Báo cáo: Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS và đề xuất các kiến nghị áp dụng trong mạng thế hệ sau NGN của Tổng công ty
Đề tài này nhằm mục tiêu tìm hiểu, nghiên cứu đón đầu công nghệ chuyển mạch mới áp dụng trong mạng thế hệ sau. Đây là nhu cầu cấp thiết của Việt nam trong giai đoạn hiên nay khi chúng ta đang chuẩn bị xây dựng mạng trục, mạng truy nhập cho các dịch vụ mới trên cơ sở công nghệ gói. Đề tài này sẽ góp phần giải quyết một số vấn đề về mặt công nghệ khi quyết định triển khai MPLS trong mạng thế hệ mới của Việt nam.......
TỔNG CÔNG TY BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG VIỆT NAM
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
VIỆN KHOA HỌC KỸ THUẬT BƯU ĐIỆN
BÁO CÁO HỘI THẢO LẦN I - ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN
MPLS VÀ ĐỀ XUẤT CÁC KIẾN NGHỊ ÁP DỤNG
TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU NGN
CỦA TỔNG CÔNG TY
Mã số: 005-2001-TCT-RDP-VT-01
Chủ trì đề tài: Đỗ Mạnh Quyết
Cộng tác viên: Lê Ngọc Giao
Phan Hà Trung
Nguyễn Việt Cường
Đặng Thu Hà
Hà nội 08/2001
MỤC LỤC
MỤC LỤC ....................................................................................................... 2
LỜI GIỚI THIỆU ........................................................................................... 5
TỪ VIẾT TẮT................................................................................................. 8
CHƯƠNG I. CƠ SỞ CÔNG NGHỆ MPLS .................................................. 9
I.1. Lịch sử phát triển MPLS ............................................................ 9
I.2. Quá trình phát triển và giải pháp ban đầu của các hãng.......... 11
I.2.1. IP over ATM .............................................................................11
I.2.2. Toshiba's CSR ...........................................................................12
I.2.3. Cisco's Tag Switching................................................................12
I.2.4. IBM's ARIS và Nortel's VNS.....................................................13
I.2.5. Công việc chuẩn hoá MPLS.......................................................13
I.3. Nhóm làm việc MPLS trong IETF ............................................ 14
I.3.1. Các tiêu chuẩn của nhóm làm việc MPLS trong IETF...............15
CHƯƠNG II. CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MPLS...............................17
II.1. Các thành phần MPLS............................................................ 17
II.1.1. Các khái niệm cơ bản MPLS ....................................................17
II.1.2. Thành phần cơ bản của MPLS..................................................19
II.2. Hoạt động của MPLS ............................................................. 20
II.2.1. Các chế độ hoạt động của MPLS ..............................................20
II.2.2. Hoạt động của MPLS khung trong mạng ATM-PVC...............34
II.3. Các giao thức sử dụng trong mạng MPLS .............................. 35
II.3.1. Giao thức phân phối nhãn.........................................................35
II.3.2. Giao thức RSVP .......................................................................47
II.3.3. So sánh CR-LDP và RSVP.......................................................52
II.4. So sánh MPLS và MPOA ........................................................ 53
II.5. Chất lượng dịch vụ trong MPLS ............................................. 54
Báo cáo đề tài: 2
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
II.5.1. Các dịch vụ tích hợp.................................................................55
II.5.2. Dịch vụ DiffSer........................................................................55
II.5.3. Hỗ trợ của MPLS đối với các dịch vụ .......................................55
II.6. Quản lý lưu lượng trong MPLS............................................... 55
II.6.1. Khái quát đặc tính ....................................................................55
II.6.2. Mục tiêu quản lý lưu lượng MPLS ...........................................55
II.6.3. Cơ chế làm việc của quản lý lưu lượng MPLS ..........................55
CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG MPLS TRONG MẠNG RIÊNG ẢO VPN ......56
III.1. Giới thiệu chung.................................................................... 56
III.2. Khái niệm mạng riêng ảo ...................................................... 56
III.3. Các bộ định tuyến ảo trong MPLS VPN ................................ 57
III.4. Các mục tiêu của MPLS VPN .... Error! Bookmark not defined.
