HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
TRẦN VĂN KHẢI
KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG MPLS VÀ ỨNG
DỤNG TRONG MẠNG CỦA VNPT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
MÃ SỐ: 60.52.02.08
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÀ NỘI - 2013

Luận văn được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Vì vậy tôi chọn đề tài nghiên cứu về kỹ thuật lưu lượng MPLS và áp dụng trong mạng của VNPT.
Với mục đích muốn tìm hiểu và nắm bắt được công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thứ, kỹ thuật điều khiển lưu
lượng, điều khiển tránh tắc nghẽn mạng trong mạng MPLS.
Nội dung tìm hiểu của luận văn chia thành 3 chương:
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Chương này nghiên cứu tổng quan về kỹ thuật lưu lượng MPLS, các khái niệm cơ bản, quá trình xử lý gói tin của
MPLS, và kỹ thuật, cơ chế điều khiển lưu lượng trong MPLS
CHƢƠNG II: KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG VÀ BÀI TOÁN GIẢI QUYẾT TẮC NGHẼN TRONG
MẠNG MPLS.
Nghiên cứu các kỹ thuật điều khiển lưu lượng và tìm hiểu về bài toán tắc nghẽn trong mạng MPLS. Áp
dụng cáp phương pháp điều khiển nghẽn để giải quyết tắc nghẽn trong mạng MPLS.
Từ đó, nhà cung cấp dịch vụ sẽ giải quyết vấn đề tắc nghẽn trong mạng và khả năng phục hồi nhanh giúp
giảm thiểu mất gói khi xảy ra lỗi.
CHƢƠNG III: GIẢI PHÁP TRONG ĐIỀU KHIỂN LƢU LƢỢNG ĐỂ TRÁNH NGHẼN MẠNG
XẨY RA.
Đưa ra mô hình, cấu trúc mạng đang sử dụng của nhà cung cấp dịch vụ. Thực hiện giám sát, quan
trắc, đo kiểm lưu lương mạng tại các thời điểm khác nhau. Từ đó sẽ đưa ra các một số giải pháp điều khiển
lưu lương để trách tắc nghẽn xẩy ra trong mạng.
Do nhiều mặt còn hạn chế nên nội dung của đề tài khó tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận
được ý kiến đóng góp của các thầy cô và bạn đọc.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Đỗ Mạnh Quyết đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn.
Hà Nội, Ngày 12 Tháng 09 Năm 2013

Học viên Trần Văn Khải

2
CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Quá trình xử lý thông tin trong MPLS

3 Hình 1.4: Quá trình xử lý thông tin trong MPLS
Quá trình xử lý thông tin cơ bản trong MPLS nhƣ sau:
1. Một LSP được thiết lập giữa 2 LER bằng LDP hoặc RSVP.
2. Khi gói tin IP đến LER đầu vào, router sẽ kiểm tra địa chỉ IP đích và gán cho nó một nhãn tương
ứng. Như vậy gói này đã được gán một nhãn MPLS trước khi chuyển đi.
3. Các router core LSR chuyển gói tin đi dựa trên các nhãn ingress và egress mà không cần quan
tâm đến địa chỉ IP của gói tin.
4. LER cuối cùng sẽ gõ bỏ nhãn MPLS và tìm đích của gói tin trong bảng định tuyến IP rồi đẩy gói
tin ra port cần thiết.
1.1.2 Cấu trúc và các thành phần của của một miền MPLS
Mạng MPLS bao gồm nhiều nút có chức năng định tuyến và chuyển tiếp nối với
nhau. Mỗi nút tương ứng với một thiết bị LSR ( Lable Switching Router). Mạng MPLS có
thể được chia thành hai miền là miền lõi MPLS( MPLS core) và miền biên MPLS
( MPLS Edge).Tương ứng với mỗi miền ta có thiết bị tương đương.
LER
LER
LER
LER
LSR

