Announcement

**luancb** · 26-03-2009, 11:22 PM

[chương 3] [chương 4]

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠNG MPLS

2.1 Giới thiệu:
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 routing thông minh trong mạng IP và chuyển mạch tốc độ cao trong mạng ATM, có cả routing ở layer 3 (IP) và switching ở layer 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 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.
Lợi ích của MPLS
- Làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu như IP, ATM….
- Tương 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 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.
- Có tính tương thích cao.
Đặc điểm mạng MPLS
- Không có thành phần giao thức phía host.
- MPLS chỉ nằm trên các router.
- MPLS là một giao thức độc lập nên có thể hoạt động với các giao thức mạng khác IP như IPX, ATM, Frame-Relay, PPP hoặc trực tiếp với tầng Data Link.
- Định tuyến trong MPLS được dùng để tạo các luồng băng thông cố định tương tự như kênh ảo của ATM hay Frame Relay.
- MPLS đơn giản hoá quá trình định tuyến, đồng thời tăng cường tính linh động với các tầng trung gian.

Một số ứng dụng của MPLS:
Internet có ba nhóm ứng dụng chính: voice, data, video với các yêu cầu khác nhau. Voice yêu cầu độ trễ thấp, cho phép thất thoát dữ liệu để tăng hiếu quả. Video cho phép thất thoát dữ liệu ở mức chấp nhận được, mang tính thời gian thực (realtime). Data yêu cầu độ bảo mật và chính xác cao. MPLS giúp khai thác tài nguyên mạng đạt hiệu quả cao.
Một số ứng dụng đang được triển khai là:
- MPLS VPN: Nhà cung cấp dịch cụ có thể tạo VPN lớp 3 dọc theo mạng đường trục cho nhiều khách hàng, chỉ dùng một cơ sở hạ tầng công cộng sẵn có, không cần các ứng dụng encrytion hoặc end-user.
- MPLS Traggic Engineer: Cung cấp khả năng thiết lập một hoặc nhiều đường đi để điều khiển lưu lượng mạng và các đặc trưng thực thi cho một loại lưu lượng.
- MPLS QoS (Quality of service): Dùng QoS các nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp nhiều loại dịch vụ với sự đảm bảo tối đa về QoS cho khách hàng.
Điểm vượt trội của MPLS so với các mô hình IP over ATM
- Khi hợp nhất với chuyển mạch ATM, chuyển mạch nhãn tận dụng những thuận lợi của các tế bào ATM - chiều dài thích hợp và chuyển với tốc độ cao. Trong mạng đa dịch vụ chuyển mạch nhãn cho phép chuyển mạch BPX/MGX nhằm cung cấp dịch vụ ATM, Frame Replay và IP Internet trên một mặt phẳng đơn trong một đường đi tốc độ cao. Các mặt phẳng (Platform) công cộng hỗ trợ các dịch vụ này để tiết kiệm chi phí và đơn giản hóa hoạt động cho nhà cung cấp đa dịch vụ. ISP sử dụng chuyển mạch ATM trong mạng lõi, chuyển mạch nhãn giúp các các dòng Cisco, BPX8600, MGX8800, Router chuyển mạch đa dịch vụ 8540 và các chuyển mạch Cisco ATM giúp quản lí mạng hiệu quả hơn xếp chồng (overlay) lớp IP trên mạng ATM. Chuyển mạch nhãn tránh những rắc rối gây ra do có nhiều router ngang hàng và hỗ trợ cấu trúc phân cấp (hierarchical structure) trong một mạng của ISP.

Sự tích hợp:
MPLS xác nhập tính năng của IP và ATM chứ không xếp 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 cho thông tin khách hàng.
Trực tiếp thực thi các loại dịch vụ:
MPLS sử dụng hàng đợi và bộ đếm của ATM để cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau. Nó hỗ trợ quyền ưu tiên IP và loại dịch vụ (class of service–cos) trên chuyển mạch ATM mà không cần chuyển đổi phức tạp sang các lớp ATM Forum Service.
Hỗ trợ hiệu quả cho Mulicast và RSVP:
Khác với MPLS, xếp lớp IP trên ATM nảy sinh nhiều bất lợi, đặc biệt trong việc hỗ trợ các dịch vụ IP như IP muticast và RSVP( Resource Reservation Protocol - RSVP). MPLS hỗ trợ các dịch vụ này, kế thừa thời gian và công việc theo các chuẩn và khuyến khích tạo nên ánh xạ xấp xỉ của các đặc trưng IP&ATM.
Giảm tải trên mạng lõi:
Các dịch vụ VPN hướng dẫn cách MPLS hỗ trợ mọi thông tin định tuyến để phân cấp. Hơn nữa,có thể tách rời các định tuyến Internet khỏi lõi mạng cung cấp dịch vụ. Giống như dữ liệu VPN, MPLS chỉ cho phép truy suất bảng định tuyến Internet tại điểm ra vào của mạng. Với MPLS, kĩ thuật lưu lượng truyền ở biên của AS được gắn nhãn để liên kết với điểm tương ứng. Sự tách rời của định tuyến nội khỏi định tuyến Internet đầy đủ cũng giúp hạn chế lỗi, ổn định và tăng tính bảo mật

