MỤC LỤC MỤC LỤC i MỞ ĐẦU iv THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG 9 1.1. Tổng quan về NGN 9 1.1.1. Cấu trúc chức năng của mạng NGN 9 1.1.2. Cấu trúc vật lý của mạng NGN 10 1.2. Các công nghệ then chốt cho mạng thế hệ mới 12 1.2.1. IP 12 1.2.2. ATM 14 1.2.3. IP over ATM 15 1.2.4. MPLS 17 CHƯƠNG 2. CHUYỂN MẠCH NHÃN 10 2.1. Khái niệm chuyển mạch nhãn 10 2.2. Lý do dùng chuyển mạch nhãn 10 2.2.1. Tốc độ và độ trễ 10 2.2.2. Khả năng đáp ứng 11 2.2.3. Tính đơn giản 12 2.2.4. Sử dụng tài nguyên 12 2.2.5. Điều khiển tuyến 12 2.3. Nhãn - địa chỉ 13 2.4. Định tuyến - quảng bá 15 2.5. Sự cần thiết cho QoS của mạng 16 2.5.1. Chuyển mạch nhãn và QoS 16 2.5.2. Sự đóng góp của chuyển mạch nhãn 17 2.6. Sự thừa kế của X.25 và VC 17 2.6.1. Kênh ảo trong chuyển mạch nhãn 18 2.6.2. Frame Relay và ATM 19 2.7. Hiện trạng và các khái niệm MPLS 19 2.8. Đường chuyển mạch nhãn 20 CHƯƠNG 3. CƠ SỞ CHUYỂN MẠCH NHÃN 21 3.1. Lớp tương đương chức năng (FEC) 21 3.1.1. Độ đáp ứng và bản chất hoạt động 21 Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT i 3.1.2. Thông tin dùng trong quyết định chuyển tiếp 22 3.2. Các phương pháp chỉ định nhãn 23 3.2.1. Sự liên kết cục bộ và từ xa 23 3.2.2. Liên kết dòng lên và dòng xuống 24 3.2.3. Liên kết điều khiển và liên kết dữ liệu chuyển động 24 3.3. Không gian nhãn và sự phân nhãn 25 3.4. Router biên và miền chuyển mạch nhãn 26 3.5. Ống chuyển mạch nhãn 27 3.6. Sự trao đổi nhãn 28 CHƯƠNG 4. CHUYỂN MẠCH VÀ CHUYỂN TIẾP NHÃN 30 4.1. Sự phân chia mạng chuyển mạch và chuyển tiếp 30 4.1.1. Chuyển mạch lớp 2 31 4.1.2. Định tuyến lớp 3 33 4.1.3. Chuyển mạch lớp 3 33 4.1.4. Chuyển mạch lớp 4 35 4.2. Ánh xạ từ lớp 3 tới lớp 2 36 4.2.1. LSR lối vào 36 4.2.2. LSR trung gian 37 4.2.3. LSR lối ra 38 4.3. Chuyển mạch thẻ 38 4.3.1. Thành phần chuyển tiếp 38 4.3.2. Thành phần điều khiển 39 CHƯƠNG 5. HOẠT ĐỘNG PHÂN BỔ NHÃN 44 5.1. Giao thức phân bổ nhãn 44 5.1.1. Bản tin LDP 45 5.1.2. Các FEC, không gian nhãn và định danh 46 5.1.3. Phiên LDP 47 5.1.4. Quản lý và phân bổ nhãn 48 5.1.5. Bản tin LDP 49 5.1.5.1. Mào đầu LDP 49 5.1.5.2. Mã hoá mã hoá độ dài kiểu (TLV) 50 5.1.5.3. Khuôn dạng bản tin LDP 50 5.1.5.4. Khuôn dạng và chức năng TLV 51 5.1.5.5. Khuôn dạng và chức năng các bản tin LDP 53 5.2 Giao thức dành trước tài nguyên (RSVP) và phân bổ nhãn 61 Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT ii 5.3. Giao thức định tuyến cổng miền (BGP) và phân bổ nhãn 62 CHƯƠNG 6. KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG 63 6.1. Định nghĩa kỹ thuật lưu lượng (TE) 63 6.1.1. Hoạt động định hướng lưu lượng và định hướng tài nguyên 63 6.1.2 Tắc nghẽn nhỏ nhất 64 6.2. Dịch vụ liên kết dựa trên QoS và phân lớp dịch vụ 65 6.3. Kỹ thuật lưu lượng và sự sắp đặt lưu lượng 67 6.3.1. Hàng đợi lưu lượng 67 6.3.2. Hoạt động định tuyến hiện nay 68 6.4. Trung kế lưu lượng, luồng lưu lượng và tuyến chuyển mạch nhãn 69 6.4.1. Sự thu hút của MPLS đối với kỹ thuật lưu lượng 70 6.4.2. Dung lượng liên kết 70 6.4.3. Phân bổ tải trọng 70 6.4.4. Các thuộc tính trung kế lưu lượng 71 KẾT LUẬN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT iii MỞ ĐẦU Trong những năm qua, ngành công nghiệp viễn thông đã và đang tìm một phương thức chuyển mạch có thể phối hợp ưu điểm của IP và ATM để đáp ứng nhu cầu phát triển của mạng lưới trong giai đoạn tiếp theo. Đã có nhiều nghiên cứu được đưa ra trong đó có việc nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS. Công