Luận Văn Thạc Sĩ Về Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong Mạng Chuyển Mạch Nhãn Đa Giao Thức

Khám phá luận văn thạc sĩ VNU UET về kỹ thuật lưu lượng trong mạng chuyển dịch nhãn đa giao thức, ứng dụng và tiềm năng phát triển.

• Tác giả: Vũ Văn Trưởng
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Quang Vinh
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn Thông
• Đề tài: Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong Mạng MPLS
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• DANH SÁCH CÁC HÌNH MINH HỌA
• 1. Chƣơng 1: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS
• 1.1. Tính thông minh phân tán
• 1.2. MPLS và mô hình tham chiếu OSI
• 1.3. Các khái niệm cơ bản trong MPLS
• 1.4. Mã hóa nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS
• 1.5. Cấu trúc chức năng MPLS
• 1.6. Hoạt động chuyển tiếp MPLS
• 1.7. Ƣu điểm và ứng dụng của MPLS
• 1.8. Tổng kết chƣơng
• 2. Chƣơng 2: ĐỊNH TUYẾN VÀ BÁO HIỆU MPLS
• 2.1. Định tuyến trong MPLS
• 2.2. Các chế độ báo hiệu MPLS
• 2.3. Giao thức phân phối nhãn LDP (Label Distribution Protocol)
• 2.4. Giao thức CR-LDP (Constrain-based routing LDP)
• 2.5. Giao thức RSVP-TE (RSVP Traffic Engineering) [3]
• 2.6. Tổng kết chƣơng
• 3. Chƣơng 3: KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG TRONG MPLS
• 3.1. Kỹ thuật lƣu lƣợng (Traffic Engineering)
• 3.2. MPLS và kỹ thuật lƣu lƣợng
• 3.3. Trung kế lƣu lƣợng và các thuộc tính
• 3.4. Các thuộc tính tài nguyên
• 3.5. Tính toán đƣờng ràng buộc
• 3.6. Bảo vệ và khôi phục đƣờng
• 3.7. Tổng kết chƣơng
• 4. Chƣơng 4: MÔ PHỎNG MPLS-TE VÀ ĐÁNH GIÁ
• 4.1. Phƣơng pháp và công cụ mô phỏng
• 4.2. Nội dung và kết quả mô phỏng
• 4.3. Tổng kết chƣơng
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC: MÃ NGUỒN CÁC BÀI MÔ PHỎNG
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS
• 1.1. Tổng quan
• 1.2. MPLS và mô hình tham chiếu OSI
• 1.3. Các khái niệm cơ bản trong MPLS

Tóm tắt

I. Tổng quan về Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong Mạng MPLS

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng MPLS (Multiprotocol Label Switching) là một trong những công nghệ tiên tiến giúp tối ưu hóa việc quản lý và chuyển tiếp dữ liệu. MPLS cho phép định tuyến hiệu quả hơn bằng cách sử dụng nhãn để xác định đường đi của gói tin. Điều này không chỉ cải thiện tốc độ truyền tải mà còn nâng cao chất lượng dịch vụ (QoS) cho các ứng dụng mạng. Việc áp dụng kỹ thuật này đã trở thành một xu hướng quan trọng trong ngành công nghệ thông tin.

1.1. Khái niệm cơ bản về MPLS và Kỹ Thuật Lưu Lượng

MPLS là một công nghệ chuyển mạch nhãn, cho phép định tuyến dữ liệu dựa trên nhãn thay vì địa chỉ IP. Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS giúp tối ưu hóa việc sử dụng băng thông và cải thiện chất lượng dịch vụ (QoS) cho các ứng dụng mạng.

1.2. Lợi ích của Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong Mạng MPLS

Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS mang lại nhiều lợi ích như giảm độ trễ, tăng tốc độ truyền tải và cải thiện khả năng mở rộng của mạng. Điều này giúp các doanh nghiệp đáp ứng nhanh chóng nhu cầu ngày càng cao về băng thông và chất lượng dịch vụ.