Khả năng điều khiển lưu lượng:
MPLS cung cấp các khả năng điều khiển lưu lượng để sửng dụng hiệu quả tài nguyên mạng. Kỹ thuật lưu lượng giúp chuyển tải từ các phần quá tải sang các phần còn rỗi của mạng dựa vào điểm đích, loại lưu lượng, tải, thời gian,…
Các hình thức hoạt động của MPLS:
Mạng MPLS dùng các nhãn để chuyển tiếp các gói. Khi một gói đi vào mạng, Node MPLS ở lối vào đánh dấu một gói đến lớp chuyển tiếp tương đương (FEC – Forwarding Equivalence Class) cụ thể.
Trong mạng MPLS nhãn điều khiển mọi hoạt động chuyển tiếp. Điều này có nhiều thuận lợi hơn sự chuyển tiếp thông thường:
1. Sự chuyển tiếp MPLS có thể thực hiện bằng các bộ chuyển mạch (switch), có thể tra cứu (lookup) thay thế nhãn mà không ảnh hưởng đến header lớp mạng. Các bộ chuyển mạch ATM thực hiệc các chức năng chuyển các tế bào dựa trên giá trị nhãn. ATM-switch cần được điều khiển bởi một thành phần điều khiển MPLS dựa vào IP (IP-base MPLS control element) như bộ điều khiển chuyển mạch nhãn (LSC - Label Switch Controller).
2. Khi một gói vào mạng nó được chuyển đến lớp chuyển tiếp tương đương (FEC - Forwarding Equivalence Class). Router có thể sử dụng thông tin gói, như cổng vào (ingress) hay giao tiếp (interface). Các gói đi vào mạng được gán các nhãn khác nhau. Quyết định chuyển tiếp được thực hiện dễ dàng bởi router ngõ vào. Điều này không có trong sự chuyển tiếp thông thường, vì sự xác định lộ trình của các router khác với thông tin lộ trình trên gói.
3. Mạng được quản lý lưu lượng buộc gói đi theo một con đường cụ thể, một con đường chưa được sử dụng. Con đường đó được chọn trước hoặc ngay khi gói đi vào mạng tốt hơn sự lựa chọn bởi các thuật toán định tuyến thông thường. Trong MPLS, một nhãn có thể được dùng để đại diện cho tuyến, không cần kèm trong gói. Đây là dạng cơ bản của MPLS Traffic Engineering.

4. "Lớp dịch vụ (Class of service)" của gói được xác định bởi nút MPLS vào (ingress MPLS node). Một nút MPLS vào có thể huỷ tuyến hay sửa đổi lịch trình để điều khiển các gói khác nhau. Các trạm sau có thể định lại ràng buộc dịch vụ bằng cách thiết lập PHB (per-hop behavior). MPLS cho phép (không yêu cầu) độ ưu tiên một phần hoặc hoàn toàn của lớp dịch vụ từ nhãn. Trường hợp này nhãn đại diện cho sự kết hợp của một FEC với độ ưu tiên hoặc lớp dịch vụ. Đây là dạng cơ bản của MPLS QoS.
2.2 Công nghệ chuyển mạch
2.2.1 Nhãn 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 enable MPLS trên từng giao tiếp. Nhãn được gắn thêm vào gói IP khi gói đi vào mạng MPLS. Nhãn được tách ra khi gói ra khỏi mạng MPLS. Nhãn (Label) được chèn vào giữa header lớp ba và header lớp hai. Sử dụng nhãn trong quá trình gửi gói sau khi đã thiết lập đường đi. MPLS tập trung vào quá trình hoán đổi nhãn (Label Swapping). Một trong những thế mạnh của khiến trúc MPLS là tự định nghĩa chồng nhãn (Label Stack).
1. Công thức để gán nhãn gói tin là:
Network Layer Packet + MPLS Label Stack
2. Không gian nhãn (Label Space): có hai loại. Một là, các giao tiếp dùng chung giá trị nhãn (per-platform label space). Hai là, mỗi giao tiếp mang giá trị nhãn riêng, (Per-interface Label Space). Bộ định tuyến chuyển nhãn (LSR – Label Switch Router): ra quyết định chặng kế tiếp dựa trên nội dung của nhãn, các LSP làm việc ít và hoạt động gần như Switch.
3. Con đường chuyển nhãn (LSP – Label Switch Path): xác định đường đi của gói tin MPLS. Gồm hai loại: Hop by hop signal LSP - xác định đường đi khả thi nhất theo kiểu best effort và Explicit route signal LSP - xác định đường đi từ nút gốc.

