Embed Size (px)
Citation preview
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
VŨ VĂN TRƢỞNG
KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG TRONG MẠNG
CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC
Nghành: Công nghệ Điện tử- Viễn Thông
Chuyên nghành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60.52.70
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS Trần Quang Vinh
Hà Nội- 2009
MỤC LỤC TRANG PHụ BÌA ............................ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
LỜI CAM ĐOAN ............................ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
LỜI CẢM ƠN .................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
MỤC LỤC ........................................ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ................................................................................. 6
DANH SÁCH CÁC BẢNG ............................................................................. 10
DANH SÁCH CÁC HÌNH MINH HỌA ....................................................... 10
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 12
CHƢƠNG 1: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS ............ 14
1.1 Tổng quan ................................................................................................... 14
1.1.1 Tính thông minh phân tán ................................................................. 14
1.1.2 MPLS và mô hình tham chiếu OSI ................................................... 15
1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS ........................................................ 16
1.2.1 Miền MPLS (MPLS domain) ............................................................ 16
1.2.2 Lớp chuyển tiếp tƣơng đƣơng (FEC) ............................................... 17
1.2.3 Nhãn và chồng nhãn .......................................................................... 18
1.2.4 Hoán đổi nhãn (Label Swapping) ..................................................... 19
1.2.5 Đƣờng chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path) ................. 19
1.2.6 Chuyển gói qua miền MPLS ............................................................. 20
1.3 Mã hóa nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS ................................ 21
1.3.1 Mã hóa chồng nhãn ............................................................................ 21
1.3.2 Chế độ Frame ..................................................................................... 22
1.3.3 Chế độ Cell ......................................................................................... 23
1.4 Cấu trúc chức năng MPLS .......................... Error! Bookmark not defined.
1.4.1 Kiến trúc một nút MPLS (LER và LSR)Error! Bookmark not defined.
1.4.2 Mặt phẳng chuyển tiếp (mặt phẳng dữ liệu)Error! Bookmark not defined.
1.4.3 Mặt phẳng điều khiển ............................ Error! Bookmark not defined.
1.5 Hoạt động chuyển tiếp MPLS ..................... Error! Bookmark not defined.
1.5.1 Hoạt động trong mặt phẳng chuyển tiếpError! Bookmark not defined.
1.5.2 Gỡ nhãn ở chặng áp cuối PHP (Penultimate Hop Popping) .... Error!
Bookmark not defined.
1.5.3 Một ví dụ hoạt động chuyển tiếp gói .... Error! Bookmark not defined.
1.6 Ƣu điểm và ứng dụng của MPLS ................ Error! Bookmark not defined.
1.6.1 Đơn giản hóa chức năng chuyển tiếp ... Error! Bookmark not defined.
1.6.2 Kỹ thuật lƣu lƣợng ................................. Error! Bookmark not defined.
1.6.3 Định tuyến QoS từ nguồn ...................... Error! Bookmark not defined.
1.6.4 Mạng riêng ảo VPN ............................... Error! Bookmark not defined.
1.6.5 Chuyển tiếp có phân cấp (Hierachical forwarding)Error! Bookmark not
defined.
1.6.6 Khả năng mở rộng (Scalability) ........... Error! Bookmark not defined.
1.7 Tổng kết chƣơng ........................................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2: ĐỊNH TUYẾN VÀ BÁO HIỆU MPLSERROR! BOOKMARK NOT
DEFINED.
2.1 Định tuyến trong MPLS ............................... Error! Bookmark not defined.
2.1.1 Định tuyến ràng buộc (Constrain-based Routing)Error! Bookmark not
defined.
2.1.2 Định tuyến tƣờng minh (Explicit Routing)Error! Bookmark not defined.
2.2 Các chế độ báo hiệu MPLS ........................... Error! Bookmark not defined.
2.2.1 Chế độ phân phối nhãn ......................... Error! Bookmark not defined.
2.2.2 Chế độ duy trì nhãn ............................... Error! Bookmark not defined.
2.2.3 Chế độ điều khiển LSP .......................... Error! Bookmark not defined.
2.2.4 Các giao thức phân phối nhãn MPLS .. Error! Bookmark not defined.
2.3 Giao thức phân phối nhãn LDP (Label Distribution Protocol)Error! Bookmark
not defined.
2.3.1 Hoạt động của LDP ................................ Error! Bookmark not defined.
2.3.2 Cấu trúc thông điệp LDP ...................... Error! Bookmark not defined.
2.3.3 Các bản tin LDP [1] ............................... Error! Bookmark not defined.
2.3.4 LDP điều khiển độc lập và phân phối theo yêu cầuError! Bookmark not
defined.
2.4 Giao thức CR-LDP (Constrain-based routing LDP)Error! Bookmark not
defined.
2.4.1 Mở rộng cho định tuyến ràng buộc ...... Error! Bookmark not defined.
2.4.2 Thiết lập một CR-LSP (Constrain-based routing LSP)Error! Bookmark
not defined.
2.4.3 Tiến trình dự trữ tài nguyên ................. Error! Bookmark not defined.
2.5 Giao thức RSVP-TE (RSVP Traffic Engineering) [3]Error! Bookmark not
defined.
2.5.1 Các bản tin thiết lập dự trữ RSVP [1] . Error! Bookmark not defined.
2.5.2 Các bản Tear Down, Error và Hello của RSVP-TE [1]Error! Bookmark
not defined.
2.5.3 Thiết lập tuyến tƣờng minh điều khiển tuần tự theo yêu cầu . Error!
Bookmark not defined.
