interface Specification NSA Network Access server Máy chủ truy nhập mạng OSPF Open Shortest Path First GT định tuyến mở đường ngắn nhất đầu tiên P Provider Router Bộ định tuyến nhà cung cấp PE Provider Edge Thiết bị định tuyến biên phía nhà cung cấp POP Point of Presence Điểm kết nối PPTP Point to Point Protocol Giao thức điểm - điểm PSTN Public Switched Telephone Mạng thoại chuyển mạch công cộng Network PVC Permanent Virtual Circuit Mạch ảo cố định RAS Remote Access Rerver Dịch vụ truy nhập từ xa RD Route Distinguisher Phân biệt tuyến RFC Request for Comment Các tiêu chuẩn của IETF RIB Routing Information Base Cơ sở thông tin định tuyến RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyến RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên RTP Real Time Transport Protocol Giao thức truyền tải thời gian thực SIP Session Inititation Protocol Giao thức khởi tạo phiên SVC Switched Virtual Circuit Kênh ảo có chuyển mạch TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải 6 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin ®å ¸n tèt nghiÖp TDP Tag Distribution Protocol Giao thức điều khiển truyền tải TTL Time to Live Trường Thời gian sống VC Virtual Circui Mạch ảo VCI Virtual Circuit Identifier Trường nhận dạng kênh ảo VPI Virtual Path Identifier Trường nhận dạng đường ảo VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo WAN Wide Area Network Mạng diện rộng 7 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin ®å ¸n tèt nghiÖp DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Mô hình mạng MPLS .................................................................................15 Hình 1.2: Mô hình lớp MPLS trong OSI ...................................................................16 Hình 1.3: Khuôn dạng cấu trúc nhãn ........................................................................17 Hình 1.4: Kiến trúc chuyển lớp FEC ........................................................................19 Hình 1.5: Kiến trúc node trong chuyển mạch nhãn .................................................19 Hình 1.6: Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn .............................................21 Hình 1.7: Cấu trúc bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn .......................................22 Hình 1.8: Liên kết nhãn downstream và upstream ..................................................22 Hình 1.9: Các ánh xạ hỗ trợ vận chuyển gói tin ....................................................... 25 Hình 1.10: Điều khiển độc lập ....................................................................................26 Hình 1.11: Điều khiển theo yêu cầu ...........................................................................26 Hình 1.12: Chế độ hoạt động khung của MPLS ....................................................... 28 Hình 1.13: Vị trí của nhãn MPLS trong khung lớp 2 ..............................................29 Hình 2.1: Mô hình VPN chồng lấn .............................................................................36 Hình 2.2: Mô hình VPN ngang cấp ............................................................................37 Hình 2.3: Mô hình VPN ngang cấp dùng Router chung ..........................................38 Hình 2.4: Cấu hình VPN truy nhập từ xa .................................................................41 Hình 2.5: Mô hình VPN truy nhập từ xa...................................................................42 Hình 2.6: kiến trúc VPN cục bộ .................................................................................43 Hình 2.7: Cấu hình cục bộ trên cơ sở VPN ............................................................... 