Nhãn là giá trị có chiều dài cố định dùng để nhận diện một FEC nào đó. Sự kết hợp giữa FEC và nhãn được gọi là ánh xạ nhãn - FEC. MPLS được thiết kế để sử dụng ở bất kì môi trường và hình thức đóng gói lớp 2 nào, hầu hết các hình thức đóng gói lớp 2 là dựa trên frame, và MPLS chỉ đơn giản thêm vào nhãn 32 bit giữa mào đầu lớp 2 và lớp 3, gọi là shim header. Phương thức đóng gói này gọi là Frame-mode MPLS.
ATM là một trường hợp đặc biệt sử dụng cell có chiều dài cố định. Do đó nhãn không thể được thêm vào trong mỗi cell. MPLS sử dụng các giá trị VPI/VCI trong mào đầu ATM để làm nhãn. Phương thức đóng gói này được gọi là Cell-mode MPLS.
Nhãn của gói tin đi ra là nhãn ngõ ra, tương tự cho nhãn của gói tin đi vào là nhãn ngõ vào. Một gói tin có thể có cả nhãn ngõ ra và ngõ vào, có thể có nhãn ngõ vào mà không có nhãn ngõ ra hoặc là ngược lại. Thường thường, một gói tin có thể có nhiều nhãn được gọi là chồng nhãn (lable stack). Các nhãn trong chồng nhãn được tổ chức theo kiểu chồng nhãn LIFO (last-in, first-out). Một gói tin không có gắn nhãn được xem là có chiều sâu chồng nhãn bằng 0. Chiều sâu d của chồng nhãn tương ứng với trình từ của nhãn trong chồng nhãn <1,2,3....,d-1,d> với nhãn 1 ở đáy chồng nhãn và nhãn d ở đỉnh của chồng nhãn.
(Trong khuôn khổ luận văn này chỉ trình bày đóng gói MPLS–PPP và LAN ở lớp tuyến dữ liệu).
Nhãn MPLS là một sự đột phá, nó dựa trên ý tưởng VPI/VCI của mạng ATM nhưng cao cấp hơn, gồm 32 bit.

Hình 2.1: Nhãn MPLS

+ Label: Trường này gồm 20 bit, như vậy chúng ta sẽ có hơn 1 tỷ nhãn khác nhau sử dụng, đây chính là phần quan trọng nhất trong nhãn MPLS nó dùng để chuyển tiếp gói tin trong mạng.
+ Experimemtal (EXP): Trường này gồm 3 bit, nó dùng để mapping với trường ToS hoặc DSCP trong gói tin tới để thực hiện QoS.
+ Stack (S): Chỉ có 1 bit, khi một gói tin đi qua một tunnel, nó sẽ có nhiều hơn 1 nhãn gắn vào, khi đó ta sẽ một stack nhãn, bit S này dung để chỉ ra rằng nhãn này có nằm đáy Stack không, nếu ở đáy thì S=1, ngược lại S=0.

Hình 2.2: Nhãn của stack

+ Time-to-live (TTL): Trường này như trường TTL trong IP header, khi chuyển tiếp gói tin nếu như router không tìm thấy destination mà vẫn cứ chạy trong mạng thì sẽ xảy ra loop làm nghẽ mạng (congestion). TTL dùng để khắc phục điều này, giá trị ban đầu

của nó là 255, mỗi khi đi qua một router thì giá trị này sẽ giảm đi 1, nếu như giá trị này đã giảm về 0 mà gói tin vẫn chưa tới đích thì nó sẽ bị rớt (dropped). Khi gói tin đến router biên thì trường TTL trong IP header sẽ giảm đi một và copy qua trường TTL trong nhãn MPLS, giá trị này sẽ giảm dần khi đi qua mạng MPLS, khi ra khỏi mang MPLS thì trường nay lại được copy qua trường TTL trong IP header, nếu giá trị là 0 thì gói sẽ bị rớt (drop).
Các giá trị qui ước cho trường TTL:
0: Chính nó (Host gởi tin đến chính nó)
1: Trong cùng một subnet
32: Trong cùng một site (Một mạng)
64: Trong cùng một vùng (Có cùng AS)
128: Trong cùng một một lục địa
255: Không giới hạn
Các cách đóng gói tin:

