BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA
GIAO THỨC MPLS
NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ : 605270
SINH VIÊN : TRỊNH QUANG ĐĂNG
Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS NGUYỄN QUỐC TRUNG

HÀ NỘI 2007


MỤC LỤC
MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
CÁC TỪ VIẾT TẮT
LỜI NĨI ĐẦU……………………………. ………………………………...1

Chương 1: Tổng quan về cơng nghệ MPLS…………………..…….3
1.1. Giới thiệu chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS…..…………………3
1.1.1.Chuyển mạch nhãn là gì?.............................................................3
1.1.2. Các đặc điểm của MPLS……………………………….………3
1.1.3. Lịch sử phát triển của MPLS………………..…………………6
1.2. Các giải pháp của các nhà cung cấp ……..………………..……………9

1.2.1.IP over ATM……………………………..……………………..9
1.2.2. Chuẩn hóa MPLS…………………….………………………..10
1.2.3. Nhóm đặc trách MPLS trong IETF……………………………10
1.2.4. Các tiêu chuẩn của MPLS trong IETF...………………………11

Chương 2: Công nghệ chuyển mạch MPLS…………………...…13
2.1. Các thành phần MPLS…………………………… …… … ………….13
2.1.1 Các khái niệm cơ bản về MPLS……….…… … … ……… ….13
2.1.2. Thành phần cơ bản của MPLS…… …………………………15
2.2. Họat động của MPLS………………………………………………..…16
2.2.1 Các chế độ họat động của MPLS………………….……..…….16
2.2.2. Họat động của MPLS khung trong mạng ATM- PVC……...…28
2.3. Cấu trúc thiết bị MPLS theo MSF………………………… …………..29
2.3.1. Mơ hình tổng đài đa dịch vụ………………… …..……………29
2.3.2. Các mơ hình LSR biên và lõi…………………... ……………..33
2.4. Các giao thức sử dụng trong mạng MPLS……………..……………….38

MỤC LỤC


2.4.1. Giao thức phân phối nhãn……………………….……………..38
2.4.2. Giao thức CR- LDP…………………… ………………………41
2.4.3. Giao thức RSVP……………….. .. ……………………………48

Chương 3: Những vấn đề kỹ thuật trong MPLS…… ..………….51
3.1. So sánh RSVP với CR- LDP……………………………………………51
3.1.1. Những hạn chế đối với khả năng mở rộng của RSVP…..... …..51
3.1.2. So sánh CR- LDP và RSVP……………….. ………………….52
3.2. So sánh MPLS với MPOA……………………………………………. .53
3.3. Chất lượng dịch vụ………………………………………………. …….54

3.3.1. Dịch vụ Best Effort…………………………………………….55
3.3.2. Mơ hình dịch vụ tích hợp………………………………………56
3.3.3. Mơ hình dịch vụ Diffserv………………………………………58
3.3.4. Mơ hình chất lượng dịch vụ MPLS……………………….……60
3.4. Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS……………………………….. ………61
3.4.1. Các mục tiêu chất lượng của kỹ thuật lưu lượng…………… .. 61
3.4.2. Những hạn chế của cơ chế điều khiển IGP hiện tại………..….61
3.4.3. Quản lý lưu lượng MPLS……………….. ………………..….62
3.4.4. Quản lý lưu lượng qua MPLS……………………………..….63
3.4.5. Các thuộc tính tài nguyên………………………………….…64
3.4.6. Triển khai định tuyến cưỡng bức MPLS………………….….65
3.5. Phát hiện và phòng ngừa định tuyến vòng……………………….…...66
3.5.1. Chế độ khung…………………………………….……….….66
3.5.2. Chế độ tế bào……………………………………….…….….68

Chương 4: Ứng dụng MPLS và mạng riêng ảo VPN….………76
4.1. Khả năng ứng dụng MPLS………………………………………..….76
4.1.1. Mơ hình tổ chức mạng NGN…………………………….…..76
4.1.2. Khả năng ứng dụng MPLS tại Việt Nam…………………….78
MỤC LỤC


4.2. Khái niệm mạng riêng ảo…………………………….…………….…81
4.3. Mơ hình chồng lấn…………………………………………….……...82
4.4. Mơ hình ngang cấp…………………………………………….……..88
4.5. Phân phối cưỡng bức thơng tin định tuyến…………………..……….90
4.6. Đa bảng chuyển tiếp…………………………………………..……...95
4.7. Địa chỉ trong VPN…………………………………………..………..97
4.8. Chuyển tiếp gói bằng MPLS…………………………………..…….100
4.9. Khả năng mở rộng………………………………………..………….104

4.10. Bảo mật…………………………………………………..….……...106
4.11. Hỗ trợ Q o S trong MPLS VPN……………………..…………….….107
4.12. Dịch vụ MPLS VPN của VNPT……………………..……………..113
4.13. Các dịch vụ VOIP của VNPT………………………..……………..113

Chương 5: Kết luận………………………..……….…..……...114
5.1. Đánh giá công nghệ MPLS…………………………………..……....114
5.1.1. Những ưu điểm của MPLS………………………………….114
5.1.2. MPLS là công nghệ hội tụ của truyền thống…………….….115
5.1.3. Tương lai phát triển của MPLS………………….…….……116
5.2. Hướng phát triển của đề tài………………………………….. ….…..116