2.5.4 Giảm lƣợng overhead làm tƣơi RSVP . Error! Bookmark not defined.
2.6 Tổng kết chƣơng ........................................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 3: KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG TRONG MPLSERROR! BOOKMARK
NOT DEFINED.
3.1 Kỹ thuật lƣu lƣợng (Traffic Engineering) ... Error! Bookmark not defined.
3.1.1 Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lƣu lƣợngError! Bookmark not defined.
3.1.2 Các lớp dịch vụ dựa trên nhu cầu QoS và các lớp lƣu lƣợng ... Error!
Bookmark not defined.
3.1.3 Hàng đợi lƣu lƣợng ................................. Error! Bookmark not defined.
3.1.4 Giải thuật Leaky Bucket và Token BucketError! Bookmark not defined.
3.1.5 Giải pháp mô hình chồng phủ (Overlay Model) Error! Bookmark not
defined.
3.2 MPLS và kỹ thuật lƣu lƣợng ........................ Error! Bookmark not defined.
3.2.1 Khái niệm trung kế lƣu lƣợng (traffic trunk)Error! Bookmark not defined.
3.2.2 Đồ hình nghiệm suy (Induced Graph) .. Error! Bookmark not defined.
3.2.3 Bài toán cơ bản của kỹ thuật lƣu lƣợng trên MPLSError! Bookmark not
defined.
3.3 Trung kế lƣu lƣợng và các thuộc tính ......... Error! Bookmark not defined.
3.3.1 Các hoạt động cơ bản trên trung kế lƣu lƣợngError! Bookmark not defined.
3.3.2 Thuộc tính tham số lƣu lƣợng (Traffic Parameter)Error! Bookmark not
defined.
3.3.3 Thuộc tính lựa chọn và quản lý đƣờng (chính sách chọn đƣờng)Error!
Bookmark not defined.
3.3.4 Thuộc tính ƣu tiên / lấn chiếm (Priority/Preemption)Error! Bookmark not
defined.
3.3.5 Thuộc tính đàn hồi (Resilience) ............. Error! Bookmark not defined.
3.3.6 Thuộc tính khống chế (Policing) ............ Error! Bookmark not defined.
3.4 Các thuộc tính tài nguyên ............................. Error! Bookmark not defined.
3.4.1 Bộ nhân cấp phát cực đại (maximum allocation multiplier) .... Error!
Bookmark not defined.
3.4.2 Lớp tài nguyên (Resource-Class)........... Error! Bookmark not defined.
3.4.3 Độ đo TE .................................................. Error! Bookmark not defined.
3.5 Tính toán đƣờng ràng buộc .......................... Error! Bookmark not defined.
3.5.1 Quảng bá các thuộc tính của liên kết .... Error! Bookmark not defined.
3.5.2 Tính toán LSP ràng buộc (CR-LSP) ..... Error! Bookmark not defined.
3.5.3 Giải thuật chọn đƣờng ............................ Error! Bookmark not defined.
3.5.4 Ví dụ về chọn đƣờng cho trung kế lƣu lƣợngError! Bookmark not defined.
3.5.5 Tái tối ƣu hóa (Re-optimization) ........... Error! Bookmark not defined.
3.6 Bảo vệ và khôi phục đƣờng ........................... Error! Bookmark not defined.
3.6.1 Phân loại các cơ chế bảo vệ khôi phục .. Error! Bookmark not defined.
3.6.2 Mô hình Makam ...................................... Error! Bookmark not defined.
3.6.3 Mô hình Haskin (Reverse Backup) ....... Error! Bookmark not defined.
3.6.4 Mô hình Hundessa .................................. Error! Bookmark not defined.
3.6.5 Mô hình Shortest-Dynamic .................... Error! Bookmark not defined.
3.6.6 Mô hình Simple-Dynamic ...................... Error! Bookmark not defined.
3.6.7 Mô hình Simple-Static ............................ Error! Bookmark not defined.
3.7 Tổng kết chƣơng ............................................ Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG MPLS-TE VÀ ĐÁNH GIÁERROR! BOOKMARK
NOT DEFINED.
4.1 Phƣơng pháp và công cụ mô phỏng ............. Error! Bookmark not defined.
4.1.1 Phƣơng pháp phân tích .......................... Error! Bookmark not defined.
4.1.2 Chuẩn bị công cụ mô phỏng................... Error! Bookmark not defined.
4.2 Nội dung và kết quả mô phỏng ..................... Error! Bookmark not defined.
4.2.1 Mô phỏng mạng IP không hỗ trợ MPLSError! Bookmark not defined.
4.2.2 Mô phỏng định tuyến ràng buộc trong mạng MPLSError! Bookmark not
defined.
4.2.3 Mô phỏng hoạt động lấn chiếm (Preemption) với các độ ƣu tiênError!
Bookmark not defined.
4.2.4 Mô phỏng khôi phục đƣờng theo cơ chế MakamError! Bookmark not
defined.
4.2.5 Mô phỏng khôi phục đƣờng theo cơ chế Haskin (Reverse Backup)Error!
Bookmark not defined.
4.2.6 Mô phỏng khôi phục đƣờng theo cơ chế Shortest-Dynamic ..... Error!
Bookmark not defined.
4.2.7 Mô phỏng khôi phục đƣờng theo cơ chế Simple-DynamicError! Bookmark
not defined.
4.3 Tổng kết chƣơng ............................................ Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN ...................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.
PHỤ LỤC: MÃ NGUỒN CÁC BÀI MÔ PHỎNGERROR! BOOKMARK NOT
DEFINED.
