Tài liệu Công nghệ mpls và khả năng ứng dụng trong các mạng viễn thông

1 ®¹i häc quèc gia hµ néi TrƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ DƯƠNG VĂN DŨNG CÔNG NGHỆ MPLS VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG CÁC MẠNG VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Hµ néi - 2008 2 ®¹i häc quèc gia hµ néi TrƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ DƯƠNG VĂN DŨNG CÔNG NGHỆ MPLS VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG CÁC MẠNG VIỄN THÔNG Chuyªn ngµnh : Kỹ thuật điện tử M· sè : 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Ng-êi h-íng dÉn khoa häc: TS. Ngô Thái Trị Hµ néi - 2008 1 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................................... 3 Chương 1 : Giới Thiệu Về Công Nghệ MPLS ............................................................................. 7 1.1 Cở sở cho sự ra đời của công nghệ MPLS ............................................................................. 7 1.1.1 Hạn chế về mở rộng mạng lưới ....................................................................................... 7 1.1.2 Nhược điểm của công nghệ định tuyến IP: ...................................................................... 7 1.13 Nhược điểm của công nghệ ATM ................................................................................. 8 1.14 MPLS: sự kết hợp thành công 2 công nghệ IP và ATM .................................................. 9 1.2 Công nghệ MPLS .................................................................................................................. 9 1.2.1 Khái niệm về MPLS ....................................................................................................... 9 1.2.2 Sự phát triển của MPLS ............................................................................................... 9 1.2.3 Mô hình cấu trúc mạng MPLS ................................................................................... 10 1.2.4 Đặc điểm của MPLS ................................................................................................... 10 1.3 Các khái niệm trong MPLS ............................................................................................... 11 1.3.1 Kiến trúc của MPLS ................................................................................................... 11 1.3.1.1 Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong mạng IP .................................... 11 1.3.1.2 Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong mạng MPLS ............................. 12 1.3.2 Các thành phần trong mạng MPLS ............................................................................ 15 1.3.2.1 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR ( Label Switching Router): ........................ 15 1.3.2.2 Bộ định tuyến chuyển mạch biên Edge LSR.......................................................... 16 1.3.2.3 Đường chuyển mạch nhãn LSP ( Label Switching Path) ........................................ 17 1.3.3 Các định nghĩa về nhãn. ............................................................................................. 18 1.3.3.1 Nhãn ( Label): ....................................................................................................... 18 1.3.3.2 Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class) ..................... 19 1.3.3.3 Cơ sở thông tin nhãn ( LIB-Lable Information Base ): ........................................... 20 1.3.3.4 Chồng nhãn ( Label Stack) ..................................................................................... 23 1.3.3.5 Sự đóng gói dữ liệu:............................................................................................... 23 1.3.3.6 Giao thức phân phối nhãn LDP ( label distribution protocol).................................. 24 1.3.4 Các cơ chế về nhãn. .................................................................................................... 25 1.3.4.1 Cơ chế gán nhãn .................................................................................................... 