MỤC LỤC


CÁC TỪ VIẾT TẮT
ARP: Addreess Resolution Protocol

Giao thức phân tích địa chỉ

ATM: Asynchronous Transfer Mode

Phương thứ truyền dẫn không
đồng bộ

BCF: Bearer Control Function

Khối chức năng điều khiển tải tin

BGP: Border Gateway Protocol


Giao thức định tuyến cổng mạng
Vùng giáp ranh

CSR: Cell Switching Router

Thiết bị định tuyến chuyển mạch
tế bào

CSPF: Constrained Shortest Path First

Giao thức định tuyến tìm đường
ngắn nhất

CR:

Cell Router

DLCI: Data Link Connection Identifier

Bộ định tuyến tế bào
Nhận dạng kết nối lớp liên kết
dữ liệu

FR:

Frame Relay

Chuyển tiếp khung


FIB:

Forwarding Information Base

Cơ sở thơng tin chuyển tiếp

FEC:

Forwarding Equivalence

Nhóm chuyển tiếp tương đương

GMPLS:

IP:

Generalized Multiprotocol

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

Label Switching

tổng quát

Internet Protocol

Giao thức định tuyến Internet

IETF: Internet Engineering Task force


Tổ chức tiêu chuẩn kỹ thuật cho
Internet

IPOS:

IP over SONET

IP trên SONET

IPOA: IP over ATM

IP trên ATM

IS:

Giao thức định tuyến IS

Intermediate System

CÁC TỪ VIẾT TẮT


LIS:

Logical IP Subnet

Mạng con IP logic

LAN:


Local Area Network

Mạng cục bộ

LSP:

Label Switched Path

Tuyến chuyển mạch nhãn

LSR:

Label Switching Router

Bộ định tuyến chuyển mạch
nhãn

LFIB: Label Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn
LPF:

Logical Port Funtion

Chức năng cổng logic

MPLS: Multiprotocol Label Switching

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MSF:


Diễn đàn chuyển mạch đa dịch

Multiservice Switch Forum

vụ
MPOA: MPLS over ATM

MPLS trên ATM

NHRP: Next Hop Resolution Protocol

Giao thức phân tích địa chỉ

NLPID: Network Layer Protocol Identifier Bộ nhận dạng giao thực lớp
mạng
Giao diện mạng- mạng

NNI:

Network- Network Interface

NSIF:

Network Service Interface Funtion Khối chức năng giao diện dịch
vụ mạng

NGN:

Next Generation Network


Mạng thế hệ sau

OSPF:

Open Shortest Path First

Giao thức định tuyến mở đường
ngắn nhất đầu tiên

QoS:

Quality Of Service

Chất lượng dịch vụ

RFC:

Request for Comment

Các tài liệu về tiêu chuẩn IP do
IETF đưa ra

RSVP: Resource Reservation Protocol

Giao thức dành trước tài nguyên

RIP:

Giao thức thông tin định tuyến


Routing Information Protocol

SONET: Synchronous Optical Network

Mạng truyền dẫn quang đồng bộ

SDH:

Hệ thống phân cấp số đồng bộ

Synchronous Digital Hierarchy

CÁC TỪ VIẾT TẮT


SNAP: Service Node Access Point

Điểm truy nhập nút dịch vụ

SLA:

Service Level Agreement

Thỏa thuận mức dịch vụ

SGF:

Signalling Gateway Funtion

Khối chức năng cổng báo hiệu


TE:

Terminal Equipment

Thiết bị đầu cuối

TDP:

Tag Distribution Protocol

Giao thức phân phối thẻ

TGW:

Trunking Gateway

Cổng trung kế

UNI:

User Network Interface

Giao diện mạng người sử dụng

UDP:

User Datagram Protocol

Giao thức dữ liệu người sử dụng


VPN:

Virtual Private Network

Mạng riêng ảo

VPI:

Virtual Path Identifier

Trường nhận dạng đường ảo

VCI:

Virtual Circuit Identifier

Trường nhận dạng kênh ảo

VSCF: Virtual Switched Control Funtion

Khối chức năng điều khiển
chuyển mạch ảo

VSF:

Virtual Switched Funtion

WDW: Wave Division Multiplexing


Khối chức năng chuyển mạch ảo
Ghép kênh phân chia theo bước
sóng

CÁC TỪ VIẾT TẮT


1

LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự phát triển của lịch sử khoa học kỹ thuật, để phục vụ cho đời
sống con người mà nhu cầu thông tin rộng rãi ngày càng trở nên cần thiết. Sự
ra đời của ngành viễn thông là một tất yếu. Trong những năm gần đây ngảnh
công nghiệp viễn thơng đã và đang tìm một phương thức chuyển mạch có thể
kết hợp ưu điểm của IP và của ATM. Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao
thức (MPLS) là kết quả phát triển của nhiều công nghệ chuyển mạch IP sử
dụng cơ chế hóan đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà
khơng cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP.
MPLS tách chức năng của bộ định tuyến IP(IP router) ra làm hai phần
riêng biệt như: Chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển. Phần chức
năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gởi gói tin giữa các bộ định tuyến IP, sử
dụng cơ chế hóan đổi nhãn tương tự như của ATM. Trong MPLS, nhãn là một
thực thể có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng. Kỹ thuật hóan
đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn
để xác định tuyến của gói và nhãn mới của nó; việc này đơn giản hơn nhiều
so với việc xử lý gói tin theo kiểu thông thường và cải thiện khả năng của
thiết bị. MPLS có thể họat động được với các giao thức định tuyến Internet
khác như OSPF và BGP; do MPLS hổ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho
phép thiết lập tuyến cố định, nên việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các
tuyến là hòan tòan khả thi. Đây là một tính năng vượt trội của MPLS so với

các giao thức định tuyến trước đây. Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS
cũng hỗ trợ quản lý mạng dễ dàng và đơn giản hơn. Bằng cách giám sát lưu
lượng tại các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR), nghẽn lưu lượng sẽ
được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể được xác định nhanh
chóng.
LỜI NÓI ĐẦU


2

MPLS là một cơng nghệ chuyển mạch IP có triển vọng ứng dụng rất
cao. Nhờ đặc tính cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao
chất lượng dịch vụ của mạng IP truyền thống. Trong phạm vi luận văn này,
tơi xin trình bày những phần nội dung cơ bản của công nghệ chuyển mạch
nhãn đa giao thức (MPLS); khả năng ứng dụng MPLS và mạng riêng ảo VPN
bao gồm các chương sau:
+ Chuơng 1: Tổng quan về công nghệ MPLS
+ Chương 2: Công nghệ chuyển mạch MPLS
+ Chương 3: Những vấn đề kỹ thuật trong MPLS
+ Chương 4: Ứng dụng MPLS và mạng riêng ảo VPN
+ Chương 5: Kết luận
Do hạn chế về thời gian và trình độ có hạn nên nội dung của luận văn
khơng tránh khỏi những sai sót, tơi mong được các thầy cơ và các bạn đồng
nghiệp đóng góp thêm.
Trong q trình làm luận văn này, tôi xin được cảm ơn các thầy, cô
giáo Khoa Điện tử- Viễn thông Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, các đồng
nghiệp đã giúp đở, tạo điều kiện để tơi có thể hịan thành các u cầu đề ra.
Đặc biệt tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Quốc Trung đã tận tình
giúp đở, hướng dẫn tơi hòan thành luận văn tốt nghiệp này.
Hà nội, tháng 12 năm 2006

Sinh viên thực hiện

Trịnh Quang Đăng
LỜI NÓI ĐẦU


3

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MPLS
1.1. GIỚI THIỆU CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS)
1.1.1. Chuyển mạch nhãn là gì ?
Trong mạng IP, phương thức vận chuyển các gói tin là dựa vào địa chỉ
IP đích. Tại mỗi router, các gói tin được kiểm tra địa chỉ đích và được truyền
đến nút tiếp theo dựa vào thơng tin có trong bảng định tuyến. Thay vì cơ chế
vận chuyển gói tin thư trong IP, chuyển mạch nhãn thực hiện bằng việc gắn
một số (một nhãn) cho gói tin. Nhãn (Label) là một thực thể độ dài ngắn và
cố định không có cấu trúc bên trong. Nhãn khơng trực tiếp mã hóa thơng tin
của mào đầu lớp mạng như địa chỉ lớp mạng. Nhãn được gán vào một gói tin
cụ thể sẽ đại diện cho FEC (Forwarding Equivalence Classes – Nhóm chuyển
tiếp tương đương) mà gói tin đó được ấn định. Cần lưu ý rằng nhãn không
phải là địa chỉ, tức là nó khơng liên quan đến cấu trúc mạng như địa chỉ. Hơn
nữa, khi chưa liên kết một nhãn với một địa chỉ thì thơng tin về đường đi của
nhãn sẽ chưa có ý nghĩa. Như vậy, mãng chuyển mạch nhãn phải liên kết
nhãn với địa chỉ của gói tin và các nút mạng sẽ dựa vào giá trị trong nhãn đó
sẽ vận chuyển gói tin đến đích.
1.1.2. Các đặc điểm của MPLS
Phần này giới thiệu các đặc điểm chung của chuyển mạch nhãn, bao
gồm : tốc độ và trễ, khả năng mở rộng, tính đơn giản, tiêu tốn ít tài nguyên
cho thông tin điều khiển, điều khiển tuyến, hỗ trợ điều khiển tuyến và định

tuyến theo chính sách IP.
+ Tốc độ và trể :
Cơ chế vận chuyển gói dữ liệu trong mạng IP vốn dựa trên phần mềm
để thực hiện các thao tác phức tạp (như luật địa chỉ phù hợp tối đa – longest
prefix matching rule) với một khối lượng dữ liệu lớn, nên tốc độ rất chậm và
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MPLS