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AAL ATM Adaptation Layer- Lớp thích ứng ATM
AS Autonomous System- Hệ thống tự trị
ASIC Application-Specific Integrated Circuit- Mạch tích hợp ứng dụng riêng
ATM Asynchronous Transfer Mode- Chế độ chuyển tải không đồng bộ
BGP Border Gateway Protocol- Giao thức cổng biên
CBQ Class Based Queueing- Hàng đợi theo lớp
CBR Constant Bit Rate- Tốc độ bít không đổi
CBS Committed Burst Size- Kích thƣớc chùm xung cam kết
CDR Committed Data Rate- Tốc độ dữ liệu cam kết
CLIP Classical IP- IP truyền thống
CQ Custom Queuing- Hàng đợi chỉ định
CR Constraint-based Routing- Định tuyến ràng buộc
CR-LDP Constraint-based Routing Label Distribution Protocol- Giao thức phân
phối nhãn dƣa trên định tuyến ràng buộc
CR-LSP Constraint-based Routing Label Switched Path- Đƣờng chuyển mạch
nhãn dựa trên định tuyến ràng buộc
CSPF Constrained Shortest Path First Diffserv Differentiated Service- Dịch vụ
phân biệt dựa trên đƣờng dẫn ngắn nhất có ràng buộc
DLCI Data Link Connection Identifier- Nhận dạng kết nối liên kết dữ liệu
DSCP Service Code Point- Điểm mã dịch vụ
eBGP exterior Border Gateway Protocol- Giao thức cổng biên ngoài
EBS Excess Burst Size- Kích thƣớc chùm xung tới hạn
EGP External (Exterior) Gateway Protocol- Giao thức cổng ngoài
ER Explicit Route- Định tuyến tƣờng minh
ERB Explicit Route Information Base- Cơ sở thông tin định tuyến tƣờng
minh
ERO Explicit Route Object- Đối tƣợng định tuyến tƣờng minh
EXP Experimental field- Trƣờng ƣu tiên
FDDI Fibre Distributed Data Interface- Giao diện dữ liệu phân phối sợi
FEC Forwarding Equivalence Class- Lớp chuyển tiếp tƣơng đƣơng
FF Fixed Filter (RSVP reservation style)- Bộ lọc cố định
FIB Forwarding Infomation Base- Cơ sở thông tin chuyển tiếp
FIFO First-in First-out- Vào trƣớc ra trƣớc
FIS Fault Information Signal- Tín hiệu thông tin lỗi
FR Frame Relay- Chuyển mạch khung
FRS Fault Recovery Signal- Tín hiệu khôi phục lỗi
FTN FEC to NHLFE Map- Ánh xạ FEC tới NHLFE
GFC Generic Flow Control (ATM)- Điều khiển luồng chung
GMPLS Generalized MPLS- MPLS tổng quan
HEC Header Error Control (ATM)- Điều khiển lỗi tiêu đề
iBGP interior Border Gateway Protocol- Giao thức cổng biên nội
IETF Internet Engineering Task Force- Nhóm đặc trách kỹ thuật Internet
IGP Interior Gateway Protocol- Giao thức cổng nội
ILM Incoming Label Map- Ánh xạ nhãn đến
IP Internet Protocol- Giao thức Internet
ISDN Intergrated Services Digital Network- Mạng số tích hợp đa dịch vụ
IS-IS Intermediate System - to - Intermediate System- Hệ thống chuyển tiếp
IS-IS TE IS-IS with Traffic Engineering- IS-IS với kỹ thuật lƣu lƣợng
LC-ATM Label Controlled ATM Interface- Nhãn đƣợc điều khiển qua giao tiếp
ATM Asynchronous Transfer Mode – Chế độ truyền không đồng bộ
LDP Label Distribution Protocol- Giao thức phân phối nhãn
LER Label Edge Router- Router biên nhãn
LFIB Label Forwarding Information Base- Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn
LIB Label Information Base- Cơ sở thông tin nhãn
LIFO Last-in First-out- Vào sau ra trƣớc
LSA Link State Advertisements- Quảng bá trạng thái liên kết
LSP Label Switched Path- Đƣờng chuyển mạch nhãn
LSR Label Switching Router- Router chuyển mạch nhãn
MNS MPLS module for Network Simulator- Mô đun mô phỏng mạng
MPLS MultiProtocol Label Switching- Chuyển mạch nhãn đa giao thức
MPLSCP MPLS Control Protocol- Giao thức điều khiển MPLS
MPLS-TE MPLS Traffic Engineering- Kỹ thuật lƣu lƣợng trong MPLS
MPOA Multiprotocol over ATM- Đa giao thức trên ATM
MSC Mobile Switching Centre- Trung tâm chuyển mạch di động
MTU Maximum Transfer Unit- Đơn vị truyền cƣc đại
NAM Network Animator- Mô phỏng mạng
NCP Network Control Program- Chƣơng trình điều khiển mạng
NGN Next Generation Network- Mạng thế hệ mới
NHLFE Next Hop Label Forwarding Entry- Mục nhập chuyển tiếp nhãn ở
chặng kế tiếp
NHRP Next Hop Resolution Protocol- Giao thức phân giải chặng kế tiếp
NS Network Simulator- Mô phỏng mạng
OSI Open System Interconnection- Kết nối các hệ thống mở
OSPF Open Shortest Path First- Giao thức lựa chọn đƣờng dẫn ngắn nhất
OSPF-TE OSPF with Traffic Engineering- OSPF với kỹ thuật lƣu lƣợng
PBS Peak Burst Size- Kích thƣớc chùm xung đỉnh
PDR Peak Data Rate- Tốc độ dữ liệu đỉnh
PDU Protocol Data Unit- Đơn vị dữ liệu giao thức
PHP Penultimate Hop Popping- Gỡ nhãn ở chặng áp cuối
PoR Point of Repair- Điểm sửa chữa
PPP Point to Point Protocol- Giao thức kết nối điểm điểm
PQ Priority Queuing- Hàng đợi ƣu tiên