Ingress
LSR
LSP
Paris
London

Hình 1.8: Mô hình chuyển gói tin trong MPLS
Khi gói tin đến Egress LSR gỡ nhãn MPLS, Chuyển gói đi tiếp dựa trên địa chỉ đích và chuyển đến
đích cần đến.
1.2 Hƣớng nghiên cứu của luận văn
1.1.2 Những nghiên cứu hiện tại về điều khiển lƣu lƣợng MPLS
Cùng với sự phát triển của mạng IP, các nhà nghiên cứu cố gắng tìm ra một phương pháp điều khiển
lưu lượng trong mạng một cách tối ưu để đáp ứng được nhu cầu người sử dụng. Các phương pháp điều khiển
lưu lượng truyền thống như IP, ATM cũng phần nào giải quyết được bài toán lưu lượng trong mạng IP. Tuy
nhiên các phương pháp này bộc lộ một số hạn chế nhất định. Chuyển mạnh nhãn đa giao thức, một công
nghệ chuyển mạch nhãn định hướng kết nối cung cấp các khả năng mới trong các mạng IP, trong khi khả
năng điều khiển lưu lượng được đề cập đến bằng cách cho phép thực hiện các cơ chế điều khiển lưu lượng
một cách tinh xảo.
MPLS không thay thế cho định tuyến IP nhưng nó sẽ hoạt động song song với các phương pháp định
tuyến đang tồn tại và các công nghệ định tuyến trong tương lai với mục đích cung cấp tốc độ rất cao giữa các
bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSP, đồng thời với việc hạn chế băng tần của các luồng lưu lượng với các
yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS khác nhau.
Hiện nay, có rất nhiều các nghiên cứu vềphương pháp điều khiển lưu lượng. Ví dụ như tác giả Trần
Công Hùng, về vấn đề điều khiển lưu lượng đã trình bầy phương pháp sử dụng định tuyến ràng buộc và
Enhanced IGP [11] thì việc điều khiển lưu lượng trong MPLS có thể được thực hiện hiệu quả hơn. Trong
khi đó để giải quyết vấn đề này thì tác George Swallow đã trình bầy phương pháp sử dụng giao thức báo hiệu
RSVP-TE trong điều khiển lưu lượng MPLS [8]. Theo yêu cầu để làm cho Traffic Engineering đạt hiệu quả,
IETF đã đưa ra kỹ thuật điều khiển lưu lượng sử dụng giao thức LDP cưỡng bức (CR-LDP)[2] cho phép các

5

qua mạng. Mục đích để cải thiện việc sử dụng tài nguyên mạng, tránh trường hợp một phần tử mạng bị
nghẽn trong khi các phần tử khác chưa được dùng hết. Ngoài ra, còn để đảm bảo đường truyền có các thuộc
tính nhất định, tài nguyên truyền dẫn có sẵn trên một đường truyền cụ thể hay xác định luồng lưu lượng nào
được ưu tiên lúc xảy ra tranh chấp tài nguyên.
Mạng chuyển mạch đa nhãn giao thức (MPLS - MultiProtocol Label Switching) xây dựng đường
truyền chuyển nhãn (LSP - Label Switched Path) trong mạng nhằm giảm lưu lượng chuyển tiếp.MPLS-TE

6
dùng đường hầm TE (TE tunnel) hay đường hầm điều khiển lưu lượng để kiểm soát lưu lượng trên đường
truyền đến một đích cụ thể. MPLS-TE dùng định tuyến động (autoroute) để tạo bảng định tuyến bằng LSP
mà không cần thông tin đầy đủ của các tuyến lân cận (neighbor).MPLS-TE còn có khả năng dự trữ băng
thông khi xây dựng các LSP này. Nói chung, phương pháp này linh hoạt hơn kỹ thuật lưu lượng chuyển tiếp
chỉ dựa vào địa chỉ đích.
Kỹ thuật lưu lượng trong môi trường MPLS thiết lập mục tiêu hướng tới 2 chức năng hoạt động : (a)
Định hướng lưu lượng và (b) định hướng tài nguyên.
MPLS có ý nghĩa chiến lược đối với kỹ thuật lưu lượng vì nó có thể cung cấp hầu hết các chức năng
hiện có ở một mô hình chồng phủ nhưng theo cách tích hợp với chi phí thấp. Điều quan trọng là MPLS còn
đề xuất khả năng tự động hóa các chức năng kỹ thuật lưu lượng.
2.1.2 Bài toán lƣu lƣợng
Chúng ta xemxét một mạng đơn giản như hình 2.1. Mạng bao gồm các bộ định tuyến
R1,R2,R3,R4,R5 cùng thuộc một miền quản trị.Các bộ định tuyến được kết nối với nhau như hình vẽ. Xét
hai luồng lưu lượng I-I‟,II-II‟ vào R1 và ra R5. Theo hình vẽ dễ thấy có hai đường đi có thể lựa chọn hai
luồng lưu lượng trên:
- R1-R2-R3-R5
- R1-R4- R5

Hình 2.1 Mô hình mạng đơn giản
Với cấu hình này, nhà quản trị có thể sử dụng một trong các giải pháp định tuyến sau đây:
- Thứ nhất là sử dụng định tuyến tĩnh. Với giải pháp này, một đường đi sẽ được lựa chọn một cách
nhân công.

b. Phân phối thông tin – IGP mở rộng (extensions)
Trong việc thiết lập đường truyền thiết kế lưu lượng yêu cầu cần thiết ở đây là tìm được một đường
truyền trong mạng đáp ứng được các điều kiện (thông tin) ràng buộc. Các điều kiện đó sẽ được đưa vào để
tính toán các đường truyền khả thi đến đích. Các điều kiện ràng buộc như:
 Băng thông yêu cầu cho một LSP cụ thể
 Các thuộc ính (như màu sắc) của liên kết cho phép lưu lượng qua.
 Giá trị metic được gán cho liên kết.
 Số chặng mà lưu lượng được phép truyền qua.
 Độ ưu tiên thiết lập của LSP.
c. Tính toán đƣờng truyền – CSPF:
Như thuật toán đường đi ngắn nhất (SPF - Shortest Path First), SPF ràng buộc (CSPF- Constrained
SPF) tính đường đi ngắn nhất dựa vào việc quản lý metric. CSPFchỉ tính các đường mà thỏa mãn một trong
các điền kiện ràng buộc bằng cách loại bớt các liên kết không thỏa. Ví dụ nếu điều kiện về băng thông, CSPF
sẽ bỏ bớt các liên kết không có đủ băng thông để dùng.

9
trường hợp cụ thể này, chọn số đường đi ngắn nhất là 2. Nếu vậy, bộ định tuyến R1 sẽ sử dụng cùng một lúc
hai đường đi cho các luồng lưu lượng. Cần chú ý rằng giao thức định tuyến OSPF không hỗ trợ cân bằng tải
không đều mà chỉ hỗ trợ cân bằng tải đều. Muốn cân bằng tải kiểu không đều thì phải sử dụng giao thức định
tuyến EIGRP. Thứ hai, có thể kết hợp giao thức định tuyến với „điều kiện mở rộng khi quyết định hướng các
gói tin theo các tuyến tới đích. Thông thường, để đưa ra ứng xử của mình với các gói tin, các bộ định tuyến
chỉ cần phân tích thông tin về địa chỉ đích của gói tin IP đó. Khi áp dụng các „điều kiện mở rộng‟ tại các bộ
định tuyến, ngoài địa chỉ đích ra còn một số thông tin sau có thể xem xét khi đưa ra quyết định ứng xử:
 Địa chỉ nguồn
 Kích cỡ gói
 Loại ứng dụng (căn cứ vào địa chỉ cổng ứng dụng).
2.2.2 Cơ chế điều khiển lƣu lƣợng trong mạng MPLS
Kỹ thuật điều khiển lƣu lƣợng( Traffic Engineering)

11
Traffic Engineering đề cập đến khả năng điều khiển của những luồng lưu lượng trong mạng, với mục
đích giảm thiểu tắc nghẽn và tạo ra mức sử dụng hiệu quả nhất cho các phương tiện sẵn có. Lưu lượng IP
truyền thống định tuyến theo Hop by Hop cơ bản và theo IGP luôn sử dụng kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất để
truyền lưu lượng. Lưu lượng đường dẫn IP có thể không đạt tối ưu vì nó phụ thuộc vào thông tin Link Metric
tĩnh không cùng với bất kỳ một hiểu biết nào của tài nguyên mạng sẵn có hoặc các yêu cầu của lưu lượng
cần thiết để mang trên đường dẫn đó. Sử dụng kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất có thể gây ra các vấn đề sau :
- Đường dẫn ngắn nhất từ các tài nguyên khác nhau chồng lẫn lên một sốlink, gây ra tắcnghẽntrên
các link đó.
- Lưu lượng từ một nguồn đi tới một đích có thể vượt quá dung lượng của kỹ thuật đường dẫn ngắn
nhất, trong khi một đường dẫn dài hơn giữa hai Router đó được được sử dụng không đúng mức.
Trong hình 2.8, có hai đường dẫn từ Router C tới Router E được biểu thị bởi các đường dẫn 1 và
2,nếu một Router chọn một trong các đường dẫn theo kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất từ C tới E(C-D-E), thì
sau đó nó sẽ mang tất cả lưu lượng của đích cho E thông qua đường dẫn. Dung lượng lưu lượng cuối cùng
trên đường dẫn đó có thể gây ra tắc nghẽn, trong khi một đường dẫn khác (C-F-G-H-E) không được sử dụng.
Để toàn thể mạng hoạt động hiệu quả nhất nó có thể thiết kế nhằm thay đổi một vài phân số (fraction) của
lưu lượng từ link này tới link khác. Trong khi ta có cost đường dẫn C-D-E ngang bằng với cost đường dẫn C-

MPLS không yêu cầu phải có giao thức phân bổ nhãn riêng, vì một vài giao thức định tuyến đang
được sử dụng OSPF có thể hỗ trợ phân bổ nhãn. Tuy nhiên, IETF đã phát triển một giao thức mới để bổ sung
cho MPLS. Được gọi là giao thức phân bổ nhãn LDP. Một giao thức khác, LDP cưỡng bức (CR-LDP), cho
phép các nhà quản lý mạng thiết lập các đường đi chuyển mạch nhãn (LSP) một cách rõ ràng. CR-LDP là
một sự mở rộng của LDP. Nó hoạt động độc lập với mọi giao thức cổng đường biên bên trong (IGP) khác.
Nó được sử dụng cho các dòng lưu lượng nhạy cảm với trễ và mô phỏng mạng chuyển mạch kênh.RSVPcó
thể được sử dụng để phân phối nhãnbằng việc sử dụng các bản tin Reservation và PATH, nó hỗ trợ các hoạt
động ràng buộc và phân bổ nhãn. Hình 2.10 Vị trí giao thức LDP trong bộ giao thức MPLS


dụng trong quá trình thiết lập đường bao gồm: PATH, RESV, PATH_TEAR, PATH_ERR, RESV_ERR.
Điều khiển lƣu lƣợng với RSVP
Nhu cầu sử dụng RSVP bắt đầu từ việc sử dụng mạng IP để vận chuyển các lưu lượng thời gian thực
như thoại, hội nghị truyền hình vốn yêu cầu chặt chẽ về ràng buộc thời gian. Để đảm bảo yêu cầu, các ứng
dụng sẽ được đặt trước tài nguyên, tức tài nguyên khi này sẽ được dành riêng cho ứng dụng. RSVP định
nghĩa cách thức đặt trước tài nguyên này. Khi đó với mỗi ứng dụng ví dụ như truyền file, truyền video,
RSVP sẽ thực hiện cho phép ứng dụng đặt trước tài nguyên mà các ứng dụng cần thiết và router sẽ từ chối
nếu không có tài nguyên đặt trước không có sẵn.