44 Hình 2.8: Mô hình VPN mở rộng ...............................................................................45 Hình 2.9: Một ví dụ về VPN mở rộng truyền thống .................................................46 Hình 2.10: Thiết lập VPN mở rộng ............................................................................46 Hình 3.1: Hệ thống cung cấp dịch vụ MPLS-VPN và các thành phần...................49 Hình 3.2: Mô hình Bộ định tuyến PE và sơ đồ kết nối các site người dùng ...........50 Hình 3.5: Mô hình mạng MPLS L2VPN ...................................................................52 Hình 3.6: Mô hình mạng riêng ảo tầng 3 (L3VPN) ..................................................53 Hình 3.3: Sử dụng nhãn để chuyển tiếp gói tin VPN ...............................................59 Hình 3.4: Mô hình sử dụng ngăn xếp nhãn để chuyển tiếp gói tin VPN ................59 8 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin ®å ¸n tèt nghiÖp LỜI MỞ ĐẦU Trong những năm qua, nghành công nghệ viễn thông đã áp dụng công nghệ chuyển mạch có thể phối hợp ưu điểm của IP và ATM để đáp ứng nhu cầu phát triển của mạng lưới trong giai đoạn tiếp theo. Một trong những công nghệ được áp dụng là công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS. Công nghệ MPLS là kết quả của việc kết hợp công nghệ chuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP. MPLS tách chức năng của IP thành 2 phần riêng biệt chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển. Bên cạnh đó MPLS cũng hỗ trợ việc quản lý dễ dàng hơn. MPLS đã được lựu chọn để đơn giản hóa và tích hợp trong mạng lõi. Nó cho phép các nhà khai thác giảm chi phí, đơn giản hóa việc quản lý lưu lượng và hộ trợ các dịch vụ Internet. Quan trọng hơn cả, nó là bước tiến trong việc hướng tới một mạng thế hệ mới tích hợp tất cả các dịch vụ thoại, dữ liệu… Mạng riêng ảo VPN là một trong những ứng dụng rất quan trọng trong mạng MPLS. Các công ty, doanh nghiệp đặc biệt các công ty đa quốc gia có nhu cầu rất lớn về loại hình dịch vụ này. Với VPN, họ hoàn toàn có thể sử dụng các dịch vụ viễn thông, truyền số liệu nội bộ với chi phí thấp, an ninh bảo đảm. Đây là một ứng dụng quan trọng đáp ứng các yêu cầu của mạng riêng sử dụng hạ tầng thông tin quốc gia với những yêu cầu khác nhau về độ an toàn, bảo mật và chất lượng dịch vụ. Nắm bắt được những vấn đề trên em đã được thầy giáo Ths.Nguyễn Đức Minh hướng dẫn làm đề tài về công nghệ MPLS.Nội dung đồ án của em bao gồm 3 chương : Chương 1 Giới thiệu về công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS Chương 2 Giới thiệu về công nghệ VPN Chương 3 Ứng dụng công nghệ chuyển mạch nhãn trong mạng riêng ảo. SINH VIÊN Tống Như Lân 9 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin ®å ¸n tèt nghiÖp Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN MPLS 1.1 Giới thiệu: MPLS (Multi-Protocol Label Switching) kết hợp đặc tính tốc độ và hiệu suất của các mạng chuyển gói với đặc tính linh hoạt các mạng chuyển mạch nhằm cung cấp giải pháp tốt nhất cho việc tích hợp voice, video