Tài liệu BÁO CÁO ĐỀ TÀI MẠNG VIỄN THÔNG

 BÁO CÁO ĐỀ TÀI MẠNG VIỄN THÔNG GVHD: …………………… Trang i  LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của các ngành điện tủ - tin học, công nghệ viễn thông trong những năm vừa qua phát triển rất mạnh mẽ cung cấp ngày càng nhiều các loại hình dịch vụ mới đa dạng, an toàn, và chất lượng cao đáp ứng ngày càng tốt hơn yêu cầu của khách hàng. Trong xu hướng phát triển và hội tụ của viễn thông và tin học, cùng với sự phát triển nhanh chóng về nhu cầu của người dùng đối với những dịch vụ đa phương tiện chât lượng cao đã làm cho cơ sở hạ tầng thông tin và viễn thông đã có những thay đổi lớn về cơ bản. Nhưng tổng đài chuyển mạch kênh truyền thống đã không còn có thể đáp ứng những đòi hỏi của người dùng về những dịch vụ tốc độ cao, chính vì thế đòi hổi cần phải có một giải pháp đáp ứng được yêu cầu đó. Xu hướng viễn thông dưa trên nền tảng chuyển mạch gói tốc độ cao, dung lượng lớn và hội tụ được các loại dịch vụ trên cùng một hạ tầng là điều tất yếu. Mạng thế hệ sau NGN ra đời nó được phát triển từ tất cả các mạng cũ lên. NGN có khả năng làm nền tảng cho việc triển khai nhiều loại hình dịch vụ mới trong tương lai một các nhanh chóng, không phân biệt ranh giới các nhà cung cấp dịch vụ (dịch vụ độc lập với hạ tầng mạng). Tuy nhiên sự phát triển nhanh chóng và mở rộng không ngừng của Internet, sự phức tạp của các loại hình dịch vụ dần đã làm cho mạng viễn thông hiện tại khó đáp ứng được. Sự ra đời của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là một lựa chọn cho cấu trúc mạng trong tương lai bởi tính linh hoạt của bộ định tuyến và năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch trong nó. Trong nội dung bài tập lớn này chúng em đi sâu vào nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS trong NGN. Bài làm không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn để bài làm được hoàn chỉnh hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! GVHD: …………………… Trang ii  MỤC LỤC BÁO CÁO ĐỀ TÀI....................................................................................................... i MẠNG VIỄN THÔNG................................................................................................. i LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................. ii MỤC LỤC................................................................................................................... iii DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT..................................................................................... vi CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU........................................... 1 1.1.Khái quát về mạng viễn thông........................................................................... 1 1.1.1.Các khái niệm cơ bản................................................................................... 1 1.1.2.Các thành phần chính trong mạng viễn thông............................................ 1 1.1.3.Mạng viễn thông tương tự và mạng viễn thông số...................................... 2 1.2.Mạng viễn thông thế hệ sau............................................................................... 3 1.2.1.Khái niệm...................................................................................................... 3 1.2.2.Đặc điểm của mạng NGN............................................................................. 3 1.3.Cấu trúc chức năng của mạng NGN................................................................. 3 1.3.1.Mô hình phân lớp chức năng....................................................................... 3 1.3.2.Chức năng các lớp........................................................................................ 4 1.3.2.1.Lớp truyền dẫn và truy nhập.................................................................... 4 1.3.2.2.Lớp truyền thông..................................................................................... 