Chương 1 : Giới Thiệu Về Công Nghệ MPLS 1.1 Cở sở cho sự ra đời của công nghệ MPLS 1.1 Hạn chế về mở rộng mạng lưới Ngày nay với việc bùng nổ các dịch vụ giá trị gia tăng hứa hẹn một tương lai phát triển mạnh mẽ cho hệ thống mạng với các dịch vụ thời gian thực, băng thông rộng như VoIP, MPEG, Video conferencing hay các dịch vụ liên quan đến tính kinh tế, bảo mật, chất lượng dịch vụ cao như mạng riêng ảo VNP. Nhìn lại hệ thống mạng Internet hoàn toàn là mạng công cộng, độ an toàn và mức đáp ứng dịch vụ chưa cao. Nhiều giải pháp nhằm giải quyết các vấn đề trong mạng Internet như IntServ, DiffServ nhưng chưa giải quyết hoàn chỉnh về khả năng mở rộng, chất lượng dịch vụ đầu cuối đến đầu cuối, băng thông thấp…. Sự ra đời mạng backbone với Frame Relay, ATM đã nâng cao tốc độ mạng Wan, giải quyết phần nào về băng thông, chất lượng dịch vụ.
Môt hình mạng backbone phát triển lúc này là “ IP over ATM”, tức là sự kết hợp giữa khả năng định tuyến linh hoạt của IP với sự đảm bảo về tốc độ và chất lượng dịch vụ của ATM. Nhưng khi một loạt các dịch vụ mới ra đời đòi hỏi sự linh hoạt, khả năng mở rộng cao, dễ dàng đem lại lợi nhuận đã khiến cho mô hình đó không còn thoả mãn nữa.2 Nhược điểm của công nghệ định tuyến IP: Các giao thức định tuyến chủ đạo trong mạng IP được sử dụng để phân phối và trao đổi thông tin định tuyến lớp 3. Định tuyến theo IP lớp 3 không tin cậy dễ xẩy ra tình trạng mất gói. Khi gói tin qua các thiết bị định tuyến và chuyển mạch như Router và Switch, các thiết bị này thường phải tra bảng định tuyến và bảng Cam (bảng lưu địa chỉ Mac) để tìm thông tin.
Nếu như số lượng các phiên kết nối mạng tăng lên, các gói tin cần xử lý tăng lên dẫn đến việc bộ định tuyến phải tra cứu thông tin nhiều sẽ gây ra độ trễ. Do việc định tuyến và tìm đường đi dựa trên địa chỉ IP đích nên khả năng phân loại để quản lý chất lượng dịch vụ rất khó khăn. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.1 Update thông tin và tìm đuờng theo IP 1.13 Nhược điểm của công nghệ ATM Các layer 2 path (ví dụ virtual circuit) phải được cấu hình bằng tay trên các thiết bị chuyển mạch. Các thiết bị lớp 2 không có khả năng định tuyến và tìm đường như thiết bị lớp 3, do đó đường đi sẽ không tối ưu.
Công nghệ ATM chuyển mạch thời gian thực không thích hợp với các dịch vụ yêu cầu thời gian trễ nhỏ như VoIP, video. Dễ xảy ra tắc nghẽn khi lưu lượng tăng ( số kết nối đến mạng tăng vọt do đó bị hạn chế về mở rộng mạng lưới). Giá thành của các thiết bị ATM cao. Việc quản lý chất lượng dựa trên ATM có nhược điểm là dùng hệ thống phần mềm rất phức tạp để giải quyết vấn đề thiết lập luồng.2 Chuyển mạch IP over ATM TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.14 MPLS: sự kết hợp thành công 2 công nghệ IP và ATM Với những hạn chế của công nghê IP truyền thống và các công nghệ chuyển mạch nhanh như ATM.
