Tài liệu Triển khai các ứng dụng và tối ưu chất lượng dịch vụ sử dụng chuyển mạch nhãn đa giao thức

Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục MỤC LỤC MỤC LỤC… ........................................................................................................ i DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU ...................................................... vi THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ................................................................................ iii LỜI MỞ ĐẦU ......................................................................................................1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MPLS VÀ ỨNG DỤNG MPLS TRONG MẠNG VIỄN THÔNG ...........................................................2 1.1. Giới thiệu tổng quan về MPLS ...................................................................2 1.1.1. Giới thiệu tổng quan ....................................................................................2 1.1.2. Đặc điểm của MPLS ...................................................................................6 1.2. Các ứng dụng của MPLS trong Mạng Viễn Thông ..................................7 1.2.1. Ứng dụng mạng riêng ảo trong MPLS ........................................................7 1.2.2. Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS .............................................................. 14 1.3. Kết luận chương 1 ..................................................................................... 27 CHƯƠNG 2: CÁC VẤN ĐỀ VỀ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG VIỄN THÔNG .................................................................................... 29 2.1. Tổng quan về QoS ..................................................................................... 29 2.1.1. Định nghĩa ................................................................................................ 29 2.1.2. Các đặc tính của QoS .............................................................................. 31 2.1.3. Mô hình Best-Effort trong QoS ............................................................... 35 2.1.4. Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ trong QoS........................................... 36 2.2. Ý nghĩa của QoS với MPLS...................................................................... 42 2.3. Kết luận chương 2 ..................................................................................... 44 CHƯƠNG 3: TỐI ƯU HÓA CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ SỬ DỤNG DIFFSERV-MPLS ........................................................................................... 46 3.1. Tổng quan về Diff-Serv ............................................................................. 46 3.1.1. Khái niệm ................................................................................................. 46 3.1.2. Đặc điểm .................................................................................................. 48 Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page i Đồ án tốt nghiệp Đại học Mục lục 3.1.3. Các thuật ngữ sử dụng trong Diff-Serv .................................................... 48 3.1.4. Nguyên lí hoạt động ................................................................................. 50 3.1.5. Mô hình DiffServ ..................................................................................... 51 3.2. Kiến trúc mạng DiffServ .......................................................................... 52 3.2.1. Kiến trúc mạng ......................................................................................... 52 3.2.2. Quá trình xử lí gói tin ............................................................................... 54 3.2.3. Xử lý từng chặng (PHP) ........................................................................... 57 3.2.4. Các điểm mã của DiffServ (Code point) .................................................. 59 3.2.5. Phân lớp lưu lượng và điểu hòa ............................................................... 60 3.2.6. Ưu điểm và nhược điểm của DiffServ ..................................................... 63 3.3. Sử dụng Diff-Serv kết hợp MPLS để tối ưu hóa chất lượng dịch vụ ....... 64 3.3.1. Động lực hình thành DiffServ kết hợp MPLS ......................................... 64 3.3.2. MPLS hỗ trợ DiffServ .............................................................................. 65 3.3.3. DiffServ với kỹ thuật lưu lượng trong MPLS .......................................... 69 3.3.4. Thực tế quản lý hàng đợi trong MPLS-DiffServ ..................................... 73 3.3.5. Các đặc tính QoS của MPLS UNI ........................................................... 74 3.4. Phân tích hiệu năng ................................................................................... 