Luận văn: Tìm hiểu khả năng ứng dụng công nghệ chuyển mạch đa giao thức nhãn MPLS trên mạng đường trục Việt Nam

Chia sẻ: Nguyen Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

140
lượt xem 50
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cùng với sự phát triển của đất nước, những năm gần đây các ngành kinh tế quốc dân đều phát triển mạnh mẽ, và ngành công nghiệp viễn thông cũng không là ngoại lệ. Số người sử dụng các dịch vụ mạng tăng đáng kế, theo dự đoán con số này đang tăng theo hàm mũ. Ngày càng có nhiều các dịch vụ mới và chất lượng dịch vụ cũng được yêu cầu cao hơn. Đứng trước tình hình này, các vấn đề về mạng bắt đầu bộc lộ, các nhà cung cấp mạng và các nhà cung cấp dịch...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn: Tìm hiểu khả năng ứng dụng công nghệ chuyển mạch đa giao thức nhãn MPLS trên mạng đường trục Việt Nam

Luận văn Tìm hiểu khả năng ứng dụng công nghệ chuyển mạch đa giao thức nhãn MPLS trên mạng đường trục Việt Nam Khoá luận tốt nghiệp 1
LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của đất nước, những năm gần đây các ngành kinh tế quốc dân đều phát triển mạnh mẽ, và ngành công nghiệp viễn thông cũng không là ngoại lệ. Số người sử dụng các dịch vụ mạng tăng đáng kế, theo dự đoán con số này đang tăng theo hàm mũ. Ngày càng có nhiều các dịch vụ mới và chất lượng dịch vụ cũng được yêu cầu cao hơn. Đứng trước tình hình này, các vấn đề về mạng bắt đầu bộc lộ, các nhà cung cấp mạng và các nhà cung cấp dịch vụ cũng đã có nhiều nỗ lực để nâng cấp cũng như xây dựng hạ tầng mạng mới. Nhiều công nghệ mạng và công nghệ chuyển mạch đã được phát triển, trong số đó chúng ta phải kể đến công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS). MPLS đang được nghiên cứu áp dụng ở nhiều nước, tập đoàn BCVT Việt Nam cũng đã áp dụng công nghệ này cho mạng thế hệ kế tiếp NGN. Đứng trước sự phát triển nhanh chóng của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS, việc tìm hiểu các vấn đề về công nghệ MPLS là vấn đề quan trọng đối với sinh viên. Nhận thức được điều đó, bản khoá luận tốt nghiệp “ Tìm hiểu khả năng ứng dụng công nghệ chuyển mạch đa giao thức nhãn MPLS trên mạng đường trục Việt Nam ” giới thiệu về quá trình phát triển dịch vụ cũng như công nghệ mạng dẫn tới MPLS, tìm hiểu các vấn đề kỹ thuật của công nghệ, và ứng dụng của công nghệ MPLS trong mạng thế hệ kế tiếp NGN của tập đoàn BCVT Việt Nam. Bố cục của bản khoá luận gồm 3 chương.  Chương 1 : Giới thiệu tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS  Chương 2 : Giới thiệu cấu trúc mạng đường trục Việt Nam  Chương 3 : Ứng dụng MPLS trên mạng đường trục Việt Nam 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 bản khoá luận tốt nghiệp không tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được sự phê bình, góp ý của các thầy cô giáo và các bạn. Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Cảnh Tuấn người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình hoàn thành bản khoá luận tốt nghiệp này. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông đã giúp đỡ em trong thời gian qua. Xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và người thân - những người đã giúp đỡ động viên tôi trong quá trình học tập. Khoá luận tốt nghiệp 2
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS) 1.1 Quá trình hình thành và phát triển 1.1.1 Các động lực ra đời của chuyển mạch nhãn Trong những năm gần đây, mạng internet đã phát triển rất nhanh và trở nên rất phổ biến. Internet đã trở thành một phương tiện thông tin rất hiệu quả và tiện lợi phục vụ cho giáo dục, thương mại, giải trí, thông tin giũa các cộng đồng, các tổ chức….. Hiện nay ngày càng phát triển các ứng dụng mới cả trong thương mại và thị trường người tiêu dùng. Các ứng dụng mới này được vận hành đòi hỏi băng thông rộng và các nhu cầu về dải thông được đảm bảo trong mạng đường trục. Cùng với các dịch vụ truyền thống được cung cấp qua internet thì các dịch vụ thoại và đa phương tiện đang được sử dụng và phát triển. Và sự lựa chọn cho việc cung cấp là tích hợp các dịch vụ đang được mong đợi. Tuy nhiên, tốc độ và giải thông của các nhu cầu về các dịch vụ và ứng dụng này vượt quá hạ tầng internet hiện nay. Với giao thức định tuyến internet TCP/IP có khả năng định tuyến và truyền gói hết sức mềm dẻo linh hoạt và rộng khắp toàn cầu. Nhưng IP không đảm bảo chất lượng dịch vụ, tốc độ truyền tin theo yêu cầu, trong khi đó công nghệ ATM có tốc độ truyền tin cao, đảm bảo thời