Hình 2.3: Nhãn lớp 2

Như vậy: Đối với mạng IP cách đóng gói tin sẽ là Ethernet hay PPP và nhãn là một shim được chèn vào như trình bày ở trên. Đối mạng Frame-Relay nhãn sẽ là giá trị DLCI, với mạng ATM thì nhãn sẽ là VPI hoặc VCI.
Các loại nhãn đặc biệt
- Untagged: gói MPLS đến được chuyển thành một gói IP và chuyển tiếp đến đích.
- Nhãn Implicit-null hay POP: Nhãn này được gán khi nhãn trên (top label) của gói MPLS đến bị bóc ra và gói MPLS hay IP được chuyển tiếp tới trạm kế xuôi dòng. Giá trị của nhãn này là 3 (trường nhãn 20 bit). Nhãn này được dùng trong mạng MPLS cho những trạm kế cuối.
- Nhãn Explicit-null: Chỉ mang giá trị EXP, giá trị nhãn bằng 0, được gán để giữ giá trị EXP cho nhãn trên (top label) của gói đến. Nhãn trên được hoán đổi với giá trị 0 và chuyển tiếp như một gói MPLS tới trạm kế xuôi dòng. Nhãn này sử dụng khi thực hiện QoS với MPLS trong mô hình Pipe Mode.
- Nhãn Aggregate: với nhãn này, khi gói MPLS đến nó bị bóc tất cả nhãn trong chồng nhãn ra để trở thành một gói IP và thực hiện tra cứu trong FIB để xác định giao tiếp ngõ ra cho nó.
2.2.2 Chuyển tiếp gói tin trong MPLS
Thuật toán chuyển tiếp nhãn (Label Forwarding Algorithm)
Bộ chuyển nhãn sử dụng một thuật toán chuyển tiếp dựa vào việc hoán đổi nhãn. Nút MPLS lấy giá trị trong nhãn của gói vừa đến làm chỉ mục đến LFIB. Khi giá trị nhãn tương ứng được tìm thấy, MPLS sẽ thay thế nhãn trong gói đó bằng nhãn ra (outgoing label) và gửi gói qua giao tiếp ngõ ra tương ứng đến trạm kế đã được xác định. Nếu nút MPLS chứa nhiều LFIB trên mỗi giao tiếp, nó sử dụng giao tiếp vật lý nơi gói đến để chọn một LFIB cụ thể phục vụ chuyển tiếp gói. Các thuật toán chuyển tiếp thông thường sử dụng nhiều thuật toán như unicast, multicast và các gói unicast có thiết lập bit ToS. Tuy nhiên, MPLS chỉ dùng một thuật toán chuyển tiếp dựa trên sự hoán đổi nhãn (Label swapping). Một nút MPLS truy xuất bộ nhớ đơn để lấy ra các thông tin như quyết định

dành ra tài nguyên cần thiết để chuyển tiếp gói. Khả năng chuyển tiếp và tra cứu tốc độ nhanh giúp chuyển nhãn (label switching) trở thành công nghệ chuyển mạch có tính thực thi cao. MPLS còn có thể dùng để chuyển vận các giao thức lớp ba khác như IPv6, IPX, hoặc Apple Talk. Các thuộc tính này giúp MPLS có thể tương thích tốt với việc chuyển đổi các mạng từ IPv4 lên IPv6.
Thực hiện chuyển tiếp dữ liệu với MPLS gồm các bước sau:
• Gán nhãn MPLS (trên LSR).
• Giao thức phân phối nhãn (LDP - label distribution protocol hay TDP - tag distribution protocol ) thực hiện gán nhãn và trao đổi nhãn giữa các LSR trong miền MPLS để thiết lập các phiên làm việc (session). Việc gán nhãn có thể gán cục bộ trên router hoặc trên giao tiếp của router.
• Thiết lập LSP giữa LSR/E_LSR.
• Mặc định trên router sử dụng LDP.
Trong các mạng thuần túy thì việc chuyển tiếp gói tin được thực hiện bằng cách tra bảng routing có trong mỗi router, công việc này thực hiện ở layer 3, nó tốn khá nhiều thời gian cho các router trong việc tra bảng routing nếu như bảng này có kích thước lớn (trong mạng bình thường bảng này có thể có tới vài trăm ngàn rout).
Trong nguyên lý định tuyến cổ điễn, thì để tìm ra next hop mỗi router phải thực hiện việc tra bảng routing như sau:

Hình 2.4: Chuyển tiếp IP

Như trên hình vẽ ta thấy: để có được thông tin về mạng 10.0.0.0/8 thì các router trong mạng phải thường xuyên update cho nhau về tình trạng up hay down của mạng này, việc update này còn tùy vào kĩ thuật áp dụng cho mạng là Link-state hay Distance vector, nhưng nói chung nó chiếm một lượng băng thông không mong muốn trong mạng, sau khi đã có bảng routing thì để gởi gói tin đến đích các router phải tra bảng routing mỗi khi gói tin tới nó để chuyển tiếp đến next hop.
Vì vậy trong MPLS sẽ không thực hiện như vậy, việc chuyển tiếp nhãn trong MPLS sẽ thực hiện ở layer 2, nó không phải tra bảng routing nên sẽ rất nhanh chóng để tìm ra next hop tiếp theo.