25 1.3.4.2 Cơ chế phân phối nhãn........................................................................................... 26 1.3.5 Nguyên lý hoạt động của MPLS ................................................................................ 26 1.3.5.1 Các cơ chế của quá trình tạo, phân phối nhãn ......................................................... 26 1.3.5.2 Điều khiển LSP...................................................................................................... 30 1.3.5.3 Cơ chế PHP ........................................................................................................... 32 1.3.6 Ưu điểm của MPLS so với mô hình cũ: ....................................................................... 33 1.3.7 Một số ứng dụng của MPLS....................................................................................... 37 Chương 2: Chất lượng dịch vụ MPSL QoS ............................................................................... 38 2.1 Giới thiệu: ........................................................................................................................... 38 2.2 Chất lượng dịch vụ trong mạng IP. ...................................................................................... 38 2.3 Các mô hình chất lượng dịch vụ .......................................................................................... 39 2.3.1 Các khái niệm và thuật toán .......................................................................................... 40 2.3.2 Tích hợp dịch vụ ( Intergrated Service ) ........................................................................ 42 2.3.2.1 Giao thức dành trước tài nguyên mạng RSVP ( Resource Reservation Protocol) .... 43 2.3.2.2 Các thành phần của RSVP ..................................................................................... 44 2 2.3.2.3 Mối quan hệ giữa RSVP và MPLS ......................................................................... 46 2.3.2.4 RSVP và khả năng phát triển ................................................................................. 46 2.3.2.5 MPLS hỗ trợ IntServ.............................................................................................. 47 2.3.2.6 Những hạn chế của mô hình IntServ ...................................................................... 48 2.3.2.7 Kết luận: ................................................................................................................ 49 2.3.3 Dịch vụ phân biệt ( Differentiated Service) ................................................................... 49 2.3.3.1 Miền Diffserv ........................................................................................................ 52 2.3.3.2 Phân loại và điều khiển lưu lượng .......................................................................... 53 2.3.3.3 Điểm mã DS .......................................................................................................... 54 2.3.3.4 MPLS và DiffServ ................................................................................................. 57 2.4 Các lệnh MQC( Modular command line interface) cho việc thực hiện MPLS QoS .............. 60 2.5 Liên mạng giữa CR-LDP và kiến trúc mạng DS .................................................................. 62 2.6 Virtual Leased Line ( Đường thuê riêng ảo)......................................................................... 63 2.6.1 Dịch vụ đảm bảo băng thông. ....................................................................................... 63 2.6.2 Các đặc tính của mặt phẳng điều khiển ......................................................................... 63 2.6.3 Các đặc tính của mặt phẳng chuyển tiếp ....................................................................... 64 2.6.4 Các bước thực hiện để đảm bảo chất lượng dịch vụ trong mạng lõi. .............................. 65 2.7 Các dịch vụ băng thông đảm bảo với MPLS ........................................................................ 66 2.7.1 IP Virtual Leased- Line( đường thuê riêng ảo mạng IP) ................................................ 