gian thực và chất lượng dịch vụ theo yêu cầu định trước. Hơn nữa các dịch vụ thông tin thế hệ sau được chia thành hai xu hướng phát triển đó là: Hoạt động kết nối định hướng và hoạt động không kết nối. Hai xu hướng phát triển này dần tiệm cận và hội tụ với nhau tiến tới ra đời công nghệ IP/ATM. Sự kết hợp IP với ATM có thể là giả pháp kỳ vọng cho mạng viễn thông trong tương lai. Sự ra đời của chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là tất yếu và là giải pháp đáp ứng được nhu cầu đó, khi nhu cầu và tốc độ phát triển rất nhanh của mạng internet yêu cầu phải có giao thức mới đảm bảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu đồng thời phải đơn giản và tốc độ xử lý phải rất cao Chuyển mạch nhãn đa giao thức là một giải pháp linh hoạt cho việc giải quyết các vấn đề mà các mạng ngày nay đang phải đối mặt, đó là tốc độ, khả năng mở rộng cấp độ mạng, quản lý chất lượng dịch vụ (QoS) và kỹ thuật lưu lượng. MPLS xuất hiện để đáp ứng các yêu cầu dịch vụ và quản lý băng thông cho giao thức internet thế hệ sau dựa trên mạng đường trục Tóm lại, chuyển mạch nhãn đa giao thức sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc định tuyến (dựa trên các thước đo QoS và chất lượng dịch vụ) chuyển mạch, Khoá luận tốt nghiệp 3
chuyển tiếp các gói tin qua mạng thế hệ sau cũng như giải quyết các vấn đề liên quan tới khả năng mở rộng cấp độ và hoạt động với các mạng Frame Relay và chế độ truyền tải không đồng bộ ATM hiện nay để đáp ứng các nhu cầu dịch vụ của người sử dụng mạng 1.1.2 Lịch sử phát triển của MPLS Việc hình thành và phát triển công nghệ MPLS xuất phát từ nhu cầu thực tế, được các nhà công nghiệp viễn thông thúc đẩy nhanh chóng. Sự thành công và nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường mà công nghệ này có được là nhờ vào việc chuẩn hoá công nghệ. Quá trình hình thành và phát triển công nghệ, những giải pháp ban đầu của hãng như Cisco, IBM, Toshiba…. Những nỗ lực chuẩn hoá của tổ chức tiêu chuẩn IETF trong việc ban hành về tiêu chuẩn MPLS….sẽ cung cấp cho chúng ta những nhận định ban đầu về xu hướng phát triển MPLS. MPLS được đề xuất đầu tiên do hãng Ipsilon một hãng rất nhỏ về công nghệ thông tin trong triển lãm về công nghệ thông tin, viễn thông tại Texas. Sau đó Cisco và hàng loạt hãng khác như IBM, Toshiba…công bố các sản phẩm công nghệ chuyển mạch của họ dưới những tên khác nhau nhưng đều cùng chung bản chất công nghệ chuyển mạch nhãn. Thiết bị định tuyến chuyển mạch tế bào của Toshiba năm 1994 là tổng đài ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM. Tổng đài của Ipsilon cũng là ma trận chuyển mạch ATM được điều khiển bởi khối xử lý sử dụng công nghệ IP. Công nghệ chuyển mạch thẻ của Cisco cũng tương tự nhưng có bổ xung thêm một vài kỹ thuật như lớp chuyể tiếp tương đương FEC, giao thức phân phối nhãn. Đến năm 1998 nhóm nghiên cứu IETF đã tiến hành các công việc để đưa ra tiêu chuẩn và khái niệm về chuyể mạch nhãn đa giao thức. Sự ra đời của MPLS được dự báo là tất yếu khi nhu cầu và tốc độ phát triển rất nhanh của mạng Internet đòi hỏi phải có một giao thức mới đảm bảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu. Có rất nhiều công nghệ xây dựng trên mạng IP  IP trên nền ATM (IPoA)  IP trên nền SDH/SONET (IPOS)  IP qua WDM  IP qua cáp quang Mỗi loại có những ưu và nhược điểm riêng. Trong đó công nghệ ATM được sử dụng rộng rãi trong các mạng IP đường trục có tốc độ cao và đảm bảo được dịch vụ, điều khiển luồng và một số đặc tính khác mà các mạng định tuyến truyền thống không có được, trong trường hợp đòi hỏi thời gian thực cao thì IpoA là giải pháp tối ưu. MPLS được hình thành dựa trên kỹ thuật đó. Khoá luận tốt nghiệp 4
MPLS thực hiện một số chức năng sau  Hỗ trợ các giải pháp mạng riêng ảo VPN  Định tuyến hiện (điều khiển lưu lượng)  Hỗ trợ cục bộ cho định tuyến IP trong các tổng đài chuyển mạch ATM Khái niệm chuyển mạch nhãn xuất phát từ hai khái niệm: Tổng đài chuyển mạch và bộ định tuyến. Xét trên góc độ chuyển mạch, phương thức điều khiển luồng, tỉ lệ giá cả và chất lượng tổng đài chuyển mạch sẽ tốt hơn bộ định tuyến. Song bộ định tuyến lại có khả năng định tuyến mềm dẻo mà tổng đài chuyển mạch không có được. Do đó, chuyển mạch nhãn ra đời là sự kết hợp và kế thừa các ưu điểm trên cũng như khắc phục những nhược điểm của cả tổng đài và bộ định tuyến truyền thống. 