III.5. Những yêu cầu về kiến trúc MPLS VPN ................................ 58
III.6. Cấu trúc MPLS VPN ............................................................. 58
III.7. Gửi chuyển tiếp ..................................................................... 60
III.8. Mở rộng MPLS VNP ............................................................. 63
III.9. Nhận biết động bộ định tuyến lân cận trong MPLS VPN ....... 63
III.10. Cấu hình miền VPN IP........................................................... 63
III.11. Gửi chuyển tiếp trong MPLS VPN ....................................... 66
III.11.1. LSP riêng ..............................................................................66
III.11.2. LSP công cộng ......................................................................66
III.12. DiffSer trong MPLS VPN .................................................... 66
III.13. Vấn đề bảo mật trong MPLS VPN ....................................... 67
III.13.1. Bảo mật định tuyến ...............................................................67
III.13.2. Bảo mật dữ liệu.....................................................................67
III.13.3. Bảo mật cấu hình ..................................................................67
III.13.4. Bảo mật mạng vật lý .............................................................67
III.14. Giám sát bộ định tuyến ảo trong MPLS VPN....................... 68
III.15. Hỗ trợ QoS trong MPLS VPN.............................................. 68
Báo cáo đề tài: 3
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
III.16. Chất lượng trong MPLS VPN .............................................. 72
CHƯƠNG IV. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG ..................................................74
IV.1. Các vấn đề kỹ thuật của MPLS .............................................. 74
IV.1.1. Mô hình tổng đài đa dịch vụ....................................................74
IV.1.2. Khả năng triển khai MPLS qua các mô hình ...........................81
IV.1.3. Khuyến nghị ứng dụng MPLS trong mạng viễn thông của VNPT 90
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ.............................................................102
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................105
Báo cáo đề tài: 4
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
LỜI GIỚI THIỆU
Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp viễn thông đã và đang tìm một phương
thức chuyển mạch có thể phối hợp ưu điểm của IP (như cơ cấu định tuyến) và của ATM
(như thông lượng chuyển mạch). Mô hình IP-over-ATM của IETF coi IP như một lớp
nằm trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con IP trên nền mạng ATM. Phương thức tiếp
cận xếp chồng này cho phép IP và ATM hoạt động với nhau mà không cần thay đổi giao
thức của chúng. Tuy nhiên, cách này không tận dụng được hết khả năng của ATM. Ngoài
ra, cách tiếp cận này không thích hợp với mạng nhiều router và không thật hiệu quả trên
một số mặt. Tổ chức ATM-Forum, dựa trên mô hình này, đã phát triển công nghệ LANE
và MPOA. Các công nghệ này sử dụng các máy chủ để chuyển đổi địa chỉ nhưng đều
không tận dụng được khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ của ATM.
Công nghệ MPLS (Multiprotocol label switching) là kết quả phát triển của nhiều công
nghệ chuyển mạch IP (IP switching) sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng
tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP.
MPLS tách chức năng của IP router ra làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin
và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi gói tin giữa
các IP router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như của ATM. Trong MPLS, nhãn
là một số có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng. Kỹ thuật hoán 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 do vậy cải thiện khả năng của thiết bị. Các router sử dụng kỹ thuật này
được gọi là LSR (Label switching router). Phần chức năng điều khiển của MPLS bao
gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR,
và chủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc
chuyển mạch. MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet khác
như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Gateway Protocol). Do MPLS hỗ
trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định, việc đảm bảo chất
lượng dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi. Đây là một tính năng vượt trội của
MPLS so với các giao thức định tuyến cổ điển. Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế định tuyến
lại nhanh (fast rerouting).
Do MPLS là công nghệ chuyển mạch định hướng kết nối, khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi
đường truyền thường cao hớn các công nghệ khác. Trong khi đó, các dịch vụ tích hợp mà
MPLS phải hỗ trợ lại yêu cầu chất lượng vụ cao, do vậy, khả năng phục hồi của MPLS
đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi
của lớp vật lý bên dưới.