và dữ liệu. Giống như các mạng chuyển mạch, MPLS thiết lập con đường kết nối cuối đến cuối trước khi truyền tải thông tin, và các con đường này được chọn dựa vào yêu cầu của ứng dụng. Mặt khác, giống như các mạng gói, các ứng dụng và người dùng có thể chia sẻ chung một kết nối. Các ứng dụng MPLS có thể thay đổi rất rộng, từ mạng phân phát dữ liệu đơn giản tới các mạng nâng cao với khả năng đảm bảo phân phát dữ liệu có kèm thông tin dành cho con đường phụ. Công nghệ mới MPLS đã xuất hiện và hứa hẹn những năng lực hỗ trợ rất lớn của WAN cho các doanh nghiệp. Các doanh nghiệp, tổ chức được đề cập ở đây có thể là bất kỳ một tổ chức nào, tập đoàn kinh tế, cơ quan chính phủ, hay hệ thống giáo dục. Một phương thức tiếp cận đáp ứng được các yêu cầu trên được biết đến hiện nay là công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS. Các nhà cung cấp dịch vụ đang triển khai MPLS trên khắp mạng đường trục với sự quan tâm đặc biệt bởi khả năng vượt trội trong cung cấp dịch vụ chất lượng cao qua mạng IP, bởi tính đơn giản, hiệu quả và quan trọng nhất là khả năng triển khai VPN. Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức là một trong nhưng công nghệ tiến được một số hãng nổi tiếng chuyên về viễn thông đầu tư, nghiên cứu và đưa ra được nhưng tiêu chuẩn quốc tế. Với những ưu điểm nổi bật của MPLS mà nó đưa lại cho ngành viễn thông. MPLS 1.2 Sơ lược về sự ra đời của công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS MPLS là khái niệm được đưa ra bởi hãng Ipsilon, một hãng về công nghệ thông tin trong triển lãm về công nghệ thông tin, viễn thông. Một thời gian sau đó, Cisco và một loạt các hãng khác cũng đưa ra các sản phẩm của họ sử dụng 10 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin ®å ¸n tèt nghiÖp công nghệ chuyển mạch được đặt dưới nhiều tên khác nhau nhưng đều cùng chung bản chất đó là công nghệ chuyển mạch dựa trên nhãn. Năm 1994 hãng Toshiba cho đưa ra thiết bị thiết bị định tuyến chuyển đổi tế bào (CSR) là tổng đài ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM. Tổng đài IP của Ipsilon về bản chất là một ma trận chuyển mạch ATM được điều khiển bởi khối xử lý sử dụng công nghệ IP. Sự ra đời của MPLS khi nhu cầu và tốc độ phát triển rất nhanh của mạng Internet yêu cầu phải có một giao thức mới đảm bảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu đồng thời phải đơn giản và tốc độ xử lý phải rất cao. Mỗi công nghệ có ưu điểm và nhược điểm nhất định. Công nghệ ATM được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu trong các mạng IP xương sống do tốc độ cao, chất lượng dịch vụ QoS, điều khiển luồng và các đặc tính khác của nó mà các mạng định tuyến truyền thống không có, nó cũng được phát triển để hỗ trợ cho IP. Trong các trường hợp đòi hỏi thời gian thực cao, IPOA (IP qua ATM) sẽ là sự lựa chọn tối ưu. IPOA truyền thống là một công nghệ được ghép dựa trên công nghệ IP lớp 3 và công nghệ ATM lớp 2. Các giao thức của hai lớp là hoàn toàn độc lập với nhau. Chúng được kết nối với nhau bằng một loạt các giao thức. Cách tiếp cận này hình thành tự nhiên và nó được sử dụng rộng rãi. Đây là vấn đề để giải quyết vấn đề khi dung lượng mạng tăng lên và một số vấn đề khác.  Trong phương pháp ghép này chúng ta cần phải kết nối mạng ảo cố định (PVC) cho tất cả các điểm để thiết lập với tất cả các kết nối. Duy trì hoạt động và ngắt kết nối giữa các điểm. Khi mạng mở rộng, tiêu đề sẽ ngày càng lớn với mức độ quá tải.  