BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HOC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Nguyễn Hoàng Nhật TRAFFIC ENGINEERING VỚI MPLS KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MẠNG VÀ TRUYỀN THÔNG Nha Trang, tháng 6/2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HOC NHA TRANG KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Nguyễn Hoàng Nhật TRAFFIC ENGINEERING VỚI MPLS KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MẠNG VÀ TRUYỀN THÔNG Cán bộ hướng dẫn: TH.S PHẠM VĂN NAM Nha Trang, tháng 6/2011 NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………….………………………………………………………………………………… ………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………….………………………………………………………………………………… ………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………….………………………………………………………………………………… ………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………….………………………………………………………………………………… ………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………….………………………………………………………………………………… ………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………….………………………………………………………………………………… ………………………………………………… ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU 9 Chương I: Tổng quan về các mạng IP 11 I.1. Chuyển tiếp IP và hạn chế của nó 11 I.2. Khái quát giao thức định tuyến IP 13 I.3. Phân loại định tuyến IP 14 I.4. Các thuật toán định tuyến động 15 Chương II: Tìm hiểu về MPLS 19 II.1. Giới thiệu về giao thức định tuyến MPLS 19 II.2. Lợi ích của công nghệ MPLS 19 II.3. Ưu điểm của MPLS so với mạng ATM 20 II.4. Kiến trúc của giao thức MPLS 25 II.4.1. Nhãn 25 II.4.2. Nhãn xếp chồng 25 II.4.4. Đường chuyển mạch nhãn - Label Switch Path(LSP) 27 II.4.5. Lớp chuyển tiếp tương đương - Forwarding Equivalence Class (FEC) 28 II.4.6. Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn - Label Switching Forwarding Table (LSFT) 28 II.4.7. Bảng cơ sở dữ liệu nhãn - Label Information Base (LIB) và Cơ sở dữ liệu nhãn chuyển tiếp – Label Forwarding Information Base (LFIB) 28 II.4.8. MPLS Payload 29 II.4.9. Không gian nhãn MPLS – MPLS Label Space 30 II.5. Các hoạt động của MPLS 30 II.5.1. Cách thức hoạt động của MPLS 30 II.5.2. Phân phối nhãn 32 II.5.3. Kỹ thuật chuyển mạch CEF của Cisco 35 II.6. Giới thiệu các ứng dụng của MPLS 37 II.6.1. VPN MPLS 37 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỤC LỤC II.6.1.1. Giới thiệu 37 II.6.1.2. Cách thức hoạt động của MPLS VPN 38 II.6.1.3. Ưu điểm của MPLS VPN 40 II.6.2. IP v6 và MPLS 41 II.6.2.1. Giới thiệu IP v6 42 II.6.2.2. So sánh giữa IP v4 và IP v6 42 II.6.2.3. Cấu trúc địa chỉ IP v6 45 II.6.2.4. Phân loại địa chỉ IP v6 47 II.6.2.5. Thực hiện IP v6 trong mạng MPLS 49 II.6.3. Any Transport over MPLS (AtoM) 52 II.6.4. Dịch vụ mạng LAN riêng ảo (VPLS) trên nền MPLS 53 II.6.5. MPLS QoS 58 II.6.5.1. Giới thiệu QoS 58 II.6.5.2. DiffServ trong gói tin IP 59 II.6.5.3. Cách hành xử đối với MPLS QoS trong hoạt động của Cisco IOS 61 II.6.5.4. Tổng quát về đường hầm DiffServ 62 Chương III : Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS (MPLS Traffic Engineering – MPLS TE) 65 III.1. Khái niệm về kỹ thuật lưu lượng 65 III.2. Các kỹ thuật lưu lượng trước MPLS 66 III.3. Tổng quan kỹ thuật lưu lượng với MPLS (MPLS TE) 68 III.4. Sự phân phối thông tin của MPLS TE 69 III.4.1. Bắt đầu một MPLS TE 69 III.4.2. Các dạng thông tin được phân phối 71 III.4.4. Thông tin được phân phối như thế nào ? 