5 1.3.2.3.Lớp điều khiển......................................................................................... 5 1.3.2.4.Lớp ứng dụng.......................................................................................... 5 1.3.2.5.Lớp quản lý.............................................................................................. 5 1.4.Các công nghệ làm nền tảng cho NGN.............................................................. 6 1.4.1.IP................................................................................................................... 6 1.4.2.ATM.............................................................................................................. 6 1.4.3.IP Over ATM................................................................................................. 7 1.4.4.MPLS............................................................................................................ 7 CHƯƠNG II: KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU.................................................................................................. 8 2.1.Sự ra đời của công nghệ MPLS......................................................................... 8 2.1.1.Khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức............................................ 8 2.1.2.Sự cần thiết phải sử dụng MPLS................................................................. 8 GVHD: …………………… Trang iii  2.2.Đặc tính cơ bản của MPLS................................................................................ 9 2.3.Các thành phần cơ bản của MPLS.................................................................. 10 2.1.3.Thành phần chuyển tiếp của MPLS........................................................... 10 Thành phần chuyển tiếp dùng nhãn chứa trong một gói tin và thông tin lấy từ bảng thông tin nhãn LIB (Label Information base) của từng thiết bị LSR để chuyển tiếp gói tin............................................................................................. 10 2.1.3.1.Nhãn và ngăn xếp nhãn......................................................................... 10 2.1.3.2. Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ........................................................ 11 2.1.3.3.Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn .................................................... 11 2.1.3.4.Lớp chuyển tiếp tương đương FEC........................................................ 11 2.1.3.5.Bảng cơ sở dữ liệu nhãn ....................................................................... 12 2.1.4. Thành phần điều khiển MPLS.................................................................. 12 2.1.4.1.Các phương pháp điều khiển gán nhãn................................................. 12 2.1.4.2.Phân bổ thông tin điều khiển gán nhãn................................................. 13 2.1.4.3.Thiết lập đường chuyển mạch nhãn LSP............................................... 13 CHƯƠNG III: CHUYỂN MẠCH ĐA GIAO THỨC TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU............................................................................................................................. 15 3.1. Những vấn đề cơ bản của công nghệ MPLS.................................................. 15 3.2. Nguyên tắc chuyển mạch nhãn đa giao thức................................................. 15 3.3. Các giao thức cơ bản của MPLS.................................................................... 17 3.3.1. Giao thức phân bổ nhãn LDP................................................................... 17 3.3.1.1. Khái quát về giao thức phân bổ nhãn LDP........................................... 17 3.3.1.2. Phương thức phân bổ nhãn của LDP................................................... 18 3.3.1.3. Phương thức duy trì nhãn.................................................................... 18 3.3.2. Giao thức phân