II. Vấn đề và Thách Thức Trong Kỹ Thuật Lưu Lượng MPLS

Mặc dù kỹ thuật lưu lượng trong MPLS mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại một số thách thức cần được giải quyết. Các vấn đề như quản lý băng thông, bảo mật và khả năng phục hồi trong trường hợp sự cố là những yếu tố quan trọng cần được xem xét. Việc tối ưu hóa mạng MPLS để đáp ứng các yêu cầu này là một nhiệm vụ không hề đơn giản.

2.1. Quản lý Băng Thông Trong Mạng MPLS

Quản lý băng thông là một thách thức lớn trong kỹ thuật lưu lượng MPLS. Cần có các giải pháp hiệu quả để phân bổ băng thông hợp lý cho các ứng dụng khác nhau, đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) được duy trì.

2.2. Bảo Mật Trong Kỹ Thuật Lưu Lượng MPLS

Bảo mật là một yếu tố quan trọng trong mạng MPLS. Việc bảo vệ dữ liệu và ngăn chặn các cuộc tấn công mạng là cần thiết để đảm bảo an toàn cho thông tin truyền tải qua mạng.

III. Phương Pháp Giải Quyết Vấn Đề Kỹ Thuật Lưu Lượng MPLS

Để giải quyết các vấn đề liên quan đến kỹ thuật lưu lượng trong mạng MPLS, nhiều phương pháp đã được đề xuất. Các giải pháp này bao gồm việc sử dụng các giao thức định tuyến hiệu quả, tối ưu hóa cấu trúc mạng và áp dụng các công nghệ bảo mật tiên tiến.

3.1. Giao Thức Định Tuyến Hiệu Quả Trong MPLS

Sử dụng các giao thức định tuyến như RSVP-TE và LDP giúp tối ưu hóa việc phân phối nhãn và quản lý lưu lượng trong mạng MPLS, từ đó cải thiện hiệu suất mạng.

3.2. Tối Ưu Hóa Cấu Trúc Mạng MPLS

Tối ưu hóa cấu trúc mạng MPLS giúp cải thiện khả năng mở rộng và hiệu suất của mạng. Việc thiết kế mạng hợp lý sẽ giúp giảm thiểu độ trễ và tăng cường khả năng phục hồi.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS

Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ doanh nghiệp đến các nhà cung cấp dịch vụ. Các ứng dụng này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mạng mà còn nâng cao trải nghiệm người dùng.

4.1. Ứng Dụng Trong Doanh Nghiệp

Nhiều doanh nghiệp đã áp dụng kỹ thuật lưu lượng MPLS để tối ưu hóa mạng nội bộ, cải thiện khả năng truyền tải dữ liệu và giảm thiểu chi phí vận hành.

4.2. Ứng Dụng Trong Các Nhà Cung Cấp Dịch Vụ

Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sử dụng kỹ thuật lưu lượng MPLS để cung cấp dịch vụ chất lượng cao cho khách hàng, từ đó nâng cao sự cạnh tranh trên thị trường.

V. Kết Luận và Tương Lai Của Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong MPLS

Kỹ thuật lưu lượng trong mạng MPLS đã chứng minh được giá trị của nó trong việc tối ưu hóa mạng và nâng cao chất lượng dịch vụ. Tương lai của công nghệ này hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các công nghệ mới và nhu cầu ngày càng cao về băng thông.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Kỹ Thuật Lưu Lượng

Xu hướng phát triển kỹ thuật lưu lượng trong MPLS sẽ tập trung vào việc cải thiện khả năng mở rộng và bảo mật, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

5.2. Tương Lai Của MPLS Trong Ngành Công Nghệ Thông Tin

MPLS sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghệ thông tin, đặc biệt là trong bối cảnh sự phát triển của các dịch vụ đám mây và Internet of Things (IoT).

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ IP và sự bùng nổ Internet, lưu lượng IP hiện chiếm tỷ trọng lớn nhất trên mạng trục toàn cầu. Theo ước tính, lưu lượng IP ngày càng tăng với tốc độ cao, đòi hỏi các nhà khai thác mạng phải nâng cao hiệu quả quản lý và tối ưu hóa hạ tầng mạng. Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) đã nổi lên như một giải pháp ưu việt, kết hợp tính năng của định tuyến lớp 3 và chuyển mạch lớp 2, nhằm đáp ứng nhu cầu mạng tốc độ cao với chi phí thấp.

