BÁO CÁO ĐỀ TÀI
MẠNG VIỄN THÔNG
BÁO CÁO ĐỀ TÀI
MẠNG VIỄN THÔNG
GVHD: ……………………
Trang i
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của các ngành điện tủ - tin học, công nghệ viễn thông
trong những năm vừa qua phát triển rất mạnh mẽ cung cấp ngày càng nhiều các loại
hình dịch vụ mới đa dạng, an toàn, và chất lượng cao đáp ứng ngày càng tốt hơn yêu
cầu của khách hàng.
Trong xu hướng phát triển và hội tụ của viễn thông và tin học, cùng với sự phát
triển nhanh chóng về nhu cầu của người dùng đối với những dịch vụ đa phương tiện
chât lượng cao đã làm cho cơ sở hạ tầng thông tin và viễn thông đã có những thay đổi
lớn về cơ bản. Nhưng tổng đài chuyển mạch kênh truyền thống đã không còn có thể
đáp ứng những đòi hỏi của người dùng về những dịch vụ tốc độ cao, chính vì thế đòi
hổi cần phải có một giải pháp đáp ứng được yêu cầu đó. Xu hướng viễn thông dưa trên
nền tảng chuyển mạch gói tốc độ cao, dung lượng lớn và hội tụ được các loại dịch vụ
trên cùng một hạ tầng là điều tất yếu.
Mạng thế hệ sau NGN ra đời nó được phát triển từ tất cả các mạng cũ lên. NGN
có khả năng làm nền tảng cho việc triển khai nhiều loại hình dịch vụ mới trong tương
lai một các nhanh chóng, không phân biệt ranh giới các nhà cung cấp dịch vụ (dịch vụ
độc lập với hạ tầng mạng). Tuy nhiên sự phát triển nhanh chóng và mở rộng không
ngừng của Internet, sự phức tạp của các loại hình dịch vụ dần đã làm cho mạng viễn
thông hiện tại khó đáp ứng được. Sự ra đời của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao
thức MPLS là một lựa chọn cho cấu trúc mạng trong tương lai bởi tính linh hoạt của
bộ định tuyến và năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch trong nó.
Trong nội dung bài tập lớn này chúng em đi sâu vào nghiên cứu, tìm hiểu công
nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS trong NGN. Bài làm không thể tránh khỏi
những sai sót, rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn để bài làm được hoàn
chỉnh hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
GVHD: ……………………
Trang ii
MỤC LỤC
BÁO CÁO ĐỀ TÀI....................................................................................................... i
MẠNG VIỄN THÔNG................................................................................................. i
LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................. ii
MỤC LỤC................................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................... v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT..................................................................................... vi
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU........................................... 1
1.1.Khái quát về mạng viễn thông........................................................................... 1
1.1.1.Các khái niệm cơ bản................................................................................... 1
1.1.2.Các thành phần chính trong mạng viễn thông............................................ 1
1.1.3.Mạng viễn thông tương tự và mạng viễn thông số...................................... 2
1.2.Mạng viễn thông thế hệ sau............................................................................... 3
1.2.1.Khái niệm...................................................................................................... 3
1.2.2.Đặc điểm của mạng NGN............................................................................. 3
1.3.Cấu trúc chức năng của mạng NGN................................................................. 3
1.3.1.Mô hình phân lớp chức năng....................................................................... 3
1.3.2.Chức năng các lớp........................................................................................ 4
1.3.2.1.Lớp truyền dẫn và truy nhập.................................................................... 4
1.3.2.2.Lớp truyền thông..................................................................................... 5
1.3.2.3.Lớp điều khiển......................................................................................... 5
1.3.2.4.Lớp ứng dụng.......................................................................................... 5
1.3.2.5.Lớp quản lý.............................................................................................. 5
1.4.Các công nghệ làm nền tảng cho NGN.............................................................. 6
1.4.1.IP................................................................................................................... 6
1.4.2.ATM.............................................................................................................. 6
1.4.3.IP Over ATM................................................................................................. 7