bổ nhãn dựa trên định tuyến ràng buộc CR - LDP........19 3.4. Phân bổ nhãn dựa trên giao thức dành trước tài nguyên RSVP.................20 3.5. Ưu điểm nhược điểm của MPLS trong mạng NGN...................................... 21 3.5.1. Ưu điểm...................................................................................................... 21 3.5.2. Nhược điểm................................................................................................ 22 3.6. Ứng dụng MPLS trong mạng NGN................................................................ 22 KẾT LUẬN................................................................................................................. 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 26 GVHD: …………………… Trang iv  DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc mạng phân cấp.............................................................................. 1 Hình 1.2 Các thành phần của mạng viễn thông......................................................... 2 Hình 1.3 Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ mạng)................................................... 4 Hình 1.4 Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ dịch vụ)................................................. 4 Hình 2.1. MPLS và mô hình tham chiếu OSI............................................................ 8 Hình 2.2. Cấu trúc nhãn MPLS ............................................................................... 10 Hình 2.3. Cấu trúc ngăn xếp nhãn............................................................................ 11 Hình 2.4. Minh họa lớp chuyển tiếp tương đương................................................... 12 Hình 2.5. Cấu trúc thành phần điều khiển............................................................... 12 Hình 2.6. Điều khiển thông tin gán nhãn................................................................. 13 Hình 3.1. Hoạt động chuyển gói tin qua mạng MPLS............................................. 16 Hình 3.2. Sử dụng RSVP để phân bổ nhãn.............................................................. 21 GVHD: …………………… Trang v  DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không đồng bộ API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân tích địa chỉ CoS Class of Service Lớp dịch vụ FEC Forward Equivalent Class Lớp chuyển tiếp tương đương FIB Forward Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức điều khiển bản tin IP Internet Protocol Giao thức Internet ITU International Telecommunication Union Liên minh viễn thông quốc tế LAN Local Area Network Mạng cục bộ LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn LER Label Edge Router Bộ định tuyến biên LFIB Label Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LIB Lable Information Base Bảng cơ sở dữ liệu nhãn LSFT Lable Switch Forwarding Table Bảng chuyển tiếp tương đương nhãn LSP Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn LSR Label Switch Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn MGW Media Gateway Cổng phương tiện MPLS Multi Protocol Label Switch Chuyển mạch nhãn đa giao thức NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau NHRP Next Hop Resolution Protocol Giao thức phân giải chặng tiếp theo OSI Open Systems Interconnection Kết nối các hệ thống mở OSPF Open Shortest Path Fiest Đường ngắn nhất mở đầu tiên PNNI Private Network to Network Interface Giao diện mạng – mạng riêng GVHD: …………………… Trang vi  PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RSVP Resource Reservacation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời gian TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải TLV Type/ Length/ Value Các tham số kiểu/ độ dài/ giá trị TMN Telecommunication Management Network Mạng quản lý viễn thông VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo GVHD: …………………… Trang vii  CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU 1.1. Khái quát về mạng viễn thông 1.1.1. Các khái niệm cơ bản Mạng viễn thông là phương tiện truyền thông đưa thông tin từ đầu phát tới đầu thu. Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng. Mạng viễn thông cũng có thể được định nghĩa như sau: mạng viễn thông là một hệ thống gồm các nút chuyển mạch được nối với nhau bằng các đường truyền dẫn. Nút được phân thành nhiều cấp và kết hợp với các đường truyền tạo thành các cấp mạng khác nhau. Hình 1.1 Cấu trúc mạng phân cấp Trong mạng hiện nay gồm 5 nút: − Nút cấp 1: Trung tâm chuyển mạch quá giang quốc tế. − Nút cấp 2: Trung tâm chuyển mạch quá giang đường dài. − Nút cấp 3: Trung tâm chuyển mạch quá giang nội hạt. − Nút cấp 4: Trung tâm chuyển mạch nội hạt. − Nút cấp 5: Trung tâm chuyển mạch từ xa. 1.1.2. Các thành phần chính trong mạng viễn thông Xét trên quan điểm phần cứng, mạng viễn thông bao gồm các thiết bị đầu cuối, thiết bị chuyển mạch và thiết bị truyền dẫn. GVHD: …………………… Trang 1  Hình 1.2 Các thành phần của mạng viễn thông  Thiết bị đầu cuối: Thiết bị đầu cuối là các trang thiết bị của người sử dụng dùng để giao tiếp với mạng cung cấp dịch vụ. Hiện nay có nhiều chủng loại thiết bị đầu cuối của nhiều hãng khác nhau tùy thuộc vào từng dịch vụ (như máy điện thoại, máy fax, máy tính cá nhân…). Thiết bị đầu cuối thực hiện chức năng chuyển đổi thông tin cần trao đổi thành tín hiệu điện và ngược lại.  Thiết bị chuyển mạch Thiết bị chuyển mạch là các nút của mạng viễn thông có chức năng thiết lập đường truyền giữa các thuê bao (đầu cuối). Trong mạng điện thoại, thiết bị chuyển mạch là các tổng đài điện thoại.  Thiết bị truyền dẫn Thiết bị truyền dẫn được sử dụng để nối các thiết bị đầu cuối hay giữa các tổng đài với nhau và truyền các tín hiệu một cách nhanh chóng và chính xác. Dựa vào môi trường truyền dẫn thiết bị truyền dẫn có thể phân thành hai loại: vô tuyến (cáp kim loại, cáp quang) và hữu tuyến (sử dụng không gian làm môi trường truyền dẫn). 1.1.3. Mạng viễn thông tương tự và mạng viễn thông số Mạng viễn thông được gọi là tương tự nếu có các đặc điểm sau đây: − Tín hiệu truyền trên trung kế là tương tự. − Tín hiệu truyền trên đường dây thuê bao là tương tự. GVHD: …………………… Trang 2  − Các nút mạng xử lý tín hiệu tương tự. Mạng viễn thông được gọi là số nếu có những đặc điểm sau: − Tín hiệu truyền trên trung kế là số. − Tín hiệu truyền trên đường dây thuê bao là tương tự hoặc có thể là số với mạng hoàn toàn số. − Các nút mạng xử lý tín hiệu số. 1.2. Mạng viễn thông thế hệ sau 1.2.1. Khái niệm Mạng viễn thông thế hệ mới có nhiều tên gọi khác nhau, chẳng hạn như: - Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau) - Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ) - Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng) - Mạng nhiều lớp (mạng được phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng độc lập nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng TDM). Cho tới nay các tổ chức và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới rất quan tâm đến NGN (Next Generation Network) nhưng vẫn chưa có một định nghĩa rõ ràng. Do vậy ta chỉ có thể tạm định nghĩa NGN như sau: “ NGN là mạng có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, là sự hội tụ giữa thoại và dữ liệu, giữa cố định và di động.” 1.2.2. Đặc điểm của mạng NGN + Nền tảng là hệ thống mở. + NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy nhưng các dịch vụ trên NGN phải độc lập với mạng lưới. + NGN là mạng chuyển mạch gói dựa trên một giao thức thống nhất. + Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng ngày càng tăng và có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu. 1.3. Cấu trúc chức năng của mạng NGN 1.3.1. Mô hình phân lớp chức năng Nhìn chung NGN vẫn là một xu hướng mới mẻ do vậy chưa có một khuyến GVHD: …………………… Trang 3  nghị chính thức nào được công bố rõ ràng để làm tiêu chuẩn về cấu trúc NGN, song dựa vào mô hình mà một số tổ chức và các hãng xây dựng ta có thể tạm hiểu cấu trúc NGN chức năng