Luận văn tập trung nghiên cứu kỹ thuật lưu lượng trong mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS, với mục tiêu phân tích, mô phỏng và đánh giá các phương pháp kỹ thuật lưu lượng nhằm tối ưu hóa hiệu suất mạng, đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) và khả năng phục hồi khi có sự cố. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các khía cạnh lý thuyết về MPLS, các giao thức định tuyến và báo hiệu, kỹ thuật lưu lượng, cũng như mô phỏng thực nghiệm trên phần mềm NS-2. Thời gian nghiên cứu tập trung vào giai đoạn trước năm 2009, với ứng dụng thực tiễn tại các mạng viễn thông Việt Nam.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả vận hành mạng NGN (Next Generation Network), giúp các nhà khai thác mạng phân bổ lưu lượng hợp lý, giảm thiểu tắc nghẽn và tăng cường độ tin cậy của mạng. Các chỉ số hiệu suất như băng thông sử dụng, độ trễ và khả năng khôi phục đường truyền được cải thiện rõ rệt thông qua kỹ thuật lưu lượng MPLS.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Mô hình chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS): MPLS hoạt động như một lớp đệm (shim layer) giữa lớp 2 và lớp 3, sử dụng nhãn có độ dài cố định 20 bit để chuyển tiếp gói dữ liệu qua các đường chuyển mạch nhãn (LSP). MPLS phân tách chức năng định tuyến và chuyển mạch, đẩy tính thông minh ra biên mạng, giúp tăng tốc độ xử lý và khả năng mở rộng mạng.

• Định tuyến ràng buộc (Constrain-based Routing): Đây là phương pháp định tuyến trong MPLS nhằm tối ưu hóa đường đi dựa trên các ràng buộc như băng thông, số chặng, độ trễ. Giải thuật chọn đường ưu tiên các đường có băng thông khả dụng thỏa mãn yêu cầu, đồng thời giảm số chặng đi qua.

• Giao thức phân phối nhãn (Label Distribution Protocol - LDP) và các giao thức mở rộng như CR-LDP, RSVP-TE: Các giao thức này đảm bảo việc phân phối nhãn và thiết lập LSP theo các ràng buộc kỹ thuật lưu lượng, hỗ trợ các cơ chế báo hiệu, dự trữ tài nguyên và khôi phục đường truyền.

• Khái niệm kỹ thuật lưu lượng (Traffic Engineering - TE): TE trong MPLS cho phép phân bổ lưu lượng hợp lý trên mạng, đảm bảo QoS, giảm thiểu tắc nghẽn và tăng khả năng phục hồi khi có sự cố.

Các khái niệm chính bao gồm: FEC (Forwarding Equivalence Class), LSP (Label Switched Path), LFIB (Label Forwarding Information Base), ILM (Incoming Label Map), FTN (FEC-to-NHLFE Map), và các mô hình bảo vệ khôi phục đường như Makam, Haskin, Shortest-Dynamic.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa phân tích lý thuyết và mô phỏng thực nghiệm:

• Nguồn dữ liệu: Tài liệu chuẩn RFC, các nghiên cứu chuyên ngành về MPLS, dữ liệu mô phỏng mạng thực tế và các thuật toán định tuyến, báo hiệu.

• Phương pháp phân tích: Phân tích cấu trúc, chức năng của MPLS, các giao thức định tuyến và báo hiệu, kỹ thuật lưu lượng. Sử dụng các mô hình toán học và thuật toán chọn đường ràng buộc để đánh giá hiệu quả kỹ thuật lưu lượng.

• Mô phỏng: Thực hiện mô phỏng mạng MPLS-TE trên phần mềm NS-2 với cỡ mẫu mạng mô phỏng gồm nhiều nút LSR và LER, mô phỏng các kịch bản định tuyến ràng buộc, lấn chiếm lưu lượng, và khôi phục đường truyền theo các mô hình bảo vệ khác nhau. Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2009, tập trung vào việc xây dựng mô hình, chạy mô phỏng và phân tích kết quả.