77 3.4.1. Kiểm tra hiệu năng thông qua Băng thông và Độ mất gói ...................... 77 3.4.2. Kết luận phân tích hiệu năng.................................................................... 82 3.5. Triển khai MPLS QoS trên hạ tầng mạng của công ty SPT ................ 83 3.5.1. Hạ tầng mạng của công ty SPT ................................................................ 83 3.5.2. Phương án triển khai ................................................................................ 83 3.5.3. Cấu hình triển khai MPLS QoS trên mạng SPT ...................................... 87 3.6. Kết luận chương 4 ..................................................................................... 89 KẾT LUẬN ....................................................................................................... 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 92 Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page ii Đồ án tốt nghiệp Đại học Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ đầy đủ Từ viết Nghĩa Tiếng Việt tắt AF ATM Assured Forwading Chuyển tiếp bảo đảm Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ BA Behavior Aggretate Tập hợp đối xử BC Bandwidth Constraint Hạn chế băng thông BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng đường biên CoS Class of Service Lớp dịch vụ CQ Custom Queuing Hàng đợi theo yêu cầu CT Class-Type Phân loại lớp DS Differentiated Services Dịch vụ phân biệt Differentiated Services Codes Point Điểm mã dịch vụ phân biệt External Gateway Protocol Giao thức cổng ngoài Enhance Interio Gateway Routing Giao thức định tuyến mở Protocol rộng của IGRP E-Label Switch Path Đường chuyển mạch nhãn DSCP EGP EIGRP E-LSPs E EF Expedited Forwarding Chuyển tiếp nhanh FCS Frame Check Sequence Chuỗi kiểm tra khung FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước Generalized Multiprotocol Label Chuyển mạch nhãn đa giao Switching thức tổng quát FIFO First-in, first-out Hàng đợi vào trước ra trước HTTP HyperText Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu GMPLS văn bản IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong miền Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page iii Đồ án tốt nghiệp Đại học ILM IP IS-IS ISP Thuật ngữ viết tắt Incoming Label Map Ánh xạ nhãn lối vào Internet Protocol Giao thức Internet Intermediate System to Intermediate Hệ thống trung gian đến hệ System thống trung gian Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet Layer 3 Vitual Private Network Mạng riêng ảo lớp 3 LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn LER Label Edge Router Bộ định tuyến chuyển mạch L3VPN nhãn biên LSA Link state advertisements Quảng bá kiểu trạng thái liên kết L-LSPs LSP L-Label Switch Path Con đường chuyển nhãn L Label Switch Path Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR Label Switched Routers Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LVC Label Virtual Circuit Mạch ảo nhãn MAM Maximum Allocation Model Mô hình phân bổ tối đa RDM Russian Dolls Model Mô hình Dolls Russian MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS MPLS User to Network Interface UNI Giao diện người sử dụng – mạng trong mạng MPLS Network Layer Reachability Thông tin về khả năng tiếp Information cận lớp mạng OSPF Open Shortest Path First Đường đi ngắn nhất PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức NLRI Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page iv Đồ án tốt nghiệp Đại học PE Provider Edge Thuật ngữ viết tắt Thiết bị biên của nhà cung cấp dịch vụ PHP Per Hop Behavior Xử lý từng chặng PPP Point to Point Tunneling Protocol Giao thức đường hầm điểm tới điểm PQ Priority Queuing Hàng đợi ưu tiên QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyến RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên mạng SLA Service level Agreement Thỏa thuận mức dịch vụ SVC Switched Virtual Connections Kết nối ảo Chuyển mạch TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thời gian TE Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng SLA Service level Agreement Thỏa thuận mức dịch vụ ToS Type of Service Loại dịch vụ TCA Traffic Conditinoning Agreement Thỏa thuận điều kiện lưu TDM lượng Traffic Trunks Trung kế lưu lượng Operations Administration and vận hành quản lý và bảo Management dưỡng VPN Vitual Private Network Mạng riêng ảo VRF Virtual Routing Forwarding Chuyển tiếp định tuyến ảo WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WFQ Weighted Fair Queuing Hàng đợi công bằng trọng TT OA&M số Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page v Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ và bảng biểu DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1. 1: Tương tác cuả các giao thức trong mặt phẳng điều khiển ................. 12 Hình 1. 2: Hoạt động của mặt phẳng dữ liệu (Data Plane) ................................. 13 Hình 1. 