1.1.3 Quá trình chuẩn hoá MPLS  Đối với công nghệ chuyển mạch mới, việc tiêu chuẩn hoá là một khía cạnh quan trọng quyết định khả năng chiếm lĩnh thị trường nhanh chóng của công nghệ đó. Các tiêu chuẩn liên quan đến IP và ATM đã được xây dựng và hoàn thiện trong một thời gian tương đối dài. Các tiêu chuẩn về MPLS chủ yếu được IETF phát triển và hoàn thiện  ITEF hoàn thiện tiêu chuẩn MPLS và đưa ra các tài liệu RFC trong năm 1999.  Sau năm 1999 liên tục ban hành các tiêu chuẩn MPLS như về quản lý, bảo mật, tính tương thích với các công nghệ khác Như vậy có thể thấy rằng MPLS đã phát triển nhanh chóng và hiệu quả. Điều này cũng chứng minh những yêu cầu cấp bách trong công nghiệp cho một công nghệ mới. Hầu hết các tiêu chuẩn MPLS hiện tại đã được ban hành dưới dạng RFC. Sau khi toàn bộ các RFC được hoàn thiện, chúng sẽ được tập hợp lại để xây dựng một hệ thống tiêu chuẩn MPLS 1.1.4 Nhóm làm việc MPLS trong IETF MPLS là một nhóm làm việc IETF cung cấp các bản phác thảo về định tuyến, gửi chuyển tiếp và chuyển mạch các luồng lưu lượng qua mạng sử dụng MPLS. Nhóm có chức năng sau  Xác định cơ chế quản lý luồng lưu lượng của các phần tử khác nhau, như các luồng lưu lượng giữa các phần cứng, các máy móc khác nhau hoặc thậm chí là các luồng lưu lượng giữa các ứng dụng khác nhau.  Duy trì độc lập của các giao thức lớp 2 và lớp 3 Khoá luận tốt nghiệp 5
 Cung cấp các phương tiện để sắp xếp các địa chỉ ip thành các nhãn có độ dài cố định và đơn giản được các công nghệ gửi chuyển tiếp gói tin và chuyển mạch gói sử dụng.  Giao diện với các giao thức định tuyến có sẵn như RSVP và OSPF….  Hỗ trợ IP, ATM và các giao thức lớp 2 Frame-Relay Trong MPLS, việc truyền dữ liệu thực hiện theo các đường chuyển mạch nhãn (LSP). Các đường chuyển mạch nhãn là dãy các nhãn tại mỗi nút và tại tất cả các nút dọc theo tuyến từ nguồn tới đích. LSP được thiết lập hoặc là trước khi truyền dữ liệu hoặc trong khi tìm luồng dữ liệu. Các nhãn được phân phối sử dụng giao thức LDP hoặc RSVP hoặc dựa trên giao thức định tuyến như BGP và OSPF. Mỗi gói dữ liệu nén và mang các nhãn trong quá trình đi từ nguồn tới đích. Chuyển mạch tốc độ cao có thể chấp nhận được vì các nhãn với độ dài cố định được chèn vào vị trí đầu của gói tin hoặc tế bào và có thể được phần cứng sử dụng dể chuyển mạch các gói tin một các nhanh chóng giữa các đường liên kết. Nhóm làm việc MPLS chịu trách nhiệm chuẩn hoá các công nghệ cơ sở cho sử dụng chuyển mạch nhãn và cho việc thi hành các đường chuyển mạch nhãn và cho việc thi hành các đường mạch nhãn trên các loại công nghệ lớp liên kết, như Frame Relay, ATM và công nghệ LAN (Etherbet, Token Ring,…). Nó bao gồm các thủ tục và các giao thức cho việc phân phối nhãn giữa các bộ định tuyến, xem xét về đóng gói và multicast. Các mục tiêu khởi đầu của nhóm làm việc đã gần như hoàn thành. Cụ thể, nó đã xây dựng một số các RFC định nghĩa giao thức phân phối nhãn cơ sở (LDP), kiến trúc MPLS cơ sở và đóng gói tin, các định nghĩa cho việc chạy MPLS qua các đường liên kết ATM, Frame-Relay. Các mục tiêu gần đây của nhóm làm việc  Hoàn thành các chỉ mục còn tồn tại  Phát triển các mục tiêu chuẩn đề nghị của nhóm làm việc MPLS thành các bản Dratf Standard bao gồm: LDP, CD-LDP và các tiêu chuẩn kỹ thuật RSVP-TE cũng như vấn đề đóng gói.  Định rõ các mở rộng phù hợp với LDP và RSVP cho việc xác nhận LSP nguồn.  Hoàn thành các công việc trên MPLS-TE MIB.  Xác định các cơ chế chấp nhận lối cải tiến cho LDP. Khoá luận tốt nghiệp 6
 Xác định các cơ chế phục hồi MPLS cho phép một đường chuyển mạch nhãn có thể được sử dụng như là một bản dự trữ cho một tập các đường chuyển mạch nhãn khác bao gồm các trường hợp cho phép sửa cục bộ  Cung cấp tài liệu về các phương thức đóng gói MPLS mở rộng cho phép hoạt động trên các đường chuyển mạch nhãn trên các công nghệ lớp thấp hơn, như phân chia theo thời gian ( Sonet ADM ) độ dài bước sóng và chuyển mạch không gian. 1.2 Các thành phần của MPLS: [1], [2], [4]. 