Phương pháp chọn mẫu mô phỏng dựa trên các topologies mạng thực tế, lựa chọn các kịch bản lưu lượng đa dạng để đánh giá toàn diện hiệu quả kỹ thuật lưu lượng trong MPLS.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tăng tốc độ chuyển tiếp gói: MPLS cho phép chuyển tiếp gói dựa trên nhãn với tốc độ cao hơn đáng kể so với chuyển tiếp IP truyền thống. Ví dụ, các nút LSR chỉ cần tra cứu nhãn 20 bit trong bảng LFIB một lần để xác định đường đi, giảm thiểu độ trễ xử lý. Mô phỏng cho thấy tốc độ xử lý tăng khoảng 30-40% so với định tuyến IP thông thường.

2. Hiệu quả định tuyến ràng buộc: Qua mô phỏng trên mạng “con cá” với băng thông 1 Mbps trên mỗi liên kết, lưu lượng 600 Kbps được định tuyến qua đường ngắn nhất, lưu lượng 500 Kbps được chuyển sang đường dài hơn để tránh tắc nghẽn, và lưu lượng 200 Kbps tiếp tục sử dụng đường ngắn nhất. Kết quả cho thấy việc sử dụng định tuyến ràng buộc giúp tối ưu hóa sử dụng băng thông, giảm thiểu tắc nghẽn lên đến 25% so với định tuyến không ràng buộc.

3. Khả năng bảo vệ và khôi phục đường: Các mô hình bảo vệ như Makam, Haskin, Shortest-Dynamic được mô phỏng cho thấy khả năng khôi phục lưu lượng nhanh chóng sau sự cố, duy trì băng thông nhận được trên 85% so với trước sự cố. Mô hình Simple-Dynamic cho hiệu quả cân bằng giữa tốc độ khôi phục và độ phức tạp triển khai.

4. Tối ưu hóa phân phối nhãn: Giao thức CR-LDP và RSVP-TE hỗ trợ phân phối nhãn theo yêu cầu và điều khiển tuần tự giúp thiết lập LSP chính xác theo các ràng buộc kỹ thuật lưu lượng, giảm thiểu lỗi và vòng lặp định tuyến. Mô phỏng cho thấy thời gian thiết lập LSP giảm khoảng 20% khi sử dụng CR-LDP so với LDP truyền thống.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các kết quả trên là do MPLS phân tách rõ ràng mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng chuyển tiếp, cho phép các nút mạng xử lý nhanh chóng nhãn thay vì phân tích toàn bộ header IP. Việc áp dụng định tuyến ràng buộc giúp mạng tránh được các đường truyền quá tải, phân bổ lưu lượng hợp lý dựa trên băng thông khả dụng và số chặng đi qua.

So sánh với các nghiên cứu khác, kết quả mô phỏng phù hợp với các báo cáo ngành về hiệu quả của MPLS-TE trong việc nâng cao QoS và khả năng phục hồi mạng. Việc mô phỏng chi tiết các mô hình bảo vệ khôi phục cũng cung cấp cái nhìn thực tiễn về ưu nhược điểm từng phương pháp, hỗ trợ lựa chọn giải pháp phù hợp cho từng môi trường mạng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ thể hiện băng thông sử dụng theo thời gian, tỷ lệ lưu lượng được định tuyến qua các đường khác nhau, và bảng so sánh thời gian khôi phục lưu lượng giữa các mô hình bảo vệ.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE trong mạng NGN: Các nhà khai thác nên áp dụng MPLS-TE để tối ưu hóa phân bổ lưu lượng, giảm thiểu tắc nghẽn và nâng cao chất lượng dịch vụ. Thời gian thực hiện đề xuất trong vòng 12 tháng, ưu tiên các mạng lõi có lưu lượng cao.

2. Sử dụng giao thức CR-LDP hoặc RSVP-TE cho phân phối nhãn: Để đảm bảo thiết lập LSP chính xác và hiệu quả, các mạng nên áp dụng các giao thức này thay vì LDP truyền thống. Chủ thể thực hiện là đội ngũ kỹ thuật mạng, với kế hoạch đào tạo và triển khai trong 6 tháng.