4
khó có thể quản lý được một lượng lớn tải lưu lượng mạng Internet. Vì vậy,
có thể gây ra hiện tượng tổn thất lưu lượng kết nối và làm giảm hiệu suất toàn
mạng. Trong chuyển mạch nhãn, giá trị nhãn được đặt trong phần tiêu đề của
gói tin đến, và được dùng làm chỉ mục tìm kiếm trong bảng dữ liệu. Cơ chế
này có thể được thực hiện trong phần cứng. Chính vì vậy, gói tin được vận
chuyển trong mạng chuyển mạch nhãn sẽ nhanh hơn rất nhiều so với IP, nên
thời gian trễ và đáp ứng sẽ giảm. Khi thời gian trễ giảm nên hiện tượng trượt
jitter cũng được giảm đáng kể. Như vậy, cơ chế chuyển mạch nhãn hiệu quả
hơn rất nhiều, nên lưu lượng qua mạng sẽ nhanh hơn, ít jitter hơn so với IP.
+ Khả năng mở rộng :
Một đặc điểm khác của chuyển mạch nhãn là khả năng mở rộng. Khả
năng mở rộng trong mạng Internet chính là khả năng hỗ trợ được một lượng
lớn và sự phát triển của cộng đồng sử dụng Internet. Nếu như router phải giữ
các thông tin về đường đi của tất cả những người sử dụng thì khối lượng
thơng tin sẽ là rất lớn và khó có thể đáp ứng sự phát triển nhanh chóng của
mạng Internet hiện nay. Chuyển mạch nhãn đưa ra giải pháp với vấn đề này
bằng cách gộp một số lớn địa chỉ IP liên kết với một hoặc vài nhãn. Cách tiếp
cận này làm giảm kích cỡ của bảng thơng tin nhãn, và cho phép một router hỗ
trợ nhiều người dùng hơn.
+ Tính đơn giản :
Chuyển mạch nhãn có cơ chế chuyển tiếp dữ liệu rất đơn giản: gửi gói

dữ liệu đến dựa vào nhãn của nó, nhãn thường là có chiều dài cố định và
ngắn. Cơ chế điều khiển có thể phức tạp nhưng không làm ảnh hưởng đến các
luồng lưu lượng của người sử dụng.
+ Sự tiêu thụ tài nguyên mạng :
Các cơ chế điều khiển trong mạng chuyển mạch nhãn nói chung là
không tiêu tốn quá nhiều tài nguyên mạng. Mạng chuyển mạch nhãn khơng
TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ MPLS


5
cần nhiều tài ngun để kích hoạt q trình thiết lập đường đi cho lưu lượng
của người sử dụng.
+ Điều khiển tuyến :
Định tuyến dựa vào địa chỉ đích có thể dẫn đến lưu lượng đổ dồn trên
một đường và việc sử dụng tài nguyên mạng trở nên không hiệu quả. Hơn
nữa, trong mạng IP khơng có cơ chế điều khiển đường đi hiệu quả. Mạng
chuyển mạch nhãn có thể điều khiển đường đi của lưu lượng tốt hơn bằng các
cơ chế định tuyến ràng buộc, theo chính sách của nhà quản trị và thiết lập các
đường đi buộc lưu lượng của người dùng phải đi theo đường đó.
+ Điều khiển tuyến dùng IP :
Chuyển mạch nhãn có thể dùng trường ToS và các bit ưu tiên trong
trường này để cải thiện một số vấn đề liên quan đến việc định tuyến đến đích.
Tuy nhiên, các bit ưu tiên được dùng trong một số mạng nhưng lại không
được dùng trong một số mạng khác. Trong khi đã có một số chuẩn định nghĩa
cách sử dụng các bit này (ví dụ RFC 791), một router có thể khơng động đến
các bit đó hoặc có router lại thay thế chức năng của chúng; do đó, các router
có thể kiểm tra hoặc bỏ qua các bit này. Tuy vậy, các router có thể được cấu
hình để sử dụng các bit ưu tiên.
+ Hỗ trợ định tuyến IP theo chính sách :
Kỹ thuật định tuyến dựa theo chính sách (PBR – Policy-Based Routing)

gắn liền với các giao thức chuyển mạch nhãn như là FR, ATM hay MPLS. Nó
cũng có thể thực hiện với IP bằng cách sử dụng trường ToS, số hiệu cổng, các
bit chỉ thị giao thức IP cũng như kích cỡ của gói.
Việc sử dụng các trường này cho phép các nhà cung cấp dịch vụ mạng
có thể phân chia lưu lượng thành nhiều loại khác nhau, công việc này thường
thực hiện ở biên mạng, cụ thể là ở đầu vào mạng. Sau đó các router vùng trục
có thể dựa vào các bit ưu tiên để quyết định làm thế nào điều khiển lưu lượng
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MPLS