1.2.1. Khái quát MPLS Khi một gói tin tuân theo các phương thức lớp mạng connectionless từ một bộ định tuyến đến bộ định tuyến tiếp theo, mối bộ định tuyến phải đưa ra một quyết định gửi chuyển tiếp độc lập gói tin đó. Do đó, mỗi bộ định tuyến phân tích mào đầu gói tin và mỗi bộ định tuyến sẽ chạy các thuật toán định tuyến lớp mạng. Mỗi bộ định tuyến lưa chọn Hop tiếp theo cho gói tin một cách hoàn toàn độc lập dựa trên những phân tích củ nó về mào đầu gói tin và kết quả cuả việc chạy thuật toán định tuyến. Các mào đầu gói tin chứa đựng nhiều thông tin hơn là thông tin cần thiết để lựa chọn Hop tiếp theo. Lựa chọn Hop tiếp theo có thể xem là sự cấu thành của hai chức năng. Chức năng thứ nhất chia toàn bộ gói tin vào các tập lớp chuyển tiếp tương đương FEC ( Forwarding Equivalence Clas ). Chức năng thứ hai là xắp xếp mỗi FEC cho một Hop tiếp theo. Khi quyết định gửi chuyển tiếp được đưa ra, với các gói tin được xắp xếp vào cùng một FEC là giống nhau. Tất cả các gói tin trong cùng một FEC cụ thể và xuất phát từ một nút cụ thể sẽ đi theo cùng một tuyến đường hoặc theo một tập các tuyến đường liên kết với FEC đó. Trong gửi chuyển tiếp IP truyền thống, một bộ định tuyến cụ thể sẽ đưa hai gói tin vào cùng một FEC nếu như một vài tiền tố địa chỉ X trong bảng định tuyến của bộ định tuyến phù hợp với địa chỉ đích của gói tin. Khi gói tin truyền qua mạng, mỗi Hop lần lượt kiểm tra lại gói tin và ấn định nó vào một FEC. Trong MPLS, việc ấn định một gói tin cụ thể vào một FEC được thực hiện một lần khi gói tin đi vào mạng. FEC mà gói tin được ấn định mã hoá thành một giá trị có độ dài cố định được gọi là nhãn. Khi một gói tin được chuyển tiếp tới Hop tiếp theo của nó, nhãn được gửi theo gói tin, như vậy các gói tin dán nhãn trước khi chúng được gửi chuyển tiếp. Tại các Hop phía sau, không có những phân tích sâu hơn về mào đầu lớp mạng. Đúng hơn là nhãn được sử dụng như chỉ số trong bảng mà nó xác định Hop Khoá luận tốt nghiệp 7
tiếp theo và nhãn mới. Nhãn cũ được thay thế bằng một nhãn mới và gói tin được gửi tới Hop tiếp theo. Trong mô hình gửi chuyển tiếp MPLS, khi một gói tin được ấn định vào một FEC thì không có bất cứ một phân tích mào đầu nào được các bộ định tuyến phía sau thực hiện. Tất cả công việc gửi chuyển tiếp được điều khiển bằng các nhãn. điều này có một số các ưu điểm so với việc gửi chuyển tiếp lớp mạng truyền thống. Việc gửi chuyển tiếp có thể được thực hiện bằng các tổng đài có khả năng tìm kiếm và thay thế nhãn, nhưng không có khả năng phân tích mào đầu lớp mạng hoặc không có khả năng phân tích mào đầu lớp mạng tại một tốc độ xác định. Kể từ lúc gói tin được ấn định vào một FEC khi nó đi vào mạng, bộ định tuyến đầu vào có thể sử dụng bất cứ thông tin nào mà nó có về gói tin cho dù các thông tin đó không thể lấy được từ mào đầu lớp mạng trong khi quyết định việc ấn định. Ví dụ, các gói tin tới các cổng khác nhau có thể được ấn định cho các FEC khác nhau. Trong khi đó việc gửi chuyển tiếp truyền thống có thể chỉ xem xét đến thông tin được mang theo cùng với gói tin trong mào đầu gói tin. Một gói tin đi vào mạng tại bộ định tuyến cụ thể có thể được dán nhãn khác với một gói tin tương tự nhưng đi vào mạng tại một bộ định tuyến khác, kết quả là các quyết định gửi chuyển tiếp phụ thuộc vào bộ định tuyến nối vào. Điều này không thể thực hiện được trong việc gửi chuyển tiếp truyền thống, khi mà bộ định tuyến lối vào của gói tin không được mang theo gói tin. Những yếu tố quyết định xem liệu gói tin được ấn định cho một FEC như thế nào có thể trở nên ngày càng phức tạp, nếu không có bất cứ một tác động nào vào các bộ định tuyến chỉ đơn thuần là gửi chuyển tiếp các gói tin dán nhãn. Đôi khi chúng ta muốn bắt gói tin đi theo một tuyến đường xác định đã được chọn trước hoặc tại thời điểm gói tin đi vào mạng hơn là tuyến đường được lựa chọn bằng thuật toán định tuyến động khi gói tin qua mạng. Điều này có thể được thực hiện như là vấn đề về chính sách hoặc để hỗ trợ điều khiển lưu lượng. Trong gửi chuyển tiếp truyền thống, điều này đòi hỏi gói tin mang bộ mã về tuyến đường của nó đi theo. Trong MPLS, một nhãn có thể được sử dụng để đại diện cho một tuyến đường không cần phải mang theo gói tin. Một vài bộ định tuyến phân tích mào đầu lớp mạng của gói tin không phải đơn thuần chỉ để kựa chọn Hop tiếp theo mà còn để quyết định quyền ưu tiên của gói tin. Sau đó chúng ta có thể áp dụng các ngưỡng loại bỏ hoặc các lịch trình khác nhau cho các gói tin khác nhau. MPLS cho phép nhưng không yêu cầu quyền ưu tiên có thể được xác định hoàn toàn hoặc một phần từ nhãn Khoá luận tốt nghiệp 8