3: Sắp xếp lưu lượng tại LSR lối vào ..................................................... 15 Hình 1. 4: Vị trí giao thức LDP trong bộ giao thức MPLS................................. 16 Hình 1. 5: Thủ tục phát hiện LSR lân cận ........................................................... 18 Hình 1. 6: Tiêu đề LDP ....................................................................................... 20 Hình 1. 7: Khuôn dạng các bản tin LDP ............................................................. 20 Hình 1. 8. Các bản tin PATH truyền từ bộ gửi tới bộ nhận và các bản tin RESV truyền theo hướng ngược lại ............................................................................... 23 Hình 1. 9. Các bản tin Path và Reservation ........................................................ 24 Hình 1. 10. Đối tượng Session và Explicit Route ............................................... 25 Hình 1. 11: Tránh tắc nghẽn ................................................................................ 26 Hình 1. 12: Sự chia sẻ tải .................................................................................... 27 Hình 2. 1. Mất gói trong mạng ............................................................................ 35 Hình 2. 2. Kiến trúc IntServ ................................................................................ 40 Hình 2. 3. Luồng thông điệp PATH và RESV .................................................... 41 Hình 3. 1. Mô hình DiffServ tại biên và lõi của mạng........................................ 51 Hình 3. 2. Kiến trúc mạng ................................................................................... 53 Hình 3. 3. Quá trình xử lý gói tin tại router biên của mạng DS .......................... 55 Hình 3. 4 : Byte ToS trước và sau DiffServ ........................................................ 59 Hình 3. 5. Khung DSCP ...................................................................................... 60 Hình 3. 6. Cấu trúc của router DiffServ .............................................................. 62 Hình 3. 7. Ánh xạ giữa tiêu đề IP và tiêu đề đệm MPLS cho một E-LSP .......... 66 Hình 3. 8. Ánh xạ giữa tiêu đề IP và tiêu đề đệm MPLS cho một L-LSP .......... 66 Hình 3. 9. Luồng của gói tin trong MPLS không kết hợp DiffServ ................... 67 Hình 3. 10. Luồng của gói tin trong MPLS kết hợp DiffServ ............................ 68 Hình 3. 11. Maximum Allocation Model –MAM............................................... 70 Hình 3. 12. Russian Dolls Model ........................................................................ 71 Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page vi Đồ án tốt nghiệp Đại học Danh mục hình vẽ và bảng biểu Hình 3. 13. Kiến trúc LSR với hàng đợi và lịch trình. ........................................ 73 Hình 3. 14. Giao diện MPLS người dùng tới giao diện mạng ............................ 75 Hình 3. 15. Phục vụ VNP trên nền MPLS UNI .................................................. 77 Hình 3. 16. Mô hình được sử dụng trong thí nghiệm ......................................... 78 Hình 3. 17. Bảng biểu diễn định nghĩa các dịch vụ ............................................ 80 Hình 3. 18. Kết quả QoS ..................................................................................... 80 Hình 3. 19. Độ mất gói với những đảm bảo về băng thông khác nhau .............. 81 Hình 3. 20. Lịch sử xác suất thất thoát gói tin .................................................... 81 Hình 3. 21. Hình thể hiện bảng tóm tắt lưu lượng luồng .................................... 82 Hình 3. 22. Cấu trúc phân lớp mạng SPT ........................................................... 84 Hình 3. 23. Mạng IP tích hợp nhiều kỹ thuật chuyển mạch khác nhau .............. 85 DANH MỤC BẢNG Bảng 3. 1. Ánh xạ giữa PHB và DSCP .............................................................. 56 Bảng 3. 2: Các lớp AF và mức độ ưu tiên loại bỏ gói. ....................................... 58 Bảng 3. 3 : Byte ToS trước và sau DiffServ ....................................................... 59 Bảng 3. 4. Thống kê chính sách QoS ................................................................. 