1.4.4.MPLS............................................................................................................ 7
CHƯƠNG II: KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TRONG
MẠNG THẾ HỆ SAU.................................................................................................. 8
2.1.Sự ra đời của công nghệ MPLS......................................................................... 8
2.1.1.Khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức............................................ 8
2.1.2.Sự cần thiết phải sử dụng MPLS................................................................. 8
GVHD: ……………………
Trang iii
2.2.Đặc tính cơ bản của MPLS................................................................................ 9
2.3.Các thành phần cơ bản của MPLS.................................................................. 10
2.1.3.Thành phần chuyển tiếp của MPLS........................................................... 10
Thành phần chuyển tiếp dùng nhãn chứa trong một gói tin và thông tin lấy từ
bảng thông tin nhãn LIB (Label Information base) của từng thiết bị LSR để
chuyển tiếp gói tin............................................................................................. 10
2.1.3.1.Nhãn và ngăn xếp nhãn......................................................................... 10
2.1.3.2. Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ........................................................ 11
2.1.3.3.Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn .................................................... 11
2.1.3.4.Lớp chuyển tiếp tương đương FEC........................................................ 11
2.1.3.5.Bảng cơ sở dữ liệu nhãn ....................................................................... 12
2.1.4. Thành phần điều khiển MPLS.................................................................. 12
2.1.4.1.Các phương pháp điều khiển gán nhãn................................................. 12
2.1.4.2.Phân bổ thông tin điều khiển gán nhãn................................................. 13
2.1.4.3.Thiết lập đường chuyển mạch nhãn LSP............................................... 13
CHƯƠNG III: CHUYỂN MẠCH ĐA GIAO THỨC TRONG MẠNG THẾ HỆ
SAU............................................................................................................................. 15
3.1. Những vấn đề cơ bản của công nghệ MPLS.................................................. 15
3.2. Nguyên tắc chuyển mạch nhãn đa giao thức................................................. 15
3.3. Các giao thức cơ bản của MPLS.................................................................... 17
3.3.1. Giao thức phân bổ nhãn LDP................................................................... 17
3.3.1.1. Khái quát về giao thức phân bổ nhãn LDP........................................... 17
3.3.1.2. Phương thức phân bổ nhãn của LDP................................................... 18
3.3.1.3. Phương thức duy trì nhãn.................................................................... 18
3.3.2. Giao thức phân bổ nhãn dựa trên định tuyến ràng buộc CR - LDP........19
3.4. Phân bổ nhãn dựa trên giao thức dành trước tài nguyên RSVP.................20
3.5. Ưu điểm nhược điểm của MPLS trong mạng NGN...................................... 21
3.5.1. Ưu điểm...................................................................................................... 21
3.5.2. Nhược điểm................................................................................................ 22
3.6. Ứng dụng MPLS trong mạng NGN................................................................ 22
KẾT LUẬN................................................................................................................. 25
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 26
GVHD: ……………………
Trang iv
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Cấu trúc mạng phân cấp.............................................................................. 1
Hình 1.2 Các thành phần của mạng viễn thông......................................................... 2
Hình 1.3 Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ mạng)................................................... 4
Hình 1.4 Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ dịch vụ)................................................. 4
Hình 2.1. MPLS và mô hình tham chiếu OSI............................................................ 8
Hình 2.2. Cấu trúc nhãn MPLS ............................................................................... 10
Hình 2.3. Cấu trúc ngăn xếp nhãn............................................................................ 11
Hình 2.4. Minh họa lớp chuyển tiếp tương đương................................................... 12