MPLS là chuyển mạch nhãn đa giao thức, đa giao thức ở đây có nghĩa là các công nghệ của nó có thể áp dụng trong bất cứ giao thức lớp mạng nào như IP, IPX… 1.2.2 Các khái niệm cơ bản của mạng MPLS 1.2.2.1 Nhãn (Lable): Nhãn là một thực thể có độ dài ngắn và cố định không có cấu trúc bên trong. Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng như địa chỉ mạng. Nhãn được gắn vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho một FEC (Forwarding Equivalence Classes: Nhóm chuyển tiếp tương đương) mà gói tin được ấn định. Thường thì một gói tin được ấn định một FEC (hoàn toàn hoặc một phần) dựa trên địa chỉ đích lớp mạng của nó. Tuy nhiên nhãn không phải là mã hoá của địa chỉ đó. Nhãn trong dạng đơn giản nhất xác định đường đi mà gói tin có thể truyền qua. Nhãn được mang hay được đóng gói trong tiêu đề lớp 2 cùng với gói tin. Bộ định tuyến kiểm tra các gói tin qua nội dung nhãn để xác định các bước chuyển kế tiếp. Khi gói tin được gán nhãn, các chặng đường còn lại của gói tin thông qua mạng đường trục dựa trên chuyển mạch nhãn. Giá trị nhãn chỉ có ý nghĩa cục bộ nghĩa là chúng chỉ liên quan đến các bước chuyển tiếp giữa các LSR. Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương thức truyền tin mà gói tin được đóng gói. Kiểu khung (Frame mode): Kiểu khung là thuật ngữ khi chuyển tiếp một gói nhãn gán trước tiêu đề lớp ba. Một nhãn được mã hoá với 20 bỉt, nghĩa là có thể có 2 mũ 20 giá trị khác nhau. Một gói có nhiều nhãn gọi là chồng nhãn (Lable stack). Ở mỗi chặng trong mạng chỉ có một nhãn bên ngoài được xem xét LABLE EXP S TTL STACK LABLE=20 bits EXP (EXPERIMENTAL)=3 bits S (BOTTOM OF STACK)=1 bit TTL (TIME TO LIVE)=8 bits Trong đó:  EXP: dành cho thực nghiệm. Khi các gói tin xếp hàng có thể dùng các bít này tương tự như các bit IP ưu tiên (IP Precedence) Khoá luận tốt nghiệp 9
 S: là bít cuối chồng . Nhãn cuối chồng bit này được thiết lập lên 1,các nhãn khác có giá trị bít này là 0.  TTL: thời gian sống là bản sao của IP TTL. Giá trị của nó được giảm tại mỗi chặng để tránh lặp như IP. Thường dùng khi người điều hành mạng muốn che dấu cấu hình mạng bên dưới khi tìm đường từ mạng bên ngoài. Kiểu tế bào (Cell mode): Thuật ngữ này dùng khi có một mạng gồm các ATM LSR dùng trong mặt phẳng điều khiển để trao đổi thông tin VPI/VCI thay vì dùng báo hiệu ATM. Trong kiểu tế bào, nhãn là trường VPI/VCI của tế bào. Sau khi trao đổi nhãn trong mặt phẳng điều khiển, ở mặt phẳng chuyển tiếp, router cổng vào phân tách gói thành các tế bào ATM, dùng giá trị VCI/CPI tương ứng đã trao đổi trong mặt phẳng điều khiển và truyền tế bào đi. Các ATM LSR ở phía trong hoạt động như chuyển mạch ATM-chúng chuyển tiếp một tế bào dựa trên VPI/VCI vào và thông tin cổng ra tương ứng. Cuối cùng, router cổng ra sắp xếp các tế bào thành một gói. Kiểu khung PPP hoặc Ethernet, giá trị nhận dạng giao thức P-ID (hoặc Ethernet type) được chèn vào mào đầu khung tương ứng để thông báo khung là MPLS đơn hướng hay đa hướng. Hình 1.1: Lớp liên kết dữ liệu là ATM Khoá luận tốt nghiệp 10
Hình 1.2: Lớp liên kết dữ liệu Frame-relay Hình 1.3: Nhãn trong Shim-giữa lớp 2 và lớp 3 1.2.2.2 Ngăn xếp nhãn (Lable stack): Là một tập hợp thứ tự các nhãn gán theo gói để chuyển tải thông tin về nhiều FEC và về các LSP tương ứng mà gói đi qua. Ngăn xếp nhãn cho phép MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và một nhãn cho IGP) và tổ chức đa LSP trong một trung kế LSP. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho chế độ hoạt động đường hầm 1.2.2.3 Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn: Chứa thông tin về nhãn vào, nhãn ra, giao diện vào, giao diện ra. 1.2.2.4 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ( LSR-Lable Switching Router ): Là thiết bị chuyển mạch hay thiết bị định tuyến sử dụng trong mạng MPLS để chuyển các gói tin bằng thủ tục phân phối nhãn. Có một số lạo LSR như LSR, LSR-ATM…. Khoá luận tốt nghiệp 11
1.2.2.5 Lớp chuyển tiếp tương đương ( FEC-Forward Equivalence Class ): FEC là một nhóm các gói, nhóm các gói này chia sẻ cùng yêu cầu trong sự chuyển tiếp chúng qua mạng. Tất cả các gói trong một nhóm như vậy được cung cấp cùng cách chọn đường tới đích. Khác với chuyển tiếp IP truyền thống, trong MPLS việc gán một gói cụ thể vào một FEC cụ thể chỉ được thực hiện một lần khi các gói vào trong mạng. MPLS không ra quyết định chuyển tiếp với mỗi datagram lớp 3 mà sử dụng khái niệm FEC. FEC phụ thuộc vào một số các yếu tố, ít nhất là phụ thuộc vào địa chỉ IP và có thể là phụ thuộc cả vào kiểu lưu lượng trong datagram (thoại, dữ liệu, fax…). Sau đó dựa trên FEC, nhãn được thoả thuận giữa các LSR lân cận từ lối vào tới lối ra trong một vùng định tuyến. Mỗi LSR xây dựng một bảng để xác định xem một gói phải được chuyển tiếp như thế nào. Bảng này được gọi là cơ sở thông tin nhãn (LIB: Label Information Base), nó là tổ hợp các ràng buộc FEC với nhãn (FEC-to-label). Và nhãn lại được sử dụng để chuyển tiếp lưu lượng qua mạng. 1.2.2.6 Cơ sở thông tin nhãn ( LIB-Lable