Phương pháp lai ghép phân chia toàn bộ IPOA thành rất nhiều các Mạng con Logic IP (LIS), với các LIS trong cùng một mạng vật lý. Các Mạng con Logic IP được kết nối nhờ các bộ định tuyến trung gian. Cấu hình multicast giữa các Mạng con Logic IP khác nhau trên một mặt và giữa các bộ định tuyến này sẽ trở nên hạn chế khi luồng lưu lượng lớn đi qua. Cấu hình như vậy chỉ áp dụng cho các mạng nhỏ như mạng doanh nghiệp, mạng trường học v.v… Không phù hợp với nhu cầu cho các mạng lớn Internet trong tương lai, cả hai đều khó mở rộng, và phát triển. 11 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin ®å ¸n tèt nghiÖp Điều này tạo nên sự liên kết giữa chúng phụ thuộc vào một loạt các giao thức phức tạp và các bộ định tuyến xử lý các giao thức này. Sự phức tạp sẽ gây ra các mối bất lợi đến độ tin cậy của các mạng. Chuyển mạch nhãn sử dụng một thiết bị tương tự như bộ định tuyến để điều khiển thiết bị chuyển mạch phần cứng ATM, do vậy công nghệ này có được tỉ lệ giữa giá thành và chất lượng có thể sánh được với tổng đài. Nó kết hợp một cách hoàn hảo ưu điểm của các tổng đài chuyển mạch với ưu điểm của các bộ định tuyến.  Một số ưu điểm của chuyển mạch đa giao thức MPLS Chuyển mạch MPLS làm tăng hiệu quả chuyển tiếp gói tin của các bộ định tuyến lõi qua việc sử dụng các chức năng gán và phân phối nhãn gắn với các dịch vụ định tuyến lớp mạng khác nhau. Và việc phân chia nhãn hoàn toàn độc lập với bộ định tuyến trong mạng nhằm tăng tốc độ xử lý gói tin khi truyền trên mạng. Một số yếu tố mà chúng ta cần quan tâm đến cộng nghệ chuyển mạch nhãn MPLS.  Khả năng làm viêc của cộng nghệ chuyển mạch nhãn Tốc độ là một vấn đề quan trọng của chuyển mạch nhãn và tăng quá trình xử lý lưu lượng người dùng trên mạng. Các dịch vụ tốc độ cao không phải là quyết định tất cả các yếu tố nhưng gì mà chuyển mạch nhãn cung cấp. Chuyển mạch nhãn còn có thể cung cấp mềm dẻo các tính năng khác nhau để đáp ứng các nhu cầu của người dùng Internet, thay vì sử dụng địa chỉ IP mà bộ định tuyến cần phải xử lý thì chuyển mạch nhãn cho phép các địa chỉ này gắn với một hoặc vài nhãn, của chuyển mạch làm giảm kích thước bảng địa chỉ và cho phép bộ định tuyến hỗ trợ nhiều người sử dụng hơn. Hệ thống chuyển mạch nhãn xử lý một cách linh hoạt số lượng người dùng.  Tốc độ độ xử lý gói tin Các gói tin được truyền đi trên đường truyền dựa vào các phần mềm điều khiển lưu lượng trên mạng, độ trễ được xác định chủ yếu trong quá trình này là quá trình xử lý định tuyến để tìm ra phương án thích hợp cho các gói tin đầu vào. Trong quá trình phát triển thì việc tìm cách đưa ra nhưng phương pháp tối ưu nhất nhằm giảm được tốc độ trễ của gói tin đầu vào, nhưng lưu lượng truyền tải luôn lớn hơn khả năng xử lý và dẫn đến việc mất gói tin, hoặc tắc nghẽn mạng trên đường truyền. Việc này dẫn đến làm giảm hiệu năng truyền tải của 12 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin ®å ¸n tèt nghiÖp mạng một cách đáng kể. Công nghệ MPLS đưa ra một cách đánh giá khác với chuyển tiếp gói tin IP thông thường, sẽ cung cấp một giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề trên. Chuyển mạch nhãn thực hiện quá trình gán nhãn cho gói tin đầu vào và sử dụng nhãn để truy nhập vào bảng chuyển tiếp tại bộ định tuyến như một chỉ số của bảng. Quá trình truy nhập này chỉ yêu cầu duy nhất cho một truy nhập tới bảng thay vì hàng ngàn quá trình tìm kiếm được thực hiện trong bảng định tuyến truyền thống. Kết quả là các hoạt động này hiệu quả hơn và vì vậy lưu lượng người sử dụng trong gói tin được gửi qua mạng nhanh hơn, giảm độ trễ và thời gian đáp ứng tốt hơn cho các chuyển giao thông tin giữa các người sử dụng.  