như sau: - Lớp kết nối (truy nhập và truyền dẫn/ở phần lõi) - Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media) - Lớp điều khiển - Lớp quản lý Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay rất phức tạp với nhiều loại giao thức, khả năng tương thích giữa các thiết bị của các hãng là vấn đề đang được các nhà khai thác quan tâm. Hình 1.3 Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ mạng) Xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ thì mô hình cấu trúc NGN có thêm lớp ứng dụng dịch vụ. Hình 1.4 Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ dịch vụ) 1.3.2. Chức năng các lớp 1.3.2.1. Lớp truyền dẫn và truy nhập  Phần truyền dẫn GVHD: …………………… Trang 4  Lớp truyền tải trong cấu trúc mạng NGN bao gồm chức năng truyền dẫn và chức năng chuyển mạch. Lớp truyền dẫn có khả năng hỗ trợ các mức QoS (Quality of Service) khác nhau cho cùng một dich vụ và cho các dịch vụ khác nhau. Nó có khả năng lưu trữ lại các sự kiện xảy ra trên mạng (kích thước gói, tốc độ gói, tỷ lệ mất gói… đối với mạng chuyển mạch gói; băng thông, độ trì hoãn đối với mạng chuyển mạch kênh TDM).  Phần truy nhập Như tên gọi, lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và mạng đường trục qua cổng giao tiếp MGW (Media Gateway) thích hợp. 1.3.2.2. Lớp truyền thông Lớp này chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trường (PSTN, LAN, vô tuyến…) sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên mạng lõi và ngược lại. Nhờ đó, các nút chuyển mạch và các hệ thống truyền dẫn sẽ thực hiện chức năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự điếu khiển của các thiết bị thuộc lớp điều khiển. 1.3.2.3. Lớp điều khiển Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ truyền thông suốt từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào. Các chức năng quản lý và chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp trong lớp điều khiển. Nhờ có giao diện mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn, điều này cho phép các dịch vụ mới được đưa vào nhanh chóng và dễ dàng. 1.3.2.4. Lớp ứng dụng Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều mức độ. Một số dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc điều khiển logic của chúng và truy nhập trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ thực hiện điều khiển từ lớp điều khiển. Lớp ứng dụng kết nối với lớp điều khiển thông qua giao diện mở API. Nhờ đó mà các nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng trên dịch vụ mạng. 1.3.2.5. Lớp quản lý Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp từ kết nối cho đến lớp ứng dụng. Tại lớp quản lý người ta có thể khai thác hoặc xây dựng mạng giám sát viễn thông TMN (Telecommunication Management Network) như một mạng riêng theo dõi GVHD: …………………… Trang 5  và điều phối các thành phần mạng viễn thông đang hoạt động. 1.4. Các công nghệ làm nền tảng cho NGN Ngày nay do yêu cầu ngày càng tăng về số lượng và chất lượng dịch vụ đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của thị trường công nghệ điện tử - tin học - viễn thông. Những xu hướng phát triển công nghệ đã và đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn nhau nhằm cho phép mạng lưới thoả mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trong tương lai. Theo ITU có hai xu hướng tổ chức mạng chính: - Hoạt động kết nối định hướng. - Hoạt động không kết nối. Tuy vậy hai phương thức phát triển này đang dần tiếp cận và hội tụ dẫn đến sự ra đời của của công nghệ ATM/IP. Sự phát triển mạnh mẽ của các dịch vụ và các công nghệ mới tác động trực tiếp đến sự phát triển cấu trúc mạng. 1.4.1. IP IP (Internet Protocol) là giao thức chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp gói tin được thực hiện theo cơ chế phi kết nối. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tới đích. IP là giao thức chuyển mạch có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao. Tuy nhiên việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theo từng chặng. Mặt khác IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ. 