86 Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page vii Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU Ngày này, khi Internet vô cùng phát triển, lưu lượng di chuyển trên Internet không chỉ đơn thuần là data, mà còn là các dịch vụ Voice, Video, và các dịch vụ mang tính thời gian thực… luôn yêu cầu độ ưu tiên cao nhất và độ trễ nhỏ nhất. Chính vì thế, nên vấn đề tối ưu chất lượng dịch vụ luôn được các nhà mạng thực hiện thường xuyên và đặt lên hàng đầu để giải quyết vấn đề về băng thông khi xảy ra tắc nghẽn trong mạng mà còn đáp ứng các yêu cầu của khách hàng. Bên cạnh đó, MPLS là cơ chế chuyển mạch nhãn hỗ trợ khả năng chuyển mạch, định tuyến luồng thông tin một cách hiệu quả. Nó cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến tốt ở mạng biên bằng cách dựa vào nhãn. Vì những lợi ích công nghệ chuyển mạch nhãn mang lại để giải quyết các vấn đề về chất lượng dịch vụ được thực hiện tốt nên sử dụng MPSL đang là xu hướng phát triển của ngày nay. Được sự hướng dẫn của cô Phan Thị Nga, em đã đi tìm hiểu và nghiên cứu đề tài “Triển khai các ứng dụng và tối ưu chất lượng dịch vụ sử dụng chuyển mạch nhãn đa giao thức”. Nội dung đề tài gồm có 3 chương: Chương 1: Giới thiệu tổng quan về MPLS và ứng dụng MPLS trong mạng viễn thông. Chương 2: Các vấn đề về chất lượng dịch vụ trong mạng viễn thông. Chương 3: Tối ưu hóa chất lượng dịch vụ sử dụng DiffServ-MPLS. Trong quá trình làm đồ án, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý, hướng dẫn và sự giúp đỡ của quý thầy cô và bạn bè. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Phan Thị Thanh Mai Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page 1 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu tổng quan về MPLS và ứng dụng MPLS trong mạng Viễn Thông CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MPLS VÀ ỨNG DỤNG MPLS TRONG MẠNG VIỄN THÔNG 1.1. Giới thiệu tổng quan về MPLS 1.1.1. Giới thiệu tổng quan Rất nhiều tài liệu trong sách, cũng như trên Internet đề cập tới MPLS và các tối ưu của nó trong sự phát triển của ngành Viễn thông ngày nay. Chỉ trong vòng vài năm kể từ khi MPLS ra đời thì nó đã phát triển từ một công nghệ kỳ lạ trở thành công cụ chính được sử dụng bởi các ISP để tạo ra các lợi nhuận dịch vụ. Vậy, MPLS là gì và tại sao MPLS lại có vai trò quan trọng trong sự phát triển của ngành Viễn Thông như thế? Ta xét một quá trình chuyển thư điện tử từ hệ thống máy tính gửi đến hệ thống máy tính nhận. Trong mạng internet truyền thống (không sử dụng chuyển mạch nhãn) quá trình chuyển thư điện tử giống hệt quá trình chuyển thư thông thường. Các địa chỉ đích được truyền qua các thực thể trễ (các bộ định tuyến). Địa chỉ đích sẽ là yếu tố để xác định con đường mà gói tin chuyển qua các bộ định tuyến. Trong chuyển mạch nhãn, thay vì sử dụng địa chỉ đích để quyết định định tuyến, một “nhãn” được gán với gói tin và được dặt trong tiêu đề gói tin với mục đích thay thế cho địa chỉ và nhãn được sử dụng để chuyển lưu lượng các gói tin tới đích. Mục tiêu của chuyển mạch nhãn đưa ra nhằm cải thiện hiệu năng 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.Thêm vào đó là lược đồ phân phối nhãn hoàn toàn độc lập với quá trình chuyển mạch. MPLS viết tắt của Multi Protocol Layer Switching, chuyển mạch nhãn đa giao thức. MPLS là một công nghệ kết hợp giữa định tuyến lớp 3 và chuyển mạch lớp 2 cho phép chuyển tải gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến tốt ở mạng biên bằng cách dựa vào nhãn. MPLS là phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng các nhãn được gán vào mỗi gói IP, tế bảo ATM hoặc frame lớp 2. MPLS cho phép các ISP cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau mà không cần phải bỏ đi cơ sở hạ tầng có sẵn. Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page 2 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu tổng quan về MPLS và ứng dụng MPLS trong mạng Viễn Thông  Phương thức hoạt động: Thay thế cơ chế định tuyến lớp 3 bằng cơ chế chuyển mạch lớp 2. MPLS hoạt động trong lõi của mạng IP. Các router trong lõi phải enable trên từng giao diện. Nhãn được gắn thêm vào gói đi vào mạng MPLS, nhãn được tách ra khi gói ra khỏi mạng MPLS. Sử dụng nhãn trong quá trình gửi gói khi đã thiết lập đường đi. MPLS tập trung vào quá trình hoán đổi nhãn. Một trong những thế mạnh của MPLS là tự định nghĩa chồng nhãn. Những tính năng nào của MPLS vẫn còn phù hợp với ngày nay: - Khả năng mở rộng của việc định tuyến lớp mạng: Sử dụng nhãn như là một phương tiện để tổng hợp các thông tin chuyển tiếp (forwarding information), nó làm việc như là bộ định tuyến phân cấp. VPN lớp 3 đã chứng minh là một ví dụ điển hình về sự kết hợp các thông tin chuyển tiếp. Router biên cần chưa rất nhiều thông tin định tuyến liên quan đến mỗi VPN mà nó cung cấp dịch vụ. Nhưng Router lõi lại không cần đến điều đó. Như vậy, giả sử bất kỳ Router biên nào cung cấp dịch vụ cho duy nhất một subnet của các VPN liên quan đến mạng thì không một Router nào trong mạng cần giữ lại toàn bộ các tuyến đường hiện có trong mạng. - Tốc độ và trễ: Chuyển mạch nhãn nhanh hơn nhiều bởi vì giá trị nhãn được đặt ở header của gói được sử dụng để truy nhập bảng chuyển tiếp tại router, nghĩa là nhãn được sử dụng để tìm kiếm trong bảng. Việc tìm kiếm này chỉ yêu cầu một lần truy nhập tới bảng, khác với truy nhập bảng định tuyến truyền thống việc tìm kiếm có thể cần hàng ngàn lần truy nhập. Kết quả là lưu lượng người sử dụng trong gói được gửi qua mạng nhanh hơn nhiều so với chuyển tiếp IP truyền thống. - Jitter: Là sự thay đổi độ trễ của lưu lượng người sử dụng do việc chuyển gói tin qua nhiều node