66 2.7.2 Virtual Leased Line lớp 2 ............................................................................................ 67 2.8 Ưu điểm của mô hình Diffserv ............................................................................................ 68 2.9 Tóm tắt ............................................................................................................................... 69 Chương 3: Quy hoạch mạng truyền tải của VNPT ..................................................................... 72 3.1 Quy trình quy hoạch mạng chuyển mach IP/ NGN chung. ................................................... 72 3.2 Số liệu đầu vào, kết quả quy hoạch ...................................................................................... 74 3.3 Xác định công nghệ mạng chuyển mạch IP/NGN – công nghệ IP/MPLS ............................. 75 3.3.1 Công nghệ MPLS/GMPLS ........................................................................................... 76 3.3.2 Khả năng cung cấp dịch vụ. ......................................................................................... 78 3.3.3 Khả năng triển khai MPLS/GMPLS ............................................................................. 81 3.4 Phương thức định tuyến IP/MPLS ....................................................................................... 83 3.4.1 Giao thức CR-LDP ....................................................................................................... 83 3.4.2 Giao thức RSVP ........................................................................................................... 86 3.5 Đảm bảo QoS cho mạng ...................................................................................................... 87 3.6 Cơ chế bảo vệ mạng IP/MPLS ............................................................................................ 89 3.6.1 Quy trình bảo vệ ........................................................................................................... 90 3.6.3 Lựa chọn phương pháp bảo vệ ...................................................................................... 95 3.7 Định tuyến và xây dựng cấu trúc mạng ................................................................................ 97 3.8 Định cỡ kết nối và nút ......................................................................................................... 97 3.9 Thiết kế mạng IP/MPLS với cấu trúc hình sao ..................................................................... 98 Chương 4: Đề xuất xây dựng mô hình cung cấp dịch vụ Internet mới dựa trên công nghệ MPLS. ................................................................................................................................................. 99 4.1 Mô hình cung cấp dịch vụ internet được áp dụng tại nhà cung cấp dịch vụ trước đây: ......... 99 4.2 Đề xuất mô hình cung cấp dịch vụ áp dụng công nghệ MPLS. ............................................101 4.2.1 Kiến trúc hạ tầng: ............................................................................................................101 4.2.3 Các dịch vụ chính được cung cấp trên mô hình này: ........................................................103 4.2.3 Kết luận: .........................................................................................................................104 KẾT LUẬN .............................................................................................................................105 Tài liệu tham khảo ...................................................................................................................106 3 MỞ ĐẦU Ngày nay, với việc internet ra đời đã mở ra một thời kỳ mới cho các nền công nghệ thông tin phát triển. Việc trao đổi thông tin liên lạc thông qua các nhà cung cấp dịch vụ của các khách hàng ngày càng đòi hỏi cao về nhu cầu kết nối nhanh, tin cậy, hiệu quả và giá cước rẻ … Ngành công nghệ thông tin và viễn thông ra đời đã đáp ứng được nhiều về nhu cầu trao đổi thông tin ở tất cả mọi lĩnh vực như: truyền hình, báo chí, xã hội, kinh tế, chính trị…Tuy nhiên, với sự gia tăng