Công nghệ MPLS đã ra đời với sự kết hợp 2 công nghệ IP và ATM đã thoả mãn được các yêu cầu của mạng lưới và mang lại những lợi ích thiết thực, đánh dấu một bước phát triển mới của mạng Internet trước xu thế tích hợp công nghệ thông tin và viễn thông (ICT - Information Communication Technology) trong thời kỳ mới.2 Công nghệ MPLS 1.1 Khái niệm về MPLS MPLS (viết tắt của Multiprotocol Label Switching) – chuyển mạch nhãn đa giao thức. MPLS là công nghệ được Internet Engineering Task Force (IETF) xây dựng và phát triển để giải quyết các vấn đề khó khăn đang gặp phải trong hệ thống mạng hiện nay. Trong mạng sử dụng công nghệ MPLS, các gói tin sẽ được gán thêm 1 nhãn. Dựa vào các nhãn được gán này, các gói tin sẽ được truyền đi trong mạng với tốc độ chuyển mạch cao, cùng với khả năng điều khiển theo các chính sách mong muốn.2 Sự phát triển của MPLS Hình 1.3 : Sự phát triển của công nghệ MPLS Năm 1996: Tổ chức Ipsilon đưa ra công nghệ chuyển mạch IP Switching đã phát triển mạnh mẽ trong những năm trước, tuy nhiên sự thiếu sót trong việc hỗ trợ QoS là 1 hạn chế ngăn chặn sự phát triển của nó.
Năm 1997: Cisco đã đưa ra công nghệ Tag Switching. Đây là tiền thân của MPLS. Cisco sau đó đã đề xuất lên IETF để tiêu chuẩn hóa và phát triển hơn nữa công nghệ này. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 10 Từ 1997-2001: Các kỹ thuật trong công nghệ MPLS ngày càng hoàn thiện và phát triển mạnh mẽ.3 Mô hình cấu trúc mạng MPLS LSR biên LSR lõi Hình 1.4 Mô hình mạng core của MPLS 1.4 Đặc điểm của MPLS - Không có MPLS API, cũng không có thành phần giao thức phía host - MPLS là giao thức độc lập nên có thể hoạt động cùng với giao thức khác IP như IPX, ATM, Frame Relay… - MPLS giúp đơn giản hoá quá trình định tuyến và làm tăng tính linh động của các tầng trung gian.
MPLS là một công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp ba và chuyển mạch lớp hai cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi (core) và định tuyến tốt ở mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn (label). MPLS là một phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng các nhãn được gắn với mỗi gói IP, tế bào ATM, hoặc frame lớp hai. Phương pháp chuyển mạch nhãn giúp các Router và MPLS- enable ATM switch ra quyết định theo nội dung nhãn tốt hơn việc định tuyến phức tạp theo địa chỉ IP đích. MPLS kết nối tính thực thi và khả năng chuyển mạch lớp hai với định tuyến lớp ba cho phép các ISP cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau mà không cần phải bỏ đi cơ sở hạ tầng sẵn có.
Cấu trúc MPLS có tính mềm dẻo trong bất kỳ sự phối hợp với công nghệ lớp hai. MPLS hỗ trợ mọi giao thức lớp hai, triển khai hiệu quả các dịch cụ IP trên một TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 11 mạng chuyển mạch IP. MPLS hỗ trợ việc tạo ra các tuyến khác nhau giữa nguồn và đích trên một đường trục Internet. Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến trúc mạng, Các ISP có thể giảm chi phí, tăng lợi nhuận, cung cấp nhiều hiệu quả khác nhau và đạt được hiệu quả cạnh tranh cao.3 Các khái niệm trong MPLS 1.1 Kiến trúc của MPLS 1.1 Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong mạng IP Hình 1.5 mô tả mối quan hệ giữa mặt phẳng điều khiển IP và mặt phẳng dữ liệu IP.
Đối với các giao thức internet, các ví dụ của mặt phẳng điều khiển là các giao thức định tuyến như OSPF, IS-IS, BGP. Nó cho phép IP chuyển tiếp lưu lượng một cách chính xác. Các bản tin điều khiển được trao đổi giữa các router để thực hiện nhiều hoạt động khác nhau bao gồm: - Trao đổi các bản tin giữa các nút để thiết lập tuyến liên kết. - Trao đổi các bản tin theo chu kỳ ( bản tin hello) để chắc rằng các nút gần kề hoạt động tốt.