Hình 2.5: Chuyển tiếp MPLS

Theo hình vẽ trên, thì việc chuyển tiếp gói tin trong MPLS chỉ thực hiện trên nhãn, mỗi khi gói tin đến router các router sẽ thực hiện việc gán nhãn (router biên), swap nhãn (router core), và pop nhãn (router biên), việc này thực hiện ở layer 2 rất nhanh chóng (chúng ta sẽ tìm hiểu kĩ hơn ở các phần sau).
2.2.3 Các bảng tra FIB và LFIB
Bảng tra FIB (Forwarding information based) sẽ ánh xạ từ một gói tin IP không nhãn thành gói tin MPLS có nhãn ở ngõ vào của router biên hoặc từ gói tin IP không nhãn thành gói tin IP không nhãn ở ngõ ra của router biên, bảng này được hình thành từ bảng routing table, từ giao thức phân phối nhãn LDP và từ bảng tra LFIB.

Hình 2.6: Bảng tra FIB vả LFIB

Bảng tra LFIB (Label Forwarding Information Based) là bảng chứa đựng thông tin các nhãn đến các mạng đích, một gói tin có nhãn khi đi vào một router nó sẽ sử dụng bảng tra LFIB để tìm ra hop kế tiếp, ngõ ra của gói tin này có thể là gói tin có nhãn cũng có thể là gói tin không nhãn.
Hai bảng tra FIB và LFIB có giá trị như bảng routing table trong mạng IP, nhưng trong mạng IP thì bảng routing table có số entry rất lớn khoảng vài ngàn, còn với FIB và LFIB số nhãn mà nó nắm giữa rất ít khoảng vài chục là tối đa.
2.3 CẤU TRÚC MPLS
Có hai cơ chế hoạt đông trong MPLS là:
a. Cơ chế Frame Mode
Cơ chế này được sử dụng với các mạng IP thông thường, trong cơ chế này nhãn của MPLS là nhãn thực sự được thiết kế và gán cho các gói tin, trong mặt phẳng Control plane sẽ đảm nhiệm vai trò gán nhãn và phân phối nhãn cho các route giữa các router chạy MPLS, và trong cơ chế này các router sẽ kết nối trực tiếp với nhau

qua 1 giao diện Frame mode như là PPP, các router sẽ sử dụng địa chỉ IP thuần túy để trao đổi thông tin cho nhau như là: Thông tin về nhãn và bảng định tuyến routing table.
Còn với mạng ATM hay Frame-relay chúng không có các kết nối trực tiếp giữa các interface, nghĩa là không thể dùng địa chỉ IP thuần để trao đổi thông tin cho nhau, vì vậy ta phải thiết lập các kênh ảo giữa chúng (PVC - permanent virtual circuit)
b. Cơ chế cell mode.
Thuật ngữ này dùng khi có một mạng gồm các ATM LSR dùng MPLS trong mặt phẳng điều khiển để trao đổi thông tin VPI/VCI thay vì dùng báo hiệu ATM. Trong kiểu tế bào, nhãn là trường VPI/VCI của tế bào. Sau khi trao đổi nhãn trong mặt phẳng điều khiển, ở mặt phẳng chuyển tiếp, router ngõ vào (ingress router) phân tách gói thành các tế bào ATM, dùng giá trị VCI/CPI tương ứng đã trao đổi trong mặt phẳng điều khiển và truyền tế bào đi. Các ATM LSR ở phía trong hoạt động như chuyển mạch ATM – chúng
chuyển tiếp một tế bào dựa trên VPI/VCI vào và thông tin cổng ra tương ứng. Cuối cùng, router ngõ ra (egress router) sắp xếp lại các tế bào thành một gói.
Trong đó:
• GFC (Generic Flow Control): Điều khiển luồng chung
• VPI (Virtual Path Identifier): nhận dạng đường ảo
• VCI (Virtual Channel Identifier): nhận dạng kênh ảo
• PT (Payload Type): Chỉ thị kiểu trường tin
• CLP (Cell Loss Priority): Chức năng chỉ thị ưu tiên huỷ bỏ tế bào
• HEC (Header error check): Kiểm tra lỗi tiêu đề.
MPLS chia thành 2 mặt phẳng
2.3.1 Control plane (trao đổi thông tin định tuyến và label)
Mặt phẳng điều khiển MPLS chịu trách nhiệm tạo ra và lưu trữ LIB. Tất cả các nút MPLS phải chạy một giao thức định tuyến IP để trao đổi thông tin định tuyến đến các nút