3. Áp dụng các mô hình bảo vệ khôi phục phù hợp: Tùy theo yêu cầu về độ tin cậy và khả năng đầu tư, lựa chọn mô hình bảo vệ như Makam hoặc Simple-Dynamic để đảm bảo khôi phục lưu lượng nhanh chóng khi có sự cố. Thời gian thử nghiệm và đánh giá trong 3-6 tháng.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực quản trị mạng: Cần tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về MPLS và kỹ thuật lưu lượng cho đội ngũ kỹ thuật viên để đảm bảo vận hành và bảo trì hiệu quả. Kế hoạch đào tạo liên tục hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà khai thác mạng viễn thông: Giúp hiểu rõ về kỹ thuật lưu lượng MPLS, tối ưu hóa mạng NGN, nâng cao chất lượng dịch vụ và khả năng phục hồi mạng.

2. Chuyên gia và kỹ sư mạng: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về cấu trúc MPLS, giao thức phân phối nhãn, định tuyến ràng buộc và mô hình bảo vệ khôi phục, hỗ trợ thiết kế và triển khai mạng hiệu quả.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thông tin, Viễn thông: Là tài liệu tham khảo quý giá cho các đề tài nghiên cứu về mạng chuyển mạch nhãn, kỹ thuật lưu lượng và mô phỏng mạng.

4. Các nhà quản lý dự án CNTT: Giúp đánh giá các giải pháp kỹ thuật lưu lượng, lập kế hoạch triển khai và đầu tư hạ tầng mạng phù hợp với yêu cầu kinh doanh.

Câu hỏi thường gặp

1. MPLS là gì và tại sao lại quan trọng trong mạng hiện đại?
   MPLS là công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức, giúp tăng tốc độ chuyển tiếp gói bằng cách sử dụng nhãn thay vì phân tích toàn bộ header IP. Nó quan trọng vì hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng, tối ưu hóa sử dụng băng thông và nâng cao QoS trong mạng tốc độ cao.

2. Kỹ thuật lưu lượng (Traffic Engineering) trong MPLS hoạt động như thế nào?
   Kỹ thuật lưu lượng cho phép định tuyến lưu lượng dựa trên các ràng buộc như băng thông và số chặng, giúp phân bổ lưu lượng hợp lý, tránh tắc nghẽn và tăng khả năng phục hồi mạng khi có sự cố.

3. Giao thức phân phối nhãn LDP và CR-LDP khác nhau ra sao?
   LDP thiết lập LSP không ràng buộc, trong khi CR-LDP mở rộng hỗ trợ định tuyến ràng buộc, kỹ thuật lưu lượng và dự trữ tài nguyên, giúp thiết lập LSP chính xác theo yêu cầu QoS.

4. Các mô hình bảo vệ khôi phục trong MPLS có ưu điểm gì?
   Các mô hình như Makam, Haskin, Shortest-Dynamic giúp khôi phục lưu lượng nhanh chóng khi có sự cố, duy trì băng thông và giảm thiểu gián đoạn dịch vụ, mỗi mô hình có ưu nhược điểm về độ phức tạp và tốc độ khôi phục.

5. Làm thế nào để mô phỏng hiệu quả kỹ thuật lưu lượng MPLS?
   Sử dụng phần mềm mô phỏng mạng như NS-2, xây dựng topologies mạng thực tế, thiết lập các kịch bản lưu lượng đa dạng và áp dụng các giao thức định tuyến, báo hiệu để đánh giá hiệu quả phân phối lưu lượng và khả năng phục hồi.

Kết luận

• MPLS là công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức hiệu quả, hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng và nâng cao tốc độ chuyển tiếp gói trong mạng IP.
• Định tuyến ràng buộc và các giao thức phân phối nhãn như CR-LDP, RSVP-TE giúp thiết lập LSP chính xác, tối ưu hóa sử dụng tài nguyên mạng.
• Các mô hình bảo vệ khôi phục lưu lượng trong MPLS đảm bảo khả năng phục hồi nhanh chóng và duy trì chất lượng dịch vụ khi có sự cố.
• Mô phỏng trên NS-2 chứng minh hiệu quả của kỹ thuật lưu lượng MPLS trong việc phân bổ lưu lượng và khôi phục mạng.
• Đề xuất triển khai kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE trong mạng NGN, kết hợp đào tạo và nâng cao năng lực quản trị mạng để đáp ứng nhu cầu phát triển hạ tầng mạng hiện đại.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu và kỹ thuật viên nên tập trung vào việc triển khai thực tế các giải pháp MPLS-TE, đồng thời mở rộng nghiên cứu về các giao thức mới và mô hình bảo vệ nâng cao nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của mạng viễn thông hiện đại. Hãy bắt đầu áp dụng kỹ thuật lưu lượng MPLS để nâng cao hiệu quả mạng của bạn ngay hôm nay!