- Trao đổi các bản tin quảng cáo ( advertisement) về địa chỉ và tuyến để xây dựng các bảng định tuyến được sử dụng bới IP để chuyển tiếp lưu lượng.5: Mặt phẳng điều khiển và dữ liệu IP TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.2 Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong mạng MPLS MPLS cũng hoạt động với các mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu, như mô tả ở hình 1. Nhiệm vụ chính của mặt phẳng điều khiển là quảng cáo các nhãn, địa chỉ và liên kết chúng. Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn là một router được cấu hình để hỗ trợ MPLS. Nó dùng cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn ( Label forwarding information base LFIB) để xác định cách xử lí các gói MPLS đến các nút và chuyển tiếp chúng đi.6: Mặt phẳng điều khiển và dữ liệu MPLS.
Các bản tin điều khiển được trao đổi giữa các LSR để thực hiện nhiều hoạt động khác nhau bao gồm thiết lập liên kết. Sau khi hoạt động này hoàn thành, các nút được gọi là các LSR ngang hàng ( peer), trao đổi các bản tin chu kì ( bản tin hello ) để chắc rằng các nút gần kề hoạt động tốt, trao đổi các bản tin địa chỉ và nhãn để liên kết các địa chỉ với nhãn và xây dựng bảng chuyển tiếp cho mặt phẳng dữ liệu MPLS. Mặt phẳng dữ liệu MPLS sẽ chuyển tiếp lưu lượng bằng cách kiểm tra nhãn trong tiêu đề gói MPLS, địa chỉ IP không cần kiểm tra. Tiêu đề nhãn sau đó bị bỏ đi, và địa chỉ IP lại được dùng để phân phối lưu lượng đến người dùng cuối.
Các thành phần của Control Plane Trao đổi thông tin định tuyến : Control Plane sử dụng nhiều giao thức để trao đổi thông tin định tuyến lớp 3 như OSPF, IS-IS, EIGRP, BGP. Nhờ các giao thức này, các thiết bị có được thông tin để có thể đến tất cả các mạng một cách chính xác, và hội tụ nhanh khi mạng có sự thay đổi. Trao đổi thông tin về nhãn : Control Plane sử dụng 2 giao thức để trao đổi thông tin về nhãn giữa các thi ết bị như LDP (Label Distribution Protocol), TDP (Tagswitching TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 13 Distribution Protocol). Các giao thức này tạo ra bảng LIB (Label Information Base) chứa thông tin về các nhãn mà thiết bị cần biết.
Bảng 1 : Bảng Cơ sở thông tin nhãn LIB ( Label Distribution Base) Network LSR Label X.Y B T Bảng LIB chứa thông tin về các nhãn ứng với các mạng. Các nhãn này có thể do chính router tự gán, hoặc do các router lân cận khác gán và thông báo cho router biết.7: Cấu trúc của LSR ( Label Switch Router) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.8: Cấu trúc của LER ( Edge Label Switching Router) Các thành phần của Data Plane: Thông tin có được từ bảng định tuyến (Routing table) và bảng LIB (Label Information Base) được sử dụng để tạo ra bảng FIB (Forwarding Information Base) và bảng LFIB (Label Forwarding Information Base). Bảng FIB được sử dụng bởi các PE router (router nằm ở biên) để thực hiện việc gán nhãn cho các gói tin IP nhận được từ mạng khách hàng, nó chứa thông tin tương ứng giữa địa chỉ đích và nhãn sẽ gán Bảng 2: Cơ sở thông tin chuyển tiếp FIB ( Forwarding Information Base): Network Next hop Label X.X Y Z • Như trong bảng FIB trên, khi router biên nh ận được 1 gói tin muốn truyền tới địa chỉ đích thuộc mạng X.