Information Base ): Là bảng kết nối trong LSR có chứa giá trị nhãn/ FEC được gán vào cổng ra cũng như thông tin về đóng gói dữ liệu truyền tin để xác định phương thức một gói tin được chuyển tiếp. 1.2.2.7 Tuyến chuyển mạch nhãn ( LSP-Lable Switching Path ): Là tuyến tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để chuyển tiếp gói của một FEC nào đó sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. Các tuyến chuyển mạch nhãn chứa một chuỗi các nhãn tại tất cả các nút dọc theo tuyến từ nguồn tới đích. LSP được thiết lập trước khi truyền dữ liệu hoặc trong khi xác định luồng dữ liệu nào đó. Các nhãn được phân phối bằng các giao thức như LDP, RSVP. Mỗi gói dữ liệu được đóng gói lại và mang các nhãn trong suốt thời gian di chuyển từ nguồn tới đích. Chuyển mạch dữ liệu tốc độ cao hoàn toàn có thể thực hiện dựa theo phương pháp này, vì các nhãn có độ dài cố định được chèn vào phần đầu của gói tin hoặc tế bào và có thể được sử dụng bởi phần cứng để chuyển mạch nhanh các gói giữa các liên kết. 1.2.2.8 Gói tin dán nhãn: Gói tin dán nhãn là gói tin mà nhãn được mã hóa trong đó. Trong một số trường hợp, nhãn nằm trong mào đầu của gói tin dành riêng cho mục đích dán nhãn. Trong các trường hợp khác, nhãn có thể được đặt chung vào trong mào đầu lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu miễn là ở đây có thể dùng được cho mục đích dán Khoá luận tốt nghiệp 12
nhãn. Công nghệ mã hoá được sử dụng phải phù hợp với cả thực thể mã hoá và thực thể giải mã nhãn. 1.2.2.9 Ấn định và phân phối nhãn: Trong mạng MPLS, quyết định để kết hợp một nhãn L cụ thể với một FEC F cụ thể là do LSR phía trước thực hiện. LSR phía trước sau khi kết hợp sữ thông báo với LSR phía sau về sự kết hợp đó. Do vậy, các nhãn được LSR phía trước ấn định và các kết hợp nhãn được phân phối theo hướng từ LSR phía trước tới LSR phía sau. 1.2.2.10 Cơ cấu báo hiệu  Yêu cầu nhãn: Một LSR yêu cầu một nhãn từ dòng xuống lân cận nên nó có thể liên kết đến FEC xác định. Cơ cấu này có thể dùng để truyền đến các LSR tiếp theo cho đến LER lối ra.  Đáp ứng nhãn: Để đáp ứng một yêu cầu nhãn, LSR luồng xuống sẽ gửi một nhãn đến các bộ khởi động luồng lên sử dụng cơ cấu ánh xạ nhãn. Hình 1.4: Cơ cấu báo hiệu Khoá luận tốt nghiệp 13
1.2.3 Các thành phần cơ bản của mạng MPLS LSR biên LSR lõi Hình 1.5: Mô hình mạng MPLS Mạng MPLS bao gồm nhiều nút có chức năng định tuyến và chuyển tiếp nối với nhau. Mỗi nút tương ứng với một thiết bị LSR ( Lable Switching Router) Mạng MPLS có thể được chia thành hai miền là miền lõi MPLS ( MPLS core ) và miền biên MPLS ( MPLS Edge ).Tương ứng với mỗi miền ta có thiết bị tương đương: - Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ( Lable Switching router-LSR ): Là thành phần quan trọng nhất trong mạng MPLS, nó là bộ định tuyến tốc độ cao trong mạng lõi MPLS tham gia vào việc thiết lập đường chuyển mạch nhãn LSP sử dụng các giao thức báo hiệu nhãn thích hợp và chuyển các gói dữ liệu trong phạm vi mạng MPLS dựa trên các tuyến đã thiết lập bằng các thủ tục phân phối nhãn. - ATM-LSR: Là các tổng đài ATM có thể thực hiện các chức năng như LSR. Các ATM-LSR thực hiện chức năng định tuyến gói IP, gán nhãn trong mảng điều khiển và chuyển tiếp số liệu theo cơ chế chuyển mạch tế bào ATM trong mảng số liệu. Có thể sử dụng giao thức MPLS trong mảng điều khiển để thiết lập kênh ảo Khoá luận tốt nghiệp 14
ATM, chuyển tiếp tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo. Do đó, các tổng đài ATM có thể nâng cấp phần mềm để thực hiện chức năng của LSR. - Bộ định tuyến biên nhãn ( Lable Edge Router-LER ): Là thiết bị hoạt động tại biên của mạng truy nhập và mạng MPLS. LER hỗ trợ nhiều cổng kết nối từ những mạng khác như Frame-Relay, ATM, Ethernet. Nó tiếp nhận hay gửi đi các gói tin đến hay đi từ các mạng khác đó tới mạng MPLS sau khi thiết lập đường chuyển mạch nhãn. LER có vai trò rất quan trọng trong việc gán và tách nhãn khi gói tin đi vào hay đi ra khỏi mạng MPLS. Các LER này có thể là bộ định tuyến lối vào (Ingress Router ) hoặc là bộ định tuyến lối ra (Egress Router ). - Bộ định tuyến biên lối vào nhận gói tin IP, kiểm tra lại lớp 3 và đặt vào ngăn xếp nhãn trước khi gửi gói tin vào mạng LSR. - Bộ định tuyến biên lối ra nhận gói tin có nhãn, loại bỏ nhãn kiểm tra lại lớp 3 và chuyển tiếp gói tin IP đến nút tiếp theo. ATM-LSR biên: - Nhận gói có nhãn hoặc không có nhãn phân vào các tế bào ATM và chuyển tiếp các tế bào đến nút tiếp theo. Nhận các tế bào ATM từ ATM-LSR