nghệ MPLS là kết quả phát triển của công nghệ chuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP. MPLS tách chức năng của IP thành hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển. Bên cạnh đó, MPLS cũng hỗ trợ việc quản lý dễ dàng hơn. Trong những năm gần đây, MPLS đã được lựa chọn để đơn giản hoá và tích hợp mạng trong mạng lõi. Nó cho phép các nhà khai thác giảm chi phí, đơn giản hoá việc quản lý lưu lượng và hỗ trợ các dịch vụ Internet. Quan trọng hơn cả, nó là một bước tiến mới trong việc đạt mục tiêu mạng đa dịch vụ với các giao thức gồm di động, thoại, dữ liệu … Vì vậy, em nhận đề tài nghiên cứu công nghệ chuyển mạch MPLS để hiểu rõ sâu hơn các bản chất, cơ chế hoạt động của MPLS. Luận văn tốt nghiệp “Chuyển mạch MPLS ” bao gồm các nội dung chính như sau: Chương 1: Giới thiệu chung về NGN và các công nghệ trong mạng thế hệ sau. Chương 2: Giới thiệu chung về chuyển mạch nhãn. Chương 3: Giới thiệu về các cơ sở hoạt động của chuyển mạch nhãn. Chương 4: Giới thiệu về hoạt động chuyển mạch và chuyển tiếp nhãn. Chương 5: Giới thiệu về hoạt động phân bổ nhãn. Chương 6: Giới thiệu về kỹ thuật lưu lượng được sử dụng trong MPLS. Do thời gian và trình độ có hạn, nên chắc chắn những vấn đề được đề cập trong đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự lượng thứ và ý kiến đóng góp của các thầy, cô cũng như những ai quan tâm. Trong quá trình học tập tại Học viện công nghệ Bưu Chính Viễn Thông và thực hiện đồ án tốt nghiệp, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã trực tiếp và gián tiếp Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT iv giúp đỡ em hoàn thành tốt chương trình học tập. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn cô giáo Thạc sĩ Nguyễn Thị Thanh Kỳ đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. Hà Nội, ngày 21 tháng 10 năm 2005 Sinh viên Hà Trương Nhật Linh Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT v THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Chú giải tiếng Anh Chú giải tiếng Việt AAL ATM Adaptation Layer Lớp thích ứng ATM ARP Addresss Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ASP Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không đồng bộ BGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng miền BTT Bidirectional Traffic Trunk Trung kế lưu lượng hai chiều CR Cell Router Bộ định tuyến tế bào CR-LDP Constraint Routing LDP Giao thức phân phối nhãn định tuyến cưỡng bức CS Convergence Sublayer Phân lớp hội tụ CSR Cell Switching Router Thiết bị định tuyến chuyển mạch tế bào DLCI Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nối lớp liên kết dữ liệu DVMRP Distance Vector Multicast Routing Protocol Giao thức định tuyến multicast theo vec tơ khoảng cách EGP Edge Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng biên FDDI Fiber Distributed Data Interface Giao tiếp dữ liệu cáp quang phân tán FEC Forwarding Equivalence Class Nhóm chuyển tiếp tương đương FR Frame Relay Chuyển mạch khung IGMP Internet Group Massage Protocol Giao thức bản tin nhóm internet IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong miền LAN Local Area Network Mạng cục bộ LANE Local Area Network Emulation Mô phỏng mạng cục bộ LCA Least Common Ancestor Node gốc ít chung nhất LC-ATM Label Control ATM Giao diện ATM điều khiển chuyển mạch nhãn LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn LER Label Edge Router Router chuyển mạch nhãn biên LFIB Label Forwarding Information Base Cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT vi LIB Label Information Base Bảng thông tin nhãn trong bộ định tuyến LSFT Label Switch Forwording Table Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn LSP Label Switched Path Tuyến chuyển mạch nhãn LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn MAC Media Access Controller Thiết bị điều khiển truy nhập mức phương tiện truyền thông MG Media Gateway Cổng chuyển đổi phương tiện MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MSC Multicast Server Model Mô hình máy chủ multicast MSF MultiService Switch Forum Diễn đàn chuyển mạch đa dịch vụ MTBF Mean Time Between Failure Thời gian trung bình giữa hai lỗi liên tiếp NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau NLPID Network Layer Protocol Identifier Nhận dạng giao thức lớp mạng OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến đường ngắn nhất PID Protocol Identifier Giao thức multicast độc lập PML Path Merging LSR LSR hợp nhất PP Protected Path Tuyến được bảo vệ PSL Path Switching LSR LSR chuyển mạch đường QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RPR Resilient Packet Ring Vòng gói khôi phục nhanh RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức giành trước tài nguyên TAT Theoretical Arrival Time Thời gian đến lý thuyết TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TDP Tag Distribution Protocol Giao thức phân phối thẻ TE Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng TIB Tag Information Base Cở sở thông tin thẻ TDP Tag Distribution Protocol Giao thức phân bổ thẻ TLV Type-Length-Value Giá trị-chiều-dài kiểu TSR Tag Switching Router Router chuyển mạch thẻ UDP User Data Protocol Giao thức dữ liệu người dùng UPC Usage Parameter Control Điều khiển tham số sử dụng VCI Vitual Chennel Identifier Nhận dạng kênh ảo VPI Vitual Path Identifier Nhận dạng đường ảo Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT vii WAN Wide Area Network Mạng diện rộng TTL Time To Live Thời gian sống MPLSCP MPLS Conrol Protocol Giao thức điều khiển MPLS Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT viii Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Giới thiệu chung CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Tổng quan về NGN Trong nhiều năm gần đây, nền công nghệ viễn thông vẫn đang trăn trở về vấn đề phát triển công nghệ nào và dùng mạng gì để hỗ trợ các nhà khai thác trong bối cảnh luật viễn thông đang thay đổi nhanh chóng, cạnh tranh ngày càng khốc liệt. Khái niệm mạng thế hệ mới (hay còn gọi là mạng thế hệ sau - NGN) ra đời cùng với việc tái kiến trúc mạng, tận dụng tất cả các ưu thế về công nghệ tiên tiến nhằm đưa ra nhiều dịch vụ mới, mang lại nguồn thu mới, góp phần giảm chi phí khai thác và đầu tư ban đầu cho các nhà kinh doanh. Một chiến lược để phát triển nhịp nhàng từ mạng hiện tại sang kiến trúc mạng mới là rất quan trọng nhằm giảm thiểu yêu cầu đầu tư trong giai đoạn chuyển tiếp, trong khi sớm tận dụng những phẩm chất của mạng NGN. Tuy nhiên, bất kì bước đi nào trong tiến trình chuyển tiếp này cũng cần tạo điều kiện dễ dàng hơn cho mạng để rốt cuộc vẫn phát triển sang kiến trúc NGN dựa trên chuyển mạch gói. Bất cứ giải pháp nào được chọn lựa thì các hệ thống chuyển mạch truyền thống cũng sẽ phải tồn tại bên cạnh các phần tử mạng công nghệ mới trong nhiều năm tới. Mạng thế hệ sau được tổ chức dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau: - Đáp ứng nhu cầu cung cấp các loại hình dịch vụ viễn thông phong phú đa dạng, đa dịch vụ, đa phương tiện. - Mạng có cấu trúc đơn giản. - Nâng cao hiệu quả sử dụng, chất lượng mạng lưới và giảm thiểu chi phí khai thác bảo dưỡng. - Dễ dàng mở rộng dung lượng, phát triển các dịch vụ mới. - Độ linh hoạt và tính sẵn sàng cao, năng lực tồn tại mạnh. 1.1.1. Cấu trúc chức năng của mạng NGN Cho đến nay, mạng thế hệ sau vẫn là xu hướng phát triển mới mẻ, chưa có một khuyến nghị chính thức nào của Liên minh Viễn thông thế giới ITU về cấu trúc của nó. Nhiều hãng viễn thông lớn đã đưa ra mô hình cấu trúc mạng thế hệ mới như Alcatel, Ericssion, Nortel, Siemens, Lucent, NEC,… Bên cạnh việc đưa ra nhiều mô Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT 9 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1. Giới thiệu chung hình cấu trúc mạng NGN khác nhau và kèm theo là các giải pháp mạng cũng như những sản phẩm thiết bị mới khác nhau. Các hãng đưa ra các mô hình cấu trúc tương đối rõ ràng và các giải pháp mạng khá cụ thể là Alcatel, Siemens, Eicssion. Nhìn chung từ các mô hình này, cấu trúc mạng mới có đặc điểm chung là bao gồm các lớp chức năng sau : - Lớp ứng dụng. - Lớp điều khiển. - Lớp truyền thông. - Lớp truy nhập và truyền dẫn. Hình 1.1 Cấu trúc chức năng của mạng NGN 1.1.2. Cấu trúc vật lý của mạng NGN NGN cần được hiểu là mạng thế hệ sau hay mạng thế hệ kế tiếp mà không phải là mạng thế hệ mới, nên khi xây dựng và phát triển mạng theo xu hướng NGN, người ta chú ý đến vấn đề kết nối mạng thế hệ sau với mạng hiện hành và tận dụng các thiết bị viễn thông hiện có trên mạng nhằm đạt được hiệu quả khai thác tối đa. Trong mạng viễn thông thế hệ mới có rất nhiều thành phần cần quan tâm, nhưng ở đây ta chỉ cần nghiên cứu những thành phần chính thể hiện rõ nét sự tiên tiến của NGN so với mạng viễn thông truyền thống. Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT 10 [...]... Linh - Lớp D2001VT 18 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Chuyển mạch nhãn CHƯƠNG 2 CHUYỂN MẠCH NHÃN Chương này giải thích tại sao mạng chuyển mạch nhãn và chuyển mạch nhãn đa giao thức trở thành chìa khoá cho mạng Internet đa dịch vụ hiện nay Nó giải thích các vấn đề kết hợp các thủ tục định tuyến IP quy ước và giới thiệu các khái niệm của sự lựa chọn một trong hai chuyển mạch nhãn Chương này cũng giới... trong mạng Chuyển tiếp và chuyển mạch được dùng trong bảng định tuyến và bảng nhãn để thiết lập một quyết định chuyển tiếp Định tuyến là việc dùng các tuyến được quảng bá để thu được thông tin nhằm tạo ra bảng định tuyến và bảng nhãn sử dụng trong giao thức chuyển tiếp Đối với Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Chuyển mạch nhãn mạng chuyển mạch nhãn sự quảng bá này đòi hỏi một địa chỉ quảng bá và nhãn liên... hai nút thông qua việc dùng giao thức phân bổ nhãn để liên kết một nhãn với một FEC Sau đó, khi các gói đến một nút LSR (thường là nút đầu vào với mạng chuyển mạch nhãn) nội dung của gói thích hợp với FEC này sẽ Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Chuyển mạch nhãn được kiểm tra Giá trị nhãn thích hợp được đem về từ bảng và được đặt vào mào đầu nhãn của gói 3.3 Không gian nhãn và sự phân nhãn Nhãn có... nối và vượt quá khả năng nghèo nàn của mạng IP cơ bản Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Chuyển mạch nhãn Chuyển mạch nhãn trái ngược với chuyển tiếp trong IP nó