14
Nơi nhận thực hiện đặt trước tài nguyên là điều hợp lý là vì nó biết rõ về tài nguyên mà ứng dụng sẽ
cần. Hơn nữa người dùng cũng dễ dàng tham gia hoặc không tham gia nữa mà không gây ảnh hưởng đến
phía gửi. Hình dưới thể hiện dòng lưu lượng trong mạng, việc điều khiển lưu lượng để tối ưu hóa tài nguyên
sử dụng. Nó chuyển lưu lượng từ đường học được từ IGP sang đường LSP ít nghẽn hơn.
Source
Destination
Lưu lượng IP Layer3
Lưu lượng đã điều khiển

Hình 2.17: Điều khiển lƣu lƣợng với RSVP
2.3 Giải quyết tắc nghẽn trong mạng MPLS
2.3.1 Các khái niệm về tắc nghẽn
Tắc nghẽn là một hiện tượng rất quen thuộc trên mạng mà nguyên nhân nói chung là
do tài nguyên mạng giới hạn trong khi nhu cầu truyền thông tin của con người lại không có
giới hạn, ngày càng tăng nhanh. Vì vậy, hiện tượng tắc nghẽn mạng là khó tránh khỏi.
Nguyên nhân là do bản chất tự nhiên của dữ liệu người dùng đưa vào mạng. Khi
mạng không kịp đối phó với sự gia tăng đột ngột của lưu lượng thì tắc ngẽn sẽ xẩy ra.
2.3.2 Hiện tƣợng tắc nghẽn
Khi lưu lượng trong mạng đến một điểm nào đó, sự tắc nghẽn nhẹ bắt đầu xảy ra, với sự giảm sút
trong thông lượng. Hình 2.19 chỉ ra vấn đề này.Nếu điều này tiếp diễn như đường tuyến tính, thì nó sẽ không

Trong các mạng IP đang hoạt động, sẽ rất khó khăn trong việc kết hợp chặt chẽ quá
trình điều khiển lưu lượng một cách có hiệu quả dựa vào các khả năng của công nghệ
IP.Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS đề xuất các khả năng mới đối với các cơ chế điều
khiển lưu lượng. Phương thức FATE cho phép giải quyết các vấn đề liên quan đến việc
quản lí các luồng lưu lượng động qua mạng bằng cách tái cân bằng các luồng lưu lượng
trong khoảng thời gian mạng bị tắc nghẽn.
2. Kĩ thuật điều khiển tắc nghẽn EWA và FEWA [12]
Phương pháp EWA (Explicit Window Adaptation) dùng thông báo một cách rõ ràng đến phía gửi về
băng thông còn khả dụng của các đường ra bằng cách sử dụng cơ chế điều khiển lưu lượng giống như trong
TCP để truyền thông tin phản hồi từ các bộ định tuyến đến phía gửi. Bên trong bộ định tuyến EWA thông
tin phản hồi được tính toán định kỳ dựa trên đánh giá dung lượng rỗi hiện tại của hàng đợi trong bộ định
tuyến nhân với một biến α. α tuỳ thuộc vào giá trị khởi tạo và kích thước hàng đợi hiện tại. Nó được điều
khiển theo thuật toán AIMD. EWA cho thấy các kết quả hoạt động tốt trong các bộ định tuyến có tải lớn,
nhưng có một số vấn đề trong các bộ định tuyến hoạt động ở dưới mức tải trong hầu hết thời gian. Lý
do nằm ở việc tính toán α, nó đặt quá nhiềuvào trọng tải trước đó của bộ định tuyến, vì vậy không
thể phản ứng lại đủ nhanh đối với những thay đổi lớn của các điều kiện tải.
Chính vì hạn chế đó EWA mờ (FEWA- Fuzzy EWA) đã phát triển, khác với EWA cũ chủ yếu ở
việc tính toán α. FEWA sử dụng một bộ điều khiển mờ để tính α dựa theo giá trị hiện tại và một giá trị gần