PSL Path Switch LSR- LSR chuyển đổi đƣờng dẫn
PTI Payload Type Identifier (ATM)- Bộ nhận dạng gói
PVC Permanent Virtual Connection- Mạch ảo cố định
QoS Quality of Service- Chất lƣợng dịch vụ
RED Random Early Detection (Discard)- Sự phát hiện ngẫu nhiên sớm
RFC Request for Comments - Đề nghị duyệt thảo và bình luận
RIB Routing Information Base- Cơ sở thông tin định tuyến
RSVP Resource reSerVation Protocol- Giao thức dự trữ tài nguyên
RSVP-TE RSVP with Traffic Engineering- RSVP với kỹ thuật lƣu lƣợng
SDH Synchronous Digital Hierarchy- Phân cấp số đồng bộ
SLA Service Level Agreement- Thỏa thuận mức dịch vụ
SONET Synchronous Optical Network- Mạng quang đồng bộ
SPF Shortest Path First- Tìm đƣờng ngắn nhất
TCP Transmission Control Protocol- Giao thức điều khiển truyền dữ liệu
TE Traffic Engneering- Kỹ thuật lƣu lƣợng
TLV Type/Length/Value - Kiểu/ Độ dài/ Giá trị
ToS Type of Service- Loại dịch vụ
TT Traffic Trunk- Trung kế lƣu lƣợng
TTL Time To Live- Thời gian sống
UBR Unspecified Bit Rate- Tốc độ bít không xác định
UDP User Datagram Protocol- Giao thức gói tin ngƣời dùng
VC Virtual Circuit- Kênh ảo
VCI Virtual Circuit Identifier- Bộ nhận dạng kênh ảo
VPI Virtual Path Identifier- Bộ nhận dạng đƣờng ảo
VPN Virtual Private Network- Mạng riêng ảo
WFQ Weighted Fair Queuing- Hàng đợi cân bằng có trọng số
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1: Một số giao thức phân phối nhãn trong MPLSError! Bookmark not
defined.
Bảng 2: Các loại bản tin LDP .............................. Error! Bookmark not defined.
Bảng 3: Các lớp dịch vụ kỹ thuật lƣu lƣợng .... Error! Bookmark not defined.
DANH SÁCH CÁC HÌNH MINH HỌA
Hình 1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI ................................................. 15
Hình 2: So sánh giữa chuyển tiếp IP và chuyển tiếp MPLS ..................... 16
Hình 3: Miền MPLS .......................................................................................... 17
Hình 4: Upstream và downstream LSR ........................................................ 17
Hình 5: Lớp chuyển tiếp tƣơng đƣơng trong MPLS .................................. 18
Hình 6: Chồng nhãn .......................................................................................... 18
Hình 7: Đƣờng chuyển mạch nhãn LSP ........................................................ 19
Hình 8: Phân cấp LSP trong MPLS ............................................................... 20
Hình 9: Gói IP đi qua mạng MPLS ................................................................ 21
Hình 10: Định dạng một entry trong stack nhãn MPLS ........................... 21
Hình 11: Shim header đƣợc “chêm” vào giữa header lớp 2 và lớp 3 ..... 22
Hình 12: Nhãn trong chế độ cell ATM .............. Error! Bookmark not defined.
Hình 13: Đóng gói (encapsulation) gói có nhãn trên liên kết ATM .. Error!
Bookmark not defined.
Hình 14: Cấu trúc của LER và transit-LSR .... Error! Bookmark not defined.
Hình 15: FTN, ILM và NHLFE .......................... Error! Bookmark not defined.
Hình 16: Quá trình chuyển tiếp một gói đến chặng kế Error! Bookmark not
defined.
Hình 17: Một ví dụ NHLFE ................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 18: Bên trong mặt phẳng chuyển tiếp MPLSError! Bookmark not defined.
Hình 19: Ví dụ hoạt động chuyển tiếp gói ........ Error! Bookmark not defined.
Hình 20: Một ví dụ định tuyến ràng buộc ........ Error! Bookmark not defined.
Hình 21: Phân phối nhãn không cần yêu cầu .. Error! Bookmark not defined.
Hình 22: Phân phối nhãn theo yêu cầu .............. Error! Bookmark not defined.
Hình 23: Duy trì nhãn tự do ................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 24: Duy trì nhãn bảo thủ ............................ Error! Bookmark not defined.
Hình 25: Điều khiển độc lập................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 26: Điều khiển tuần tự ................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 27: Vùng hoạt động của LDP .................... Error! Bookmark not defined.
Hình 28: Trao đổi thông điệp LDP ..................... Error! Bookmark not defined.
Hình 29: LDP header............................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 30: Format thông điệp LDP ....................... Error! Bookmark not defined.
Hình 31: Ví dụ LDP chế độ điều khiển độc lập theo yêu cầuError! Bookmark
not defined.
Hình 32: Thiết lập LSP với CR-LDP ................. Error! Bookmark not defined.