trong mạng để chuyển tới đích của nó. Tại từng node, địa chỉ đích trong gói phải được kiểm tra và so sánh với danh sách địa chỉ đích khả dụng trong bảng định tuyến của node, do đó trễ và biến thiên trễ phụ thuộc vào số lượng gói và khoảng thời gian mà bảng tìm kiếm phải xử lý trong Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page 3 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu tổng quan về MPLS và ứng dụng MPLS trong mạng Viễn Thông khoảng thời gian xác định. Kết quả là tại node cuối cùng, Jitter là tổng cộng tất cả các biến thiên độ trễ gại mỗi node giữa bên gửi và bên thu. Với gói là thoại thì cuộc thoại bị mất đi tính liên tục. Do chuyển mạch nhãn hiệu quả hơn, lưu lượng người dùng được gửi qua mạng nhanh hơn và ít Jitter hơn so với định tuyến IP truyền thống. - Tính linh hoạt trong việc cung cấp các dịch vụ định tuyến: Sử dụng nhãn để xác định lưu lượng truy cập để nhận các dịch vụ đặc biệt. ví dụ: QoS. Sử dụng nhãn để cung cấp chuyển tiếp dọc theo một đường dẫn, nó khác với việc chuyển tiếp dựa vào đích. MPLS có khả năng xác định lưu lượng truy cập các dịch vụ đặc biệt như QoS. Nó cũng dùng Kỹ thuật lưu lượng cho phép nó cung cấp chuyển tiếp dọc theo đường dẫn cụ thể rõ ràng. Hai thuộc tính này được kết hợp trong DiffServ Aware Traffic Engineering , sẽ được mô tả chi tiết trong chương 3. - Tăng hiệu suất làm việc của Mạng: Sử dụng mô hình hoán đổi nhãn để tối ưu hóa hiệu năng mạng. Bởi vì các bộ định tuyến hiện đại thực hiện chuyển tiếp gói tin trong phần cứng, các tốc độ chuyển tiếp cho các gói IP và MPLS tương tự nhau. Tuy nhiên, 'Tối ưu hóa hiệu suất mạng' hàm ý một ngữ cảnh rộng hơn đơn giản hiệu suất của từng nút. Nhưng MPLS lại giúp ích trong phạm vi rộng lớn hơn. ví dụ: thông qua việc sử dụng kỹ thuật lưu lượng để tránh tắc nghẽn và sử dụng các tuyến định tuyến nhanh để giảm sự gián đoạn của lưu lượng khi một liên kết trong mạng bị lỗi. - Đơn giản hóa việc tích hợp các bộ định tuyến với công nghệ chuyển mạch tế bào: bằng cách làm cho các thiết bị chuyển mạch di động có thể có chức năng định tuyến như một router. Do đó làm giảm số lượng các bộ định tuyến ngang hàng mà router phải duy trì. Bên cạch đó việc đơn giản hóa việc tích hợp các bộ định tuyến với công nghệ chuyển mạch tế bào bởi việc tạo thông tin về mô hình mạng vật lý luôn sẵn sàng cho các thủ tục định tuyến lớp mạng. Cuối cùng thì việc đơn giản hóa việc tích hợp các bộ định tuyến với công nghệ Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page 4 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu tổng quan về MPLS và ứng dụng MPLS trong mạng Viễn Thông chuyển mạch tế bào cũng được làm bằng cách sử dụng địa chỉ chung, định tuyến và thủ tục quản lý. Chuyển mạch nhãn khác với phương pháp chuyển mạch khác ở chỗ nó là kĩ thuật điều khiển giao thức chuyển mạch IP theo kiểu topo. Mặt khác sự tồn tại của một địa chỉ mạng đích sẽ xác định quá trình cập nhật trong bảng định tuyến để ra một đường dẫn chuyển mạch hướng tới đích. Nó cũng khái quát cơ cấu chuyển tiếp và trao đổi nhãn, phương pháp này không chỉ thích hợp với các mạng lớn như ATM, chuyển mạch khung, PPP, và nó có thể thích hợp với bất kì phương pháp đóng gói nào.  Chức năng của MPLS: - Định quá trình quản lý lưu lượng luồng của các mạng khác nhau, như luồng giữa các máy, phần cứng khác nhau hoặc thậm chí luồng giữa các ứng dụng khác nhau. - Duy trì sự độc lập của giao thức lớp 2 và lớp 3. - Cung cấp cách thức để ánh xạ các địa chỉ IP thành các nhãn đơn giản có độ dài không đổi được sử dụng bởi các công nghệ chuyển tiếp gói và chuyển mạch gói khác nhau - Giao diện dùng chung với các giao thức định tuyến RSVP hay OSPF. - Hỗ trợ IP, ATM, Frame Relay  Lợi ích của MPLS: - Làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu như IP, ATM…. - Tương thích với hầu hết các giao thức định tuyến và các công nghệ khác liên quan đến Internet. - Hoạt động độc lập với các giao thức định tuyến (routing protocol). - Tìm đường đi linh hoạt dựa vào nhãn (label) cho trước. - Hỗ trợ việc cấu hình quản trị và bảo trì hệ thống (OAM). - Có thể hoạt động trong một mạng phân cấp. - Có tính tương thích cao. Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page 5 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu tổng quan về MPLS và ứng dụng MPLS trong mạng Viễn Thông 1.1.2. Đặc điểm của MPLS MPLS là một công nghệ tích hợp tốt nhất các khả năng hiện tại để phân phát gói tin từ nguồn tới đích qua mạng Internet. Có thể định nghĩa MPLS là một tập các công nghệ mở dựa vào chuẩn Internet mà kết hợp chuyển mạch lớp 2 và định tuyên lớp 3 để chuyển tiếp gói tin bằng cách sử dụng các nhãn ngắn có chiều dài cố định. Bằng cách sử dụng các giao thức điều khiển và định tuyến Internet MPLS cung cấp chuyển mạch hướng kết nối ảo qua các tuyến Internet bằng cách hỗ trợ các nhãn và trao đổi nhãn. MPLS bao gồm việc thực hiện các đường chuyển mạch nhãn LSP, nó cũng cung cấp các