6
đầu vào. Sự điều khiển này có thể địi hỏi phải sử dụng các hàng đợi với các
thuật toán khác nhau.
Định tuyến theo chính sách cũng cho phép các nhà quản lý mạng thực
hiện kiểu định tuyến ràng buộc. Dựa trên việc các router có thỏa mãn các tiêu
chuẩn đã nêu hay khơng, các chính sách có thể được thực thi bằng cách có
hoặc khơng cho phép router thực hiện công việc sau :
- Thiết lập giá trị ưu tiên IP header.
- Định vị chặng tiếp theo cho gói (phải khơng là tuyến kề cận với router
đó).
- Xác định giao diện đầu ra cho gói.
- Định vị chặng tiếp theo chỉ khi khơng có tuyến nào trong bảng định
tuyến.
1.1.3. Lịch sử phát triển MPLS
Ý tưởng đầu tiên về MPLS được đưa ra bởi hãng Ipsilon, một hãng rất
nhỏ về công nghệ thông tin trong triển lãm về công nghệ thông tin, viễn thơng
tại Texas. Một thời gian ngắn sau đó, Cisco và một loạt các hãng lớn như
IBM, Toshiba… công bố các sản phẩm của họ sử dụng công nghệ chuyển
mạch được đặt dưới nhiều tên khác nhau nhưng đều chung bản chất đó là
cơng nghệ chuyển mạch dựa trên nhãn.

Thiết bị CSR (Cell switch router) của Toshiba ra đời năm 1994 là tổng
đài ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM.
Tổng đài IP của Ipsilon về thực chất là một ma trận chuyển mạch ATM được
điều khiển bởi khối xử lý sử dụng công nghệ IP. Công nghệ Tag switching
của Cisco cũng tương tự nhưng có bổ sung thêm một số điểm mới như FEC
(Forwarding equivalence classes), giao thức phân phối nhãn, v.v… Cisco phát
hành ấn bản đầu tiên về chuyển mạch thẻ (tag switching) vào tháng 3 năm
1998 và trong thời gian gần đây, nhóm nghiên cứu IETF đã tiến hành các
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MPLS


7
công việc để đưa ra tiêu chuẩn và khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao
thức MPLS.
Sự ra đời của MPLS được dự báo là tất yếu 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. Tồn tại rất nhiều công nghệ để xây dựng mạng IP, như IPOA (IP qua
ATM), IPOS (IP qua SDH/SONET) IP qua WDM và IP qua cáp quang. Mỗi
cơng nghệ có ưu điểm và nhược điểm nhất định. Công nghệ ATM được sử
dụng rộng rãi trên toàn cầu trong các mạng IP xương sống do tốc độ cao, chất
lượng dịch vụ QoS, điều khiển luồng và các đặc tính khác của nó mà các
mạng định tuyến truyền thống khơng có. Nó cũng được phát triển để hỗ trợ
cho IP. Hơn nữa, trong các trường hợp đòi hỏi thời gian thực cao, IPOA sẽ là
sự lựa chọn số một.
IPOA truyền thống là một công nghệ lai ghép. Nó đặt IP (cơng nghệ
lớp thứ 3) trên ATM (công nghệ lớp thứ 2). Các giao thức của hai lớp là hoàn
toàn độc lập. Chúng được kết nối với nhau bằng một loạt các giao thức (như
NHRP, ARP, v.v…). Cách tiếp cận này hình thành tự nhiên và nó được sử
dụng rộng rãi.

 Thứ nhất, trong phương thức lai ghép, cần phải thiết lập các kết nối
PVC cho tất cả các nút nghĩa là để thiết lập mạng với tất cả các kết nối như
được biểu diễn trong hình 1.1 Điều này sẽ tạo ra hình vng N. Khi thiết lập,
duy trì và ngắt kết nối giữa các nút, các mào đầu liên quan (như số kênh ảo,
số lượng thông tin điều khiển) sẽ chỉ thị về độ lớn của hình vng N của số
các nút. Khi mạng mở rộng, mào đầu sẽ ngày càng lớn và tới mức không thể
chấp nhận được.
 Thứ hai, phương thức lai ghép phân chia toàn bộ mạng IPOA thành
rất nhiều các LIS (Mạng con IP Logic), thậm chí với các LIS trong cùng một
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MPLS


8
mạng vật lý. Các LIS được kết nối nhờ các bộ định tuyến trung gian được
biểu diễn trong hình 1.1. Cấu hình multicast giữa các LIS khác nhau trên một
mặt và giữa các bộ định tuyến này sẽ trở nên hạn chế khi luồng lưu lượng lớn.
Cấu hình như vậy chỉ áp dụng cho các mạng nhỏ như mạng doanh nghiệp,
mạng trường sở, v.v… và không phù hợp với nhu cầu cho các mạng xương
sống Internet tương lai. Cả hai đều khó mở rộng.
Khơng phải tất cả mọi cân nhắc được đưa ra trong quá trình thiết kế IP
và ATM. Điều này tạo nên sự liên kết giữa chúng phụ thuộc vào một loạt các
giao thức phức tạp và các bộ định tuyến xử lý giao thức này. Sự phức tạp sẽ
gây ra các hiệu ứng bất lợi đến độ tin cậy của mạng xương sống.