Báo cáo đề tài: 5
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
Bên cạnh độ tin cậy, công nhệ MPLS cũng khiến việc quản lý mạng được dễ dàng hơn.
Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các gói tin thuộc một FEC có
để được xác định bởi giá trị của nhãn. Do vậy, trong miền MPLS, các thiết bị đo lưu
lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các gói tin. Bằng cách giám sát lưu lượng
tại các LSR, ngẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra ngẽn lưu lượng có thể được
xác định nhanh chóng. Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương thức này không đưa ra
được toàn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ như trễ xuyên suốt của miền MPLS).
Việc đo trễ có thể được thực hiện bởi giao thức lớp 2. Để giám sát tốc độ của mỗi luồng
và đảm bảo các luồng lưu lượng tuân thủ tính chất lưu lượng đã được định trước, hệ
thống giám sát có thể dùng một thiết bị nắn lưu lượng. Thiết bị này sẽ cho phép giám sát
và đảm bảo tuân thủ tính chất lưu lượng mà không cần thay đổi các giao thức hiện có.
MPLS là một công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng. Với tính chất của cơ cấu
định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ của mạng IP
truyền thống. Bên cạnh đó, thông lượng của mạng sẽ được cải thiện một cách rõ rệt.
Đề tài này nhằm mục tiêu tìm hiểu, nghiên cứu đón đầu công nghệ chuyển mạch mới áp
dụng trong mạng thế hệ sau. Đây là nhu cầu cấp thiết của Việt nam trong giai đoạn hiên
nay khi chúng ta đang chuẩn bị xây dựng mạng trục, mạng truy nhập cho các dịch vụ mới
trên cơ sở công nghệ gói. Đề tài này sẽ góp phần giải quyết một số vấn đề về mặt công
nghệ khi quyết định triển khai MPLS trong mạng thế hệ mới của Việt nam.
Báo cáo này trình bày những vấn đề cơ bản mà đề tài cần đề cập đến bao gồm:
Cơ sở công nghệ, quá trình hình thành và các hãng sản xuất thiết bị, các nhà khai thác:
phần này giới thiệu cơ sở công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức, quá trình
chuyển một gói thông tin từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS, quá trình phân phối
nhãn của các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR, các giao thức cơ bản sử dụng
trong mạng MPLS như LDP, CR-LDP, RSVP...Phần này cũng giới thiệu các vấn đề
có liên quan như vấn đề tiêu chuẩn hoá, 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 Systems với
Tag Switching.
Ứng dụng của MPLS trong mạng VPN: trình bày về mạng riêng ảo VPN, cách tổ
chức VPN -MPLS và những khái niệm có liên quan như dịch vụ DiffSer...
Khả năng ứng dụng MPLS trong mạng Viễn thông của Tổng công ty BCVT Việt
nam: phần này trình bày mô hình tổng đài đa dịch vụ của MSF- một Diễn đàn chuyển
mạch đa dịch vụ của các nhà chế tạo thiết bị,các nhà khai thác viễn thông lớn trên thế
giới- khả năng triển khai MPLS qua mô hình tổng đài đa dịch vụ, các khối chức năng,
các giao diện và phân tách chức năng điều khiển của tổng đài MPLS. Báo cáo cũng
Báo cáo đề tài: 6
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
phân tích quá trình thiết lập một cuộc gọi qua tổng đài MPLS được điều khiển bởi
softswitch. Các phương án ứng dụng trong mạng của Tổng công ty được đề xuất trên
cơ sở phân tích ưu nhược điểm và đánh giá về khả năng triển khai. Các vấn đề cần
quan tâm giải quyết của từng phương án cũng được đề cập chi tiết.
Quá trình thực hiện đề tài cũng là quá trình mà nhóm nghiên cứu phân tích và đóng góp
cho định hướng phát triển mạng viễn thông của VNPT đến 2010. Các giải pháp đưa ra
trong báo cáo này đẫ cố gắng bám rất sát theo định hướng tổ chức đó.