bùng nổ thông tin như ngày nay, thì nhu cầu đó cần dần được nhân rộng, từ đó các nhà khoa học, các nhà tổ chức đã liên tục nghiên cứu và cho ra những sản phẩm công nghệ mới nhằm đáp ứng nhu cầu không ngừng của xã hội Sự phát triển nhanh chóng của Internet và quá trình triển khai trên diện rộng các mạng được xây dựng trên giao thức Internet đang tạo ra những cơ hội mới trong mạng IP. Các nhà khai thác dịch vụ đã không ngừng nâng cao cải tiến mạng lưới để phù hợp với xu hướng dịch vụ mới nhằm đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của khách hàng. Việc phát triển mạng lưới đã buộc các nhà tổ chức phải tìm ra các giải pháp hợp lý có tính mở thay vì phải đầu tư hoàn toàn một mạng mới. Trước đây các công nghệ ATM, IP ra đời đã đáp ứng được phần lớn lợi ích cho người sử dụng nhưng với sự gia tăng của số lượng thuê bao tham gia sử dụng kết nối internet ngày càng lớn, các nhà cung cấp dịch vụ áp dụng công nghệ cũ đã bộc lộ những thiếu sót. Chính vì vậy, công nghệ MPLS ra đời đã khắc phục được những thiếu sót đó. Công nghệ MPLS là sự kết hợp giữa 2 công nghê ATM va IP cho phép nhà khai thác dịch vụ không cần bỏ qua cơ sở hạ tầng cũ mà chỉ cần trang bị thêm các thiết bị tích hợp và các phần mềm chuyên dụng vào cấu trúc hệ thống mạng lưới. Rất nhiều nhà cung cấp viễn thông và Internet trên thế giới đã lựa chọn công nghệ này để cung cấp các tính năng kết hợp những ưu việt của các công nghệ mạng trước nó.Riêng ở tập đoàn BCVT Việt Nam cũng đã áp dụng công nghệ này cho mạng thế hệ kế tiếp NGN. Chỉ trong vòng vài năm MPLS đã trở thành giao thức được lựa chọn để đơn giản hoá và tích hợp mạng trong mạng lõi. Nó cho phép các nhà khai thác giảm chi phí, đơn giản hoá việc quản lý lưu lượng và hỗ trợ các dịch vụ Internet xếp chồng. Quan trọng hơn cả, nó có vẻ như là một bước tiến mới trong việc đạt mục tiêu mạng đa dịch vụ với các giao thức gồm di động, thoại, dữ liệu đa thành phần. Công nghệ MPLS là công nghệ tương đối mới mẻ, việc tìm hiểu về các vấn đề của công nghệ MPLS đòi hỏi phải có kiển thức sâu rộng, và lâu dài. Do vậy nội dung đề tài không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự phê bình, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn. 4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT. Từ viết tắt ABR Nghĩa Tiếng Anh Area Border Router API Application Interface application-specific integrated circuit Asynchronous Transfer Mode Bihaviorial Aggreggate Border Gateway Protocol Constrained Label Distribution Protocol Central Processing Unit Committed Data Rate Class of Service ASIC ATM BA BGP CR-LDP CPU CDR COS CLP CBWFQ CSPF DS DSCP E LSR EBS EXP Egress LSR EWMA FIB FEC FIFO FRR GS GMPLS HDLC IP IPX Nghĩa Tiếng Việt Router có nhiều giao tiếp gắn nhiều vùng khác nhau Programming Giao diện chương trình ứng dụng. Mạch tích hợp chuyên dụng Chế độ truyền không đồng bộ Kết tập hành vi Giao thức cổng biên Giao thức mở rộng của LDP Đơn vị xử lý trung tâm Tốc độ dữ liệu cam kết Lớp dịch vụ. Tiêu đề trong môi trường ATM Class-Based Weighted Fair Hàng đợi cân bằng trọng lượng dựa theo Queuing lớp Constraint Shortest Path First Thuật toán tìm đường đi cho đường lưu lượng Differential Service Dịch vụ phân biệt Differential Service Điểm mã dịch vụ Codepoint Edge Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn biên Excess Burst Size Kích thước xung vượt quá Experimental Các bit thí nghiệm Lưu lượng vào LSR Bộ đo Forwarding Information Base Cở sở thông tin chuyển tiếp Forwarding Equivalence Các lớp chuyển tiếp tương đương Class First input First output Vào trước ra trước Fast Route Chuyển tiếp nhanh Guaranteed Service Dịch vụ đảm bảo Generation MPLS High Level Data Link Control Internet Protocol Internetwork Packet Exchange Công nghệ MPLS kế tiếp Giao thức điều khiển liên kết dữ liệu Giao thức Internet Giao thúc liên mạng Lan 5 Từ viết tắt ICT IETF ISP ICMP IGMP LFIB LIB LSR LDP LSP LS LSA LU LLQ LSC LMP MTU NHLFE OXC PHP PBH PDR PBS PSC QOS RSVP RFC RIP RESV RSPEC SDH SPF Nghĩa Tiếng Anh Information and Communication Technology Internet Engineer Task Force Internet Service Provider Internet Control Message Protocol