thủ tục và các giao thức cần thiết để phân phối các nhãn giữa các chuyển mạch và các bộ định tuyến . Nghiên cứu MPLS đang được thực hiện dưới sự bảo trợ của nhóm làm việc MPLS trong IETF. MPLS vẫn là một sự phát triển tương đối mới, nó mới chỉ được tiêu chuẩn hoá theo Internet vào đầu năm 2001. Sử dụng MPLS để trao đổi khe thời gian TDM, chuyển mạch không gian và các bước sóng quang là những phát triển mới nhất. Các nỗ lực này được gọi là GMPLS (Generalized MPLS ). Nhóm làm việc MPLS đưa ra danh sách với 8 bước yêu cầu để xác định MPLS đó là: - MPLS phải làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu. Chỉ rõ các giao thức được tiêu chuẩn hoá nhằm duy trì và phân phối nhãn để hỗ trợ định tuyến dựa vào đích unicast mà việc chuyển tiếp được thực hiện bằng cách trao đổi nhãn. (Định tuyến unicast chỉ ra một cách chính xác một giao diện; định tuyến dựa vào đích ngụ ý là định tuyến dựa vào địa chỉ đích cuối cùng của gói tin). - MPLS phải thích ứng với các giao thức định tuyến lớp mạng và các công nghệ Internet có liên quan khác. Chỉ rõ các giao thức được tiêu chuẩn hoá nhằm duy trì và phân phối nhãn để hỗ trợ định tuyến dựa vào đích multicast mà việc chuyển tiếp được thực hiện bằng cách trao đổi nhãn. (Định tuyến mulicast Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page 6 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu tổng quan về MPLS và ứng dụng MPLS trong mạng Viễn Thông chỉ ra hơn một giao diện ở đầu ra. Nhiệm vụ tích hợp các kỹ thuật multicast trong MPLS vẫn đang tiếp tục nghiên cứu và phát triển. - MPLS cần hoạt động một cách độc lập với các giao thức định tuyến. Chỉ rõ các giao thức được tiêu chuẩn hoá nhằm duy trì và phân phối nhãn để hỗ trợ phân cấp định tuyến mà việc chuyển tiếp được thực hiện bằng cách trao đổi nhãn , phân cấp định tuyến nghĩa là hiểu biết về topo mạng trong hệ thống tự trị - MPLS phải hỗ trợ mọi khả năng chuyển tiếp của bất kỳ nhãn cho trước nào. Chỉ rõ các giao thức được tiêu chuẩn hoá nhằm duy trì và phân phối nhãn để hỗ trợ các đường riêng dựa vào trao đổi nhãn. Các đường này có thể khác so với các đường đã được tính toán trong định tuyến IP thông thường ( định tuyến trong IP dựa vào chuyển tiếp theo địa chỉ đích ). Các đường riêng rất quan trọng trong các ứng dụng TE. - MPLS phải hỗ trợ vận hành quản lý và bảo dưỡng (OA&M). Chỉ ra các thủ tục được tiêu chuẩn hoá để mang thông tin về nhãn qua các công nghệ lớp 2. - MPLS cần xác định và ngăn chặn chuyển tiếp vòng. Chỉ ra một phương pháp tiêu chuẩn nhằm hoạt động cùng với ATM ở mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng người dùng. - MPLS cần hoạt động trong mạng phân cấp. Phải hỗ trợ cho các công nghệ QoS ( như là giao thức RSVP) (QoS là một trong những ứng dụng quan trọng nhất của MPLS, MPLS QoS sẽ có thể mang lại nhiều lợi ích cho mạng thế hệ sau). - MPLS phải có tính kế thừa. Chỉ ra các giao thức tiêu chuẩn cho phép các host sử dụng MPLS. 1.2. Các ứng dụng của MPLS trong Mạng Viễn Thông 1.2.1. Ứng dụng mạng riêng ảo trong MPLS 1.2.1.1. Tổng quan về VPN Có rất nhiều các định nghĩa khác nhau về mạng riêng ảo VPN, để hiểu rõ hơn về VPN chúng ta xem xét hai khái niệm sau: Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page 7 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu tổng quan về MPLS và ứng dụng MPLS trong mạng Viễn Thông - Mạng dùng riêng, được xây dựng và quản lý bởi từng khách hàng riêng lẻ. Khách hàng tự xây dựng và quản lý hệ thống mạng của mình. - Mạng công cộng: Được xây dựng, quản lý bởi một nhà cung cấp dịch vụ viễn thông và dùng chung cho tất cả các khách hàng có yêu cầu sử dụng dịch vụ. Khách hàng sử dụng các thủ tục được xác định trước do nhà cung cấp dịch vụ quy định. VPN sử dụng mạng công cộng cùng với các chức năng bảo mật khác như: tạo đường truyền dẫn riêng "Tunneling", mã hoá dữ liệu "Encription", khả năng nhận thực "Authentication" với mục đích đạt được khả năng bảo mật và an toàn như một mạng dùng riêng. Hay nói cách khác VPN là một sự liên kết bí mật giữa hai hoặc nhiều thiết bị khác nhau (Gửi và nhận dữ liệu) thông qua mạng công cộng (Internet, Frame Relay hoặc ATM) của nhà cung cấp dịch vụ. Theo tổ chức IETF mạng riêng ảo VPN được định nghĩa là: Việc tạo ra một mạng diện rộng dùng riêng sử dụng các thiết bị và các phương tiện truyền dẫn của một mạng công cộng. Mạng riêng ảo hay VPN (Virtual Private Network) là một mạng dành riêng để kết nối các máy tính lại với nhau thông qua mạng Internet công cộng. Đây được hiểu là 1 hệ thống mạng, có khả năng tạo ra 1 kết nối mạng (tùy theo nhu cầu của người sử dụng) dựa trên hệ thống mạng Public, mạng Internet... dựa trên nhà cung cấp dịch vụ nào đó (thông thường chúng ta phải dùng phần mềm hỗ trợ mới tạo, quản lý và kết nối được VPN). Các mô hình doanh nghiệp có quy mô lớn như: trường học, bệnh viện... đều ứng dụng VPN trong hệ thống của họ. 1.2.1.2. MPLS VPN Layer 3 MPLS VPN Layer 3 là một trong