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng các dịch vụ IP và sự bùng nổ Internet đã dẫn đến một loạt thay đổi trong nhận thức kinh doanh của các nhà khai thác. Lưu lượng lớn nhất hiện nay trên mạng trục là lưu lượng IP. Giao thức IP thống trị toàn bộ các giao thức lớp mạng, hệ quả là tất cả các xu hướng phát triển công nghệ lớp dưới đều hỗ trợ cho IP. Nhu cầu thị trường cấp bách cho mạng tốc độ cao với chi phí thấp là cơ sở cho một loạt các công nghệ mới ra đời, trong đó có MPLS.

Công nghệ MPLS đã chứng minh được tính ứng dụng thực tiễn các tính năng vượt trội của nó so với các công nghệ chuyển mạch truyền thống khác như ATM. Tập đoàn BCVT Việt Nam đã lựa chọn IP/MPLS làm công nghệ cho lớp chuyển tải mạng NGN đang triển khai trên phạm vi toàn quốc. Một trong những ưu điểm lớn nhất của MPLS là ở khả năng thực hiện kỹ thuật lưu lượng. Đây cũng là đối tượng nghiên cứu chính của học viên khi thực hiện luận văn này.

Luận văn được tổ chức thành 4 chương với các nội dung chính như sau: Chƣơng 1 - Chuyển mạch nhãn đa giao thức : Giới thiệu tổng quan công nghệ MPLS, các khái niệm cơ bản, kiến trúc chức năng và cơ chế hoạt động của MPLS. Chƣơng 2 - Định tuyến và báo hiệu MPLS : Trình bày các kỹ thuật định tuyến được hỗ trợ bởi MPLS, các chế độ báo hiệu và một số giao thức báo hiệu phân phối nhãn của MPLS. Chƣơng 3 - Kỹ thuật lƣu lƣợng trong MPLS : Trình bày các khái niệm và mục tiêu của kỹ thuật lưu lượng, khả năng và các cơ chế thực hiện kỹ thuật lưu lượng của MPLS. Nội dung tập trung vào vấn đề ánh xạ lưu lượng lên topology vật lý, tức là tính toán đường đi tốt nhất qua mạng của lưu lượng sao cho mạng hoạt động hiệu quả và tin cậy.

Các vấn đề bảo vệ khôi phục đường - một trong những nhiệm vụ của kỹ thuật lưu lượng cũng được trình bày trong chương này. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Trang-14- Chƣơng 4 - Mô phỏng MPLS-TE và đánh giá : Học viên báo cáo kết quả thực hiện mô phỏng MPLS-TE trên máy tính với phần mềm NS-2 để làm rõ cơ chế thực hiện kỹ thuật lưu lượng của MPLS. Các mô hình bảo vệ khôi phục lưu lượng của MPLS cũng được mô phỏng trong phần này. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Trang-15- Chƣơng 1: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS 1.1 Tổng quan MPLS là viết tắt của “Multi-Protocol Label Switching”.

Thuật ngữ multi- protocol để nhấn mạnh rằng công nghệ này áp dụng được cho tất cả các giao thức lớp mạng chứ không chỉ riêng có IP. MPLS cũng hoạt động tốt trên bất kỳ các giao thức lớp liên kết. Đây là một công nghệ lai kết hợp những đặc tính tốt nhất của định tuyến lớp 3 (Layer 3 routing) và chuyển mạch lớp 2 (Layer 2 switching).1 Tính thông minh phân tán Trong mạng chuyển mạch kênh, tính thông minh chủ yếu tập trung ở mạng lõi (core). Tất cả những thiết bị thông minh nhất đều đặt trong mạng lõi như các tổng đài chuyển tiếp hay các trung tâm chuyển mạch di động MSC… Các thiết bị kém thông minh hơn thì đặt ở mạng biên (edge), ví dụ như các tổng đài nội hạt, truy nhập… Trong mạng gói IP, tính thông minh gần như chia đều cho các thiết bị trong mạng.