Hình 2.5. Cấu trúc thành phần điều khiển............................................................... 12
Hình 2.6. Điều khiển thông tin gán nhãn................................................................. 13
Hình 3.1. Hoạt động chuyển gói tin qua mạng MPLS............................................. 16
Hình 3.2. Sử dụng RSVP để phân bổ nhãn.............................................................. 21
GVHD: ……………………
Trang v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ATM
Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không
đồng bộ
API
Application Programming
Interface
Giao diện lập trình ứng dụng
ARP
Address Resolution Protocol
Giao thức phân tích địa chỉ
CoS
Class of Service
Lớp dịch vụ
FEC
Forward Equivalent Class
Lớp chuyển tiếp tương đương
FIB
Forward Information Base
Cơ sở thông tin chuyển tiếp
ICMP
Internet Control Message
Protocol
Giao thức điều khiển bản tin
IP
Internet Protocol
Giao thức Internet
ITU
International
Telecommunication Union
Liên minh viễn thông quốc tế
LAN
Local Area Network
Mạng cục bộ
LDP
Label Distribution Protocol
Giao thức phân phối nhãn
LER
Label Edge Router
Bộ định tuyến biên
LFIB
Label Forwarding
Information Base
Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn
LIB
Lable Information Base
Bảng cơ sở dữ liệu nhãn
LSFT
Lable Switch Forwarding
Table
Bảng chuyển tiếp tương đương
nhãn
LSP
Label Switched Path
Đường chuyển mạch nhãn
LSR
Label Switch Router
Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
MGW
Media Gateway
Cổng phương tiện
MPLS
Multi Protocol Label Switch
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
NGN
Next Generation Network
Mạng thế hệ sau
NHRP
Next Hop Resolution
Protocol
Giao thức phân giải chặng tiếp
theo
OSI
Open Systems
Interconnection
Kết nối các hệ thống mở
OSPF
Open Shortest Path Fiest
Đường ngắn nhất mở đầu tiên
PNNI
Private Network to Network
Interface
Giao diện mạng – mạng riêng
GVHD: ……………………
Trang vi
PSTN
Public Switched Telephone
Network
Mạng điện thoại chuyển mạch
công cộng
QoS
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
RSVP
Resource Reservacation
Protocol
Giao thức dành trước tài nguyên
TDM
Time Division Multiplex
Ghép kênh phân chia theo thời
gian
TCP
Transport Control Protocol
Giao thức điều khiển truyền tải
TLV
Type/ Length/ Value
Các tham số kiểu/ độ dài/ giá trị
TMN
Telecommunication
Management Network
Mạng quản lý viễn thông
VPN
Virtual Private Network
Mạng riêng ảo
GVHD: ……………………
Trang vii
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG THẾ HỆ SAU
1.1. Khái quát về mạng viễn thông
1.1.1. Các khái niệm cơ bản
Mạng viễn thông là phương tiện truyền thông đưa thông tin từ đầu phát tới đầu
thu. Mạng có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ cho khách hàng.
Mạng viễn thông cũng có thể được định nghĩa như sau: mạng viễn thông là một
hệ thống gồm các nút chuyển mạch được nối với nhau bằng các đường truyền dẫn. Nút
được phân thành nhiều cấp và kết hợp với các đường truyền tạo thành các cấp mạng
khác nhau.
Hình 1.1 Cấu trúc mạng phân cấp
Trong mạng hiện nay gồm 5 nút:
− Nút cấp 1: Trung tâm chuyển mạch quá giang quốc tế.
− Nút cấp 2: Trung tâm chuyển mạch quá giang đường dài.
− Nút cấp 3: Trung tâm chuyển mạch quá giang nội hạt.
− Nút cấp 4: Trung tâm chuyển mạch nội hạt.
− Nút cấp 5: Trung tâm chuyển mạch từ xa.
1.1.2. Các thành phần chính trong mạng viễn thông
Xét trên quan điểm phần cứng, mạng viễn thông bao gồm các thiết bị đầu cuối,
thiết bị chuyển mạch và thiết bị truyền dẫn.
GVHD: ……………………
Trang 1
Hình 1.2 Các thành phần của mạng viễn thông
Thiết bị đầu cuối:
Thiết bị đầu cuối là các trang thiết bị của người sử dụng dùng để giao tiếp với
mạng cung cấp dịch vụ. Hiện nay có nhiều chủng loại thiết bị đầu cuối của nhiều hãng
khác nhau tùy thuộc vào từng dịch vụ (như máy điện thoại, máy fax, máy tính cá
nhân…).
Thiết bị đầu cuối thực hiện chức năng chuyển đổi thông tin cần trao đổi thành
tín hiệu điện và ngược lại.
Thiết bị chuyển mạch
Thiết bị chuyển mạch là các nút của mạng viễn thông có chức năng thiết lập
đường truyền giữa các thuê bao (đầu cuối). Trong mạng điện thoại, thiết bị chuyển
mạch là các tổng đài điện thoại.
Thiết bị truyền dẫn
Thiết bị truyền dẫn được sử dụng để nối các thiết bị đầu cuối hay giữa các tổng
đài với nhau và truyền các tín hiệu một cách nhanh chóng và chính xác.
Dựa vào môi trường truyền dẫn thiết bị truyền dẫn có thể phân thành hai loại:
vô tuyến (cáp kim loại, cáp quang) và hữu tuyến (sử dụng không gian làm môi trường
truyền dẫn).
1.1.3. Mạng viễn thông tương tự và mạng viễn thông số
Mạng viễn thông được gọi là tương tự nếu có các đặc điểm sau đây:
− Tín hiệu truyền trên trung kế là tương tự.
− Tín hiệu truyền trên đường dây thuê bao là tương tự.
GVHD: ……………………
Trang 2
− Các nút mạng xử lý tín hiệu tương tự.
Mạng viễn thông được gọi là số nếu có những đặc điểm sau:
− Tín hiệu truyền trên trung kế là số.
− Tín hiệu truyền trên đường dây thuê bao là tương tự hoặc có thể là số với mạng
hoàn toàn số.
− Các nút mạng xử lý tín hiệu số.
1.2.
Mạng viễn thông thế hệ sau
1.2.1. Khái niệm
Mạng viễn thông thế hệ mới có nhiều tên gọi khác nhau, chẳng hạn như:
-
Mạng đa dịch vụ (cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau)
-
Mạng hội tụ (hỗ trợ cho cả lưu lượng thoại và dữ liệu, cấu trúc mạng hội tụ)
-
Mạng phân phối (phân phối tính thông minh cho mọi phần tử trong mạng)
- Mạng nhiều lớp (mạng được phân phối ra nhiều lớp mạng có chức năng độc lập
nhưng hỗ trợ nhau thay vì một khối thống nhất như trong mạng TDM).
Cho tới nay các tổ chức và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới rất
quan tâm đến NGN (Next Generation Network) nhưng vẫn chưa có một định nghĩa rõ
ràng. Do vậy ta chỉ có thể tạm định nghĩa NGN như sau:
“ NGN là mạng có hạ tầng thông tin duy nhất dựa trên công nghệ chuyển mạch
gói, triển khai các dịch vụ một cách đa dạng và nhanh chóng, là sự hội tụ giữa thoại
và dữ liệu, giữa cố định và di động.”
1.2.2. Đặc điểm của mạng NGN
+ Nền tảng là hệ thống mở.
+ NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy nhưng các dịch vụ trên NGN phải độc lập
với mạng lưới.
+ NGN là mạng chuyển mạch gói dựa trên một giao thức thống nhất.
+ Là mạng có dung lượng ngày càng tăng, có tính thích ứng ngày càng tăng và có
đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu.
1.3.
Cấu trúc chức năng của mạng NGN
1.3.1. Mô hình phân lớp chức năng
Nhìn chung NGN vẫn là một xu hướng mới mẻ do vậy chưa có một khuyến
GVHD: ……………………
Trang 3
nghị chính thức nào được công bố rõ ràng để làm tiêu chuẩn về cấu trúc NGN, song
dựa vào mô hình mà một số tổ chức và các hãng xây dựng ta có thể tạm hiểu cấu trúc
NGN chức năng như sau:
-
Lớp kết nối (truy nhập và truyền dẫn/ở phần lõi)
-
Lớp trung gian hay lớp truyền thông (Media)
-
Lớp điều khiển
-
Lớp quản lý
Trong các lớp trên, lớp điều khiển hiện nay rất phức tạp với nhiều loại giao
thức, khả năng tương thích giữa các thiết bị của các hãng là vấn đề đang được các nhà
khai thác quan tâm.
Hình 1.3 Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ mạng)
Xét từ góc độ kinh doanh và cung cấp dịch vụ thì mô hình cấu trúc NGN có
thêm lớp ứng dụng dịch vụ.
Hình 1.4 Cấu trúc mạng thế hệ sau (góc độ dịch vụ)
1.3.2. Chức năng các lớp
1.3.2.1.
Lớp truyền dẫn và truy nhập
Phần truyền dẫn
GVHD: ……………………
Trang 4
Lớp truyền tải trong cấu trúc mạng NGN bao gồm chức năng truyền dẫn và
chức năng chuyển mạch.
Lớp truyền dẫn có khả năng hỗ trợ các mức QoS (Quality of Service) khác nhau
cho cùng một dich vụ và cho các dịch vụ khác nhau. Nó có khả năng lưu trữ lại các sự
kiện xảy ra trên mạng (kích thước gói, tốc độ gói, tỷ lệ mất gói… đối với mạng chuyển
mạch gói; băng thông, độ trì hoãn đối với mạng chuyển mạch kênh TDM).
Phần truy nhập
Như tên gọi, lớp truy nhập cung cấp các kết nối giữa thuê bao đầu cuối và
mạng đường trục qua cổng giao tiếp MGW (Media Gateway) thích hợp.
1.3.2.2.
Lớp truyền thông
Lớp này chịu trách nhiệm chuyển đổi các loại môi trường (PSTN, LAN, vô
tuyến…) sang môi trường truyền dẫn gói được áp dụng trên mạng lõi và ngược lại.
Nhờ đó, các nút chuyển mạch và các hệ thống truyền dẫn sẽ thực hiện chức
năng chuyển mạch, định tuyến cuộc gọi giữa các thuê bao của lớp truy nhập dưới sự
điếu khiển của các thiết bị thuộc lớp điều khiển.
1.3.2.3.
Lớp điều khiển
Lớp điều khiển có nhiệm vụ kết nối để cung cấp các dịch vụ truyền thông suốt
từ đầu cuối đến đầu cuối với bất kỳ loại giao thức và báo hiệu nào. Các chức năng
quản lý và chăm sóc khách hàng cũng được tích hợp trong lớp điều khiển. Nhờ có giao
diện mở nên có sự tách biệt giữa dịch vụ và truyền dẫn, điều này cho phép các dịch vụ
mới được đưa vào nhanh chóng và dễ dàng.
1.3.2.4.
Lớp ứng dụng
Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ có băng thông khác nhau và ở nhiều mức
độ. Một số dịch vụ sẽ thực hiện làm chủ việc điều khiển logic của chúng và truy nhập
trực tiếp tới lớp ứng dụng, còn một số dịch vụ khác sẽ thực hiện điều khiển từ lớp điều
khiển. Lớp ứng dụng kết nối với lớp điều khiển thông qua giao diện mở API. Nhờ đó
mà các nhà cung cấp dịch vụ có thể phát triển các ứng dụng và triển khai nhanh chóng
trên dịch vụ mạng.
1.3.2.5.
Lớp quản lý
Lớp quản lý là một lớp đặc biệt xuyên suốt các lớp từ kết nối cho đến lớp ứng
dụng. Tại lớp quản lý người ta có thể khai thác hoặc xây dựng mạng giám sát viễn
thông TMN (Telecommunication Management Network) như một mạng riêng theo dõi
GVHD: ……………………
Trang 5
và điều phối các thành phần mạng viễn thông đang hoạt động.
1.4.
Các công nghệ làm nền tảng cho NGN
Ngày nay do yêu cầu ngày càng tăng về số lượng và chất lượng dịch vụ đã thúc
đẩy sự phát triển nhanh chóng của thị trường công nghệ điện tử - tin học - viễn thông.
Những xu hướng phát triển công nghệ đã và đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn nhau
nhằm cho phép mạng lưới thoả mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trong tương
lai. Theo ITU có hai xu hướng tổ chức mạng chính:
- Hoạt động kết nối định hướng.
- Hoạt động không kết nối.
Tuy vậy hai phương thức phát triển này đang dần tiếp cận và hội tụ dẫn đến sự
ra đời của của công nghệ ATM/IP. Sự phát triển mạnh mẽ của các dịch vụ và các công
nghệ mới tác động trực tiếp đến sự phát triển cấu trúc mạng.
1.4.1. IP
IP (Internet Protocol) là giao thức chuyển tiếp gói tin. Việc chuyển tiếp gói tin
được thực hiện theo cơ chế phi kết nối. IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển
tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gói tin IP gồm
địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin
cần cho việc chuyển gói tới đích.
IP là giao thức chuyển mạch có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao. Tuy nhiên
việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theo từng
chặng. Mặt khác IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ.
1.4.2. ATM
Công nghệ ATM (Asynchronous Transfer Mode) dựa trên cơ sở của phương
pháp chuyển mạch gói. Thông tin được nhóm vào các gói tin có độ dài cố định ngắn,
trong đó vị trí gói không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ
của kênh cho trước. Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và
dịch vụ khác nhau. ATM có hai đặc điểm quan trọng:
- ATM có khả năng nhóm một số kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho
công việc định tuyến được dễ dàng
- ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM. Các
tế bào nhỏ với tốc độ truyền cao sẽ làm cho trễ truyền lan và biến động trễ giảm đủ
nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ
cao dễ dàng hơn.
GVHD: ……………………
Trang 6
Quá trình chuyển giao các tế bào qua tổng đài ATM cũng giống như chuyển
giao gói qua router. Tuy nhiên ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên
cell có kích thước cố định và nhỏ hơn IP, kích thước bảng định tuyến nhỏ hơn nhiều so
với của IP router. Việc này thực hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng nên
dung lượng tổng đài ATM thường lớn hơn dung lượng IP router truyền thống.
1.4.3. IP Over ATM
IP over ATM là một kỹ thuật xếp chồng, nó xếp IP lên ATM. Giao thức của hai
tầng hoàn toàn độc lập với nhau, giữa chúng phải nhờ một loại giao thức nữa để nối
thông như NHRP, ARP. Điều đó hiện nay không được sử dụng rộng rãi trong thực tế.
1.4.4. MPLS
MPLS là kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức. Phương pháp này đã dung
hợp một cách hữu hiệu năng lực điều khiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch với
tính linh hoạt của bộ định tuyến.
MPLS là công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng. Với tính chất 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.
GVHD: ……………………
Trang 7
CHƯƠNG II: KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO
THỨC TRONG MẠNG THẾ HỆ SAU
2.1. Sự ra đời của công nghệ MPLS
Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là kết quả của quá trình phát triển nhiều
giải pháp chuyển mạch IP. Tên gọi của nó bắt nguồn từ thực tế đó là hoán đổi nhãn
được sử dụng như kỹ thuật chuyển tiếp sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. Sử dụng từ “đa
giao thức” có nghĩa là nó có thể hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng không chỉ riêng IP.
2.1.1. Khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức
Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức là kết quả phát triển của công nghệ
chuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như ATM để tăng tốc độ truyền gói tin
mà không cần thay đổi định tuyến IP.
Trong chuyển mạch nhãn, thay vì sử dụng địa chỉ đích để quyết định định tuyến,
một “nhãn” được gắn vào gói tin và được đặt vào trong tiêu đề gói với mục đích thay
thế cho địa chỉ và nhãn được sử dụng để chuyển lưu lượng các gói tin tới đích.
Hình 2.1. MPLS và mô hình tham chiếu OSI
MPLS là công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 và chuyển
mạch lớp 2 cho phép truyền tải các gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến tốt ở
mạng biên bằng cách dựa vào nhãn.
2.1.2. Sự cần thiết phải sử dụng MPLS
Tốc độ và trễ
Chuyển tiếp dựa trên IP truyền thống là quá chậm để xử lý tải lưu lượng lớn
trong mạng toàn cầu hay trong các liên kết mạng. Dẫn đến kết quả là lưu lượng và kết
nối có thể bị mất và hiệu năng toàn mạng giảm sút trong một mạng dựa trên IP. Trong
khi đó, chuyển mạch nhãn đa giao thức nhanh hơn nhiều bởi vì giá trị nhãn được đặt ở
GVHD: ……………………
Trang 8
thông tin mào đầu của gói được sử dụng để truy nhập bảng chuyển tiếp định tuyến tại
router. Việc tìm kiếm này chỉ yêu cầu một lần truy nhập tới bảng nên lưu lượng người
sử dụng trong gói được gửi qua mạng nhanh hơn nhiều so với sử dụng chuyển tiếp IP
truyền thống.
Biến động trễ
Hoạt động chuyển mạch nhãn sẽ làm cho lưu lượng được gửi qua mạng nhanh
hơn và biến thiên trễ ít hơn so với hoạt động định tuyến IP truyền thống.
Khả năng mở rộng mạng
Chuyển mạch nhãn cung cấp các giải pháp cho sự phát triển nhanh chóng và xây
dựng các mạng lớn bằng việc cho phép một lượng lớn các địa chỉ IP được kết hợp với
một vài nhãn. Giải pháp này làm giảm đáng kể kích cỡ bảng địa chỉ và cho phép router
hỗ trợ nhiều người sử dụng hơn.
Sử dụng tài nguyên
Chuyển mạch nhãn không cần nhiều tài nguyên mạng để thực hiện các công cụ
điều khiển trong việc thiết lập các đường đi chuyển mạch nhãn cho lưu lượng người sử
dụng.
Tính đơn giản
Một khía cạnh khác của chuyển mạch nhãn là sự đơn giản trong các giao thức
chuyển tiếp gói tin, và nguyên tắc rất đơn giản: chuyển tiếp gói tin dựa trên nhãn của
nó.
Điều khiển định tuyến.
Chuyển mạch nhãn cho phép các bộ định tuyến chọn tuyến đầu ra tường minh
theo nhãn, như vậy cơ chế này cung cấp một cách thức truyền tải lưu lượng qua các
nút và liên kết phù hợp với lưu lượng truyền tải, cũng như là đặt ra các lớp lưu lượng
gồm các dịch vụ khác nhau (dựa trên yêu cầu QoS) trên đó. Chuyển mạch nhãn là một
giải pháp tốt để hướng lưu lượng qua một đường dẫn, mà không nhất thiết phải nhận
toàn bộ thông tin từ giao thức định tuyến IP động dựa trên địa chỉ đích.
2.2. Đặc tính cơ bản của MPLS
Kỹ thuật lưu lượng: Cung cấp khả năng thiết lập đường truyền mà lưu lượng sẽ
truyền qua mạng và khả năng thiết lập các chất lượng cho các lớp dịch vụ CoS (Class
of Service) và chất lượng dịch vụ QoS khác nhau.
GVHD: ……………………
Trang 9
Cung cấp dịch vụ IP dựa trên các mạng riêng ảo VPN (Virtual Private
Network): Thông qua mạng MPLS, các nhà cung cấp dịch vụ có thể tạo ra các đường
hầm IP đi qua mạng trong suốt đối với dịch vụ người sử dụng.
Loại bỏ cấu hình đa lớp: Sự phát triển của các công nghệ và dịch vụ trên nền IP
đã tạo ra rất nhiều các mô hình xếp chồng. MPLS là một giải pháp thay thế cho mô
hình xếp chồng IP trên nền ATM cũng như các hạ tầng lớp 2 khác.
Tuyến hiện: Một đặc điểm nổi trội của MPLS là cho phép thiết lập các đường
định tuyến tường minh về đường đi trên mạng.
Hỗ trợ đa liên kết và đa giao thức: Thành phần chuyển tiếp mạch nhãn không
mặc định với bất kì một lớp nào. Được coi là lớp trung gian giữa lớp 2 và 3 (lớp 2.5).
2.3. Các thành phần cơ bản của MPLS
2.1.3. Thành phần chuyển tiếp của MPLS
Mặt phẳng chuyển tiếp có trách nhiệm chuyển gói tin dựa trên giá trị chứa trong
nhãn. Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng một cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB
(Label Forwading Information Base) để chuyển tiếp các gói.
Thành phần chuyển tiếp dùng nhãn chứa trong một gói tin và thông tin lấy từ
bảng thông tin nhãn LIB (Label Information base) của từng thiết bị LSR để chuyển
tiếp gói tin.
2.1.3.1. Nhãn và ngăn xếp nhãn
Nhãn
Cấu trúc của nhãn được trình bày trong hình sau:
Hình 2.2. Cấu trúc nhãn MPLS
Nhãn là một thực thể ngắn gọn có độ dài cố định và không có cấu trúc bên trong,
nhãn mang giá trị bằng số được thỏa thuận bởi các nút MPLS để chỉ thị cho kết nối
dọc theo các đường chuyển mạch nhãn LSP. Nhãn được gán vào một gói tin cụ thể đại
diện cho một lớp chuyển tiếp tương đương.
GVHD: ……………………
Trang 10
Nhãn có tổng độ dài là 4 byte nằm giữa tiêu đề lớp 2 và tiêu đề IP trong các gói
tin. Các trường chức năng gồm có: giá trị của nhãn thể hiện bằng số (20 bit), trường
thể hiện lớp dịch vụ CoS (3 bit), trường ngăn xếp hỗ trợ thứ bậc nhãn trong chồng
nhãn (1 bit) và trường thời gian sống của gói tin (8 bit).
Ngăn xếp nhãn
Hình 2.3. Cấu trúc ngăn xếp nhãn
Ngăn xếp nhãn được cấu trúc bởi một tập các nhãn chèn vào giữa tiêu đề lớp 2
và tiêu đề lớp 3 của gói tin. Nhãn nằm tại đỉnh của ngăn xếp nhãn được sử dụng cho
nhiệm vụ chuyển tiếp gói tin, và nhãn cuối ngăn xếp có giá trị bit S bằng 1. Thông qua
ngăn xếp nhãn, MPLS thực hiện việc định tuyến phân cấp và tạo ra các đường hầm
chuyển mạch nhãn.
2.1.3.2. Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
LSR là thiết bị 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, LSB lõi, ATM – LSR
2.1.3.3. Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn
LSFT (Lable Switch 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 bước nhảy tiếp theo.
2.1.3.4. Lớp chuyển tiếp tương đương FEC
Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forward Equivalent Class) là khái niệm
được dùng để chỉ một nhóm các gói được xử lý như nhau qua mạng MPLS ngay cả khi
có sự khác biệt giữa các gói tin này thể hiện trong tiêu đề lớp mạng.
Một nhóm gói tin IP có thể chuyển trên cùng một đường LSP với cùng tiêu đề
nhãn.