Hình 33: Tiến trình dự trữ tài nguyên ............... Error! Bookmark not defined.
Hình 34: Thiết lập LSP với RSVP-TE ............... Error! Bookmark not defined.
Hình 35: Nhiều luồng cho mỗi lớp lƣu lƣợng ... Error! Bookmark not defined.
Hình 36: Hàng đợi CQ .......................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 37: Hàng đợi PQ ........................................... Error! Bookmark not defined.
Hình38: Giải thuật Leaky Bucket ....................... Error! Bookmark not defined.
Hình39: Giải thuật Token Bucket ..................... Error! Bookmark not defined.
Hình 40: Mô hình chồng phủ (Overlay Model) Error! Bookmark not defined.
Hình 41: Các trung kế lƣu lƣợng ........................ Error! Bookmark not defined.
Hình 42: Một ví dụ băng thông dự trữ cho từng mức ƣu tiênError! Bookmark
not defined.
Hình 43: Minh họa cách dùng bit Affinity và Resource-ClassError! Bookmark
not defined.
Hình 44: Băng thông khả dụng ứng với từng mức ƣu tiênError! Bookmark not
defined.
Hình 45: Xem xét các ràng buộc khống chế ..... Error! Bookmark not defined.
Hình 46: Xem xét tài nguyên khả dụng ............. Error! Bookmark not defined.
Hình 47: Chọn đƣờng tốt nhất ............................ Error! Bookmark not defined.
Hình 48: Mô hình Makam .................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 49: Mô hình Haskin ..................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 50: Mô hình Shortest-Dynamic ................. Error! Bookmark not defined.
Hình 51: Mô hình Simple-Dynamic ................... Error! Bookmark not defined.
Hình 52: Dữ liệu đầu vào và kết xuất của NS .. Error! Bookmark not defined.
Hình 53: Topology vật lý mạng thực hiện mô phỏng ... Error! Bookmark not
defined.
Hình 54: Kết quả băng thông nhận đƣợc ở bài 1Error! Bookmark not defined.
Hình 55: Mô phỏng trực quan bài 1 trong cửa sổ NAMError! Bookmark not
defined.
Hình 56: Kết quả băng thông nhận đƣợc ở bài 2Error! Bookmark not defined.
Hình 57: Mô phỏng trực quan bài 2 trong cửa sổ NAMError! Bookmark not
defined.
Hình 58: Xuất nội dung bảng LIB ở các LSR ra màn hìn console .... Error!
Bookmark not defined.
Hình 59: Kết quả băng thông nhận đƣợc ở bài 3Error! Bookmark not defined.
Hình 60: Mô phỏng trực quan bài 3 trong cửa số NAMError! Bookmark not
defined.
Hình 62 Đƣờng đi của lƣu lƣợng trƣớc thời điểm sự cốError! Bookmark not
defined.
Hình 63: Đƣờng đi của lƣu lƣợng sau thời điểm sự cố (Makam) ...... Error!
Bookmark not defined.
Hình 64: Kết quả băng thông nhận đƣợc ở bài 5Error! Bookmark not defined.
Hình 65: Đƣờng đi của lƣu lƣợng sau thời điểm sự cố (Haskin) ....... Error!
Bookmark not defined.
Hình 66: Kết quả băng thông nhận đƣợc ở bài 6Error! Bookmark not defined.
Hình 67: Đƣờng đi của lƣu lƣợng sau thời điểm sự cố (Shortest-Dynamic) .................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 68: Kết quả băng thông nhận đƣợc ở bài 7Error! Bookmark not defined.
Hình 69: Đƣờng đi của lƣu lƣợng sau thời điểm sự cố (Simple-Dynamic) .................................................................................... Error! Bookmark not defined.
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng các dịch vụ IP và sự
bùng nổ Internet đã dẫn đến một loạt thay đổi trong nhận thức kinh doanh của các nhà
khai thác. Lưu lượng lớn nhất hiện nay trên mạng trục là lưu lượng IP. Giao thức IP
thống trị toàn bộ các giao thức lớp mạng, hệ quả là tất cả các xu hướng phát triển công
nghệ lớp dưới đều hỗ trợ cho IP. Nhu cầu thị trường cấp bách cho mạng tốc độ cao với
chi phí thấp là cơ sở cho một loạt các công nghệ mới ra đời, trong đó có MPLS.
Công nghệ MPLS đã chứng minh được tính ứng dụng thực tiễn các tính năng
vượt trội của nó so với các công nghệ chuyển mạch truyền thống khác như ATM. Tập
đoàn BCVT Việt Nam đã lựa chọn IP/MPLS làm công nghệ cho lớp chuyển tải mạng
NGN đang triển khai trên phạm vi toàn quốc. Một trong những ưu điểm lớn nhất
của MPLS là ở khả năng thực hiện kỹ thuật lưu lượng. Đây cũng là đối tượng nghiên
cứu chính của học viên khi thực hiện luận văn này.
Luận văn được tổ chức thành 4 chương với các nội dung chính như sau:
Chƣơng 1 - Chuyển mạch nhãn đa giao thức : Giới thiệu tổng quan công
nghệ MPLS, các khái niệm cơ bản, kiến trúc chức năng và cơ chế hoạt động của
MPLS.
Chƣơng 2 - Định tuyến và báo hiệu MPLS : Trình bày các kỹ thuật định tuyến
được hỗ trợ bởi MPLS, các chế độ báo hiệu và một số giao thức báo hiệu phân phối
nhãn của MPLS.