MPLS khác trong mạng. Các nút MPLS enable ATM sẽ dùng một bộ điều khiển nhãn (LSC–Label Switch Controller) như router 7200, 7500 hoặc dùng một môđun xử lý tuyến (RMP – Route Processor Module).
• Các giao thức định tuyến Link-state như OSPF và IS-IS là các giao thức được chọn vì chúng cung cấp cho mỗi nút MPLS thông tin của toàn mạng. Trong các bộ định tuyến thông thường, bản định tuyến IP dùng để xây dựng bộ lưu trữ chuyển mạch nhanh (Fast switching cache) hoặc FIB .Tuy nhiên với MPLS, bản định tuyến IP cung cấp thông tin của mạng đích và subnet prefix. Các giao thức định tuyến link-state gửi thông tin định tuyến (flood) giữa một tập các router nối trực tiếp, thông tin liên kết nhãn chỉ được phân phối giữa các router nối trực tiếp với nhau bằng cách dùng giao thức phân phối (LDP – Label Distribution Protocol) hoặc TDP (Cisco proproetary Tag Distribution protocol).
• Các nhãn được trao đổi giữa các nút MPLS kế cận để xây dựng nên LFIB. MPLS dùng một mẫu chuyển tiếp dựa trên sự hoán đổi nhãn để kết nối với các node điều khiển khác nhau. Mỗi node điều khiển chịu trách nhiệm đánh dấu và phân phối một tập các nhãn cũng như lưu trữ các thông tin điều khiển có liên quan khác. Các giao thức cổng nội (IGP – Interior Gateway Potocols) được dùng để xác nhận khả năng đến được, sự liên kết, và ánh xạ giữa FEC và địa chỉ trạm kế (next-hop address).
2.3.2 Data plane (chuyển tiếp gói tin dựa trên label)
Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng một cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB - Label Forwarding Information Base) để chuyển tiếp các gói. Mỗi nút MPLS có hai bảng liên quan đến việc chuyển tiếp là: cơ sở thông tin nhãn (FIB - Forwarding Information Base) và LFIB. FIB chứa tất cả các nhãn được nút MPLS cục bộ đánh dấu và ánh xạ của các nhãn này đến các nhãn được nhận từ láng giềng (MPLS neighbor) của nó. LFIB sử dụng một tập con các nhãn chứa trong FIB để thực hiện chuyển tiếp gói.

Hình 2.7: Data plane và Control Plane

Các thành phần data plane và control plane của MPLS:
Cisco Express Forwarding (CEF) là nền tảng cho MPLS và hoạt động trên các router của Cisco. Do đó, CEF là điều kiện tiên quyết trong thực thi MPLS trên mọi thiết bị của Cisco ngoại trừ các ATM switch chỉ hỗ trợ chức năng của mặt phẳng chuyển tiếp dữ liệu.
CEF là một cơ chế chuyển mạch thuộc sở hữu của Cisco nhằm làm tăng tính đơn giản và khả năng chuyển tiếp gói IP. CEF tránh việc viết lại overhead của cache trong môi trường lõi IP bằng cách sử dụng một cơ sở thông tin chuyển tiếp (FIB – Forwarding Information Base) để quyết định chuyển mạch. Nó phản ánh toàn bộ nội dung của bảng định tuyến IP (IP routing table), ánh xạ 1-1 giữa FIB và bảng định tuyến. Khi router sử dụng CEF, nó duy trì tối thiểu 1 FIB, chứa một ánh xạ các mạng đích trong bảng định tuyến với các trạm kế tiếp (next-hop adjacencies) tương ứng. FIB ở trong mặt phẳng dữ liệu, nơi router thực hiện cơ chế chuyển tiếp và xử lý các gói tin. Trên router còn duy trì hai cấu trúc khác là cơ sở thông tin nhãn (LIB – Label Information Base) và cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB – Label Forwarding Information Base). Giao thức phân phối sử dụng giữa các láng giềng MPLS có nhiệm vụ tạo ra các chỉ mục (entry) trong hai bảng này. LIB thuộc mặt phẳng điều khiển và được giao thức phân phối nhãn sử dụng khi địa chỉ mạng đích trong bảng định tuyến được ánh xạ với nhãn nhận được từ router xuôi dòng. LFIB thuộc mặt phẳng dữ liệu và chứa nhãn cục bộ (local label) đến nhãn trạm kế ánh xạ với giao tiếp ngõ ra (outgoing interface), được dùng để chuyển tiếp các gói được gán nhãn. Như vậy, thông tin về các mạng đến được do các