Tất cả các router đều phải làm hai nhiệm vụ là định tuyến và chuyển mạch. Đây là ưu điểm nhưng cũng là nhược điểm của IP. Quan điểm của MPLS là tính thông minh càng đưa ra biên thì mạng càng hoạt động tốt. Lý do là những thành phần ở mạng lõi phải chịu tải rất cao.

Thành phần mạng lõi nên có độ thông minh thấp và năng lực chuyển tải cao. MPLS phân tách hai chức năng định tuyến và chuyển mạch: Các router ở biên thực hiện định tuyến và gắn nhãn (label) cho gói. Còn các router ở mạng lõi chỉ tập trung làm nhiệm vụ chuyển tiếp gói với tốc độ cao dựa vào nhãn. Tính thông minh được đẩy ra ngoài biên là một trong những ưu điểm lớn nhất của MPLS[1].

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 MPLS và mô hình tham chiếu OSI Hình 1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI MPLS được xem như là một công nghệ lớp đệm (shim layer), nó nằm trên lớp 2 nhưng dưới lớp 3, vì vậy đôi khi người ta còn gọi nó là lớp 2,5. Hình 2: So sánh giữa chuyển tiếp IP và chuyển tiếp MPLS Nguyên lý của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được gắn nhãn (label) và chuyển tiếp theo một đường dẫn LSP (Label Switched Path). Các router trên đường dẫn chỉ căn cứ vào nội dung của nhãn để thực hiện quyết định chuyển tiếp gói mà không cần phải kiểm tra header IP[1]. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS 1.1 Miền MPLS (MPLS domain) RFC 3031 mô tả miền MPLS là “một tập hợp các nút mạng thực hiện hoạt động định tuyến và chuyển tiếp MPLS”.

Một miền MPLS thường được quản lý và điều khiển bởi một nhà quản trị[6]. Hình 3: Miền MPLS Miền MPLS được chia thành 2 phần: phần mạng lõi (core) và phần mạng biên (edge). Các nút thuộc miền MPLS được gọi là router chuyển mạch nhãn LSR (Label Switch Router). Các nút ở phần mạng lõi được gọi là transit-LSR hay core-LSR (thường được gọi tắt là LSR).

Các nút ở biên được gọi là router biên nhãn LER (Label Edge Router). Nếu một LER là nút đầu tiên trên đường đi của một gói xuyên qua miền MPLS thì nó được gọi là LER lối vào (ingress-LER), còn nếu là nút cuối cùng thì nó được gọi là LER lối ra (egress-LER). Lưu ý là các thuật ngữ này được áp dụng tùy theo chiều của luồng lưu lượng trong mạng, do vậy một LER có thể là ingress-LER vừa là egress-LER tuỳ theo các luồng lưu lượng đang xét. Hình 4: Upstream và downstream LSR LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Trang-18- Thuật ngữ upstream-LSR và downstream-LSR cũng được dùng, phụ thuộc vào chiều của luồng lưu lượng như chỉ ra trên hình 4.

Các tài liệu MPLS thường dùng ký hiệu Ru để biểu thị cho upstream-LSR và dùng ký hiệu Rd để biểu thị cho downstream-LSR.2 Lớp chuyển tiếp tƣơng đƣơng (FEC) Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class) là một tập hợp các gói được đối xử như nhau bởi một LSR. Như vậy, FEC là một nhóm các gói IP được chuyển tiếp trên cùng một đường chuyển mạch nhãn LSP, được đối xử theo cùng một cách thức và có thể ánh xạ vào một nhãn bởi một LSR cho dù chúng có thể khác nhau về thông tin header lớp mạng. Hình 5 dưới đây cho thấy cách xử lý này[1]. Hình 5: Lớp chuyển tiếp tương đương trong MPLS 1.3 Nhãn và chồng nhãn RFC 3031 định nghĩa nhãn là “một bộ nhận dạng có độ dài ngắn và cố định, mang ý nghĩa cục bộ dùng để nhận biết một FEC”.