Chúng tôi hy vọng tiếp tục nhận được những đóng góp nhiều hơn để đề tài có thể đạt
được kết quả tốt hơn.
Báo cáo đề tài: 7
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng Anh Tiềng Việt
Báo cáo đề tài: 8
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
Ch¬ng I. CƠ SỞ CÔNG NGHỆ MPLS
I.1. Lịch sử phát triển MPLS
Ý tường 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 thông tại Texas. Một thời gian
ngắn sau đó, Cisco và một loạt các hãng lớn khác 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 cùng chung bản chất đó là công 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 class), 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 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 một 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 công 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 không 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 (công 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. Khi xuất hiện sự bùng nổ lưu lượng
mạng, phương thức này dẫn đến một loạt các vấn đề cần giải quyết.
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
I-1. Điều này sẽ tạo ra hình vuông 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
Báo cáo đề tài: 9
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
về độ lớn của hình vuông N của số các nút. Khi mạng mở rộng, mào đầu sẽ ngày càng
lớn và tới mức không thể chấp nhận được.
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 mạng vật lý. Các LIS được kết
nối nhờ các bộ định tuyến trung gian được biểu diễn trong hình I-2. 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 xống Internet trong tương lai. Cả hai đều khó mở rộng.
Không 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 các giao thức này. Sự phức tạp sẽ gây ra các hiệu ứng bất lợi đến độ
tin cậy của các mạng xương sống.
Hình I- 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 không thể giải quyết được tất cả 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)
Báo cáo đề tài: 10
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
Hỗ trợ cục bộ cho định tuyến IP trong các tổng đài chuyển mạch ATM.
Hình I- 2:Nút cổ chai trong mạng IPOA.
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. Tuy nhiên,
các bộ định tuyến có các chức năng định tuyến mềm dẻo mà tổng đài không thể so sánh
được. Do đó chúng ta không thể không nghĩ rằng chúng ta có thể có một thiết bị có khả
năng điều khiển luồng, tốc độ cao của tổng đài cũng như các chức năng định tuyến mềm
dẻo của bộ định tuyến. Đó là động cơ then chốt để phát triển chuyển mạch nhãn.
Nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch nhãn là sử dụng một thiết bị tương tự như bộ định
tuyến để điều khiển thiết bị chuyển mạch phần cứng ATM, do vậy công nghệ này có
được tỉ lệ giữa giá thành và chất lượng có thể sánh được với tổng đài. Nó cũng có thể hỗ
trợ thậm chí rất nhiều chức năng định tuyến mới mạnh hơn như định tuyến hiện v.v..
Công nghệ này do đó kết hợp một cách hoàn hảo ưu điểm của các tổng đài chuyển mạch
với ưu điểm của các bộ định tuyến, và trở thành điểm nóng thu hút sự tập trung của
ngành công nghiệp.
I.2. Quá trình phát triển và giải pháp ban đầu của các hãng
I.2.1. IP over ATM
Mặc dù các ứng dụng MPLS hoàn toàn không giới hạn bởi IPOA, sự cải tiến IPOA đầu
tiên sinh ra MPLS. Công việc tiêu chuẩn hoá 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.
Báo cáo đề tài: 11
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
RFC1483 mô tả cách đóng gói bản tin IP trong các tế bào ATM trong khi RFC1577 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 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 không chúng không thể liên lạc trực tiếp
với nhau và cần sử dụng thiết bị router trung gian.
Vì những nhược điểm của CIPOA được đề cập ở trên, trong khi nó lại được sử dụng rất
rộng rãi, các nhà nghiên cứu đang xúc tiến để tìm kiếm một công nghệ IPOA hiệu quả
hơn.