Chƣơng 3 - Kỹ thuật lƣu lƣợng trong MPLS : Trình bày các khái niệm và mục
tiêu của kỹ thuật lưu lượng, khả năng và các cơ chế thực hiện kỹ thuật lưu lượng của
MPLS.
Nội dung tập trung vào vấn đề ánh xạ lưu lượng lên topology vật lý,
tức là tính toán đường đi tốt nhất qua mạng của lưu lượng sao cho mạng hoạt động
hiệu quả và tin cậy. Các vấn đề bảo vệ khôi phục đường - một trong những nhiệm vụ
của kỹ thuật lưu lượng cũng được trình bày trong chương này.
Chƣơng 4 - Mô phỏng MPLS-TE và đánh giá : Học viên báo cáo kết quả thực
hiện mô phỏng MPLS-TE trên máy tính với phần mềm NS-2 để làm rõ cơ chế thực
hiện kỹ thuật lưu lượng của MPLS. Các mô hình bảo vệ khôi phục lưu lượng của
MPLS cũng được mô phỏng trong phần này.
Chƣơng 1: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS
1.1 Tổng quan
MPLS là viết tắt của “Multi-Protocol Label Switching”. Thuật ngữ multi-
protocol để nhấn mạnh rằng công nghệ này áp dụng được cho tất cả các giao thức
lớp mạng chứ không chỉ riêng có IP. MPLS cũng hoạt động tốt trên bất kỳ các giao
thức lớp liên kết. Đây là một công nghệ lai kết hợp những đặc tính tốt nhất của định
tuyến lớp 3 (Layer 3 routing) và chuyển mạch lớp 2 (Layer 2 switching).[1]
1.1.1 Tính thông minh phân tán
Trong mạng chuyển mạch kênh, tính thông minh chủ yếu tập trung ở
mạng lõi (core). Tất cả những thiết bị thông minh nhất đều đặt trong mạng lõi như các
tổng đài chuyển tiếp hay các trung tâm chuyển mạch di động MSC… Các thiết bị kém
thông minh hơn thì đặt ở mạng biên (edge), ví dụ như các tổng đài nội hạt, truy nhập…
Trong mạng gói IP, tính thông minh gần như chia đều cho các thiết bị trong
mạng. Tất cả các router đều phải làm hai nhiệm vụ là định tuyến và chuyển mạch. Đây
là ưu điểm nhưng cũng là nhược điểm của IP.
Quan điểm của MPLS là tính thông minh càng đưa ra biên thì mạng càng
hoạt động tốt. Lý do là những thành phần ở mạng lõi phải chịu tải rất cao.
Thành phần mạng lõi nên có độ thông minh thấp và năng lực chuyển tải cao. MPLS
phân tách hai chức năng định tuyến và chuyển mạch: Các router ở biên thực hiện định
tuyến và gắn nhãn (label) cho gói. Còn các router ở mạng lõi chỉ tập trung làm
nhiệm vụ chuyển tiếp gói với tốc độ cao dựa vào nhãn. Tính thông minh được đẩy ra
ngoài biên là một trong những ưu điểm lớn nhất của MPLS[1].
1.1.2 MPLS và mô hình tham chiếu OSI
Hình 1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI
MPLS được xem như là một công nghệ lớp đệm (shim layer), nó nằm trên
lớp 2 nhưng dưới lớp 3, vì vậy đôi khi người ta còn gọi nó là lớp 2,5.
Hình 2: So sánh giữa chuyển tiếp IP và chuyển tiếp MPLS
Nguyên lý của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được gắn nhãn (label) và chuyển
tiếp theo một đường dẫn LSP (Label Switched Path). Các router trên đường dẫn chỉ
căn cứ vào nội dung của nhãn để thực hiện quyết định chuyển tiếp gói mà không cần
phải kiểm tra header IP[1].
1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS
1.2.1 Miền MPLS (MPLS domain)
RFC 3031 mô tả miền MPLS là “một tập hợp các nút mạng thực hiện hoạt
động định tuyến và chuyển tiếp MPLS”. Một miền MPLS thường được quản lý và
điều khiển bởi một nhà quản trị[6].
Hình 3: Miền MPLS
Miền MPLS được chia thành 2 phần: phần mạng lõi (core) và phần mạng
biên (edge). Các nút thuộc miền MPLS được gọi là router chuyển mạch nhãn LSR
(Label Switch Router). Các nút ở phần mạng lõi được gọi là transit-LSR hay
core-LSR (thường được gọi tắt là LSR). Các nút ở biên được gọi là router biên nhãn
LER (Label Edge Router). Nếu một LER là nút đầu tiên trên đường đi của một gói
xuyên qua miền MPLS thì nó được gọi là LER lối vào (ingress-LER), còn nếu là nút
cuối cùng thì nó được gọi là LER lối ra (egress-LER). Lưu ý là các thuật ngữ này được
áp dụng tùy theo chiều của luồng lưu lượng trong mạng, do vậy một LER có thể là
ingress-LER vừa là egress-LER tuỳ theo các luồng lưu lượng đang xét.
Hình 4: Upstream và downstream LSR
Thuật ngữ upstream-LSR và downstream-LSR cũng được dùng, phụ thuộc vào
chiều của luồng lưu lượng như chỉ ra trên hình 4. Các tài liệu MPLS thường dùng
ký hiệu Ru để biểu thị cho upstream-LSR và dùng ký hiệu Rd để biểu thị cho
downstream-LSR.
