kha nang ung dung MPLS tren mang duong truc Viet Nam .doc

Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ

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.

CHƯƠNG 1

Khoá luận tốt nghiệp 1

Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ

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, 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

Khoá luận tốt nghiệp 2

Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ

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.

MPLS thực hiện một số chức năng sau

Khoá luận tốt nghiệp 3

Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ

• 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

• 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.

Khoá luận tốt nghiệp 4

Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ

• 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.

• 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

Khoá luận tốt nghiệp 5

Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ

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

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.

Khoá luận tốt nghiệp 6

Đại học Quốc gia Hà Nội - Trường Đại học Công nghệ

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

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.

Khoá luận tốt nghiệp 7