I.2.2. Toshiba's CSR
Toshiba đưa ra mô hình chuyển mạch nhãn dựa trên công nghệ CSR (Cell Switching
Router). Mô hình này đầu tiên đề xuất ý tưởng đặt cấu trúc chuyển mạch ATM dưới sự
điều khiển của giao thức IP (như giao thức định tuyến IP và giao thức RSVP) mà không
phải là giao thức ATM (Q.2931). Bởi vậy mô hình này có thể loại trừ toàn bộ thủ tục báo
hiệu cuộc gọi ATM và việc xắp xếp địa chỉ phức tạp. Mạng CSR có thể chấp nhận tổng
đài chuyển mạch ATM và các tổng đài chuyển mạch CSR tại cùng một thời điểm. CSR
có thể thay thế các bộ định tuyến giữa các LIS trong CIPOA, do đó giải phóng nhu cầu
cho NHRP.
CSR xem như là công nghệ chuyển mạch nhãn đầu tiên được đệ trình tại cuộc họp IETF
BOF vào cuối năm 1994 và đầu năm 1995. Tuy nhiên, không có những nghiên cứu
chuyên sâu vào mô hình này. Định nghĩa của công nghệ này không rõ ràng và hoàn
chỉnh. Và các sản phẩm thương mại chưa có.
I.2.3. Cisco's Tag Switching
Chỉ một vài tháng sau khi Ipsion thông báo về công nghệ chuyển mạch IP, Cisco đã phổ
biến công nghệ chuyển mạch thẻ của mình. Mô hình này khác rất nhiều so với hai công
nghệ ở trên. Ví dụ, nó không sử dụng điều khiển luồng nhưng sử dụng phương thức điều
khiển theo sự kiện trong thiết lập bảng định tuyến, và nó không giới hạn với các ứng
dụng trong hệ thống chuyển mạch ATM. Không giống như Ipsilon, Cisco tiêu chẩn hoá
quốc tế công nghệ này. Các tài liệu RFC được ban hành cho nhiều khía cạnh của công
nghệ, và các nỗ lực của Cisco đã mang lại kết quả trong việc thiết lập nên nhóm làm việc
MPLS IETF. Chính Cisco là nhà đi tiên phong và thiết lập nền móng cho các tiêu chuẩn
MPLS. Các sản phẩm MPLS chủ yếu của Cisco vẫn tẩptung trong dòng các Router
truyền thống. Các hệ thống Router này hỗ trợ đồng thời 2 giao thức TDP (Tag
Distribution Protocol) là LDP (label Distribution Protocol).
Báo cáo đề tài: 12
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
I.2.4. IBM's ARIS và Nortel's VNS
Ngay sau khi Cisco thông báo về công nghệ của mình, IBM bắt kịp với ARIS (aggregate
Route-based IP Switching) của mình và đóng góp vào các tiêu chuẩn RFC. Mặc dầu
ARIS khá giống với chuyển mạch thẻ, chúng cũng có rất nhiều các điểm khác biệt. Các
công ty lớn khác trong công nghiệp, như Nortel, cũng sử dụng chúng trong các sản phẩm
VNS chuyển mạch nhãn của mình. Có thể thấy rằng nghiên cứu về chuyển mạch nhãn đã
nhận được sự chú ý rộng rãi trong công nghiệp.
Không chỉ có một số hãng hàng đầu về công nghệ thông tin quan tâm đến MPLS mà các
nhà sản xuất thiết bị viễn thông truyền thống như Alcatel, Eicsson, Siemens, NEC đều rất
quan tâm và phát triển các sản phẩm MPLS của mình. Các dòng sản phẩm thiết bị mạng
thế hệ mới (chuyển mạch, router) của họ đều hỗ trợ MPLS.
I.2.5. Công việc 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, mặc dầu nó còn được cân nhắc xem liệu có những bộ định
tuyến đủ nhanh hay công nghệ này liệu có còn cần thiết. Trong thực tế, không có một bộ
định tuyến nào đảm bảo được tốc độ cao hơn và các công nghệ chuyển mạch nhãn cần
phải được chuẩn hoá.
Vào đầu năm 1997, hiến chương MPLS được thông qua.
Vào tháng 4 năm 1997 nhóm làm việc MPLS tiến hành cuộc họp đầu tiên.