81 III.5. Tính toán và thiết lập đường đi trong MPLS TE 82 III.5.1. Thuật toán SPF (Shorted path first) 83 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỤC LỤC III.5.2. Thuật toán CSPF 85 III.5.2.1. Giới thiệu 85 III.5.2.2. Các bước hoạt động của CSPF 85 III.5.2.3. Các phương pháp quyết định trong CSPF (Tiebreakers in CSPF) 87 III.5.2.4. Những yếu tố khác ảnh hưởng đến CSPF 89 III.5.3. Tính toán lại đường đi trong MPLS TE (Tunnel reoptimization) 90 III.5.4. Giao thức dành riêng tài nguyên (RSVP- Resource Reservation Protocol) 91 III.5.4.1. Tổng quan về RSVP 91 III.5.4.2. Hoạt động của RSVP 93 III.5.5. Đường hầm liên vùng (Interarea Tunnels) 96 III.5.6. Quản lý các kết nối (Link Manager) 97 III.6. Chuyển tiếp lưu lượng vào một đường hầm – (Forwarding traffic down a tunnel) 98 III.6.1. Dùng định tuyến tĩnh để chuyển tiếp lưu lượng vào đường hầm 98 III.6.2. Dùng định tuyến theo chính sách để đưa lưu lượng vào đường hầm 99 III.6.3. Dùng định tuyến tự động để đưa lưu lượng vào đường hầm 99 III.6.4. Chia sẻ tải (Load Sharing) 100 III.6.4.2. Chia sẻ tải không cân bằng 101 III.6.5. Chuyển tiếp liền kề (Forwarding Adjacency) 102 III.6.6. Điều chỉnh băng thông tự động (Automatic Bandwidth Adjustment) 103 III.7. Chất lượng dịch vụ QoS với MPLS TE 103 III.7.1. DiffServ-Aware Traffic Engineering (DS-TE) 103 III.7.2. Chuyển tiếp lưu lượng DS –TE xuống đường hầm 106 III.8. Bảo vệ và phục hồi 108 III.8.1. Tổng quát 108 III.8.2. Bảo vệ đường đi 108 III.8.3. Bảo vệ cục bộ (Local protection) 109 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỤC LỤC III.8.3.1. Bảo vệ kết nối (Link protection) 109 III.9. Thiết kế mạng với MPLS TE 118 III.9.1. Phân lọai thiết kế mạng TE : 118 III.9.2. Thiết kế mạng Tactical TE 119 III.9.3. Thiết kế mạng Online Strategic TE 120 III.9.4. Thiết kế mạng Offline Strategic TE 121 III.10. Các vấn đề lưu ý khi triển khai mạng MPLS TE 123 III.10.1. Đo lường băng thông và độ trễ 123 III.10.2. Các thông số để tinh chỉnh đường hầm MPLS TE 124 III.10.3. TE và vấn đề đa hướng (Multicast) 126 III.10.4. Kết hợp MPLS TE và MPLS VPNs 128 Chương IV : Xử lý lỗi của MPLS TE 130 IV.1. Vấn đề khi đường hầm ngừng hoạt động (Tunnel-Down Problems) 130 IV.2. Vấn đề khi đường hầm đã hoạt động 135 Chương V :Triển khai MPLS trên hạ tầng mạng Việt Nam 137 V.1. Giới thiệu 137 V.2. Triển khai dịch vụ mạng riêng ảo VPN/MPLS tại VDC 137 V.3. Những vấn đề cần giải quyết khi triển khai MPLS tại Việt Nam 139 Chương VI: Các ví dụ cấu hình MPLS và MPLS TE 141 VI.1 Ví dụ cấu hình MPLS cơ bản dùng OSPF 141 VI.2 Ví dụ cấu hình QoS qua MPLS 143 VI.3 Cấu hình MPLS VPN 145 VI.4 Câu hình Ipv6 Over MPLS 146 VI.5 Cấu hình MPLS TE OSPF 148 VI.6 Cấu hình VPN MPLS TE, DS-TE 150 KẾT LUẬN 152 TÀI LIỆU THAM KHẢO 153 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỞ ĐẦU NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 9 MỞ ĐẦU Ngày nay mạng máy tính đã phát triển rộng khắp, đặc biệt là mạng Internet nó đã trở thành phổ biến trên