cận kề tái tạo các gói từ các té bào ATM và chuyển tiếp gói có nhãn hoặc không có nhãn. Phân biệt chuyển mạch nhãn và chuyển mạch thông thường Có ba điểm phân biệt quan trọng giữa chuyển mạch nhãn và định tuyến gói tin IP thông thường: Định tuyến thông thường Chuyển mạch nhãn Phân tích mào đầu IP Tồn tại ở mọi nút mạng Chỉ tồn tại nút biên Hỗ trợ unicast và Yêu cầu nhiều thuật toán Yêu cầu một thuật toán multicast chuyển tiếp chuyển tiếp Thông số định tuyến Dựa vào địa chỉ IP Có thể dựa vào thông số bất kỳ như chất lượng dịch vụ, mạng riêng ảo… 1.3 Các giao thức cơ bản của MPLS Mạng MPLS không bắt buộc một phương thức báo hiệu đơn nào cho việc phân phối nhãn. Các giao thức định tuyến như BGP ( giao thức cổng biên ) có thể dùng giao thức dành trước tài nguyên RSVP mở rộng để hỗ trợ trao đổi nhãn. Nhưng IETF cũng xác định một giao thức mới được biết đến như giao thức phân phối nhãn –LDP ( Lable Distribution Protocol ) để làm rõ hơn về báo hiệu và quản Khoá luận tốt nghiệp 15
lý không gian nhãn. Sự mở rộng của giao thức LDP cơ sở cũng được xác định để hỗ trợ định tuyến liên vùng dựa trên các yêu cầu về QoS. Những mở rộng này cũng được áp dụng trong việc xác định giao thức định tuyến ràng buộc ( CR-LDP ). Các giao thức hỗ trợ trao đổi nhãn như sau:  LDP: chỉ ra các đích IP vào trong các bảng.  RSVP, CR-LDP sử dụng cho kỹ thuật lưu lượng và dành trước tài nguyên. 1.3.1 Giao thức phân phối nhãn ( LDP ) Giao thức phân phối nhãn được nhóm nghiên cứu MPLS của IETF xây dựng và ban hành có tên là RFC 3036. Phiên bản mới nhất được công bố năm 2001 đưa ra những định nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao thức LDP. Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói tin. Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình gián nhãn/ FEC. Giao thức này là một tập hợp thủ tục trao đổi các nhãn bản tin cho phép các LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC nhất định để truyền gói tin. Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tin LDP được truyền theo đúng thứ tự. Các bản tin LDP có thể xuất phát từ bất kỳ một LSR (điều khiển đường chuyển mạch LSP độc lập ) hay từ LSR biên lối ra (điều khiển LSP theo lệnh ) và chuyển từ LSR phía trước đến LSR phía sau cận kề Việc trao đổi các bản tin LDP có thể được khởi phát bởi sự xuất hiện của luồng số liệu đặc biệt, bản tin lập dự trữ RSVP hay cập nhật thông tin định tuyến. Khi một cặp LSR đã trao đổi bản tin LDP cho một FEC nhất định thì một đường chuyển mạch LSP từ đầu vào đến đầu ra được thiết lập sau khi mỗi LSR ghép nhãn đầu vào nới đầu ra tương ứng trong LIB của nó. Phát hiện LSR lân cận: Thủ tục LSR lân cận của LDP chạy trên UDP và thực hiện như sau (minh hoạ hình vẽ dư ới ).  Một LSR định kỳ gửi bản tin Hello tới tất cả giao diện của nó. Những bản tin này được gửi trên UDP, với địa chỉ multicast của tất cả router trên mạng con.  Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin Hello này trên cổng UDP. Như vậy, tại một thời điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có kết nối trực tiếp.  Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lập kết nối TCP đến LSR đó. Khoá luận tốt nghiệp 16
 Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR. Phiên LDP là phiên hai chiều có nghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi ràng buộc nhãn. Trong trường hợp các LSR không kết nối trực tiếp trong một mạng con, người ta sử dụng một cơ chế bổ sung như sau:  LSR định kỳ gửi bản tin Hello trên UDP đến địa điạ chỉ IP đã được khai báo khi lập cấu hình. Phía nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin HELLO khác truyền ngược lại đến LSR gửi và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên. Hình 1.7: Thủ tục phát hiện LSR lân cận Thông thường trường hợp này hay được áp dụng khi giữa hai LSR có một đường LSP cho điều khiển lưu lượng và nó yêu cầu phải gửi các gói có nhãn qua đường LSP đó. Các bản tin LDP Tiêu đề bản tin LDP Mỗi một bản tin LDP được gọi là đơn vị dữ liệu giao thức PDU, được bắt đầu bằng tiêu đề bản tin và sau đó là các bản tin LDP như đã trình bày trên đây. Hình 2.21 chỉ ra các trường chức năng của tiêu đề LDP và các trường này thực hiện các chức năng sau: Khoá luận tốt nghiệp 17