16
nhất của bộ đệm bộ định tuyến. Với các thay đổi này trong việc tính toán phản hồi bên trong bộ định tuyến,
hiệu suất từ đầu cuối đến đầu cuối có thể đạt được lớn hơn so với EWA.
2.3 Kết luận chƣơng
Nội dung chương 2 đã trình bày về kỹ thuật điều khiển lưu lượng MPLS và điều khiển tắc nghẽn mạng
MPLS. Các giao thức định tuyến đưa lưu lượng qua mạng theo con đường ngắn nhất mà không quan tâm đến
các tham số khác dẫn đến việc sử dụng không hiệu quả băng thông sẵn có trong mạng. Giao thức chiếm dụng
tài nguyên RSVP, với những khả năng nó hỗ trợ, các cơ chế điều khiển lưu lượng trong mạng sẽ rất dễ dàng,
giải quyết vấn đề tắc nghẽn trong mạng. Một ưu điểm nữa là khả năng hồi phục nhanh, giúp giảm thiểu tỉ lệ
mất gói khi xảy ra lỗi trên các liên kết hoặc các nút chuyển mạch nhãn. Trong thực tế, RSVP là giao thức
thông dụng nhất, được lựa chọn cho quá trình điều khiển lưu lượng trong một mạng.

Hình 3.1 Mô hình mạng áp dụng công nghệ IP/MPLS
3.1.3 Định tuyến IP trong mạng IP/MPLS
Topo logic của mạng IP/MPLS bao gồm tên của các thiết bị và các interface, link, địa chỉ ảo và bộ
giao thức định tuyến và điều khiển, bao gồm cả phạm vi cá nhân và các mối quan hệ khác, được sử dụng để
tổ chức và ràng buộc với nhau các thiết bị bên trong để mạng hoạt động.
Mạng MPLS sử dụng sự kết hợp 4 giao thức cơ bản để định tuyến và điều khiển chuyển tiếp được
lựa chọn sử dụng trong mạng IP/MPLS core. Đó là: Đa giao thức MP-BGP; IS-IS; LDP; RSVP.
3.1.4 Các dạng lƣu lƣợng trong mạng MPLS
Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng các dịch vụ IP và sự bùng nổ Internet đã
dẫn đến một loạt thay đổi trong nhận thức kinh doanh của các nhà khai thác. Lưu lượng lớn nhất hiện nay
trên mạng trục là lưu lượng IP. Giao thức IP thống trị toàn bộ các giao thức là tất cả các xu hướng phát triển
công nghệ lớp dưới đều hỗ trợ cho IP. lớp mạng, hệ quả
3.1.5 Một số dịch vụ IP trên mạng IP/MPLS 18
3.2 Đề xuất giải pháp xử lý tắc nghẽn trong mạng IP/MPLS của VNPT
3.2.1 Đo lƣờng và giám sát lƣu lƣợng trên mạng
Mạng IP/MPLS có rất nhiều dịch vụ chạy vì thế lưu lượng đổ vào mạng Core là vô cùng lớn. Phần
tiếp theo luận văn sẽ trình bầy về thống kê lưu lượng chạy qua một nút mạng địa phương( Cao Bằng). Hình 3.5 : Mô hình mạng tại tỉnh Cao Bằng với các link kết nối
Kết quả đo được thể hiện như các hình dưới.

19


.
5
GE
2
.
5 GE

1
x
10
GE
&
2
x
1
GE
1 x 10GE & 2 x 1GE
MANE1-Việt Trì
MANE02
Phú Thọ
PTO-PE1
PTO-PE2
HNI-P1
HNI-P2
1 GE
MANE Phú Thọ
2
.
5
GE


Hình 3.17: Quy trình điều khiển lƣu lƣợng