ATM Switching
System

Router

Hình 1.1 : Sự mở rộng mạng IPOA

Các công nghệ như MPOA, và LANE đã được hình thành để giải quyết
các tồn tại này. Tuy nhiên các giải pháp đó khơng thể giải quyết được tất cả
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MPLS


9
các tồn tại. Trong khi ấy, nổi bật lên trên một loạt các công nghệ IPOA khác
với phương thức lai ghép là chuyển mạch nhãn theo phương thức tích hợp.
Chúng cung cấp giải pháp hợp lý để giải quyết những tồn tại này. Các khả
năng cơ bản mà MPLS cung cấp cho việc phân phối các dịch vụ thương mại
IP bao gồm :
+ Hỗ trợ VPN.
+ Định tuyến hiện (cũng được biết đến như là định tuyến có điều tiết
hay 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 quá trình nghiên cứu hai
thiết bị cơ bản trong mạng IP : tổng đài chuyển mạch và bộ định tuyến.
Chúng ta có thể thấy rằng chỉ xét trong các yếu tố tốc độ chuyển mạch,
phương thức điều khiển luồng, tỉ lệ giữa giá cả và chất lượng thì tổng đài
chuyển mạch chắc chắn tốt hơn nhiều so với bộ định tuyến.
1.2. CÁC GIẢI PHÁP CỦA CÁC NHÀ CUNG CẤP
1.2.1. IP over ATM
Mặc dù các ứng dụng MPLS hồn tồn khơng giới hạn bởi IPOA, sự
cải tiến IPOA đầu tiên sinh ra MPLS. Công việc tiêu chuẩn hóa ATM bắt đầu
rất sớm vào khoảng năm 1980 và ngay sau đó phạm vi ứng dụng của IP dẫn
tới việc nghiên cứu xem việc triển khai IP trên ATM như thế nào. Một số
nhóm làm việc IETF đã giải quyết câu hỏi này và đưa đến kết quả trong hai
tài liệu RFC là RFC 1483 và RFC 1577 vào năm 1993 và 1994. RFC 1483 mơ
tả cách đóng gói bản tin IP trong các tế bào ATM trong khi RFC 1577 định

nghĩa CIPOA và ATMARP (ATM Address Resolution Protocol). CIPOA
thiết kế ATM bằng công nghệ mạng con IP logic, máy chủ và các bộ định
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MPLS


10
tuyến IP đặt trong các LIS khác nhau. Khi cả hai phần liên lạc đều nằm trong
cùng một LIS giống nhau, chúng có thể liên lạc trực tiếp. Nếu khơng chúng
không thể liên lạc trực tiếp với nhau và cần sử dụng thiết bị router trung gian.
1.2.2. Chuẩn hoá MPLS
Với sự hỗ trợ từ nhiều công ty, IETF triệu tập cuộc họp BOF trong năm
1996. Đây là một trong những cuộc họp thành công nhất trong lịch sử IETF.
MPLS đi vào con đường chuẩn hoá một cách hợp lý. Trong thực tế khơng có
một bộ định tuyến nào đảm bảo được tốc độ cao hơn và các công nghệ chuyển
mạch nhãn cần phải được chuẩn hố. Chúng ta có thể thấy rằng MPLS đã
phát triển rất nhanh chóng và hiệu quả ; các tiêu chuẩn MPLS được xây dựng
trên cơ sở một tập các RFC, khi toàn bộ các RFC được hoàn thiện chúng sẽ
được tập hợp với nhau cho phép xây dựng một hệ thống tiêu chuẩn MPLS.
1.2.3 Nhóm đặc trách MPLS trong IETF
MPLS do 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 MPLS thi hành các chức năng sau :
+ Xác định cơ chế quản lý các luồng lưu lượng của các phần tử khác
nhau, như các luồng lưu lượng giữa các ứng dụng khác nhau.
+ Duy trì tính 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.
+ 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 tất cả các nút dọc theo tuyến từ nguồn tới đích. LSP được thiết lập hoặc là
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MPLS


11
trước khi truyền dữ liệu hoặc trong khi tìm luồng dữ liệu. Các nhãn được
phân phối sử dụng giao thức phối nhãn LDP hoặc RSVP hoặc dựa trên các
giao thức định tuyến như giao thức BGP và OSPF. Chuyển mạch tốc độ cao
có thể chấp nhận được vì các nhãn với độ dài cố định được chèn vào vị trí đầu
gói tin hoặc tế bào và có thể được phần cứng sử dụng để chuyển mạch các gói
tin một cách nhanh chóng giữa các đường liên kết. Nhóm làm việc MPLS
chịu trách nhiệm chuẩn hóa các cơng nghệ cơ sở cho sử dụng chuyển mạch
nhãn và cho việc thi hành các đường chuyển mạch nhãn trên các loại công
nghệ lớp liên kết như Frame Relay, ATM và các công nghệ LAN…
1.2.4. Các tiêu chuẩn của MPLS trong IETF
Bảng 1.2 tóm tắt một số tiêu chuẩn cơ bản về MPLS đã được nhóm
nghiên cứu và IETF cơng bố ban hành dưới dạng RFC.
Bảng 1.2 : Các tiêu chuẩn IETF cho MPLS
STT

TÊN TIÊU CHUẨN, DỰ THẢO TIÊU CHUẨN
Carrying Label Information In BGP-4
Definitions of Managed Objiects for Multiprotocol Label Switching,
Label Distribution Protocol (LDP)
LDP State Machine
RSVP-TE : Extensions to RSVP for LSP Tunnels
Constraint-Based LSP Setup using LDP
MPLS Traffic Engineering Management Information Base Using