GVHD: ……………………
Trang 11
Hình 2.4. Minh họa lớp chuyển tiếp tương đương
2.1.3.5. Bảng cơ sở dữ liệu nhãn
Mỗi lớp chuyển tiếp tương đương yêu cầu một nhãn riêng biệt. LIB là bảng liệt
kê các FEC với các nhãn tương ứng của chúng.
2.1.4. Thành phần điều khiển MPLS
Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn chịu trách nhiệm phân bổ thông tin
định tuyến giữa các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn. Sử dụng để chuyển đổi các
thông tin định tuyến thành cơ sở dữ liệu trong bảng chuyển tiếp. Sự khác biệt lớn nhất
so với các kiến trúc định tuyến truyền thống là phương pháp tạo ra một bảng cơ sở dữ
liệu trong thành phần chuyển tiếp chứa liên kết các nhãn ra với các bước nhảy kế tiếp.
Hình 2.5. Cấu trúc thành phần điều khiển
2.1.4.1. Các phương pháp điều khiển gán nhãn
Để duy trì bảng định tuyến, thành phần điều khiển thực hiện điều khiển thủ tục
gán các nhãn vào các FEC để tạo ra các liên kết nhãn. Thành phần điều khiển cung cấp
hai kiểu gán nhãn tới bảng chuyển tiếp là: gán nhãn cục bộ và gán nhãn từ xa. Kiểu
gán nhãn cục bộ được thực hiện trên chính bộ định tuyến chuyển mạch nhãn. Kiểu gán
nhãn từ xa, liên kết nhãn với các FEC được điều khiển bởi bộ định tuyến LSR khác.
Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn sử dụng cả hai kiểu gán liên kết nhãn
để xây dựng nên bảng định tuyến và có thể thực hiện theo hai phương pháp: phương
pháp gán nhãn đường xuống và phương pháp gán nhãn đường lên.
GVHD: ……………………
Trang 12
Hình 2.6. Điều khiển thông tin gán nhãn
Trong phương pháp gán nhãn đường xuống, các nhãn cục bộ được sử dụng gán
cho các lưu lượng lối vào và các nhãn cấp phát từ xa cho các lưu lượng lối ra. Mỗi
nhãn mang trong gói tin lối vào trong một FEC được tạo ra theo hướng đi của luồng
lưu lượng. Tuy nhiên, thông tin liên kết nhãn lại đi ngược lại từ bộ định tuyến phía
dưới luồng lưu lượng tới bộ định tuyến phía trên.
Phương pháp gán nhãn đường lên đối ngược với phương pháp đường xuống về
khía cạnh thông tin lưu lượng gán nhãn và cùng chiều với gói tin gán nhãn.
2.1.4.2. Phân bổ thông tin điều khiển gán nhãn
Khi các LSR tạo hoặc hủy bỏ các liên kết nhãn và FEC, bộ định tuyến chuyển
mạch nhãn LSR cần thông tin tới các LSR khác về liên kết nhãn này. Phân bổ thông
tin điều khiển gán nhãn có thể thực hiện theo một trong hai cách:
- Mang bởi các giao thức định tuyến: Tiếp cận này gắn chặt quá trình phân bổ
nhãn vào thông tin định tuyến, vì vậy thông tin liên kết nhãn sẽ gắn với thông tin định
tuyến. Điều này cho phép quy trình xây dựng bảng chuyển tiếp được thống nhất vì
thông tin liên kết nhãn và thông tin về bước nhảy kế tiếp luôn cùng được yêu cầu cho
một khoản mục trong bảng chuyển tiếp.
- Sử dụng giao thức phân bổ nhãn riêng: Tiếp cận này được sử dụng khi các giao
thức định tuyến không giải quyết được các nhược điểm đã nêu trên. Tuy nhiên, nhược
điểm lớn nhất khi sử dụng giao thức này là không đồng bộ được thông tin về bước
nhảy kế tiếp và liên kết nhãn lối ra. Việc triển khai thêm giao thức sẽ kéo theo độ phức
tạp của hệ thống tăng lên
Nhược điểm: Các thông tin định tuyến được phân bổ bởi các giao thức định
tuyến có thể không phù hợp với thông tin liên kết nhãn. Khó khăn trong việc mở rộng
các giao thức định tuyến để mang thêm thông tin.
2.1.4.3. Thiết lập đường chuyển mạch nhãn LSP
GVHD: ……………………
Trang 13
- Xem thêm -