Tính chuẩn hoá của công nghệ chuyển mạch nhãn Chuyển mạch nhãn chính là sự đơn giản trong các giao thức chuyển tiếp gói tin, dựa trên nhãn của nó được cấp. Tuy nhiên, cần có các kỹ thuật điều khiển cho qua trình liên kết nhãn và đảm bảo tính tương quan giữa các nhãn với luồng lưu lượng người sử dụng, các kỹ thuật này nhiều khi có khó khăn nhưng chúng không gây ảnh hưởng tới hiệu năng lưu lượng của người dùng. Sau khi đã gán nhãn vào lưu lượng người dùng thì hoạt động chuyển mạch nhãn có thể đưa vào trong phần mềm, trong các mạch tích hợp trong bộ xử lý đặc biệt.  Điều khiển định tuyến Định tuyến trong mạng Internet được thực hiện với các địa chỉ IP. Có rất nhiều các thông tin được lấy ra từ tiêu đề gói tin IP để thực hiện quá trình định tuyến này. Trường kiểu dịch vụ IP, địa chỉ cổng vv…, là một phần của quyết định chuyển tiếp gói tin. Nhưng định tuyến theo đích là phương pháp chuyển tiếp gói tin thông thường nhất hiện đang sử dụng. Định tuyến theo địa chỉ đích không phải là phương pháp luôn đem lại hiệu quả. Các vấn đề lặp vòng trên mạng cũng như sự khác nhau về kiến trúc mạng sẽ là các trở ngại trên mặt bằng điều khiển chuyển tiếp gói tin đối với phương pháp này. Một vấn đề nữa được đặt ra là các nhà cung cấp thiết bị. Việc sử dụng phương pháp định tuyến dựa theo địa chỉ đích theo cách riêng của họ. Một số thiết bị cho phép người quản trị mạng chia sẻ lưu lượng, trong khi một số khác sử dụng các trường chức năng (TOS), chỉ số cổng vv… 13 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin ®å ¸n tèt nghiÖp Định tuyến dựa trên IP thường gắn với các giao thức chuyển mạch nhãn, như Chuyển tiếp khung (FR), ATM hoặc MPLS. Phương pháp này sử dụng các trường chức năng trong tiêu đề gói tin IP như: địa chỉ cổng, nhận dạng giao thức IP hoặc kích thước của gói tin. Các trường chức năng này cho phép mạng phân lớp dịch vụ thành các kiểu lưu lượng và thường thực hiện tại các nút đầu vào mạng. Các bộ định tuyến trên lớp lõi có thể sử dụng các bits đã xử lý tại thiết bị biên để quyết định xử lý luồng lưu lượng đến, quá trình xử lý này có thể sử dụng các kiểu hàng đợi khác nhau và các kiểu phương pháp xếp hàng khác nhau. Định tuyến dựa trên IP cũng cho phép người quản lý mạng thực hiện phương pháp định tuyến ràng buộc. Các chính sách dựa trên IP cho phép bộ định tuyến:  Đặt các giá trị ưu tiên vào trong tiêu đề gói tin IP.  Thiết lập bước kế tiếp cho gói tin.  Thiết lập giao diện ra cho gói tin.  Thiết lập bước kế tiếp cho gói tin khi không tồn tại hướng trong bảng định tuyến. Chuyển mạch nhãn khác với các phương pháp chuyển mạch khác ở chỗ nó là một kỹ thuật điều khiển giao thức chuyển mạch IP theo kiểu Topo mạng. Mặt khác, sự tồn tại của một địa chỉ mạng đích sẽ được xác định qua quá trình cập nhật trong bảng định tuyến để ra một đường dẫn chuyển mạch hướng tới đích. Nó cũng khái quát hoá chuyển tiếp và trao đổi nhãn, phương pháp này không chỉ thích hợp với các mạng lớn như ATM, chuyển mạch khung, PPP, mà nó có thể thích hợp với bất kỳ một phương pháp đóng gói nào. 1.3 Một số khái niệm cơ bản trong công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS  Các khái niệm trong MPLS Chuyển mạch nhãn đa giao thức là cơ chế ánh xạ địa chỉ lớp 3 vào nhãn ở lớp 2 và chuyển tiếp gói dữ liệu, thích hợp với cơ chế định tuyến ở tầng mạng. Nguyên tắc cơ bản của MPLS là thay đổi các thiết bị lớp 2 trong mạng như các thiết bị chuyển mạch ATM thành các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR. LSR có thể được xem như một sự kết hợp giữa hệ thống chuyển mạch ATM với 14 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin ®å ¸n tèt nghiÖp các bộ định tuyến truyền thống. Trên đường truyền dữ liệu, LSR đầu được gọi là quyền lối vào (Ingress) LSR; LSR cuối cùng được gọi là quyền được ra (Egress) LSR, còn lại các LSR trung gian gọi là các Core LSR. Trong một mạng MPLS mỗi gói dữ liệu sẽ chứa một nhãn dài 20 bits nằm trong tiêu đề MPLS dài 32 bits. Đầu tiên, một nhãn sẽ được gán tại lối vào LSR để sau đó sẽ được chuyển tiếp qua mạng theo thông tin của bảng định tuyến. Khối chức năng điều khiển của mạng sẽ tạo ra và duy trì các bảng định tuyến này và đồng thời cũng có sự trao đổi về thông tin định tuyến với các nút mạng khác. Định tuyến đường trục Các kết nối MPLS dự phòng Định tuyến chi nhánh MPLS VPN A MPLS VPN B Kết nối vật lý Hình 1.1: Mô hình mạng MPLS Việc chia tách riêng hai khối chức năng độc lập nhau là: chuyển tiếp và điều khiển là một trong các thuộc tính quan trọng của MPLS. Khối chức năng điều khiển sử dụng một giao thức định tuyến truyền thống (OSPF) để tạo ra và duy trì một bảng chuyến tiếp. Khi gói dữ liệu đến một LSR, chức năng chuyển tiếp sẽ sử dụng thông tin ghi trong tiêu đề để tìm kiếm bảng chuyển tiếp phù hợp và LSR đó sẽ gán một nhãn vào gói tin và chuyển nó đi theo tuyến chuyển mạch nhãn LSP (Label-Switched Path). Tất cả các gói có nhãn giống nhau sẽ đi theo cùng tuyến LSP từ điểm đầu đến điểm cuối. Đây là điểm khác với các giao thức định tuyến truyền thống, có thể có nhiều tuyến đường nối giữa hai điểm. Các Core LSR sẽ bỏ qua phần tiêu đề lớp mạng của gói, khối chức năng chuyển tiếp của những LSR này sử dụng số cổng vào và nhãn để thực hiện việc tìm kiếm bảng chuyển tiếp phù hợp rồi sau đó thay thế nhãn mới và chuyển ra 15 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin ®å ¸n tèt nghiÖp ngoài vào tuyến LSP. MPLS được xây dựng dựa trên các công nghệ của hai tầng nên nó không phụ thuộc vào công nghệ của tầng nào, hướng tiếp cận khác cho rằng công nghệ MPLS là công nghệ lớp 2.5, nên MPLS được gọi là đa giao thức. Ngoài ra không yêu cầu một giao thức phân bố nhãn cụ thể nào. MPLS có một số ứng dụng quan trọng như kỹ thuật điều khiển lưu lượng, hỗ trợ QoS và mạng riêng ảo. Công nghệ MPLS là một dạng phiên bản của công nghệ IPOA (IP over ATM) truyền thống, nên MPLS có cả ưu điểm của ATM, tốc độ cao, QoS và điều khiển luồng và của IP độ mềm dẻo và khả năng mở rộng. Giải quyết được nhiều vấn đề của mạng hiện tại và hỗ trợ được nhiều chức năng mới, MPLS được cho là công nghệ mạng trục IP lý tưởng. OSI Lớp cao (4 - 7) Lớp Mạng Lớp 2.5 MPLS Lớp liên kết Lớp vật lý Hình 1.2: Mô hình lớp MPLS trong OSI  Khái niệm về nhãn trong công nghệ chuyển mạch nhãn Nhãn là một thực thể có độ dài ngắn và cố định không có cấu trúc bên trong. Nhãn không trực tiếp mã hóa thông tin mào đầu lớp mạng như địa chỉ lớp mạng. Nhãn được gán vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho một lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Classes) mà gói tin đó được ấn định. Thường thì một gói tin được ấn định một FEC hoàn toàn hoặc một phần dựa trên một địa chỉ lớp mạng của nó. Tuy nhiên nhãn không bao giờ là mã hóa của địa chỉ đó. 16 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin ®å ¸n tèt nghiÖp Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương tiện truyền mà gói tin được truyền. Các gói ATM sử dụng giá trị Trường nhận dạng đường ảo và Trường nhận dạng kênh ảo VP như nhãn, Frame Relay sử dụng DLCI (Data Link Connection Identifier) làm nhãn. Đối với các phương tiện gốc không có cấu trúc nhãn, một đoạn đệm được chèn thêm để sử dụng cho nhãn. Khuôn dạng đoạn đệm 4 byte có cấu trúc như hình vẽ dưới đây. Đối với các khung PPP hay Ethernet giá trị nhận dạng giao thức P-ID (hoặc EtherType) được đưa thêm vào mào đầu khung tương ứng để thông báo khung là MPLS đơn hướng (Unicast) hay đa hướng (Multicast) một cách hợp lý nhất. Tải Tiêu đề IP Nhãn (20) Đệm MPLS COS(3) Tiêu đề lớp 2 S(1) TTL(8) Hình 1.3: Khuôn dạng cấu trúc nhãn  Ngăn xếp nhãn Ngăn xếp nhãn là một tập hợp có thứ tự các nhãn gắn theo gói có nhiệm vụ chuyển tải thông tin về nhiều FEC và về các LSP tương ứng mà gói sẽ đi qua. Ngăn xếp nhãn cho phép MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp và tổ chức đa LSP trong một trung kế LSP.  Miền Chuyển mạch nhãn Miền chuyển mạch nhãn là tập hợp của các nút mạng MPLS được quản lý và điều khiển bởi cùng một nhà quản trị và điều hành mạng, hay là một miền MPLS có thể coi như hệ thống mạng của một tổ chức nào đó.  Định tuyến chuyển mạch nhãn Thiết bị định tuyến hay chuyển mạch sử dụng trong mạng MPLS để chuyển các gói tin bằng thủ tục phân phối nhãn. Có một số loại LSR cơ bản như: LSR biên, ATM – LSR, ATM – LSR biên. 17 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin ®å ¸n tèt nghiÖp  Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn Bảng chuyển tiếp nhãn có chứa thông tin về nhãn đầu vào, nhãn đầu ra, giao diện đầu ra và địa chỉ điểm tiếp theo.  Đường chuyển mạch nhãn Đường chuyển mạch nhãn là tuyến tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để chuyển tiếp gói của một FEC nào đó sử dụng cơ chế chuyển đổi nhãn.  Nhóm chuyển tiếp tương đương Khái niệm được dùng để chỉ có một nhóm các gói được đối xử như nhau qua mạng MPLS ngay cả khi có sự khác biệt giữa các gói tin nay thể hiện trong mào đầu lớp mạng.  Gói tin dán nhãn Một gói tin dán nhãn là một gói tin mà nhãn được mã hóa trong đó. Trong một số trường hợp, nhãn nằm trong mào đầu của gói tin dành riêng cho mục đích dán nhãn. Trong các trường hợp khác, nhãn có thể được đặt chung trong mào đầu lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu miễn là ở đây có trường tin có thể dùng được cho mục đích dán nhãn. Công nghệ mã hóa được sử dụng phải phù hợp với cả thực thể mã hóa nhãn và thực thể giải mã nhãn.  Ấn định và phân phối nhãn Trong mạng MPLS, quyết định để kết hợp một nhãn L cụ thể với một FECF cụ thể là do LSR phía trước thực hiện. LSR phía trước sau khi kết hợp sẽ thông báo với LSR phía sau về sự kết hợp đó. Do vậy các nhãn LSR phía trước ấn định và các kết hợp nhãn được phân phối theo hướng từ LSR phía trước tới LSR phía sau.  