1.4.2. ATM Công nghệ ATM (Asynchronous Transfer Mode) dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói. Thông tin được nhóm vào các gói tin có độ dài cố định ngắn, trong đó vị trí gói không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho trước. Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau. ATM có hai đặc điểm quan trọng: - ATM có khả năng nhóm một số kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho công việc định tuyến được dễ dàng - ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM. Các tế bào nhỏ với tốc độ truyền cao sẽ làm cho trễ truyền lan và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao dễ dàng hơn. GVHD: …………………… Trang 6  Quá trình chuyển giao các tế bào qua tổng đài ATM cũng giống như chuyển giao gói qua router. Tuy nhiên ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên cell có kích thước cố định và nhỏ hơn IP, kích thước bảng định tuyến nhỏ hơn nhiều so với của IP router. Việc này thực hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng nên dung lượng tổng đài ATM thường lớn hơn dung lượng IP router truyền thống. 1.4.3. IP Over ATM IP over ATM là một kỹ thuật xếp chồng, nó xếp IP lên ATM. Giao thức của hai tầng hoàn toàn độc lập với nhau, giữa chúng phải nhờ một loại giao thức nữa để nối thông như NHRP, ARP. Điều đó hiện nay không được sử dụng rộng rãi trong thực tế. 1.4.4. MPLS MPLS là kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức. Phương pháp này đã dung hợp một cách hữu hiệu năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch với tính linh hoạt của bộ định tuyến. MPLS là công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng. Với tính chất cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng IP truyền thống. Bên cạnh đó thông lượng của mạng sẽ được cải thiện một cách rõ rệt. GVHD: …………………… Trang 7  CHƯƠNG II: KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU 2.1. Sự ra đời của công nghệ MPLS Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là kết quả của quá trình phát triển nhiều giải pháp chuyển mạch IP. Tên gọi của nó bắt nguồn từ thực tế đó là hoán đổi nhãn được sử dụng như kỹ thuật chuyển tiếp sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. Sử dụng từ “đa giao thức” có nghĩa là nó có thể hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng không chỉ riêng IP. 2.1.1. Khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức là kết quả phát triển của công nghệ chuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi định tuyến IP. Trong chuyển mạch nhãn, thay vì sử dụng địa chỉ đích để quyết định định tuyến, một “nhãn” được gắn vào gói tin và được đặt vào trong tiêu đề gói với mục đích thay thế cho địa chỉ và nhãn được sử dụng để chuyển lưu lượng các gói tin tới đích. Hình 2.1. MPLS và mô hình tham chiếu OSI MPLS là công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 và chuyển mạch lớp 2 cho phép truyền tải các gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến tốt ở mạng biên bằng cách dựa vào nhãn. 2.1.2. Sự cần thiết phải sử dụng MPLS  Tốc độ và trễ Chuyển tiếp dựa trên IP truyền thống là quá chậm để xử lý tải lưu lượng lớn trong mạng toàn cầu hay trong các liên kết mạng. Dẫn đến kết quả là lưu lượng và kết nối có thể bị mất và hiệu năng toàn mạng giảm sút trong một mạng dựa trên IP. Trong khi đó, chuyển mạch nhãn đa giao thức nhanh hơn nhiều bởi vì giá trị nhãn được đặt ở GVHD: …………………… Trang 8  thông tin mào đầu của gói được sử dụng để truy nhập bảng chuyển tiếp định tuyến tại router. Việc tìm kiếm này chỉ yêu cầu một lần truy nhập tới bảng nên lưu lượng người sử dụng trong gói được gửi qua mạng nhanh hơn nhiều so với sử dụng chuyển tiếp IP truyền thống.  Biến động trễ Hoạt động chuyển mạch nhãn sẽ làm cho lưu lượng được gửi qua mạng nhanh hơn và biến thiên trễ ít hơn so với hoạt động định tuyến IP truyền thống.  