1.2.2 Lớp chuyển tiếp tƣơng đƣơng (FEC)
Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class) là một tập
hợp các gói được đối xử như nhau bởi một LSR. Như vậy, FEC là một nhóm các gói
IP được chuyển tiếp trên cùng một đường chuyển mạch nhãn LSP, được đối xử theo
cùng một cách thức và có thể ánh xạ vào một nhãn bởi một LSR cho dù chúng có thể
khác nhau về thông tin header lớp mạng. Hình 5 dưới đây cho thấy cách xử lý này[1].
Hình 5: Lớp chuyển tiếp tương đương trong MPLS
1.2.3 Nhãn và chồng nhãn
RFC 3031 định nghĩa nhãn là “một bộ nhận dạng có độ dài ngắn và cố định,
mang ý nghĩa cục bộ dùng để nhận biết một FEC”. Nhãn được “dán” lên một gói để
báo cho LSR biết gói này cần đi đâu. Phần nội dung nhãn có độ dài 20 bit không cấu
trúc, như vậy số giá trị nhãn có thể có là 220 (hơn một triệu giá trị). Giá trị nhãn định
nghĩa chỉ mục (index) để dùng trong bảng chuyển tiếp[6].
Một gói lại có thể được “dán chồng” nhiều nhãn, các nhãn này chứa trong một
nơi gọi là chồng nhãn (label stack). Chồng nhãn là một tập hợp gồm một hoặc nhiều
chỉ mục nhãn tổ chức theo nguyên tắc vào sau ra trước (LIFO). Tại mỗi chặng trong
mạng chỉ xử lý nhãn hiện hành trên đỉnh chồng nhãn. Chính nhãn này sẽ được LSR sử
dụng để chuyển tiếp gói.
Hình 6: Chồng nhãn
Nếu gói tin chưa có nhãn thì chồng nhãn là rỗng(độ sâu của chồng nhãn bằng
0). Nếu chồng nhãn có chiều sâu là d thì mức 1 sẽ ở đáy của chồng nhãn (bit S trong
mục nhập nhãn đặt lên 1) và mức d sẽ ở đỉnh của chồng nhãn. Một mục nhập nhãn có
thể được đặt thêm vào (push) hoặc lấy ra (pop) khỏi chồng nhãn.
1.2.4 Hoán đổi nhãn (Label Swapping)
Hoán đổi nhãn là cách dùng các thủ tục để chuyển tiếp gói. Để chuyển tiếp gói
có nhãn, LSR kiểm tra nhãn trên đỉnh chồng nhãn và dùng ánh xạ ILM (Incoming
Label Map) để ánh xạ nhãn này tới một mục nhập chuyển tiếp nhãn NHLFE. Sử
dụng thông tin trong NHLFE, LSR xác định ra nơi để chuyển tiếp gói và thực hiện
một tác vụ trên chồng nhãn. Rồi nó mã hóa chồng nhãn mới vào gói và chuyển gói đi.
Chuyển tiếp gói chưa có nhãn cũng tương tự nhưng xảy ra ở ingress-LER. LER
phải phân tích header lớp mạng để xác định FEC rồi sử dụng ánh xạ FTN (FEC-to-
NHLFE) để ánh xạ FEC vào một NHLFE[1].
1.2.5 Đƣờng chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path)
Đường chuyển mạch nhãn LSP là một đường nối giữa router lối vào và router
lối ra, được thiết lập bởi các nút MPLS để chuyển các gói đi xuyên qua mạng. Đường
dẫn của một LSP qua mạng được định nghĩa bởi sự chuyển đổi các giá trị nhãn ở các
LSR dọc theo LSP bằng cách dùng thủ tục hoán đổi nhãn. Khái niệm LSP tương tự
như khái niệm mạch ảo (VC) trong ATM.
Hình 7: Đường chuyển mạch nhãn LSP
Kiến trúc MPLS cho phép phân cấp các LSP, tương tự như ATM sử dụng VPI
và VCI để tạo ra phân cấp kênh ảo (VC) nằm trong đường ảo (VP). Tuy nhiên ATM
chỉ có thể hỗ trợ 2 mức phân cấp, trong khi với MPLS thì số mức phân cấp cho phép
rất lớn nhờ khả năng chứa được nhiều mục nhập nhãn trong chồng nhãn. Về lý thuyết,
giới hạn số lượng nhãn trong chồng nhãn phụ thuộc giá trị MTU (Maximum
Transfer Unit) của các giao thức lớp liên kết được dùng dọc theo một LSP[1].
Hình 8: Phân cấp LSP trong MPLS
1.2.6 Chuyển gói qua miền MPLS
Sau đây là một ví dụ đơn giản minh họa quá trình truyền gói IP đi qua miền
MPLS. Gói tin IP khi đi từ ngoài mạng vào trong miền MPLS được router A đóng vai
trò là một ingress-LER sẽ gán nhãn có giá trị là 6 cho gói IP rồi chuyển tiếp đến router
B. Router B dựa vào bảng hoán đổi nhãn để kiểm tra nhãn của gói tin. Nó thay giá trị
nhãn mới là 3 và chuyển tiếp đến router C. Tại C, việc kiểm tra cũng tương tự như ở B
và sẽ hoán đổi nhãn, gán cho gói tin một nhãn mới là 9 và tiếp tục được đưa đến
router D.