SMIv2
MPLS Support Of Differentiated Services
Framework for IP Multicast in MPLS
MPLS Label Switch Router Management Information Base Using

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MPLS


12

SMIv2
ICMP Extensions for Multiprotocol Label Switching
Applicability Statement for CR-LDP
Applicability Statement for Extensions to RSVP for LSP-Tunnels
LSP Modification Using CR-LDP
LSP Hierarchy with MPLS TE
Link Management Protocol (LMP)
Framework for MPLS-based Recovery
Multiprotocol Label Switching (MPLS) FEC-To-NHLFE (FTN)
Management Information Base Using SMIv2
Fault Tolerance for LDP and CR-LDP
Generalized MPLS – Signaling Funtional Description
MPLS LDP Query Message Description
Signalling Unnumbered Links in CR-LDP
LDP Extensions for Optical User Network Interface (O-UNI)
Signalling
Signalling Unnumbered Links in RSVP-TE
Requirements for support of Diff-Serv-aware MPLS Traffic
Engineering
Generalized MPLS Signalling – CR-LDP Extensions

Generalized MPLS Signalling – RSVP-TE Extensions
Kết luận: Trong chương này chúng ta đã tìm hiểu cơ sở của cơng nghệ
MPLS, q trình hình thành và các hãng sản xuất thiết bị, các nhà khai thác.
Phần này cũng giới thiệu các vấn đề có liên quan như vấn đề tiêu chuẩn hóa,
nhóm làm việc của IETF về MPLS, các tiêu chuẩn MPLS đã ban hành và giải
pháp của một số hãng đặc biệt là Cisco System với Tag Switching.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MPLS


13

Chương 2
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MPLS
2.1. CÁC THÀNH PHẦN MPLS
2.1.1. Các khái niệm cơ bản về MPLS
Nhãn (Label): Nhãn là một thực thể có độ dài ngắn và cố định khơng có
cấu trúc bên trong. Nhãn khơng trực tiếp mã hóa thơng tin của mào đầu lớp
mạng như địa chỉ lớp mạng. Nhãn được gán vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện
cho FEC (Forwarding Equivalence Classes - Nhóm chuyển tiếp tương đương)
mà gói tin đó được ấn định. Thường thì một gói tin được ấn định một FEC
(hồn tồn hoặc một phần) dựa trên địa chỉ đích lớp mạng của nó.
Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương thức truyền tin mà gói tin được
đóng gói. Ví dụ các gói ATM (tế bào) sử dụng giá trị VPI/VCI như nhãn, FR
sử dụng DLCI làm nhãn. Đối với các phương tiện gốc khơng có cấu trúc
nhãn, một đọan đệm được chèn thêm để sử dụng cho nhãn. Khuôn dạng đoạn
đệm 4 byte có cấu trúc như trong hình 2.1 sau:

Tải

Mào đầu

IP

Nhãn (20)

CoS (3)

Đệm
MPLS

S (1)

Mào đầu
Lớp 2

TTL (8)

Hình 2.1: Khn dạng nhãn cho các gói khơng
có cấu trúc nhãn gốc
CƠNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MPLS


14
- Ngăn xếp nhãn (Label stack): Một tập hợp thứ tự các nhãn gắn theo
gói để chuyển tải thơng tin về nhiều FEC và về các LSP tương ứng mà gói sẽ
đi qua.
- Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR – Label Switch Router): Là
thiết bị định tuyến hay chuyển mạch (Router hay Switch) sử dụng trong mạng
MPLS để chuyển các gói tin bằng thủ tục phân phối nhãn. Có một số loại
LSR cơ bản như: LSR biên, ATM-LSR, ATM-LSR biên…
- Nhóm chuyển tiếp tương đương (FEC – Forwarding Equivalence

Classes): Là khái niệm được dùng để chỉ một nhóm các gói được đối xử như
nhau qua mạng MPLS ngay cả khi có sự khác biệt giữa các gói tin này thể
hiện trong mào đầu lớp mạng.
- Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn (Label Switching Forwarding
Table): Là bảng chuyển tiếp nhãn có chứa thơng tin về nhãn đầu vào, nhãn
đầu ra, giao diện đầu ra và địa chỉ điểm tiếp theo.
- Đường chuyển mạch nhãn (LSP – Label 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 chuyển đổi nhãn (label-swapping
forwarding).
- Cơ sở thông tin nhãn (LIB – Label Information Base): là bảng kết nối
trong LSR có chứa giá trị nhãn/FEC được gán vào cổng ra cũng như thơng tin
về đóng gói phương thức truyền tin.
- Gói tin dán nhãn: Một gói tin dán nhãn là một 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.
- 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.

CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MPLS


15
LSR phía trước sau khi kết hợp sẽ thơng báo với LSR phía sau về sự kết hợp
đó.
2.1.2. Thành phần cơ bản của MPLS
* Thiết bị LSR
Thành phần quan trọng cơ bản của mạng MPLS là thiết bị định tuyến
chuyển mạch LSR. Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển tiếp gói thơng tin
trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn.