toàn thế giới. Và nó đang phát triển cả về số lượng lẫn chất lượng, bên cạnh việc tăng vọt số user trong mạng thì việc gia tăng dịch vụ cũng là vấn đề rất lớn, trước đây nếu như ta chỉ có nhu cầu truyền data thì bây giờ ta cần truyền cả tín hiệu thoại tín hiệu video và một số dịch vụ mở rộng khác, Với mạng Internet truyền thống thì nguồn tài nguyên về băng thông và tốc độ là hạn chế, vì vậy để thực hiện truyền tín hiệu thoại và video có chất lượng là không thể. Nhiều mạng thế hệ mới hơn đã ra đời như:Frame-Relay, ISDN, ATM, chúng đã giải quyết phần nào những yêu cầu trên nhưng vẫn còn nhiều hạn chế, theo đà phát triển của công nghệ mạng MPLS đã ra đời với ý tưởng dùng nhãn để chuyển mạch nó đã giải quyết và khắc phục những hạn chế mà các mạng trước đây vẫn còn tồn tại như: Tốc độ, băng thông không hữu ích, delay…. Mạng MPLS là sự kế thừa và kết hợp của định tuyến thông minh trong mạng IP và chuyển mạch tốc độ cao trong mạng ATM, có cả định tuyến ở lớp 3 (IP) và chuyển mạch ở lớp 2 (VPI/VCI của ATM). MPLS là cơ chế chuyển mạch nhãn do Cisco phát triển và được IETF chuẩn hóa, hỗ trợ khả năng chuyển mạch, định tuyến luồng thông tin một cách hiệu quả. 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 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MỞ ĐẦU NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 10 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 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. Trong phạm vi kiên thức của mình, em sẽ trình bày những hiểu biết về kỹ thuật MPLS và MPLS TE trong đồ án này. [...]... HIỂU MPLS Tương thích với hầu hết các giao thức định tuyến và các công nghệ khác liên quan đến Internet - Tìm đường đi linh hoạt dựa vào nhãn (label) cho trước - Hỗ trợ việc cấu hình quản trị và bảo trì hệ thống (OAM) - Có thể hoạt động trong một mạng phân cấp II.3 Hoạt động độc lập với các giao thức định tuyến (routing protocol) Có tính tương thích cao Ưu điểm của MPLS so với mạng ATM Sự tích hợp: MPLS. .. được sử dụng trong Label Switching Controlled-ATM (LC-ATM) II.5 Các hoạt động của MPLS Ở chương trước chúng ta đã tìm hiểu các thành phần của nhãn mpls, ở chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu các phân phối các nhãn MPLS như thế nào II.5.1 Cách thức hoạt động của MPLS MPLS có thể được xem như là một tập các công nghệ hoạt động với nhau để phân phát gói tin từ nguồn tới đích một cách hiệu quả và có thể điều... chồng lớp IP trên ATM MPLS giúp cho cơ sở hạ tầng ATM thấy được định tuyến IP và loại bỏ các yêu cầu ánh xạ giữa các đặc tính IP và ATM MPLS không cần địa chỉ ATM và kỹ thuật định tuyến Độ tin cậy cao hơn: Với tốc độ chuyển mạch, MPLS có khả năng cung cấp cho mạng sự an toàn và nhanh chóng, đảm bảo dữ liệu không bị thất thoát nhiều, ngoài ra còn có các cơ chế và các mode trong kĩ thuật MPLS giúp bảo mật... dưới cùng là của LSP ban đầu.Vấn đề này chúng ta sẽ tìm hiểu thêm trong phần Traffic Engineering của MPLS NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 27 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC II.4.5 TÌM HIỂU MPLS Lớp chuyển tiếp tương đương - Forwarding Equivalence Class (FEC) Là khái niệm được dùng để chỉ một nhóm các gói tin được đối xử như nhau qua mạng MPLS Các gói tin thuộc cùng 1 FEC thì sẽ có cùng nhãn như nhau, nhưng các... và định tuyến Internet, MPLS cung cấp chuyển mạch hướng kết nối ảo qua các tuyến Internet bằng cách sử dụng các nhãn và trao đổi nhãn MPLS bao gồm việc thực hiện các đường chuyển mạch nhãn, nó cũng cung cấp các thủ tục và các giao thức cần thiết để phân phối các nhãn giữa các chuyển mạch và các bộ định tuyến II.2 Lợi ích của công nghệ MPLS Các lợi ích của MPLS: - Làm việc với hầu hết các công nghệ... ISP MPLS là một công nghệ tích hợp tốt nhất các khả năng hiện tại để phân phát gói tin từ nguồn tới đích qua mạng Internet Có thể định nghĩa MPLS là một tập các công nghệ mở dựa vào chuẩn Internet mà kết hợp chuyển mạch lớp 2 và định tuyến lớp 3 để chuyển tiếp gói tin bằng cách sử dụng các nhãn ngắn có chiều dài cố định Nếu nhìn trong mô hình OSI, có thể xem giao thức MPLS nằm ở lớp 2,5 Lớp 2.5 : MPLS. .. nhiên, MPLS cho phép chuyển tiếp gói tin dựa trên việc tra cứu nhãn chứ không phải tra cứu IP MPLS cho phép nhãn được liên kết với 1 bộ định tuyến đích hơn là các địa chỉ IP đích của gói tin Vì thế, bộ định tuyến lõi không cần phải chuyển tiếp gói tin dựa vào địa chỉ IP đích Do vậy, các bộ định tuyến lõi trong mạng lưới cung cấp dịch vụ không cần phải chạy BGP.Còn các bộ định tuyến biên của mạng MPLS. .. vậy, đối với việc sử dụng MPLS, số lượng bộ định tuyến cần phải chạy BGP giảm đi rất nhiều, có thể chỉ có các bộ định tuyến biên hoặc 1 vài bộ định tuyến còn phải chạy BGP Điều này sẽ giup các thiết bị cần bộ nhớ ít hơn, không có sự phức tạp như khi chạy BGP Hình II.2 Ví dụ về khả năng giảm khả năng sử dụng BGP của mạng MPLS NGUYỄN HOÀNG NHẬT - 49THMA 21 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TÌM HIỂU MPLS Giúp... khác (nếu có nhu cầu cần chuyển tiếp gói tin tối ưu) + Với việc cấu hình giao thức định tuyến, mỗi router gắn vào mạng WAN lớp 2 (được xây dựng với các ATM hay Frame Relay switch) cần có một kênh ảo dành trước với mỗi router khác kết nối vào mạng lõi đó Để đạt được độ dự phòng mong muốn, mỗi router cũng phải thiết lập mối quan hệ cận kề định tuyến với router khác Kết quả là tạo ra mô hình mạng full-mesh,... khoảng vài ngàn, còn với FIB và LFIB số nhãn mà nó nắm giữa rất ít khoảng vài chục là tối đa II.4.8 MPLS Payload Đây là thành phần chỉ ra cách thức vận chuyển 1 gói tin Tuy nhiên, trong gói tin sử dụng giao thức định tuyến MPLS, nhãn được gắn vào không có trường thể hiện các thức vận chuyển gói tin Vậy làm thế nào các LSR có thể nhận biết được điều này ? Hầu hết các LSR đều không cần biết MPLS payload của . Cách hành xử đối với MPLS QoS trong hoạt động của Cisco IOS 61 II.6.5.4. Tổng quát về đường hầm DiffServ 62 Chương III : Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS (MPLS Traffic Engineering – MPLS TE) 65 III.1 hình MPLS và MPLS TE 141 VI.1 Ví dụ cấu hình MPLS cơ bản dùng OSPF 141 VI.2 Ví dụ cấu hình QoS qua MPLS 143 VI.3 Cấu hình MPLS VPN 145 VI.4 Câu hình Ipv6 Over MPLS 146 VI.5 Cấu hình MPLS. Các kỹ thuật lưu lượng trước MPLS 66 III.3. Tổng quan kỹ thuật lưu lượng với MPLS (MPLS TE) 68 III.4. Sự phân phối thông tin của MPLS TE 69 III.4.1. Bắt đầu một MPLS TE 69 III.4.2. Các dạng