Khả năng mở rộng mạng Chuyển mạch nhãn cung cấp các giải pháp cho sự phát triển nhanh chóng và xây dựng các mạng lớn bằng việc cho phép một lượng lớn các địa chỉ IP được kết hợp với một vài nhãn. Giải pháp này làm giảm đáng kể kích cỡ bảng địa chỉ và cho phép router hỗ trợ nhiều người sử dụng hơn.  Sử dụng tài nguyên Chuyển mạch nhãn không cần nhiều tài nguyên mạng để thực hiện các công cụ điều khiển trong việc thiết lập các đường đi chuyển mạch nhãn cho lưu lượng người sử dụng.  Tính đơn giản Một khía cạnh khác của chuyển mạch nhãn là sự đơn giản trong các giao thức chuyển tiếp gói tin, và nguyên tắc rất đơn giản: chuyển tiếp gói tin dựa trên nhãn của nó.  Điều khiển định tuyến. Chuyển mạch nhãn cho phép các bộ định tuyến chọn tuyến đầu ra tường minh theo nhãn, như vậy cơ chế này cung cấp một cách thức truyền tải lưu lượng qua các nút và liên kết phù hợp với lưu lượng truyền tải, cũng như là đặt ra các lớp lưu lượng gồm các dịch vụ khác nhau (dựa trên yêu cầu QoS) trên đó. Chuyển mạch nhãn là một giải pháp tốt để hướng lưu lượng qua một đường dẫn, mà không nhất thiết phải nhận toàn bộ thông tin từ giao thức định tuyến IP động dựa trên địa chỉ đích. 2.2. Đặc tính cơ bản của MPLS Kỹ thuật lưu lượng: Cung cấp khả năng thiết lập đường truyền mà lưu lượng sẽ truyền qua mạng và khả năng thiết lập các chất lượng cho các lớp dịch vụ CoS (Class of Service) và chất lượng dịch vụ QoS khác nhau. GVHD: …………………… Trang 9  Cung cấp dịch vụ IP dựa trên các mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network): Thông qua mạng MPLS, các nhà cung cấp dịch vụ có thể tạo ra các đường hầm IP đi qua mạng trong suốt đối với dịch vụ người sử dụng. Loại bỏ cấu hình đa lớp: Sự phát triển của các công nghệ và dịch vụ trên nền IP đã tạo ra rất nhiều các mô hình xếp chồng. MPLS là một giải pháp thay thế cho mô hình xếp chồng IP trên nền ATM cũng như các hạ tầng lớp 2 khác. Tuyến hiện: Một đặc điểm nổi trội của MPLS là cho phép thiết lập các đường định tuyến tường minh về đường đi trên mạng. Hỗ trợ đa liên kết và đa giao thức: Thành phần chuyển tiếp mạch nhãn không mặc định với bất kì một lớp nào. Được coi là lớp trung gian giữa lớp 2 và 3 (lớp 2.5). 2.3. Các thành phần cơ bản của MPLS 2.1.3. Thành phần chuyển tiếp của MPLS Mặt phẳng chuyển tiếp có trách nhiệm chuyển gói tin dựa trên giá trị chứa trong nhãn. Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng một cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB (Label Forwading Information Base) để chuyển tiếp các gói. Thành phần chuyển tiếp dùng nhãn chứa trong một gói tin và thông tin lấy từ bảng thông tin nhãn LIB (Label Information base) của từng thiết bị LSR để chuyển tiếp gói tin. 2.1.3.1. Nhãn và ngăn xếp nhãn  Nhãn Cấu trúc của nhãn được trình bày trong hình sau: Hình 2.2. Cấu trúc nhãn MPLS Nhãn là một thực thể ngắn gọn có độ dài cố định và không có cấu trúc bên trong, nhãn mang giá trị bằng số được thỏa thuận bởi các nút MPLS để chỉ thị cho kết nối dọc theo các đường chuyển mạch nhãn LSP. Nhãn được gán vào một gói tin cụ thể đại diện cho một lớp chuyển tiếp tương đương. GVHD: …………………… Trang 10  Nhãn có tổng độ dài là 4 byte nằm giữa tiêu đề lớp 2 và tiêu đề IP trong các gói tin. Các trường chức năng gồm có: giá trị của nhãn thể hiện bằng số (20 bit), trường thể hiện lớp dịch vụ CoS (3 bit), trường ngăn xếp hỗ trợ thứ bậc nhãn trong chồng nhãn (1 bit) và trường thời gian sống của gói tin (8 bit).  Ngăn xếp nhãn Hình 2.3. Cấu trúc ngăn xếp nhãn Ngăn xếp nhãn được cấu trúc bởi một tập các nhãn chèn vào giữa tiêu đề lớp 2 và tiêu đề lớp 3 của gói tin. Nhãn nằm tại đỉnh của ngăn xếp nhãn được sử dụng cho nhiệm vụ chuyển tiếp gói tin, và nhãn cuối ngăn xếp có giá trị bit S bằng 1. Thông qua ngăn xếp nhãn, MPLS thực hiện việc định tuyến phân cấp và tạo ra các đường hầm chuyển mạch nhãn. 2.1.3.2. Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR là thiết bị 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, LSB lõi, ATM – LSR 2.1.3.3. Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn LSFT (Lable Switch Forwarding Table) là bảng chuyển tiếp nhãn có chứa thông tin về nhãn đầu vào, nhãn đầu ra, giao diện đầu ra và địa chỉ bước nhảy tiếp theo. 2.1.3.4. Lớp chuyển tiếp tương đương FEC Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forward Equivalent Class) là khái niệm được dùng để chỉ một nhóm các gói được xử lý như nhau qua mạng MPLS ngay cả khi có sự khác biệt giữa các gói tin này thể hiện trong tiêu đề lớp mạng. Một nhóm gói tin IP có thể chuyển trên cùng một đường LSP với cùng tiêu đề nhãn. GVHD: …………………… Trang 11  Hình 2.4. Minh họa lớp chuyển tiếp tương đương 2.1.3.5. Bảng cơ sở dữ liệu nhãn Mỗi lớp chuyển tiếp tương đương yêu cầu một nhãn riêng biệt. LIB là bảng liệt kê các FEC với các nhãn tương ứng của chúng. 2.1.4. Thành phần điều khiển MPLS Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn chịu trách nhiệm phân bổ thông tin định tuyến giữa các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn. Sử dụng để chuyển đổi các thông tin định tuyến thành cơ sở dữ liệu trong bảng chuyển tiếp. Sự khác biệt lớn nhất so với các kiến trúc định tuyến truyền thống là phương pháp tạo ra một bảng cơ sở dữ liệu trong thành phần chuyển tiếp chứa liên kết các nhãn ra với các bước nhảy kế tiếp. Hình 2.5. Cấu trúc thành phần điều khiển 2.1.4.1. Các phương pháp điều khiển gán nhãn Để duy trì bảng định tuyến, thành phần điều khiển thực hiện điều khiển thủ tục gán các nhãn vào các FEC để tạo ra các liên kết nhãn. Thành phần điều khiển cung cấp hai kiểu gán nhãn tới bảng chuyển tiếp là: gán nhãn cục bộ và gán nhãn từ xa. Kiểu gán nhãn cục bộ được thực hiện trên chính bộ định tuyến chuyển mạch nhãn. Kiểu gán nhãn từ xa, liên kết nhãn với các FEC được điều khiển bởi bộ định tuyến LSR khác. Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn sử dụng cả hai kiểu gán liên kết nhãn để xây dựng nên bảng định tuyến và có thể thực hiện theo hai phương pháp: phương pháp gán nhãn đường xuống và phương pháp gán nhãn đường lên. GVHD: …………………… Trang 12  Hình 2.6. Điều khiển thông tin gán nhãn Trong phương pháp gán nhãn đường xuống, các nhãn cục bộ được sử dụng gán cho các lưu lượng lối vào và các nhãn cấp phát từ xa cho các lưu lượng lối ra. Mỗi nhãn mang trong gói tin lối vào trong một FEC được tạo ra theo hướng đi của luồng lưu lượng. Tuy nhiên, thông tin liên kết nhãn lại đi ngược lại từ bộ định tuyến phía dưới luồng lưu lượng tới bộ định tuyến phía trên. Phương pháp gán nhãn đường lên đối ngược với phương pháp đường xuống về khía cạnh thông tin lưu lượng gán nhãn và cùng chiều với gói tin gán nhãn. 2.1.4.2. Phân bổ thông tin điều khiển gán nhãn Khi các LSR tạo hoặc hủy bỏ các liên kết nhãn và FEC, bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR cần thông tin tới các LSR khác về liên kết nhãn này. Phân bổ thông tin điều khiển gán nhãn có thể thực hiện theo một trong hai cách: - Mang bởi các giao thức định tuyến: Tiếp cận này gắn chặt quá trình phân bổ nhãn vào thông tin định tuyến, vì vậy thông tin liên kết nhãn sẽ gắn với thông tin định tuyến. Điều này cho phép quy trình xây dựng bảng chuyển tiếp được thống nhất vì thông tin liên kết nhãn và thông tin về bước nhảy kế tiếp luôn cùng được yêu cầu cho một khoản mục trong bảng chuyển tiếp. - Sử dụng giao thức phân bổ nhãn riêng: Tiếp cận này được sử dụng khi các giao thức định tuyến không giải quyết được các nhược điểm đã nêu trên. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất khi sử dụng giao thức này là không đồng bộ được thông tin về bước nhảy kế tiếp và liên kết nhãn lối ra. Việc triển khai thêm giao thức sẽ kéo theo độ phức tạp của hệ thống tăng lên Nhược điểm: Các thông tin định tuyến được phân bổ bởi các giao thức định tuyến có thể không phù hợp với thông tin liên kết nhãn. Khó khăn trong việc mở rộng các giao thức định tuyến để mang thêm thông tin. 2.1.4.3. Thiết lập đường chuyển mạch nhãn LSP GVHD: …………………… Trang 13