Bảng 2.1: Các loại LSR trong mạng MPLS
Loại LSR

Chức năng thực hiện

LSR

- Chuyển tiếp gói có nhãn

LSR biên

- Nhận gói IP, kiểm tra lại lớp 3 và đặt vào ngăn xếp
nhãn trước khi gửi gói vào mạng LSR.
- Nhận gói tin có nhãn, loại bỏ nhãn, kiểm tra lại lớp 3 và
chuyển tiếp gói IP đến nút tiếp theo.

ATM-LSR

- Sử dụng giao thức MPLS trong mảng điều khiển để
thiết lập kênh ảo ATM. Chuyển tiếp tế bào đến nút
ATM-LSR tiếp theo

ATM-LSR

- Nhận gói có nhãn hoặc khơng có nhãn, phân vào các tế

biên

bào ATM và gởi các tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo.
- Nhận các tế bào ATM từ ATM-LSR cận kề, tái tạo các

gói từ các tế bào ATM và chuyển tiếp gói có nhãn hoặc
khơng nhãn.

CƠNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MPLS


16
Căn cứ vào vị trí và chức năng của LSR có thể phân thành các loại
chính sau đây:
- LSR biên: Nằm ở biên của mạng MPLS. LSR này tiếp nhận hay gửi
các gói thơng tin đến mạng khác (IP, Frame Relay…). LSR biên gán hay loại
bỏ nhãn cho các gói thông tin đến hoặc đi khỏi mạng MPLS. Các LSR này có
thể là Ingress Router (bộ định tuyến lối vào) hay Egress Router (bộ định
tuyến lối ra).
- ATM-LSR: là các tổng đài ATM có thể thực hiện chức năng như
LSR. Các ATM-LSR thực hiện chức năng định tuyến gói IP và gán nhãn
trong mảng điền khiển và chuyển tiếp số liệu theo cơ chế chuyển mạch tế bào
ATM trong mảng số liệu. Khi mà các ATM LSR có thể hỗ trợ các dịch vụ
ATM truyền thống; như vậy các tổng đài chuyển mạch ATM truyền thống có
thể nâng cấp phần mềm để thực hiện chức năng của LSR. Bảng 2.1 mô tả các
loại LSR và chức năng của chúng.

2.2. HOẠT ĐỘNG CỦA MPLS
2.2.1. Các chế độ hoạt động của MPLS
Có hai cơ chế hoạt động đối với MPLS: chế độ khung (Frame-mode)
và chế độ tế bào (Cell-mode).
2.2.1.1. Chế độ hoạt động khung MPLS
- Chế độ hoạt động này xuất hiện khi sử dụng MPLS trong môi trường
các thiết bị định tuyến thuần điều khiển các gói tin IP điểm-điểm. Các gói tin
gán nhãn được chuyển tiếp trên cơ sở khung lớp 2.

- Cơ chế hoạt động của mạng MPLS trong chế độ hoạt động này được
mơ tả trong hình 2.2; Cấu trúc của LSR biên được thể hiện ở hình 2.3.
CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MPLS


17
Hình 2.2: Mạng MPLS trong chề độ hoạt động khung

Bước 1:
nhận gói
IP tại biên
LSR

Bước 2:
kiểm tra
lớp 3, gắn
nhãn,
chuyển gói
IP đến LSR
lõi 1

Bước 3:
kiểm tra
nhãn,
chuyển đổi
nhãn,
chuyển gói
IP đến LSR
lõi 3


Bước 4:
kiểm tra
nhãn,
chuyển đổi
nhãn,
chuyển gói
IP đến LSR
biên 4

Bước5:
kiểm tra
nhãn, xóa
nhãn,
chuyển
gói IP đến
router
ngồi tiếp
theo

Gói IP 30
IP
đích
LSR
192.
biên 1
1.1.
PoP
3

IP 192.1.1.3

Gói IP 28

LSR
lõi 1
LSR
lõi 3

Gói IP 37
LSR
biên 4
PoP

LSR biên 2 PoP

LSR biên 3 PoP

LSR lõi 2

LSR biên 5 PoP

CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MPLS


18
Hình 2.3: Cấu trúc LSR biên trong chế độ hoạt động khung

Mảng điều
kiện tại nút

Giao thức định tuyến

IP
Bảng định tuyến IP

Cơ sở dữ liệu
nhãn LIB

Điều khiển định tuyến
IP MPLS

Trao đổi
thông tin
định tuyến
với bộ định
tuyến khác
Trao đổi
gán nhãn
với bộ
định tuyến
khác

Cơ sở dữ liệu
chuyển tiếp (FIB)
Mảng số liệu tại
nút
Cơ sở dữ liệu nhãn
chuyển tiếp (LFIB)

* Các hoạt động trong mảng số liệu
Quá trình chuyển tiếp một gói IP qua mạng MPLS được thực hiện qua
một số bước cơ bản sau đây:

- LSR biên lối vào nhận gói IP, phân loại vào nhóm chuyển tiếp tương
đương FEC và gán nhãn cho gói với ngân xếp nhãn tương ứng FEC đã xác

CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MPLS