Nhãn được “dán” lên một gói để báo cho LSR biết gói này cần đi đâu. Phần nội dung nhãn có độ dài 20 bit không cấu trúc, như vậy số giá trị nhãn có thể có là 220 (hơn một triệu giá trị). Giá trị nhãn định nghĩa chỉ mục (index) để dùng trong bảng chuyển tiếp[6]. Một gói lại có thể được “dán chồng” nhiều nhãn, các nhãn này chứa trong một nơi gọi là chồng nhãn (label stack).

Chồng nhãn là một tập hợp gồm LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Trang-19- một hoặc nhiều chỉ mục nhãn tổ chức theo nguyên tắc vào sau ra trước (LIFO). Tại mỗi chặng trong mạng chỉ xử lý nhãn hiện hành trên đỉnh chồng nhãn. Chính nhãn này sẽ được LSR sử dụng để chuyển tiếp gói. Hình 6: Chồng nhãn Nếu gói tin chưa có nhãn thì chồng nhãn là rỗng(độ sâu của chồng nhãn bằng 0).

Nếu chồng nhãn có chiều sâu là d thì mức 1 sẽ ở đáy của chồng nhãn (bit S trong mục nhập nhãn đặt lên 1) và mức d sẽ ở đỉnh của chồng nhãn. Một mục nhập nhãn có thể được đặt thêm vào (push) hoặc lấy ra (pop) khỏi chồng nhãn.4 Hoán đổi nhãn (Label Swapping) Hoán đổi nhãn là cách dùng các thủ tục để chuyển tiếp gói. Để chuyển tiếp gói có nhãn, LSR kiểm tra nhãn trên đỉnh chồng nhãn và dùng ánh xạ ILM (Incoming Label Map) để ánh xạ nhãn này tới một mục nhập chuyển tiếp nhãn NHLFE. Sử dụng thông tin trong NHLFE, LSR xác định ra nơi để chuyển tiếp gói và thực hiện một tác vụ trên chồng nhãn.

Rồi nó mã hóa chồng nhãn mới vào gói và chuyển gói đi. Chuyển tiếp gói chưa có nhãn cũng tương tự nhưng xảy ra ở ingress-LER. LER phải phân tích header lớp mạng để xác định FEC rồi sử dụng ánh xạ FTN (FEC-to-NHLFE) để ánh xạ FEC vào một NHLFE[1].5 Đƣờng chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path) Đường chuyển mạch nhãn LSP là một đường nối giữa router lối vào và router lối ra, được thiết lập bởi các nút MPLS để chuyển các gói đi xuyên qua mạng. Đường dẫn của một LSP qua mạng được định nghĩa bởi sự chuyển đổi LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Trang-20- các giá trị nhãn ở các LSR dọc theo LSP bằng cách dùng thủ tục hoán đổi nhãn.

Khái niệm LSP tương tự như khái niệm mạch ảo (VC) trong ATM. Hình 7: Đường chuyển mạch nhãn LSP Kiến trúc MPLS cho phép phân cấp các LSP, tương tự như ATM sử dụng VPI và VCI để tạo ra phân cấp kênh ảo (VC) nằm trong đường ảo (VP). Tuy nhiên ATM chỉ có thể hỗ trợ 2 mức phân cấp, trong khi với MPLS thì số mức phân cấp cho phép rất lớn nhờ khả năng chứa được nhiều mục nhập nhãn trong chồng nhãn. Về lý thuyết, giới hạn số lượng nhãn trong chồng nhãn phụ thuộc giá trị MTU (Maximum Transfer Unit) của các giao thức lớp liên kết được dùng dọc theo một LSP[1].

Hình 8: Phân cấp LSP trong MPLS LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.6 Chuyển gói qua miền MPLS Sau đây là một ví dụ đơn giản minh họa quá trình truyền gói IP đi qua miền MPLS. Gói tin IP khi đi từ ngoài mạng vào trong miền MPLS được router A đóng vai trò là một ingress-LER sẽ gán nhãn có giá trị là 6 cho gói IP rồi chuyển tiếp đến router B. Router B dựa vào bảng hoán đổi nhãn để kiểm tra nhãn của gói tin. Nó thay giá trị nhãn mới là 3 và chuyển tiếp đến router C.

Tại C, việc kiểm tra cũng tương tự như ở B và sẽ hoán đổi nhãn, gán cho gói tin một nhãn mới là 9 và tiếp tục được đưa đến router D.