những ứng dụng đượ triển khai rộng rãi nhất của Công nghệ MPLS. Không phải “Định tuyến nhanh” hay “Kỹ thuật lưu lượng” sẽ xuất hiện đầu tiên khi người ta nói đến MPLS, mà đó chính là hỗ trợ của VPN. Trong thực tế, Kỹ thuật lưu lượng và Định tuyến nhanh được nghĩ tới nhiều nhất về những lợi ích mà nó cung cấp cho một phạm vi phục vụ cụ thể. Có Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page 8 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu tổng quan về MPLS và ứng dụng MPLS trong mạng Viễn Thông lẽ dịch vụ phổ biến nhất là cung cấp mô tả các giải pháp IP-VPN và L3VPN chính là cách mà các dịch vụ được thực thi trong mạng MPLS. Đối với các nàh cung cấp dịch vụ, L3VPN là công cụ vận chuyển chính và đôi khi trở thành công cụ vận chuyển duy nhất cho sự triển khai MPLS trong mạng.  Định tuyến VPN lớp 3 MPLS sử đụng các giao thức định tuyến trạng thái liên kết như OSPF hay IS-IS để xác định các bộ định tuyến cho lưu lượng IP và LVC. Các LVC sử dụng các giao thức định tuyến IP giống như các bộ định tuyến thường dùng. Thiết kể định tuyến IP trong mạng MPLS hoàn toàn giống như thiết kể định tuyến BP cho mạng IP truyền thống. Mạng có thể được mô tả bằng cấu hình logic, và cấu hình định tuyến cũng từ cấu hình này mà ra. Bằng cách xem xét cấu hình định tuyển, chúng ta có thể chia mạng 'ra thành các khu vực, thiết kế tuyến tổng quát, rồi cứ như vậy cho đến hết. Một thiết kế logic trình diễn mạng như nó được xem bời các giao thức định tuyển IP. Một điều quan trọng trong giải pháp của MPLS/VPN đó là các tuyến đường khách hàng được giữ trong bảng định tuyến và chuyển tiếp VPN (VRF). Bảng VRF được phổ biến với các tuyến đường được học từ CE cục bộ và tuyến đường được học từ các CE từ xa cũng được coi là tuyến đường của VPN. PE có một vài lựa chọn để tìm ra các thông tin về tuyến đường nhờ CE gần kề nó như: Định tuyến tĩnh, RIPv2, OSPF và BGP. Bất kỳ PE dùng cách nào để tìm ra tuyến đường nó cũng bắt buộc phải đặt những thông tin về tuyến đường đó vào bảng VRF và cài đặt chúng trong liên kết VRF với giao diện với CE. Do đó, một giao thức định tuyến phải cài đặt các tuyến đường học được qua một giao diện CE-PE trong VRF kết hợp với giao diện đó. Từ quan điểm thực hiện, điều này được thực hiện bằng cách tạo ra các ngữ cảnh riêng biệt cho các giao thức định tuyến trên mỗi VRF. Về cơ bản, chúng ta phải cần có VRF cho việc định tuyến, bên cạnh đó liệu có nên sử dụng định tuyến tĩnh hoặc động, và các giao thức định tuyến. Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page 9 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu tổng quan về MPLS và ứng dụng MPLS trong mạng Viễn Thông Một điểm quan trọng cần chú ý nữa đó là trong cùng một VPN, những cách thức khác nhau có thể đặt tại các site khác nhau, cũng giống như nhiều site khác nhau có thể sử dụng các giao thức định tuyến khác nhau. Tính chất này đặc biệt hữu ích trong các tình huống mà các site khác nhau trong cùng một VPN được quản trị bởi các quảng trị viên khác nhau và có thể chạy những giao thức không giống nhau ở mỗi site. Chúng ta hãy xem xét một vài trong số các yếu tố ảnh hưởng đến sự lựa chọn của phương pháp định tuyến PE-CE:  Hạn chế của các thiết bị CE: Để triển khai nhiều VPN nó yêu cầu phải có một lượng lớn các thiết bị CE có chức năng hạn chế. Ví dụ, một công ty với một văn phòng nhánh nhỏ, có rất nhiều site phải truy cập vào máy chủ trung tâm, trong trường hợp này, định tuyến phức tạp là không yêu cầu, thay vào đó, ta cần một lượng lớn các thiết bị CE, vì thế vấn để về kinh tế này sinh. Những thiết bị rẻ tiền thì chỉ hỗ trợ Định tuyến tĩnh, hoặc định tuyến tĩnh và RIP. Đó là lý do vì sao mà ngày nay giao thức định tuyến tĩnh lại được dùng phổ biến để định tuyến giữa CE-PE.  Các giao thức định tuyến chạy trong site của khách hàng: Việc chạy các giao thức định tuyến khác nhau trên liên kết giữa CE-PE hơn trong phần còn lại của site có nghĩa là Router sẽ phải được phân phối lại từ giao thức định tuyến này sang giao thức định tuyến khác. Và người quản trị sẽ phải xử lý hai giao thức thay vì một. Đó là lý do tại sao khách hàng thích chạy cùng một giao thức định tuyến trên liên kết CE-PE hơn.  Mức độ tin cậy của nhà cung cấp liên quan đến định tuyến thông tin của khách hàng. Khi tin tưởng thấp, nhà cung cấp có thể chọn sử dụng đinh tuyến tĩnh hướng tới khách hàng để tự bảo về khỏi các tương tác định tuyến động với khách hàng.  Mức độ kiểm soát mà một giao thức cung cấp cho nhà cung cấp. BGP cho phép tuyến đường lọc dựa trên chính sách và do đó cung cấp cho nhà cung cấp kiểm soát tuyến đường để chấp nhận từ phía khách hàng. Khá dễ dàng cho Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page 10 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu tổng quan về MPLS và ứng dụng MPLS trong mạng Viễn Thông nhà cung cấp để bảo vệ một khách hàng không hoạt động thì BGP là một giao thức định tuyến CE-PE khá phổ biến. Chúng ta hãy cùng kiểm tra chi tiết hơn một số vấn đề được đưa ra trong trường hợp của định tuyến PE-CE:  Việc sử dụng định tuyến tĩnh: Một mặt, định tuyến tĩnh rất đơn giản, nó được hỗ trợ mọi thiết bị. Mặt khác, các host trong site khách hàng không biết về khả năng tiếp cận tới đich của các site khác. Nếu LSP vận chuyển bị down trong mạng lõi, thì tuyến đường VPN sẽ giải quyết, qua đó, LSP trở nên không kích hoạt ở phía PE. Tuy nhiên, thông tin này không được truyền bá đến site khách hàng, vì thế gây ra một sự thất bại im lặng từ phía khách hàng. Đó chính là vấn đề nếu như site của khách hàng gắn với hai hoặc nhiều PE dự phòng và có thể chọn một kết nối khác để thoát khỏi site. Chính vì thế, định tuyến động được yêu cầu khi sử dụng Multihoming.  Chạy cùng một giao thức trên đường kết nối PE-CE như một site khách hàng. Về nguyên tắc, không có lý do để không sử dụng giao thức độc quyền, chẳng hạn như EIGRP, dù cả CE và PE đều hỗ trợ chúng. Tuy nhiên, CE và PE nằm trong các domain khác nhau và thường dưới sự quản lý khác nhau. Dù chạy bất cứ một giao thức nào, cái mà có thuật toán có tính hợp tác cao sẽ làm cho sự khó khăn của việc khắc phục sự cố trong môi trường giống như site của khách hàng và nhà cung cấp có thể được quản lý bởi các thực thế khác nhau.  Bảo vệ chống lại một CE không hoạt động. Nhà cung cấp phải bảo vệ chính nó khỏi một CE không hoạt động quảng bá một lượng lớn các tuyến đường. Sử dụng định tuyến tĩnh tránh khỏi vấn đề này, còn sử dụng định tuyến động thì có một số lựa chọn sau: một là cấu hình giới hạn trên về số lượng đường mà nhà cung cấp chấp nhận từ khách hàng hoặc là sử dụng bộ lọc để chỉ cho phép một tập hợp các tiền tố xuất hiện trước. Khái niệm về hạn chế số tuyến đường có thể được mở rộng cho toàn bộ VRF bằng cách thiết lập một giới hạn về số tuyến đường được phép trong VRF, bất kể họ có được nhận trong phiên định tuyến PE-CE tại địa phương hoặc cho dù đó là nhận được từ các PEs từ xa. Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page 11 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu tổng quan về MPLS và ứng dụng MPLS trong mạng Viễn Thông  Sử dụng OSPF làm giao thức CE-PE. OSPF sử dụng quảng bá kiểu trạng thái liên kết (link state advertisements - LSA) để truyền thông thông tin về topo mạng.  Sử dụng BGP làm giao thức CE-PE. Khi sử dụng BGP làm PE-CE, có một phiên làm việc EBGP (bên ngoài BGP) giữa nhà cung cấp và khách hàng (giả định rằng nhà cung cấp và khách hàng đang ở các AS khác nhau). BGP được chú ý trong hoàn cảnh này bởi vì mức độ kiểm soát nó có thể cung cấp cho nhà cung cấp qua những tuyến đường để chấp nhận từ khách hàng. BGP cũng có các thuộc tính hiệu chỉnh tốt vì nó không quảng bá theo chu kì dưới bất kỳ hình thức nào và chỉ gia tăng cập nhật các thông tin được gửi đi. Vì những lý do này, BGP là một sự lựa chọn phổ biến như một giao thức PE-CE. 1.2.1.3. Hoạt động của MPLS VPN  Hoạt động của mặt phẳng điều khiển trong MPLS VPN Mặt bằng điều khiển trong MPLS VPN chứa đựng thông tin định tuyến lớp 3 và các tiến trình trao đổi thông tin của các IP Prefix gán và phân phối nhãn bằng LDP. Mặt phẳng dữ liệu thực hiện chức năng chuyển tiếp các gói IP được gán nhãn trên trạm kế để tới trạm đích. Hình 1.1 cho thấy sự tương tác của các giao thức trong mặt phẳng điều khiển của MPLS VPN. Hình 1. 1: Tương tác cuả các giao thức trong mặt phẳng điều khiển Các Router CE được kết nối với các Router PE bằng một giao thức IGP, BGP hay định tuyến tĩnh (Static route) được yêu cầu trên các CE cùng với các Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page 12 Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Giới thiệu tổng quan về MPLS và ứng dụng MPLS trong mạng Viễn Thông PE để thu thập và quảng bá thông tin NLRI. Trong MPLS VPN blackpone gồm các router P và PE. Một IGP kết hợp với LDP được sử dụng giữa các PE và P. LDP dùng để phân phối nhãn trong một MPLS domain. IGP dùng để trao đổi thông tin NLRI, ánh xạ (map) các NLRI này vào MP-BGP. MP-BGP được duy trì giữa các PE trong một miền MPLS VPN và trao đổi cập nhật MP-BGP.  Hoạt động của mặt phẳng dữ liệu trong MPLS VPN Việc chuyển tiếp trong mạng MPLS VPN đòi hỏi phải dùng chồng nhãn (label stack). Nhãn trên (top lable) được gán và hoán đổi (swap) để chuyển tiếp gói dữ liệu đi trong lõi MPLS. Nhãn thứ hai (nhãn VPN) được kết hợp với VRF ở router PE để chuyển tiếp gói đến các CE. Hình sau mô tả các bước trong chuyển tiếp dữ liệu khách hàng của mặt phẳng dữ liệu từ một site khách hàng CE2-A tới CE1-A trong hạ tầng mạng của SP. Hình 1. 2: Hoạt động của mặt phẳng dữ liệu (Data Plane) Khi dữ liệu được chuyển tiếp tới một mạng cụ thể dọc theo mạng VPN qua lõi MPLS, chỉ có nhãn trên (top lable) trong chồng nhãn bị hoán đổi (swap) khi gói đi qua backbone. Nhãn VPN vẫn giữ nguyên và được bóc ra khi đến router PE ngõ ra (egress)/xuôi dòng(downstream). Mạng gắn với một giao tiếp Phan Thị Thanh Mai – D13VT2 Page 13