Hình 9: Gói IP đi qua mạng MPLS
Router D đóng vai trò egress-LER sẽ kiểm tra trong bảng hoán đổi nhãn và gỡ
bỏ nhãn 9 ra khỏi gói tin rồi định tuyến gói IP một cách bình thường đi ra khỏi
miền MPLS. Với kiểu làm việc này thì các LSR trung gian như router B và C sẽ không
phải thực hiện kiểm tra toàn bộ header IP của gói tin mà nó chỉ việc kiểm tra các giá
trị của nhãn, so sánh trong bảng và chuyển tiếp. Vì vậy tốc độ xử lý trong miền MPLS
sẽ nhanh hơn nhiều so với định tuyến IP truyền thống. Đường đi từ router A đến router
D được gọi là đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path)[1].
1.3 Mã hóa nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS
1.3.1 Mã hóa chồng nhãn
Khi nhãn được gắn lên gói, bản thân giá trị nhãn 20 bit sẽ được mã hoá cùng
với một số thông tin cộng thêm để phụ trợ trong quá trình chuyển tiếp gói để hình
thành một mục nhập nhãn. Hình 10 minh họa định dạng một mục nhập nhãn trong
chồng nhãn[1].
Hình 10: Định dạng một entry trong stack nhãn MPLS
Nhóm 32 bit ở hình trên là một mục nhập trong chồng nhãn, trong đó phần giá trị
nhãn thực sự chỉ có 20 bit. Tuy nhiên người ta thường gọi chung cho cả mục nhập 32
bit nói trênlà một nhãn. Vì vậy khi thảo luận về nhãn cần phân biệt là đang xem xét giá
trị nhãn 20 bit hay nói về mục nhập 32 bit trong chồng nhãn. Phần thông tin 12 bit
cộng thêm gồm các trường sau đây:
EXP (một số tài liệu gọi là CoS - Class of Service – Lớp dịch vụ) – Gồm 3 bit,
có thể là một hàm của trường TOS (Type of Service- Loại dịch vụ) hoặc
Diffserv- Dịch vụ phân biệt trong gói IP. Đa số các nhà sản xuất sử dụng các
bit này để mang chỉ thị QoS, thường là copy trực tiếp từ các bit TOS trong gói
IP. Khi gói MPLS vào hàng đợi, có thể sử dụng các bit EXP theo cách giống
như các bit ưu tiên trong IP.
S – Gồm 1 bit, chỉ thị đáy của chồng nhãn. Khi một nhãn nằm ở đáy chồng
nhãn, thì bit S đặt lên 1; còn các nhãn khác có bit S đặt về 0. Bit S là phương
tiện để xác định đáy của chồng nhãn nằm ở đâu.
TTL – Gồm 8 bit, thường là copy trực tiếp từ trường TTL của header IP, được
giảm đi 1 qua mỗi chặng để chặn loop định tuyến giống như IP. Tuy nhiên,
các bit TTL cũng có thể được đặt khác với TTL trong gói IP, thường dùng khi
nhà khai thác mạng muốn che giấu topology mạng MPLS. MPLS có thể hoạt
động ở các chế độ: chế độ frame và chế độ cell.
1.3.2 Chế độ Frame
Các kỹ thuật lớp 2 như Ethernet, Token Ring, FDDI, PPP không có trường nào
phù hợp trong header của frame có thể mang nhãn. Vì vậy, chồng nhãn sẽ được chứa
trong header chêm (shim header). Shim header được “chêm” vào giữa header lớp liên
kết và header lớp mạng, như trong hình 11. Đỉnh chồng nhãn nằm liền sau header lớp
2 và đáy chồng nhãn nằm liền trước header lớp mạng.
Hình 11: Shim header được “chêm” vào giữa header lớp 2 và lớp 3
Router gởi frame phải có cách để báo cho router nhận biết rằng frame này có
chứa shim header, cách thức này khác nhau giữa các kỹ thuật lớp 2. Ethernet sử dụng
cặp giá trị ethertype 0x8847 và 0x8848 để chỉ thị frame đang mang gói MPLS unicast
và multicast tương ứng. PPP sử dụng NCP (Network Control Program) sửa đổi
gọi là MPLSCP (MPLS Control Protocol) và đánh dấu tất cả các gói có chứa
shim header bằng giá trị 0x8281 trong trường PPP Protocol.
1.3.3 Chế độ Cell
Chế độ Cell được dùng khi ta có một mạng gồm các ATM-LSR (là các
chuyển mạch ATM có hỗ trợ MPLS), trong đó nó sử dụng các giao thức phân
phối nhãn MPLS để trao đổi thông tin VPI/VCI thay cho báo hiệu ATM. Nhãn
được mã hoá trong trường gộp VPI/VCI, trong VPI hoặc VCI của header cell ATM
(RFC 3035).
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Luc De Ghein (CiscoPress 2006), MPLS Fundamentals
[2] David McDysan, Dave Paw - McGrawHill (2002), ATM & MPLS: Theory
and Application
[3] Eric Osborne, Ajay Simha (CiscoPress 2002), Traffic Engineering with
MPLS
[4] Student Book - CiscoPress (2001), MPLS Traffic Engineering Technology
[5] Johan Martin - University of Oslo (2005), MPLS Based Recovery
Mechanisms
[6] RFC 3031: Multiprotocol Label Switching Architecture
[7] John Evans, Clarence Filsfils (Morgan Kaufmann (2007) "Deploying IP and
MPLS QoS for Multiservice Networks: Theory and Practice"
[8] The NS Manual (VINT Project 05/2007)
[9] Website: http://nsnam.isi.edu/nsnam
[10] Website:http://w4.siemens.de/ct/en/technologies/ic/beispiele/mpls
[11] Website: http://nile.wpi.edu/NS