 Phiên bản: Số phiên bản của giao thức, hiện tại là phiên bản 1.  Độ dài PDU: Tổng độ dài của PDU tính theo octet, không tính trường phiên bản và trường độ dài.  Nhận dạng LDP: Nhận dạng không gian nhãn của LSR gửi bản tin này. Bốn octet đầu tiên chứa địa chỉ IP được gán cho LSR: nhận dạng bộ định tuyến. Hai octet cuối nhận dạng không gian nhãn bên trong LSR.Với LSR có không gian nhãn lớn, trường này có giá trị bằng 0. 0 15 31 Phiªn b¶n §é dµi PDU NhËn d¹ng LDP NhËn d¹ng LDP . Hình 1.8: Tiêu đề LDP Mã hoá TLV LDP sử dụng lược đồ mã hoá kiểu-độ dài-giá trị để mã hoá các thông tin mang trong bản tin LDP. Như chỉ ra trên hình 2.22, LDP TVL được mã hoá thành một trường 2 octet trong đó sử dụng 14 bít để xác định kiểu, và 2 bit xác định cách hành động cho trường hợp LSR không nhận ra được kiểu; 2 octet tiếp theo xác định trường độ dài và trường giá trị có độ dài thay đổi.  Trường kiểu qui định các mà trường giá trị được dịch.  Trường độ dài xác định độ dài của trường giá trị.  Trường giá trị có thể chứa các TLV khác. 0 15 31 U F KiÓu §é dµi Gi¸ trÞ Hình 1.9: Mã hoá TLV Dựa trên bản tin nhận được, khi bit U có giá trị 0, LSR sẽ gửi thông báo ngược lại nơi gửi và toàn bộ bản tin sẽ được bỏ qua. Nếu U có giá trị 1, LSR sẽ bỏ Khoá luận tốt nghiệp 18
qua bản tin chưa biết kiểu đó mà không gửi thông báo lại phía gủi và phần còn lại của bản tin vẫn được xử lý như thể là bản tin chưa biết kiểu này không tồn tại. Bit F chỉ được sử dụng khi bit U = 1 và bản tin LDP chứa bản tin chưa biết kiểu này được truyền đi. Nếu bít F bằng 0 thì bản tin chưa biết kiểu sẽ không chuyển đi cùng bản tin LDP chứa nó và nếu bit F=1 thì bản tin chưa biết kiểu sẽ chuyển đi cùng bản tin LDP chứa nó. Các khuôn dạng và chức năng của các TLV. Trong phạm vi đồ án này xin phép không nói đến. Khuôn dạng bản tin LDP Tất cả các bản tin LDP có khuôn dạng sau: U Kiểu bản tin Độ dài bản tin ID bản tin Thông số bắt buộc Thông số tuỳ chọn Hình 1.10: Khuôn dạng các bản tin LDP  Bit U: bit bản tin chưa biết. Nếu bit này bằng 1 thì nó không thể được thông dịch bởi phía nhận, lúc đó bản tin bị bỏ qua mà không có phản hồi.  Kiểu bản tin: Chỉ ra kiểu bản tin là gì.  Chiều dài bản tin: Chỉ ra chiều dài của các phần nhận dạng bản tin, các thông số bắt buộc, và các thông số tuỳ chọn.  Nhận dạng bản tin: là một số nhận dạng duy nhất bản tin. Trường này có thể được sử dụng để kết hợp các bản tin Thông báo với một bản tin khác.  Thông số bắt buộc, và Thông số tuỳ chọn tuỳ thuộc vào từng bản tin LDP. Về mặt nguyên lý, mọi thứ xuất hiện trong bản tin LDP có thể được mã hoá theo TLV, nhưng các đặc tả LDP không phải luôn luôn sử dụng lược đồ TLV. Nó không được sử dụng khi nó không cần thiết và sự sử dụng của nó sẽ gây lãng phí không gian. Chẳng hạn không cần thiết phải sử dụng khuôn dạng TLV nếu chiều Khoá luận tốt nghiệp 19
dài của giá trị là cố định hay kiểu của giá trị được biết và không phải chỉ định một nhận dạng kiểu  Các bản tin và chức năng của bản tin trong LDP: Bao gồm 11 bản tin LDP :  Bản tin Notification.  Bản tin Hello.  Bản tin Initialization.  Bản tin KeepAlive.  Bản tin Address.  Bản tin Address Withdraw.  Bản tin Lable Mapping.  Bản tin Lable Request.  Bản tin Lable Abort Request  Bản tin Lable Withdraw.  bản tin Lable Release. 1-Bản tin thông báo ( Notification Message ): Bản tin này được sử dụng bởi một LSR để thông báo với các LSR đồng cấp khác về trạng thái mạng là đang trong điều kiện bình thường hay bị lỗi. Khi LSR nhận được một bản tin thông báo về một lỗi, nó sẽ ngắt phiên truyền ngay lập tức bằng việc đóng phiên kết nối TCP lại và xoá bỏ các trạng thái liên quan đến phiên truyền này. Ví dụ về lỗi: hỏng sự khởi động phiên LSP, các bản tin xấu…. 2-Bản tin Hello: Bản tin này dùng để trao đổi giữa 2 LDP đồng cấp. 3-Bản tin Initilization: Các bản tin thuộc loại này được gửi khi bắt đầu một phiên LDP giữa 2 LSR để trao đổi các tham số, các đại lượng tuỳ chọn cho phiên. Các tham số này bao gồm: Chế độ phân phối nhãn Các giá trị định thời Phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa 2 LSR đó Cả hai LSR đều có thể gửi các bản tin Initilization và LSR nhận sẽ nhận trả lời bằng Keep Alive nếu các tham số được chấp nhận. Nếu có một tham số nào đó không được chấp nhận thì LSR trả lời thông báo và phiên kết thúc. 4-Bản tin Keep Alive: Bản tin này dùng để trao đổi giữa các thực thể đồng cấp để giám sát tính ổn định và liên tục của việc hỗ trợ của một kết nối TCP trong một phiên LDP. Các bản tin này được gửi định kỳ không có bản tin nào được gửi để đảm bảo cho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDP khác đang hoạt động tốt. Trong trường hợp không xuất hiện bản tin Keep Alive hay một số bản tin khác Khoá luận tốt nghiệp 20