Vào tháng 11 năm 1997, tài liệu MPLS được ban hành.
Vào tháng 7 năm 1998, tài liệu cấu trúc MPLS được ban hành.
Trong tháng 8 và tháng 9 năm 1998, 10 tài liệu Internet bổ xung được ban hành, bao
gồm MPLS LDP (Label Distribution Protocol), Mark Encoding, các ứng dụng ATM,
v.v... MPLS hình thành về căn bản.
IELF hoàn thiện các tiêu chuẩn MPLS và đưa ra các tài liệu RFC trong năm 1999.
Chúng ta có thể thấy rằng MPLS đã phát triển rất 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.
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.
Báo cáo đề tài: 13
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
I.3. Nhóm làm việc MPLS trong IETF
MPLS là một nhóm là 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 phần cứng, các máy móc khác nhau hoặc thậm chí là 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 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 phân phối nhãn LDP
hoặc RSVP hoặc dựa trên các giao thức định tuyến như giao thức 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 để chuyển mạch các gói tin một
cách 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 trên các loại công
nghệ lớp liên kết, như Frame Relay, ATM và các công nghệ LAN (Ethernet, Token Ring,
v.v..). 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 (xem liệt kê phía dưới) định nghĩa Giao thức phân phối nhãn cơ sở
(LDP), kiến trúc MPLS cơ sở và đóng gói gói tin, các định nghĩa cho việc chạy MPLS
qua các đường liên kết ATM, Frame Relay.
Các mục tiêu tới đây của nhóm làm việc là:
Hoàn thành các chỉ mục còn tồn tại
Báo cáo đề tài: 14
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
Phát triển các tiêu chuẩn đề nghị của nhóm làm việc MPLS thành các bản dự thảo tiêu
chuẩn. Bao gồm: LDP, CR-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 lỗi cải tiến cho LDP.
Xác định các cơ chế phục phồi 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 chữa 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.
Hoàn tất các công việc đang tiến hành cho việc xác định cơ cấu với IP Multicast qua
các đưòng chuyển mạch nhãn.
I.3.1. Các tiêu chuẩn của nhóm làm việc MPLS trong IETF
Bảng sau tóm tắt một số tiêu chuẩn cơ bản về MPLS đã đưoưự nhóm nghiên cứu và IETF
công bố ban hành dưới dạng RFC.
Bảng I- 1: Các tiêu chuẩn IETF về MPLS.
STT Tên tiêu chuẩn, dự thảo tiêu chuẩn
Carrying Label Information in BGP-4
Definitions of Managed Objects for the 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 SMIv2
Báo cáo đề tài: 15
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
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 Functional Description
MPLS LDP Query Message Description
Signalling Unnumbered Links in CR-LDP
LDP Extensions for Optical User Network Interface (O-UNI) Signaling
Signalling Unnumbered Links in RSVP-TE
Requirements for support of Diff-Serv-aware MPLS Traffic Engineering
Extensions to RSVP-TE and CR-LDP for support of Diff-Serv-aware MPLS Traffic
Engineering
Generalized MPLS Signaling - CR-LDP Extensions
Generalized MPLS Signaling - RSVP-TE Extensions
Báo cáo đề tài: 16
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
Ch¬ng II. CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MPLS
II.1. Các thành phần MPLS
II.1.1. Các khái niệm cơ bản MPLS
Nhãn: Label
Nhãn là một thực thể 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 đại 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 cho một FEC (hoàn toàn hoặc một phần) dựa trên
địa chỉ đích lớp mạng của nó. Tuy nhiên nhãn không bao giờ là mã hoá của địa chỉ đó.
Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương tiện truyền mà gói tin đựoc bọc vỏ. 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 không có cấu trúc nhãn, một đoạn đệm được chèn thêm để sử dụng
cho nhãn. Khuôn dạng đoạn đệm 4 byte có cấu trúc như trong hình sau:
Tải Màu đầu Đệm Mào đầu lớp
IP MPLS 2
Nhãn (20) COS (3) S (1) TTL (8)
Hình I- 3: Khuôn dạng nhãn cho các gói không có cấu trúc nhãn gốc.
