Chương 1. Giới thiệu tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS): Trình bày tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS, kiến trúc mạng MPLS, các thành phần chính, các giao thức và hoạt động của MPLS. Khôi phục lỗi đảm bảo QoS trong MPLS: Trong phát triển của MPLS, có một vấn đề là lỗi. Với một mạng bất kì đều phải có các phƣơng pháp để phát hiện và sửa lỗi.
Và trong chƣơng này, tôi sẽ giới thiệu về phát hiện lỗi và cơ chế phục hồi sau đó sẽ tập trung để minh họa cho cơ chế này trong mô LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 17 hình của Haskin. Mô hình này giải quyết vấn đề giảm các gói tin mất mát và lỗi thứ tự gói tin khi có lỗi xảy ra trong mạng. Nghiên cứu áp dụng MPLS trong thiết kế mạng MAN-E tại VNPT Hải Dƣơng và mô phỏng. Cuối cùng, để có đƣợc bản luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, tới các thầy cô giáo Khoa Điện tử - Viễn thông, Ban Giám hiệu Trƣờng Đại Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà nội đã hết sức tạo điều kiện, động viên và truyền thụ các kiến thức bổ ích.
Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo - T.S Nguyễn Quốc Tuấn và các thầy cô trong tổ bộ môn Hệ thống - Viễn thông đã tận tình giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành tốt bài luận văn này. Do còn hạn chế về thời gian và điều kiện kỹ thuật hiện có, luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận đƣợc sự đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn để nghiên cứu đƣợc hoàn chỉnh hơn. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 18 CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS) 1.
Giới thiệu MPLS Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS - Multiple Protocol Lable Switching) những năm gần đây đã và đang đƣợc triển khai ngày càng qui mô và rộng lớn trên nhiều quốc gia. Nó trở thành công nghệ phổ biến sử dụng việc gắn nhãn vào các gói dữ liệu để chuyển tiếp chúng qua mạng. Vậy MPLS là gì và dựa trên những lợi ích to lớn nào mà nó có thể dần dần thay thế các công nghệ cũ trƣớc đó? MPLS nói chung là một công nghệ chuyển mạch không dựa vào IP mà dựa vào một khái niệm mới gọi là nhãn (label). Nhãn đƣợc thêm vào gói IP và đƣợc quảng bá đi giữa các router để hình thành nên các ánh xạ giữa nhãn và địa chỉ IP.
Lúc này, việc chuyển mạch các gói tin sẽ không cần thực hiện việc tra cứu vào bảng định tuyến IP tức dựa trên địa chỉ đích nữa mà hoàn toàn dựa vào bảng ánh xạ nhãn. Đây không phải là một kỹ thuật xa lạ khi mà Frame Relay và ATM đã áp dụng nó để vận chuyển frame hoặc cell. Ở mỗi hop trong network, giá trị có thể hiểu là nhãn nhƣ là DLCI hay VPI/VCI sẽ bị thay đổi bởi 1 giá trị nhãn khác và điều này làm nó khác với cách chuyển mạch IP truyền thống khi địa chỉ đích ở mỗi next hop luôn đƣợc duy trì không đổi. Vậy tại sao phải sử dụng MPLS? Trƣớc MPLS, ATM và Frame Relay đóng vai trò là những công nghệ WAN chủ chốt, cung cấp các kết nối và đƣờng truyền riêng cho các dịch vụ lớp 2 với sự riêng tƣ và ảo hóa cao, đồng thời hỗ trợ luôn các dịch vụ lớp 3 gọi là các overlay network.
Tuy nhiên, để có thể làm đƣợc điều đó, nhà cung cấp dịch vụ phải xây dựng những hạ tầng riêng cho từng loại lớp dịch vụ và điều này làm tiêu tốn không ít chi phí. Ở Việt Nam, hầu hết các mạng WAN đều sử dụng dịch vụ leased line (đƣờng truyền có độ tin cậy cao) thông qua các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông với lối hoạt động theo giao thức định tuyến IP truyền thống khiến cho giá thành trở nên đắt đỏ và chất lƣợng dịch vụ kém do các router thƣờng xuyên bị quá tải dẫn đến việc mất lƣu lƣợng hay mất kết nối. Nhƣng khi triển khai MPLS và dịch vụ điển hình của nó là MPLS VPN, các nhƣợc điểm kể trên hoàn toàn có thể đƣợc khắc phục. 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 mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn (label).
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 19 MPLS là một phƣơng pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng cách gắn nhãn vào mỗi gói IP, tế bào ATM, hoặc Frame Relay lớp hai. ATM quyết định theo nội dung nhãn tốt hơn việc định tuyến phức tạp theo địa chỉ IP đích. MPLS 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 nào.
MPLS hỗ trợ mọi giao thức lớp hai, triển khai hiệu quả các dịch vụ IP trên một mạng chuyển mạch IP. MPLS hỗ trợ việc tạo ra các tuyến khác nhau giữa nguồn và đích trên một đƣờng trục Internet. Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến trúc mạng, các ISP có thể giảm chi phí, tăng lợi nhuận và đạt đƣợc hiệu quả cạnh tranh cao.1 Đặc điểm và phương thức hoạt động MPLS 1.1 Đặc điểm của MPLS [2] - Không có MPLS API, cũng không có thành phần giao thức phía host; - MPLS chỉ nằm trên các router; - MPLS là giao thức độc lập nên có thể hoạt động cùng với giao thức khác IP nhƣ IPX, ATM, Frame Relay; - MPLS giúp đơn giản hoá quá trình định tuyến và làm tăng tính linh động của các tầng trung gian.2 Phương thức hoạt động của MPLS Thay thế cơ chế định tuyến lớp ba bằng cơ chế chuyển mạch lớp hai. MPLS hoạt động trong lõi của mạng IP.
Các router trong lõi phải có khả năng giao tiếp trên từng MPLS. Nhãn đƣợc gắn thêm vào gói IP khi gói đi vào mạng MPLS. Nhãn đƣợc tách ra khi gói ra khỏi mạng MPLS. Nhãn (Label) đƣợc chèn vào giữa header lớp ba và header lớp hai.
Sử dụng nhãn trong quá trình gửi gói sau khi đã thiết lập đƣờng đi. MPLS tập trung vào quá trình hoán đổi nhãn (Label Swapping). Một trong những thế mạnh của kiến trúc MPLS là tự định nghĩa chồng nhãn (Label Stack). Kỹ thuật chuyển mạch nhãn không phải là kỹ thuật mới.
Frame relay và ATM cũng sử dụng công nghệ này để chuyển các khung (frame) hoặc các cell qua mạng. Trong Frame relay, các khung có độ dài bất kỳ, đối với ATM độ dài của cell là cố định bao gồm phần mào đầu 5 byte và tải tin là 48 byte [2]. Phần mào đầu của cell ATM và khung của Frame Relay tham chiếu tới các kênh ảo mà cell hoặc khung này nằm trên đó. Sự tƣơng quan giữa Frame relay và ATM là tại mỗi bƣớc nhảy qua mạng, giá trị “nhãn” trong phần mào LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 20 đầu bị thay đổi.
Đây chính là sự khác nhau trong chuyển tiếp của gói IP. Khi một route chuyển tiếp một gói IP, nó sẽ không thay đổi giá trị mà gắn liền với đích đến của gói; hay nói cách khác nó không thay đổi địa chỉ IP đích của gói.2 Lợi ích của MPLS Những lợi ích này bao gồm [2]: + Làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu nhƣ IP, ATM….; + Tƣơng thích với hầu hết các giao thức định tuyến và các công nghệ khác liên quan đến Internet; + Hoạt động độc lập với các giao thức định tuyến (routing protocol); + Tìm đƣờng đi linh hoạt dựa vào nhãn (label) cho trƣớc; + Hỗ trợ việc cấu hình quản trị và bảo trì hệ thống (OAM); + Có thể hoạt động trong một mạng phân cấp; + Có tính tƣơng thích cao. Hợp nhất hạ tầng Với MPLS, ý tƣởng là gán nhãn cho gói đi vào mạng dựa trên địa chỉ đích của nó hoặc tiêu chuẩn trƣớc cấu hình khác và chuyển mạch tất cả lƣu lƣợng qua hạ tầng chung. Đây là một ƣu điểm vƣợt trội của MPLS.
Một trong những lý do mà IP trở thành giao thức duy nhất ảnh hƣởng lớn tới mạng trên toàn thế giới là bởi vì rất nhiều kỹ thuật có thể đƣợc chuyển qua nó. Không chỉ là dữ liệu (số liệu) chuyển qua IP mà còn cả thoại. Bằng việc sử dụng MPLS với IP, ta có thể mở rộng khả năng truyền loại dữ liệu. Việc gắn nhãn vào gói cho phép ta mang nhiều giao thức khác hơn là chỉ có IP qua mạng trục IP lớp 3 MPLS-enabled, tƣơng tự với những khả năng thực hiện đƣợc với mạng Frame Relay hoặc ATM lớp 2.
MPLS có thể truyền IPv4, IPv6, Ethernet, điều khiển kết nối dữ liệu tốc độ cao (HDLC), PPP, và những kỹ thuật lớp 2 khác. Chức năng mà tại đó bất kỳ khung lớp 2 đƣợc mang qua mạng đƣờng trục MPLS đƣợc gọi là Any Transport over MPLS (AToM). Những bộ định tuyến đang chuyển lƣu lƣợng AToM không cần thiết phải biết tải MPLS; nó chỉ cần có khả năng chuyển mạch lƣu lƣợng đƣợc dán nhãn bằng việc tìm kiếm nhãn trên đầu của tải. Về bản chất, chuyển mạch nhãn MPLS là một công thức đơn giản của chuyển mạch đa giao thức trong một mạng.
Ta cần phải có bảng chuyển tiếp bao gồm các nhãn đến để trao đổi với nhãn ra và bƣớc tiếp theo. Tóm lại, AToM cho phép nhà cung cấp dịch vụ cung cấp dịch vụ ở cùng lớp 2 tới khách hàng nhƣ bất kỳ mạng khác. Tại cùng một thời điểm, nhà cung LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 21 cấp dịch vụ chỉ cần một hạ tầng mạng đơn để có thể mang tất cả các loại lƣu lƣợng của khách hàng.2 Kiến trúc mạng MPLS Để hiểu thêm về kiến trúc mạng MPLS, trƣớc hết chúng ta xét một số chức năng của các lớp trong mô hình MPLS.1 Lớp vật lý Đây là tầng thấp nhất trong mô hình OSI, nó liên quan đến việc truyền các dòng bit không có cấu trúc qua liên kết vật lý đảm bảo một cách tin cậy. Tầng vật lý định nghĩa các quy cách về điện, cơ, thủ tục và các đặc tả chức năng để kích hoạt, duy trì và kết thúc một liên kết vật lý giữa các hệ thống đầu cuối.
Các đặc trƣng nhƣ mức điện áp, định thời, thay đổi điện áp, tốc độ chuyển dữ liệu vật lý, cự ly truyền tối đa, các đầu nối vật lý và những thuộc tính tƣơng tự khác đều đƣợc định nghĩa bởi các đặc tả tầng vật lý.