Lớp chuyển tiếp tương đương Là khái niệm được dùng để chỉ một nhóm các gói được coi là bình đẳng như nhau qua mạng MPLS ngay cả khi có sự khác biệt giữa các gói tin này thể hiện trong tiêu đề lớp mạng. Trong lớp chuyển tiếp tương đương chứa ba thành phần cơ bản: tiền tố địa chỉ, nhận dạng bộ định tuyến và đặc tính luồng. Một nhóm gói tin IP có thể chuyển trên cùng một đường LSP với cùng tiêu đề nhãn. 18 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin IP IP ATM ATM PHY PHY IP MPLS PHY LSP Biên MPLS PHY PHY LSP LSP iP1 ®å ¸n tèt nghiÖp LSP Lõi PHY IP ATM ATM PHY PHY LSP LSP LSP Biên LSP Lõi LSP Lõi iP1 L1 iP1 L2 iP1 L3 iP1 L3 jP1 L1 jP2 iP2 jP2 L3 jP2 L3 jP1 iP1 jP2 Hình 1.4: Kiến trúc chuyển lớp FEC ATM - LSR IP IP 10 IP IP 12 LSR - INgress IP 15 LSR - Egress ATM - LSR ATM - LSR Hình 1.5: Kiến trúc node trong chuyển mạch nhãn  Bộ định tuyến chuyển mạch Là thiết bị bộ định tuyến hoặc chuyển mạch sử dụng trong mạng MPLS để chuyển các gói tin bằng thủ tục phân phối nhãn. Có một số loại LSR cơ bản sau: LSR biên, ATM-LSR, ATM-LSR biên.  Bộ định tuyến chuyển mạch biên Nằm ở biên của mạng MPLS. LSR này tiếp nhận hay gửi đi các gói thông tin từ hay đến mạng khác (IP, Frame Relay v.v…). LSR biên gán hay loại bỏ nhãn cho các gói thông tin đến hoặc đi khỏi mạng MPLS. Các LSR này có thể là bộ định tuyến lối vào hay bộ định tuyến lối ra. 19 Khoa C«ng nghÖ th«ng tin ®å ¸n tèt nghiÖp 1.4 Các thành phần trong chuyển mạch nhãn MPLS Đặc điểm cấu trúc quan trọng của công nghệ chuyển mạch nhãn là các chức năng điều khiển lớp mạng được tách hoàn toàn độc lập với hoạt động với chuyển tiếp mạch nhãn. Sự tách biệt chức năng độc lập này được tính toán kĩ khi thiết kế. MPLS cho phép các nhà cung cấp mạng kết hợp một số dịch vụ mạng hiện tại và mạng tương lai với một cơ chế chuyển tiếp đơn giản và hiểu quả. Nó hỗ trợ tốt các dịch vụ đặc biệt như định tuyến dựa vào đích hay định tuyến đa hướng, hoặc tường minh định tuyến bằng cách kết hợp chức năng định tuyến với việc thiết lập các nhãn khi phân phối chúng qua mạng, tạo ra các đường truyền chuyển mạch với các dịch vụ đầu cuối tới đầu cuối. 1.4.1 Thành phần điều khiển Như chúng ta đã đề cập trên đây, các thành phần chuyển tiếp gói và điều khiển không chỉ áp dụng đối với kiến trúc định tuyến thông thường mà còn áp dụng đối với chuyển mạch nhãn. Trong phần này chúng ta sẽ cùng nhau xem xét một số khái niệm cơ bản liên quan tới thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn. Thành phần điều khiển của chuyển mạch nhãn có nhiệm vụ:  Phân bổ thông tin định tuyến giữa các LSR.  Thực hiện các thủ tục chuyển đổi các thông tin định tuyến vào bảng chuyển tiếp nằm tại thành phần chuyển tiếp. Giống như thành phần điều khiển của bất kỳ một hệ thống định tuyến nào, thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn phải cung cấp thông tin định tuyến tường minh giữa các LSR, trên cơ sở thông tin định tuyến, bộ định tuyến thiết lập các thủ tục để tạo ra các bảng chuyển tiếp dựa trên các thông tin này. Trong thực tế, thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn sử dụng tất cả các giao thức định tuyến trong các bộ định tuyến thông thường (OSPF, BGP, v..v.). Có thể coi như cấu trúc định tuyến chuyển mạch nhãn có một tập nhỏ thuộc về bộ định tuyến thông thường. Tuy nhiên, thành phần điều khiển của bộ định tuyến thông thường không hỗ trợ một cách hoàn toàn hiệu quả đối với chuyển mạch nhãn, bởi vì kiến trúc định tuyến thông thường không thích hợp để tạo ra các bảng chuyển tiếp trên cơ 20