Đối với các khung PPP hay Ethernet giá trị nhận dạng giao thức P-Id (hoặc Ethertype)
được chèm thêm vào mào đầu khung tương ứng để thông báo khung là MPLS unicast hay
multicast.
Ngăn sếp nhãn (Label stack)
Một tập hợp có thứ tự các nhãn gắn theo gói để truyền tải thông tin về nhiều FEC mà gói
nằm trong và về các LSP tương ứng mà gói sẽ đi qua. Ngăn xếp nhãn cho phép MPLS hỗ
Báo cáo đề tài: 17
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
trợ định tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và một nhãn cho IGP) và tổ chức đa LSP
trong một trung kế LSP.
LSR: Label switch Router: là thiết bị (Router hay Switch) sử dụng trong mạng MPLS để
chuyển các gói tin bằng thủ tục phân phối nhã. Có một số loại LSR cơ bản sau: LSR biên,
ATM-LSR, ATM-LSR biên.
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 mạch chuyển tiếp nhãn: Label Switching Forwarding Table, là bảng
chuyển tiếp nhãn có chứa thông tin về nhãn đầu vào, nhãn đầu ra, giao diện đầu ra và địa
chỉ điểm tiếp theo.
Đường chuyển mạch nhãn (LSP)
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 dữ liệu nhãn LIB
Là bảng kết nối trong LSR có chứa giá trị nhãn/FEC được gán và cổng ra cũng như
thông tin về đóng gói phương tiện truyền.
Gói tin dán nhãn
Một gói tin dán nhãn là một gọi tin mà nhãn được mã hoá trong đó. Trong một vài 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 dược đặt chung trong mào đầu lớp mạng và lớp liên kết dữ
liệu miễn là ở đây có trường có thể dùng được cho mục đích dán nhãn. Công nghệ mã
hoá được sử dụng phải phù hợp với cả thực thể mã hoá nhãn và thực thể giải mã 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 xuôi thực hiện. LSR xuôi sau khi kết hợp sẽ thông báo với LSR ngược về kết hợp
đó. Do vậy các nhãn được LSR xuôi ấn định và các kết hợp nhãn được phân phối theo
hướng từ LSR xuôi tới LSR ngược.
Báo cáo đề tài: 18
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
II.1.2. Thành phần cơ bản của MPLS
II.1.2.1. Thiết bị LSR
Thành phần quan trọng cơ bản của mạng MPLS là thiết bị định tuyến chuyển mạhc nhãn
LSR (Label Switch Router). Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển tiếp gói thông tin
trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn.
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 đi các gói thông tin
từ hay đến mạng khác (IP, Frame Relay,...). LSR biên gán hay laọi bỏ nhãn cho các gói
thông tin đến hoặc đi khỏi mạng MPLS. Các LSR này có thể là Ingress Router (router lối
vào) hay egress router (router 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 điều khiển và chuyển tiếp
số liệu trên cơ chế chuyển mạch tế bào ATM trong mảng số liệu. Như vậy các tổng đài
chuyển mạch ATM truyền thống có thể nâng cấp phần mềm để thực hiện chức năng của
LSR.
Bảng I-2 sau đây mô tả các loại LSR và chức năng của chúng
Bảng I- 2: 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 biên Nhận gói có nhãn hoặc không nhãn, phân vào các tế bào ATM và
gửi 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 không nhãn.
Báo cáo đề tài: 19
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
II.2. Hoạt động của MPLS
II.2.1. Các chế độ hoạt động của MPLS
Có hai chế độ hoạt động tồn tại với MPLS: chế độ khung (Frame- mode) và chế độ tế bào
(Cell-mode). Các chế độ hoạt động này sẽ được phân tích chii tiết trong phần sau đây.
II.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 nhất định tuyến 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 đựoc mô tả trong hình
dưới đây.
Báo cáo đề tài: 20
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bưu Điện