cung cấp một giải pháp hiệu quả cho vấn đề này Lý do chuyển mạch nhãn nhanh hơn là bởi giá trị nhãn được đặt trong mào đầu gói và được dùng để truy cập bảng chuyển tiếp trong router Nhãn là danh sách trong bảng Sự tìm kiếm này chỉ yêu cầu... sự quan trọng của nó cũng như sự quan trọng của chuyển mạch nhãn đối với QoS Chương này gồm một ví dụ về chuyển mạch nhãn và QoS hoạt động mạng tại bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR) 2.1 Khái niệm chuyển mạch nhãn Khái niệm cơ bản của chuyển mạch nhãn rất đơn giản Để chỉ ra lý do, chúng ta giả sử một lưu lượng người sử dụng (lời nói, tin nhắn) được chuyển từ máy tính người sử dụng đến máy tính người... thiết phải cung cấp một mức độ QoS tốt Thực vậy, lưu lượng nhạy cảm với thời gian thực là thử thách đầu tiên của định tuyến cưỡng bức Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Chuyển mạch nhãn CHƯƠNG 3 CƠ SỞ CHUYỂN MẠCH NHÃN Chương này giới thiệu các khái niệm cơ bản của chuyển mạch nhãn Lớp chức năng tương đương đã được giới thiệu ở chương 1 sẽ được giải thích chi tiết hơn Các thông tin cấu thành một FEC cũng... không gian nhãn Ở đây, các nhãn đầu vào được chia xẻ dọc theo tất cả các giao diện tham gia tại một nút Điều này nghĩa là nút này phải chỉ định không gian nhãn dọc theo tất cả các giao diện Sự lựa chọn các phương pháp này là đặc trưng hoạt động mặc dù phương pháp giao diện không gian nhãn là phổ thông hơn Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Chuyển mạch nhãn 3.4 Router biên và miền chuyển mạch nhãn Hình... mạng chuyển mạch nhãn User 191.168.1.2 a a 1.Gửi gói 2 Phân b d Router biên A nhãn 21 Switch B 3.Phân nhãn 30 a - - c 4 Phân nhãn 21 Miền chuyển mạch nhãn d a Router biên C 5.Phân nhãn 55 c User 191.168.1.1 Hình 3.6 Sự phân nhãn Miền chuyển mạch nhãn có thể chứa một hoặc nhiều hơn các mạng vật lý Ranh giới của miền này được thiết lập bởi nhà quản lý mạng Trong ví dụ này, hai host không nằm trong miền chuyển. .. các nhãn Các tuyến được phát hiện thông qua các giao thức định tuyến IP dựa trên địa chỉ IP Trong ví dụ này, các router chuyển mạch nhãn đang quảng báo địa chỉ 192.168.1.1 Trong hầu hết trường hợp, tiền tố địa chỉ được quảng báo nhưng nó không liên quan tới ví dụ chung này Sự quảng báo này chuyển tới router bên phía trái Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Chuyển mạch nhãn hình Router này lưu trữ thông. .. như: bảng chuyển mạch nhãn, bảng sắp xếp nhãn) để một nhãn đến từ nút A với giá trị 88888 được định tuyến tới nút C Quá trình này tiếp tục tới khi đến được đích cuối cùng Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Chuyển mạch nhãn Phải chú ý rằng, quá trình xử lý giữa router A và router B không được chỉ ra trong hình 2.2 Do có quá nhiều quá trình xử lý giữa LSR A và LSR B Hoạt động trong hình 2.3 có nhãn được . Linh - Lớp D2001VT 18 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 . Chuyển mạch nhãn CHƯƠNG 2. CHUYỂN MẠCH NHÃN Chương này giải thích tại sao mạng chuyển mạch nhãn và chuyển mạch nhãn đa giao thức trở. cơ bản. Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 . Chuyển mạch nhãn Chuyển mạch nhãn trái ngược với chuyển tiếp trong IP nó cung cấp một giải pháp hiệu quả cho vấn đề này. Lý do chuyển mạch nhãn nhanh. dữ liệu chuyển động 24 3.3. Không gian nhãn và sự phân nhãn 25 3.4. Router biên và miền chuyển mạch nhãn 26 3.5. Ống chuyển mạch nhãn 27 3.6. Sự trao đổi nhãn 28 CHƯƠNG 4. CHUYỂN MẠCH VÀ CHUYỂN