giao thức định tuyến cung cấp dùng để xây dựng bảng định tuyến (RIB - Routing Information Base). RIB cung cấp thông tin cho FIB. LIB được tạo nên dựa vào giao thức phân phối nhãn và từ LIB kết hợp với FIB tạo ra LFIB.
2.4 PHÂN PHỐI NHÃN TRONG MPLS
2.4.1 TDP
Trước đây, trong quá trình "thai nghén" ra MPLS, Cisco đưa ra công nghệ tag-switching và hỗ trợ từ IOS 11.1CT. MPLS được hỗ trợ bởi các router cisco từ IOS 12.1(3)T.
Tag-switching chính là tiền thân của mpls nên rất giống, chỉ có một số khác biệt như: Giao thức sử dụng phân phối nhãn của tag-switching là TDP - sử dụng tcp/udp port 711, còn mpls là LDP sử dụng tcp/udp port 646. Để cho phép chuyển mạch nhãn hoạt động thì IOS 11.1 là tag-switching ip, IOS 12.1 là mpls ip. Cú pháp lệnh tùy vào IOS.
2.4.2 LDP
MPLS là thế hệ sau của tag-switching, nó sử dụng giao thức LDP để phân phối nhãn, hoạt động như TDP chỉ khác là nó sử dụng LDP để phân phối nhãn, LDP phải được cấu hình trên từng interface chạy MPLS, các láng giềng của chúng sẽ tự động nhận ra các interface có chạy LDP kết nối với chúng. Sử dụng UDP broadcast và mulicast để tìm ra các láng giềng của chúng.
Để kích hoạt LDP MPLS trên các router ta dùng các lệnh sau:
P1#config t
P1(config)#ip cef
P1(config)#mpls ip
P1(config-if)#interface serial 0/0
P1(config-if)#mpls ip
Trong một miền MPLS, một nhãn gán tới một địa chỉ (FIB) đích được phân phối tới các láng giềng ngược dòng sau khi thiết lập session. Việc kết nối giữa mạng cụ thể với nhãn cục bộ và một nhãn trạm kế (nhận từ router xuôi dòng) được lưu trữ trong LFIB và LIB.

2.4.3 Sự duy trì nhãn MPLS
Có hai chế độ duy trì nhãn:
- Chế độ duy trì nhãn tự do (liberal label retention mode): duy trì kết nối giữa nhãn và mạng đích nhưng không lưu giữ trạm kế cho đích đến đó. LSR có thể chuyển tiếp gói ngay khi IGP hội tụ và số lượng nhãn lưu giữ rất lớn cho từng đích đến cụ thể nên tốn bộ nhớ.
- Chế độ duy trì nhãn thường xuyên (conservative label retention mode): duy trì nhãn dựa vào hồi đáp LDP hay TDP của trạm kế. Nó hủy các kết nối từ LSR xuôi dòng mà không phải trạm kế của đích đến chỉ định nên giảm thiểu được bộ nhớ.
2.4.4 Routing với nhãn
Giả sử ta có một mạng đơn giản như sau trong đó Router A là Ingress router (router biên ngõ vào), Router C là Egress router (router biên ngõ ra).

Hình 2.8: Mạng MPLS

Ở đây sẽ trình bày cách các router xây dựng bảng FIB và LFIB cho Network X là mạng mà cần truyền dữ liệu đến.

Phương thức gán và phân tán nhãn gồm những bước như sau:
– Step 1: Giao thức định tuyến (OSPF hay IS IS …) xây dựng bảng routing table.
– Step 2: Các LSR lần lượt gán 1 nhãn cho một dest-IP trong bảng routing Table một cách độc lập.
– Step 3: LSR lần lượt phân tán nhãn cho tất cả các router LSR kế cận.
– Step 4: Tất cả các LSR xây dựng các bảng LIB, LFIB, FIB dựa trên label nhận được.
Đầu tiên các router sẽ dùng các giải thuật định tuyến như OSPF hay IS IS… để tìm đường đi cho gói tin giống như mạng IP thông thường và xây dựng nên bảng routing- table cho mỗi router trong mạng. Giả sử, ở đây router A muốn đến mạng X thì phải qua router B, B chính là Next-hop của router A để đến mạng X.

Sau khi bảng routing table đã hình thành, các router sẽ gán nhãn cho các đích đến mà có trong bảng routing table của nó, ví dụ ở đây router B sẽ gán nhãn bằng 25 cho mạng X, nghĩa là những nhãn vào có giá trị 25 router B sẽ chuyển nó đến mạng X.

Router B phân tán nhãn 25 cho tất cả các router LSR kế cận nó với ý nghĩa “Nếu bạn muốn đến X thì hãy gán nhãn 25 rồi gửi đến tôi”, cùng lúc đó bảng tra LIB hình thành trong router B và có entry như hình sau.