Internet Group Management Protocol Label Forwarding Information Base Label Information Base Label Switching Router Label Distribution Protocol Label Switched Path Label Stack Level Service Agreement Local Use Low Latency Queuing Lamda Switching Link Management Protocol Maximum Transmission Unit Next Hop Label Forwarding Entry Penultimate Hop Popping Per-Hop Behavior Peak Data Rate Peak burst size Quality of Service Resource Reservation Protocol Request For Comments Routing Information Protocol Request Specification synchronous digital hierarchy Shortest Path First Nghĩa Tiếng Việt Công nghệ tin học và truyền thông Nhóm nghiên cứu chuẩn hoá Nhà cung cấp dịch vụ Internet Giao thức điều khiển bản tin Giao thức quản trị nhóm mạng Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn Cơ sở thông tin nhãn Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn Giao thức phân phối nhãn Đường chuyển mạch nhãn Chồng nhãn Thoả thuận mức độ dịch vụ Sử dụng cục bộ Giao diện chuyển mạch Lamda Giao thức quản lý liên kết Đơn vị truyền tối đa Nút vận chuyển ( thiết bị) Cơ chế bóc nhãn tại biên Tốc độ dữ liệu đỉnh Kích thước chùm đỉnh Lớp điều phối tại mỗi chặng Chất lượng dịch vụ Giao thức giành tài nguyên Gồm các văn bản được phát hành bởi IETF dùng để ghi nhớ các nghiên cứu mới, các sáng kiến và các phương pháp ứng dụng trong công nghệ Internet. Giao thức định tuyến Bản tin RESV Yêu cầu mức chất lượng dịch vụ Ghép kênh phân cấp số đồng bộ Tìm kiếm đường ngắn nhất 6 Từ viết tắt SONET TDP TTL TCP TOS TDM TLS TSPEC TP TE VLL VC VoIP VPN WRED WDM WFQ Nghĩa Tiếng Anh Stands for Synchronous Optical NETwork Tag Distribution Protocol Time to live Tranmission Control Protocol Type of Service Time Division Multiplexing Transparent Lan Service Traffic Specification Traffic Support Traffic Engineer Virtual Lease Line Virtual Channel Virtual Private Network Weighted Random Early Detection Wavelength Division Multiplexer Weighted Fair Queuing Nghĩa Tiếng Việt Mạng quang đồng bộ Giao thức phân phối thẻ Thời gian sống của gói tin Giao thức điều khiển truyền dẫn Loại dịch vụ Ghép kênh phân chia theo thời gian Dịch vụ Lan trong suốt Đặc tính của lưu lượng Hỗ trợ lưu lượng Điều khiển lưu lượng Đường Lease line ảo Kênh ảo Gói voice IP Mạng riêng ảo Ghép kênh theo bước sóng Hàng đợi cân bằng trọng lượng 7 Chương 1 : Giới Thiệu Về Công Nghệ MPLS 1.1 Cở sở cho sự ra đời của công nghệ MPLS 1.1.1 Hạn chế về mở rộng mạng lưới Ngày nay với việc bùng nổ các dịch vụ giá trị gia tăng hứa hẹn một tương lai phát triển mạnh mẽ cho hệ thống mạng với các dịch vụ thời gian thực, băng thông rộng như VoIP, MPEG, Video conferencing hay các dịch vụ liên quan đến tính kinh tế, bảo mật, chất lượng dịch vụ cao như mạng riêng ảo VNP. Nhìn lại hệ thống mạng Internet hoàn toàn là mạng công cộng, độ an toàn và mức đáp ứng dịch vụ chưa cao. Nhiều giải pháp nhằm giải quyết các vấn đề trong mạng Internet như IntServ, DiffServ nhưng chưa giải quyết hoàn chỉnh về khả năng mở rộng, chất lượng dịch vụ đầu cuối đến đầu cuối, băng thông thấp…. Sự ra đời mạng backbone với Frame Relay, ATM đã nâng cao tốc độ mạng Wan, giải quyết phần nào về băng thông, chất lượng dịch vụ. Môt hình mạng backbone phát triển lúc này là “ IP over ATM”, tức là sự kết hợp giữa khả năng định tuyến linh hoạt của IP với sự đảm bảo về tốc độ và chất lượng dịch vụ của ATM. Nhưng khi một loạt các dịch vụ mới ra đời đòi hỏi sự linh hoạt, khả năng mở rộng cao, dễ dàng đem lại lợi nhuận đã khiến cho mô hình đó không còn thoả mãn nữa. 1.1.2 Nhược điểm của công nghệ định tuyến IP: Các giao thức định tuyến chủ đạo trong mạng IP được sử dụng để phân phối và trao đổi thông tin định tuyến lớp 3. Định tuyến theo IP lớp 3 không tin cậy dễ xẩy ra tình trạng mất gói. Khi gói tin qua các thiết bị định tuyến và chuyển mạch như Router và Switch, các thiết bị này thường phải tra bảng định tuyến và bảng Cam (bảng lưu địa chỉ Mac) để tìm thông tin. Nếu như số lượng các phiên kết nối mạng tăng lên, các gói tin cần xử lý tăng lên dẫn đến việc bộ định tuyến phải tra cứu thông tin nhiều sẽ gây ra độ trễ. Do việc định tuyến và tìm đường đi dựa trên địa chỉ IP đích nên khả năng phân loại để quản lý chất lượng dịch vụ rất khó khăn. 8 Hình 1.1 Update thông tin và tìm đuờng theo IP 1.13 Nhược điểm của công nghệ ATM Các layer 2 path (ví dụ virtual circuit) phải được cấu hình bằng tay trên các thiết bị chuyển mạch. Các thiết bị lớp 2 không có khả năng định tuyến và tìm đường như thiết bị lớp 3, do đó đường đi sẽ không tối ưu. Công nghệ ATM chuyển mạch thời gian thực không thích hợp với các dịch vụ yêu cầu thời gian trễ nhỏ như VoIP, video. Dễ xảy ra tắc nghẽn khi lưu lượng tăng ( số kết nối đến mạng tăng vọt do đó bị hạn chế về mở rộng mạng lưới). Giá thành của các thiết bị ATM cao. Việc quản lý chất lượng dựa trên ATM có nhược điểm là dùng hệ thống phần mềm rất phức tạp để giải quyết vấn đề thiết lập luồng. Hình 1.2 Chuyển mạch IP over ATM 9 1.14 MPLS: sự kết hợp thành công 2 công nghệ IP và ATM Với những hạn chế của công nghê IP truyền thống và các công nghệ chuyển mạch nhanh như ATM. Công nghệ MPLS đã ra đời với sự kết hợp 2 công nghệ IP và ATM đã thoả mãn được các yêu cầu của mạng lưới và mang lại những lợi ích thiết thực, đánh dấu một bước phát triển mới của mạng Internet trước xu thế tích hợp công nghệ thông tin và viễn thông (ICT - Information Communication Technology) trong thời kỳ mới. 1.2 Công nghệ MPLS 1.2.1 Khái niệm về MPLS MPLS (viết tắt của Multiprotocol Label Switching) – chuyển mạch nhãn đa giao thức. MPLS là công nghệ được Internet Engineering Task Force (IETF) xây dựng và phát triển để giải quyết các vấn đề khó khăn đang gặp phải trong hệ thống mạng hiện nay. Trong mạng sử dụng công nghệ MPLS, các gói tin sẽ được gán thêm 1 nhãn. Dựa vào các nhãn được gán này, các gói tin sẽ được truyền đi trong mạng với tốc độ chuyển mạch cao, cùng với khả năng điều khiển theo các chính sách mong muốn. 1.2.2 Sự phát triển của MPLS Hình 1.3 : Sự phát triển của công nghệ MPLS Năm 1996: Tổ chức Ipsilon đưa ra công nghệ chuyển mạch IP Switching đã phát triển mạnh mẽ trong những năm trước, tuy nhiên sự thiếu sót trong việc hỗ trợ QoS là 1 hạn chế ngăn chặn sự phát triển của nó. Năm 1997: Cisco đã đưa ra công nghệ Tag Switching. Đây là tiền thân của MPLS. Cisco sau đó đã đề xuất lên IETF để tiêu chuẩn hóa và phát triển hơn nữa công nghệ này. 10 Từ 1997-2001: Các kỹ thuật trong công nghệ MPLS ngày càng hoàn thiện và phát triển mạnh mẽ. 1.2.3 Mô hình cấu trúc mạng MPLS LSR biên LSR lõi Hình 1.4 Mô hình mạng core của MPLS 1.2.4 Đặc điểm của MPLS - Không có MPLS API, cũng không có thành phần giao thức phía host - MPLS là giao thức độc lập nên có thể hoạt động cùng với giao thức khác IP như IPX, ATM, Frame Relay… - MPLS giúp đơn giản hoá quá trình định tuyến và làm tăng tính linh động của các tầng trung gian. MPLS là một công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp ba và chuyển mạch lớp hai cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi (core) và định tuyến tốt ở mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn (label). MPLS là một phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng các nhãn được gắn với mỗi gói IP, tế bào ATM, hoặc frame lớp hai. Phương pháp chuyển mạch nhãn giúp các Router và MPLSenable ATM switch ra quyết định theo nội dung nhãn tốt hơn việc định tuyến phức tạp theo địa chỉ IP đích. MPLS kết nối tính thực thi và khả năng chuyển mạch lớp hai với định tuyến lớp ba cho phép các ISP cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau mà không cần phải bỏ đi cơ sở hạ tầng sẵn có. Cấu trúc MPLS có tính mềm dẻo trong bất kỳ sự phối hợp với công nghệ lớp hai. MPLS hỗ trợ mọi giao thức lớp hai, triển khai hiệu quả các dịch cụ IP trên một 11 mạng chuyển mạch IP. MPLS hỗ trợ việc tạo ra các tuyến khác nhau giữa nguồn và đích trên một đường trục Internet. Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến trúc mạng, Các ISP có thể giảm chi phí, tăng lợi nhuận, cung cấp nhiều hiệu quả khác nhau và đạt được hiệu quả cạnh tranh cao. 1.3 Các khái niệm trong MPLS 1.3.1 Kiến trúc của MPLS 1.3.1.1 Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong mạng IP Hình 1.5 mô tả mối quan hệ giữa mặt phẳng điều khiển IP và mặt phẳng dữ liệu IP. Đối với các giao thức internet, các ví dụ của mặt phẳng điều khiển là các giao thức định tuyến như OSPF, IS-IS, BGP. Nó cho phép IP chuyển tiếp lưu lượng một cách chính xác. Các bản tin điều khiển được trao đổi giữa các router để thực hiện nhiều hoạt động khác nhau bao gồm: - Trao đổi các bản tin giữa các nút để thiết lập tuyến liên kết. - Trao đổi các bản tin theo chu kỳ ( bản tin hello) để chắc rằng các nút gần kề hoạt động tốt. - Trao đổi các bản tin quảng cáo ( advertisement) về địa chỉ và tuyến để xây dựng các bảng định tuyến được sử dụng bới IP để chuyển tiếp lưu lượng. Hình 1.5: Mặt phẳng điều khiển và dữ liệu IP 12 1.3.1.2 Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong mạng MPLS MPLS cũng hoạt động với các mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu, như mô tả ở hình 1.6. Nhiệm vụ chính của mặt phẳng điều khiển là quảng cáo các nhãn, địa chỉ và liên kết chúng. Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn là một router được cấu hình để hỗ trợ MPLS. Nó dùng cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn ( Label forwarding information base LFIB) để xác định cách xử lí các gói MPLS đến các nút và chuyển tiếp chúng đi. Hình 1.6: Mặt phẳng điều khiển và dữ liệu MPLS. Các bản tin điều khiển được trao đổi giữa các LSR để thực hiện nhiều hoạt động khác nhau bao gồm thiết lập liên kết. Sau khi hoạt động này hoàn thành, các nút được gọi là các LSR ngang hàng ( peer), trao đổi các bản tin chu kì ( bản tin hello ) để chắc rằng các nút gần kề hoạt động tốt, trao đổi các bản tin địa chỉ và nhãn để liên kết các địa chỉ với nhãn và xây dựng bảng chuyển tiếp cho mặt phẳng dữ liệu MPLS. Mặt phẳng dữ liệu MPLS sẽ chuyển tiếp lưu lượng bằng cách kiểm tra nhãn trong tiêu đề gói MPLS, địa chỉ IP không cần kiểm tra. Tiêu đề nhãn sau đó bị bỏ đi, và địa chỉ IP lại được dùng để phân phối lưu lượng đến người dùng cuối. Các thành phần của Control Plane Trao đổi thông tin định tuyến : Control Plane sử dụng nhiều giao thức để trao đổi thông tin định tuyến lớp 3 như OSPF, IS-IS, EIGRP, BGP ... Nhờ các giao thức này, các thiết bị có được thông tin để có thể đến tất cả các mạng một cách chính xác, và hội tụ nhanh khi mạng có sự thay đổi. Trao đổi thông tin về nhãn : Control Plane sử dụng 2 giao thức để trao đổi thông tin về nhãn giữa các thi ết bị như LDP (Label Distribution Protocol), TDP (Tagswitching 13 Distribution Protocol). Các giao thức này tạo ra bảng LIB (Label Information Base) chứa thông tin về các nhãn mà thiết bị cần biết. Bảng 1 : Bảng Cơ sở thông tin nhãn LIB ( Label Distribution Base) Network LSR Label X.X.X.X local U X.X.X.X A Z Y.Y.Y.Y B T Bảng LIB chứa thông tin về các nhãn ứng với các mạng. Các nhãn này có thể do chính router tự gán, hoặc do các router lân cận khác gán và thông báo cho router biết. Hình 1.7: Cấu trúc của LSR ( Label Switch Router) 14 Hình 1.8: Cấu trúc của LER ( Edge Label Switching Router) Các thành phần của Data Plane: Thông tin có được từ bảng định tuyến (Routing table) và bảng LIB (Label Information Base) được sử dụng để tạo ra bảng FIB (Forwarding Information Base) và bảng LFIB (Label Forwarding Information Base). Bảng FIB được sử dụng bởi các PE router (router nằm ở biên) để thực hiện việc gán nhãn cho các gói tin IP nhận được từ mạng khách hàng, nó chứa thông tin tương ứng giữa địa chỉ đích và nhãn sẽ gán Bảng 2: Cơ sở thông tin chuyển tiếp FIB ( Forwarding Information Base): Network Next hop Label X.X.X.X Y Z • Như trong bảng FIB trên, khi router biên nh ận được 1 gói tin muốn truyền tới địa chỉ đích thuộc mạng X.X.X.X nó sẽ gán cho gói tin đó nhãn Z và truyền gói tin đó cho router Y. Bảng LFIB được sử dụng để xử lý các gói tin theo thông tin nhãn của nó. Tùy 15 thuộc vào nội dung của bảng LFIB, các router có thể “swap”( tráo đổi) nhãn hoặc bỏ nhãn. LFIB có dạng: Bảng 3:Cở sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB ( Label forwarding information base) Label Action Next hop X Z Y A Pop B Với bảng LFIB như trên, router khi nhận được gói tin có nhãn X sẽ thực hiện việc thay thế nhãn X bằng nhãn Z và truyền gói tin đó tới router kế cận có địa chỉ Y. Mặt khác, router khi nhận được gói tin có nhãn A sẽ thực hiện bóc nhãn A, trả gói tin về dạng ban đầu và truyền gói tin tới router kế tiếp có địa chỉ là B. 1.3.2 Các thành phần trong mạng MPLS 1.3.2.1 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR ( Label Switching Router): LSR (Label Switching Router) là các router nằm bên trong mạng lõi của nhà cung cấp dich vụ. LSR chuyển mạch các gói tin dựa vào thông tin nhãn trong gói tin đó. LSR không có bất kỳ kết nối nào tới các thiết bị của khách hàng. LSR thường được gọi là P router (Provider Router). Cấu trúc cơ bản của của một thiết bị LSR có hai thành phần chính: thành phần điều khiển ( control component) còn được gọi là mặt phẳng điều khiển ( control plane) và thành phần chuyển tiếp ( forwarding component), còn được gọi là thành phần dữ liệu ( data component). Mặt phẳng điều khiển sử dụng các giao thức định tuyến IP để xây dựng nên bảng định tuyến. Từ những thông tin này, thành phần điều khiển sẽ tiến hành quá trình ấn định nhãn với các nút mạng lân cận. Thành phần chuyển tiếp ( forwarding component) sử dụng thông tin của quá trình này để tạo bảng cơ sở thông tin nhãn LIB ( Label Information Based). Khi nhận được gói dữ liệu, LSR sẽ sử dụng giá trị nhãn của gói và bảng định tuyến nhãn để tìm ra và gắn một giá trị nhãn mới thích hợp cho gói dữ liệu. Chức năng của LSR Trong quá trình truyền gói tin trong mạng MPLS, LSR có thể thực hiện các chức năng sau: 16 - Chèn nhãn: Thiết bị Ingress LSR chèn nhãn vào gói tin nh ận được từ mạng khách hàng - Thay đổi nhãn: LSR trong m ạng lõi “swap”( tráo đổi) nhãn của gói tin nhận được rồi chuyển tiếp gói tin đó cho LSR (hoặc Edge LSR) kế cận. - Bỏ nhãn: Thiết bị Egress LSR sẽ bỏ nhãn ở trong gói tin và trả gói tin đó về định dạng ban đầu. 1.3.2.2 Bộ định tuyến chuyển mạch biên Edge LSR Edge LSR là các router nằm ở biên giữa mạng lõi của nhà cung cấp dịch vụ và mạng của khách hàng. LSR thường được gọi là PE router ( Provider Edge Router). Edge LSR gồm 2 loại:  Ingress LSR là các router nhận các gói tin IP từ mạng của khách hàng và thực hiện việc gán nhãn cho các gói tin đó.  Egress LSR là các router nhận các gói tin IP từ trong mạng lõi và thực hiện việc bóc nhãn cho các gói tin đó Trong cấu trúc Edge LSR, thành phần chuyển tiếp ( forwarding component) có thêm bảng định tuyến IP. Với thành phần này, Edge LSR có thể định tuyến các gói dữ liệu IP truyền thống. Hình 1.9: Các LSR và Edge LSR 17 Bảng 4: Tóm tắt chức năng các loại router. Loại LSR Chức năng thực hiện LSR Chuyển tiếp các gói tin dán nhãn, thay đổi nhãn của gói tin đó Edge-LSR (ingress) Nhận gói tin IP, thực hiện tra bảng định tuyến lớp 3, chèn nhãn vào trong gói tin đó Edge-LSR (egress) Nhận gói tin đã gán nhãn, tra bảng định tuyến lớp 3, bỏ nhãn ra khỏi gói tin và truyền gói tin IP đi tiếp ATM-LSR Chạy giao thức MPLS ở mặt phẳng điều khiển để cài đặt các mạch ảo ATM. Truyền các gói tin gán nhãn như các tế bào ATM ATM (ingress) ATM (egress) Nhận các gói tin đã gán nhãn hoặc chưa gán nhãn, edge-LSRchia thành các tế bào ATM, truyền các tế bào này đi tiếp tới ATM-LSR Có thể nhận các tế bào ATM từ 1 ATM-LSR lân edge-LSRcận, sắp xếp các tế bào lại thành dạng gói tin ban đầu và truyền gói tin đi (đã gán nhãn hoặc chưa) 1.3.2.3 Đường chuyển mạch nhãn LSP ( Label Switching Path) LSP (Label Switch Path) - đường chuyển mạch nhãn, là tuyến đường được tạo từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS (hoặc một đoạn nào đó trong mạng MPLS) dùng để chuyển tiếp gói tin của một FEC( lớp chuyển tiếp tương đương) sử dụng cơ chế chuyển đổi nhãn (label-swapping forwarding). LSP được xây dựng bằng các giao thức như LDP, RSVP ( Resource Reservation Protocol)… 18 Hình 1.10 Hình ảnh của một LSP 1.3.3 Các định nghĩa về nhãn. 1.3.3.1 Nhãn ( Label): Nhãn là một khung nhận dạng ngắn, có chiều dài cố định và không có cấu trúc. Một nhãn không thực hiện trực tiếp bất cứ thông tin nào từ tiêu đề lớp mạng. Nhãn là yếu tố nền tảng trong MPLS. Nhãn là một đoạn thông tin được đưa vào giữa thông tin của lớp 2 và lớp 3 trong cấu trúc gói tin của frame-mode MPLS. Hình 1.11: Nhãn trong Frame Mode MPLS hoặc chính là ATM header trong cell-mode MPLS