Các router LSR nhận được nhãn được từ router hàng xóm sẽ cập nhập vào bảng LIB, riêng với router biên (Edge LSRs) sẽ cập nhập vào bảng LIB và cả FIB của nó.

Cũng giống như B, router C sẽ gán nhãn là 47 cho Network X và sẽ quảng bá nhãn này cho các router kế cận, C không quảng bá cho router D vì D không chạy MPLS.

Cùng lúc đó router C hình thành 2 bảng tra LIB và LFIB có các entry như trên. Sau khi nhận được quảng bá của router C, router B sẽ thêm nhãn 47 vừa nhận được vào trong bảng tra FIB và LIB đồng thời xây dựng bảng tra LFIB có các entry như hình vẽ, router E chỉ thêm nhãn 47 vào trong LIB và FIB.

Như vậy ta đã có được đường đi từ biên router A đến mạng cần đến là mạng X, hay nói cách khác một LSP đã hình thành. Bây giờ gói tin có thể truyền theo đường này tới đích như sau: Một gói tin IP từ mạng IP đến router biên Ingress, router A sẽ thực hiện tra bảng FIB của nó để tìm ra nexthop cho gói itn nay, ở đây A sẽ gán nhãn 25 cho gói tin này theo entry có trong bảng FIB của nó và sẽ gởi tới next hop là router B để đến mạng X.

Gói tin với nhãn 25 được truyền đến cho router B, router B sẽ tra bảng LFIB của nó và tìm ra giá trị nhãn ngõ ra cho gói tin có nhãn ngõ vào 25 là 47, router B sẽ swap nhãn thành 47 và truyền cho next hop là router C.

Gói tin với nhãn 47 được truyền đến router C, router C sẽ tra bảng LFIB của nó và tìm ra hoạt động tiếp theo cho gói tin có nhãn vào 47 là sẽ pop nhãn ra khỏi gói tin và truyền cho next hop là router D, như vậy gói tin đến D là gói tin IP bình thường không nhãn.

Gói tin IP này đến D, router D sẽ tra bảng routing table của nó và truyền cho mạng X.

**changtrai_buon_1985** · 28-03-2009, 12:08 PM

cam on huynh nhe.huynh cu post len het luon nhe neu co mo phong nua thi se hay va soi dong hon

**luancb** · 28-03-2009, 12:58 PM

-Chương 3
-Chương 4

**chu_linh_chi123** · 24-06-2009, 12:01 AM

mpls

Rất cám ơn anh về bài viết. Thực sự là nó rất cụ thể và hay nữa, bản chất và cụ thể hơn điều em muốn biết về mpls

**bomtan** · 26-06-2009, 09:57 AM

ông anh cho em hoi tý nha:học ccnp rùi chắc anh bit về "mpls te",em dang mô phỏng phần đó,mà sao khi cấu hinh interface tunnel sao khi shut down mà lại chưa up,anh giúp em được k?thank anh nhiều

**xomchuabuon** · 31-12-2009, 12:54 PM

anh luancb ơi, giúp e với. những hình này anh lấy ở tài liệu nào vậy hay anh tự vẽ ra. em lấy những hình này cho luận văn, nhưng thầy nói phải ghi nguồn từ tài liệu tin cậy nào. mong anh gửi tài liệu vào
mail dinhthang28@gmail.com giúp em.
em cảm ơn

**cuongnc27** · 31-12-2009, 02:16 PM

thank's a lot !

**tuxedo_0510** · 24-02-2010, 04:47 PM

cảm ơn anh nhiều :D

**luancb** · 24-02-2010, 06:59 PM

QoS trong MPLS (chương 3) !!! - Vietnamese Professional

http://vnpro.org/forum/showthread.php?p=127522&posted=1#post127522

Các công nghệ đang được ứng dụng hiện nay: Metro, MPLS, Optical Networking, Storage Networking...

**torino2** · 04-03-2010, 10:29 AM

theo mình biết thì nhãn được gán cho prefix ip vậy 2 prefix ip giống nhau có nhãn giống nhau không

**chip_et2008** · 06-09-2010, 11:21 PM

Thanks anh Luancb, bài viết rất xúc tích và dễ hiểu, trong phần anh trình bày anh có nhắc tới ứng dụng MPLS TE, MPLS VPN.
anh có bài viết nào hay, xúc tích về 2 ứng dụng đó không anh? gửi cho em với.
chip_et2008@yahoo.com.vn

**phongscui** · 01-04-2012, 12:43 AM

Cảm ơn A.luancb rất nhiều vì tài liệu quá bổ ích. Chúc anh luôn thành công trong cuộc sống

Announcement

QoS trong MPLS ( chương I + II) !!!

QoS trong MPLS ( chương I + II) !!!

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment