TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Viện CNTT&TT
************
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
THIẾT BỊ TRUYỀN THÔNG VÀ MẠNG
Đề tài:
MPLS TRAFFIC ENGINEERING
Sinh viên thực hiện: SHSV
Dương Thế Anh 20111099
Lê Văn Đốc 20109609
Lại Văn Đức 20109941
Nguyễn Văn Trường 20109934
Giảng viên hướng dẫn: TS. NGÔ HỒNG SƠN
1
Hà Nội 5 – 2014
2
I. Tìm hiểu khái quát MPLS
1. Những điểm quan trọng của kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS
- Thứ nhất thiết bị sử dụng trong MPLS có tên gọi LSR (Label Switch Router).
LSR có khả năng định tuyến gói tại lớp 3 (lớp mạng) cũng như chuyển mạch
gói tại lớp 2 (lóp liên kết dữ liệu). LSR sử dụng các giao thức định tuyến
IP truyền thống và một giao thức điều khiển đặc biệt thực hiện việc ấn định,
trao đổi thông tin ánh xạ từ FEC sạng giá trị nhãn.
- Thứ hai là nhãn. Giá trị nhãn chứa trong vùng có chiều dài cố định và căn cứ
vào giá trị này, các LSR sẽ chuyển gói dữ liệu đi trong mạng. Ví dụ LSR2
thông báo cho LSRl rằng: LSR2 ấn định giá trị nhãn X cho dữ liệu thuộc
FEC A. Do đó khi chuyển dữ liệu thuộc FEC A đến LSR2, LSRl sẽ gắn giá trị
nhãn X cho các gói dữ liệu. Đối với những kỹ thuật lớp liên kết dữ liệu như:
ATM và Frame Relay, nhãn được chứa trong header của lớp này. Trong khi
đó, với những kỹ thuật khác như Ethernet, point-to-point nhãn được gắn vào
giữa header lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu và có tên gọi “shim label”.

Thành phần chuyển tiếp (forwarding component) sử dụng thông tin
của quá trình này để tạo bảng cơ sở thông tin nhãn LIB (Label
Information Based). Khi nhận được gói dữ liệu, LSR sẽ sử dụng giá trị
nhãn của gói và bảng định íuyến nhãn đề tìm ra và gắn một giá trị
nhãn mới thích hợp cho gói dữ liệu
2.2. LSR rìa
Có hai loại: Igress LSR và Egress LSR. cấu trúc của Edge LSR có
đôi chút khác biệt so vói LSR.Gói dữ liệu khi đến igress LSR là gói dữ
liệu IP truyền thống. Căn cứ vào thông tin trong tiêu đề IP và bảng định
tuyến nhãn LIB, LSR sẽ ấn định một giá trị nhãn thích họp cho gói dữ' liệu
và chuyển nó đến LSR tiếp theo. Nhiệm vụ của Egress LSR thì ngược lại.
Egress LSR tháo bỏ nhãn cuối cùng của gói dữ liệu và từ đây gói dữ liệu sẽ
được định tuyến như một gói IP thông thường.Trong cấu trúc Edge LSR,
thành phần chuyển tiếp (forwading component) có thêm bàng định
tuyến IP. Với thành phần này, Edge LSR có thể định tuyến các gói dữ
liệu EP truyền thống.
2.3. Giao thức phân bố nhãn LDP
Giao thức điều khiển được sử dụng để trao đồi thông tin ánh xạ từ
một FEC sang một giá trị nhãn giữa các LSR.
4
2.4. Đường chuyển mạch nhãn LSP
Đường chuyển mạch nhãn này được thiết lập từ igress LSR đến
egress LSR để chuyển gói trong mạng bằng kỷ thuật chuyển mạch nhãn.
LSP được xây dựng bằng các giao thức như LDP, RSVP (Resource
Reservation Protocol.
2.5. Các lớp chuyển tiếp tương đương FEC
MPLS không thực hiện quyết định chuyển tiếp với gói dữ liệu lớp 3
(datagram) mà sử dụng một khái niệm mới gọi là FEC (Forwarding
Equivalence Class). Mỗi FEC được tạo bởi một nhóm các gói tin có chung
các yêu cầu về truyền tải hoặc dịch vụ (thoại, data, video, VPN ) hoặc

nghĩa là các nút gần kề với D phải sử dụng nhãn 40 khi gửi lưu lượng đến
địa chỉ 192.168.20.0/24 thông qua nút D. Một cách khác, nút ngược dòng
sử dụng giá trị nhãn được ấn định bởi LSR xuôi dòng khi nó gửi lưu lượng
đến nhãn/tiền tố ấn định bởi LSR xuôi dòng này. Rõ ràng là nút c sử dụng
nhãn 40 để gửi bất cứ gói IP ứào có địa chi đích 192.168.20.X đến nút
D. Tuy nhiên, nút D sẽ không dùng nhãn 40 để truyền lưu lượng đến nút I,
E và J. Ví dụ để truyền lưu lượng đến nút E, nút D sẽ dùng giá trị nhãn đã
được gửi tới bởi nút E, chẳng hạn là 38.
6
Cần nhấn mạnh rằng nút D quảng cáo nhãn 40 cho tiền tố 192.168.20.0/24
đến tất cả các nút ngang hàng. Các nút này có sử dụng nhãn này hay không tùy
thuộc vào mối quan hệ của chúng với nút D là xuôi dòng hay ngược dòng.Một
thuận lợi của điều khiển độc lập là hoạt động gán nhãn xảy ra sau sự quảng cáo
địa chi. Nếu việc quảng cáo địa chỉ nhanh dẫn đến sự định tuyến nhanh, các
liên kết nhãn cũng được thiết lập một cách nhanh chóng. Tuy nhiên điều khiển độc
lập phải được thiết lập sao cho các LSR lân cận tưcmg thích với FEC mà chúng sẽ
dùng.
• Ưu điểm
Kỹ thuật này cho phép các LSR ấn định và quảng bá thông tin nhãn
bất cứ lúc nào, không phải chờ thông tin đó đến từ LSR kế cận. Hơn nữa, các
LSR vẫn giữ lại thông tin nhãn nhận được từ LSR kế cận ngay cả khi LSR này
không phải là nút mạng kế tiếp sẽ nhận được dữ liệu. Do đó khi định tuyến có sự
thay đổi, LSP mới có thể nhanh chóng được xây dựng.
• Khuyết điểm
Với kỹ thuật này, mỗi LSR sẽ tự định nghĩa về FEC. Ví dụ một LSR
có thể quyết định mỗi tiền tố ữong bảng định tuyến của nó là một FEC. Do đó
nếu LSR kế cận không định nghĩa như vậy về một FEC thì không thể xây dựng
LSP.
7
3.2. Điều khiển LSP thứ tự

LSP thứ tự (order LSP control), tất cả các LSR trong mạng phải hỗ trợ kỹ
thuật này.
8
4. Đóng gói dữ liệu
Như đã đề cập trong phần trước ’’Những điểm quan trọng trong kỹ thuật chuyển
mạch nhãn đa giao thức MPLS, với những kỹ thuật lớp liên kết dữ liệu như Ethernet,
point-to- point MPLS sẽ sử dụng loại nhãn có tên gọi “shim label”. Nhãn này có
cấu trúc:
Vùng Stacks tương tự như trong kỹ thuật Tag Switching. Nếu s bằng l, nhãn
đang xét là nhãn cuối cùng trong stack. Ngược lại, bit s bằng 0. Vùng khác nhau duy
nhất trong cấu trúc nhãn giữa Tag Switching và MPLS là vùng Exprimental Exp (trong
Tag Switching vùng này có tên gọi Class of Service CoS). Lý do cùa sự thay đổi
này là do vẫn chưa quy định chính xác nội dung của ba bit này. Nhưng trong những
phần sau, chúng ta sẽ thấy ba bit này được sử dụng cho việc xác định chất lượng dịch
vụ của gói dữ liệu.
Đối với vùng Time_to_Live (TTL), khi gói dữ liệu IP được gắn nhãn đầu
tiên tại igress LSR, đồng thòi sẽ sao chép vùng TTL trong tiêu đề IP vào vùng TTL
trong nhãn. Giá trị của vùng này sẽ giảm đi một đơn vị khi đến LSR trung gian. Và khi
egress LSR gỡ nhãn cho gói dữ liệu sẽ chuyển vùng TTL từ nhãn sang vùng TTL cùa tiêu
đề IP. Tuy nhiên vùng TTL trong tiêu đề IP có thể chỉ giảm đi một sau khi đi từ igress
LSR đến egress LSR, điều này cũng có nghĩa là một LSP được xem như một nút
mạng, ưu điểm chính của phương pháp này là cho phép các nhà quản trị mạng giữ bí
mật về cấu hình mạng chi tiết.
Vấn đề tiếp theo là sự phân đoạn gói dữ liệu. Không chỉ gói dữ liệu IP mới cần phải phân
đoạn mà cả những gói dữ liệu đã gắn nhãn. Nguyên nhân là do khi gói dữ liệu IP được
gắn vào một hay nhiều mức nhãn sẽ làm tăng kích thước của gói, yêu cầu phải
phân đoạn thành từng gói nhỏ hơn. Các nút mạng sẽ sử dụng MTU Discovery để xác
định giá trị MTU của gói dữ liệu và căn cứ vào đảm bảo rằng gói dữ liệu sẽ không bị
phân đoạn. Neu như cần phải phân đoạn gói dữ liệu đã gắn nhãn thì quá trình phân đoạn
chỉ tiến hành trên gói dữ liệu IP phía sau nhãn thành những gói nhỏ hơn và sau đó

- Bản tin Discovery.
- Bản tin Adjency: có nhiệm vụ khởi tạo, duy trì và kết thúc những phiên kết nối
giữa các LSR.
10
- Bản tin Label advertisement: thực hiện việc thông báo, đưa ra yêu cầu, hủy bỏ và
giải phóng thông tin nhãn.
- Bản tin Notification: được sử dụng để thông báo lỗi.
• Thiếp lập kết nối TCP để trao đổi các bản tin (ngoại trừ bản tin Discovery).
• Các bản tin là tập hợp những thành phần có cấu ttúc <type,length,value> .
5.1. Khám phá láng giềng LSR
Giao thức này hoạt động trên kết nối UDP và có thể được xem là giai đoạn
nhận biết nhau của hai LSR trước khi giữa chúng thiết lập kết nối TCP. Một LSR sẽ
quảng bá bản tin Hello tói tất cả LSR kết nối ùực tiếp vói nó ừên một cổng UDP mặc
định theo một chu kỳ nhất định. Tất cả các LSR đều lắng nghe bản tin Hello này trên
cổng UDP. Nhờ đó LSR biết được địa chi của tất cả các LSR kết nối trực tiếp với nó. Sau
khi biết được địa chỉ của một LSR nào đó, một kết nối TCP sẽ được thiết lập giữa hai
LSR này. Ngay cả khi không kết nối ttực tiếp với nhau thì LSR vẫn có thể gửi định kỳ
bản tin Hello đến cổng UDP mặc định của một địa chỉ IP xác định. Và LSR nhận cũng có
thể gửi lại bản tin Hello cho LSR gửi để thiết lập kết nối TCP.
5.2. Các bản tin LDP
Có bốn loại bản tin cơ bản và các bản tin được sử dụng thông dụng nhất là:
• Initialization.
Bản tin Label Request và Label Mapping:
11
• Keepalive.
• Label mapping.
• Label withdraw.
• Label release.
• Label request abort.
Quá trình xây dựng một LSP:

LSR sẽ gửi đi bản tin Label Release. Trường hợp này xảy ra, ví dụ khi LSR2 nhận được
từ LSRl thông tin ánh xạ từ FEC sang một nhãn, nhưng LSR2 nhận ra rằng LSRl không
phải là nút mạng kế tiếp nhận dữ liệu thuộc FEC này.
6. Các kiểu phân phối nhãn
Trong các phần trước đã xem xét các phương pháp ấn định và phân bổ giá trị
nhãn dành cho FEC: xuôi dòng (downsưeam) hay xuôi dòng theo yêu cầu
(downstream on demand), điều khiển LSP thứ tự (order LSP control) hay điều
khiển LSP độc lập (independence LSP control). Bây giờ chúng ta xem xét đến hai
phương pháp lưu giữ thông tin nhãn nhận được của LSR là tự do (liberal) và duy
trì đàm thoại (conversative label retention). Các LSR sẽ thỏa thuận với nhau
phưoTDg thức sử dụng trong quá trình thiết lập kết nối LCP.
Với phương pháp duy trì đàm thoại, LSR sẽ chì sử dụng những thông tin ánh
xạ từ FEC sang nhãn cần thiết cho việc chuyển dữ liệu lại thời điểm đó, những thông
tin không cần thiết khác đều bị huỷ bỏ.
14
Trái lại, với phương thức tự do, LSR sẽ giữ lại tất cả thông tin ánh xạ từ FEC
sang nhãn.Ví dụ, LSRl gửi cho LSR2 giá trị nhãn dành oho một FEC nào đó. Nếu khi
đó, LSRl không phải là nút mạng tiếp theo nhận dữ liệu thuộc FEC này, LSR2 sẽ
không sử dụng thông tin này nhưng vẫn giữ lại. Tại một thời điểm bất kỳ sau đó, khi
định tuyến thay đổi và LSRl ừ ở thành nút mạng tiếp theo nhận dữ liệu thuộc FEC, LSR2
sẽ dùng thông tin nhận được trươc đó cập nhật lại LIB (Label Information Based) và bắt
đầu chuyển gói dữ liệu đến LSRl trên một LSP mới. Phưong pháp này có ưu ( tiểm là
thích ứng nhanh chóng vóri sự thay đổi trong định tuyến. Nhưng nhược điểm của nó 1 à
hao phí nhãn. Vì thế đối với những thiết bị như ATM_LSR thông tin chuyển mạch
được lưu trữ trong phần cứng thì phương thức hay sử dụng là duy ữì đàm th o ại.
7. ATM
Khi triển khai MPLS hoạt độnq trên nền kỹ thuật ATM sẽ nảy sinh những vấn
đề chính cần phải giải quyết nhir sau:
• Đóng gói dữ liệu.
• Lặp vòng và Time to Live.

Trong trường hợp này, các gói MPLS có cấu trúc nhãn như đã được trình bày ở phần
“Đóng gói dữ liệu” sẽ đi trên các kênh như thế.
Vùng TTL trong chồng nhãn đã giải quyết được vấn đề phát sinh từ việc
không có vùng này trong kỹ thuật ATM. Thể nhưng vẫn còn một số vấn đề khác
cần phải xem xét.
Thứ nhất là việc điều chỉnh chính xác giá trị TTL của mỗi gói dữ liệu. Điều này có
nghĩa là, giá trị TTL sẽ giảm xuống bằng với số lượng ATM_LSR mà gói dữ liệu đi qua.
Bởi vì các ATM_LSR không thể thực hiện việc điều chỉnh này nên trách nhiệm
thuộc về các non_ATM LSR đã chuyển gói dữ liệu đến giao diện ATM chuyển mạch
nhãn. Căn cứ vào giá trị vùng hop count, các LSR này sẽ giảm giả trị vùng TTL
trên gói dữ liệu. Nếu TTL bằng 0 hoặc có giá trị âm, gói dữ liệu sẽ không được xử lý
bằng kỹ thuật chuyển mạch nhãn khi đến các ATM_LSR. Gói dữ liệu có thể bị hủy bỏ và
đầu gửi sẽ nhận được bản tin ICMP hoặc nó sẽ được xừ lý như gói dữ liệu không gắn
nhãn trong mạng và tại mỗi nút mạng, giá trị vùng TTL sẽ giảm đi một đơn vị. Vì
thế khi đến đích, vùng TTL của gói sẽ có giá trị bằng 0.
Vấn đề cuối cùng là sự xen lẫn tế bào (cell interleave). Ngoài những giải
pháp như: trao đổi thông tin theo hình thức downstream_on_demand và sử dụng
nhiều nhãn cho một FEC hay vc_m erge, còn có một giải pháp nữa có tên gọi VP_merge.
Trong giải pháp này, nhãn chỉ được mang trong vùng VPI của một tiêu đề ATM.
Vùng VCI đuợc sử dụng như một mã nhận dạng để phân biệt các dữ liệu đến từ những
nguồn khác nhau nhung có cùng gía irị nhãn đầu ra, vùng VPI. Như vậy các ATM_LSR
sẽ hoạt động như một thiết bị chuyển miỊch VP. Tuy trên ngõ ra của. một ATM_LSR,
các tế bào thuộc các dữ liệu khác nhau có cùng giá trị nhãn VPI nhưng vì giá trị VCI
khác nhau nên vẫn không xảy ra hiện tượng xen lẫn tế bào (cell interleave).
Hạn chế: Thứ nhất là số lượng nhãn bị giới hạn vì vùng VPI chỉ có 12 bit. Thứ
hai mỗi igress LSR phải có một mã nhận dạng 16 bit (tương đương với một VCI),
điều này đòi hỏi khả năng quản trị và cấu hình cao hơn. Thứ ba, những phần cứng
chuyển mạch ATM hiện đại không có hai chức năng Early Packet Discard (EPD)
và Partial Packet Discard (PPD) nếu như chi chuyển mạch VPI.
17

đường hầm này một cách tốt nhất.
• Chuyển tiếp lưu lượng vào một đường hầm (Forwarding traffic down a tunnel):
sau khi được xây dựng thì nó được sử dụng như thế nào?
19
2.1 Thiết lập đường truyền thiết kế lưu lượng sử dụng MPLS-TE
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 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.
2.1.1 Thuộc tính ưu tiên (priority) và sự chiếm trước (preemption) LSP
MPLS-TE dùng độ ưu tiên của LSP để đánh dấu các LSP quan trọng hơn và
cho phép chúng giành tài nguyên từ các LSP khác (hay chiếm trước LSP
khác). MPLS-TE đưa ra tám mức độ ưu tiên, 0 là tốt nhất và 7 là xấu nhất. Ví
dụ, LSP có độ ưu tiên 2 sẽ quan trọng hơn LSP có độ ưu tiên 6. Một LSP sẽ
gồm hai độ ưu tiên: độ ưu tiên thiết lập (setup priority) và độ ưu tiên lưu giữ
(hold priority). Độ ưu tiên thiết lập kiểm soát truy xuất tài nguyên khi LSP
được tạo hay quyết định lúc nào chấp nhận một LSP và độ ưu tiên lưu giữ kiểm
soát truy xuất tài nguyên cho LSP mới tạo.
Khi một LSP mới được thiết lập, nếu không có đủ tài nguyên cho nó thì độ
ưu tiên cài đặt của nó sẽ được so sánh với độ ưu tiên lưu giữ của LSP cũ để
quyết định xem có thể chiếm được tài nguyên của LSP cũ không. Vì vậy, các
LSP cũ sẽ bị hủy. Tóm lại, các mức độ ưu tiên sẽ quyết định cách xử lý của
một LSP khi xảy ra tranh chấp tài nguyên trong mạng.
Kết quả cuối cùng: Nhiều hướng MLPS-TE tunnel, nhìn thấy chỉ các tuyến
đường đầu cuối

2.1.3 Tính toán đường 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. CSPF chỉ tính các đường mà thỏa mãn một trong các điền kiện ràng
buộc (như băng thông sẵn có) 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. Như trường hợp minh họa, khi LSP A-D được thiết lập là
120Mbps thì chỉ có 30 Mbps là sẵn có trên tuyến A-C-G-D. Vì vậy, khi tính
toán đường đi cho LSP B-D với yêu cầu 40 Mbps, thì các liên kết C-G và G-D
phải bị loại đi khỏi mô hình mạng và CSPF sẽ chọn tuyến thay thế tốt nhất có
sẵn.
22
Khi điều kiện ràng buộc về “màu liên kết” (còn gọi là một thuộc tính quản
lý, thường mang tính trực giác), các liên kết sẽ được cấu hình với màu khác
nhau và một liên kết có thể có nhiều màu hay không có màu nào hết, tối đa có
32 màu được dùng. Như mạng ở Hình 2.2, liên kết E-F và F-D được gán màu
“đỏ”, C-D là “xanh lam”, C-G không có màu trong khi C-E được gán vừa “đỏ”
vừa “xanh lục”. Việc quy định màu cho liên kết thường dựa trên các thuộc tính
như độ trễ, độ mất gói, giá trị phí tổn hay vị trí địa lý.
Các màu ở đây cho biết được LSP sẽ chứa hay không chứa liên kết nào của
một tuyến cụ thể. Ví dụ, nếu gán các liên kết có độ trễ cao với màu “xanh lam”, ta
có thể tính được đường truyền mà không qua liên kết đó bằng cách loại bỏ các liên
kết “xanh lam” khỏi đường truyền đó. Như ở Hình trên, giả sử C-D là liên kết độ
trễ cao. LSP1 được thiết lập giữa C và D với điều kiện “bỏ liên kết xanh lam”, tức
là không có liên kết nào trong tuyến được gán “xanh lam”. Dù cho C-D là đường
đi ngắn nhất nhưng nó vẫn bị loại khỏi sự tính toán do có màu “xanh lam” và LSP
sẽ thành lập một tuyến khác mà không chứa C-D, như C-G-D chẳng hạn. Tương
tự, LSP2 cũng được thiết lập giữa C và D với điều kiện “chứa liên kết đỏ”, và tất
cả liên kết trong tuyến sẽ được gán màu “đỏ”, kể cả C-E được gán hai màu “đỏ”
23

sẵn có. Thông tin này sẽ được gửi lại cho IGP để các nút khác có thể biết được
trạng thái mới này và việc phân phối nó nhanh hay chậm còn tùy vào sự điều
chỉnh quảng bá link-state. Nếu không có đủ tài nguyên sẵn có thì cần thực hiện
việc chiếm giữ LSP khác thông qua độ ưu tiên của LSP. Nếu việc chiếm giữ
không giải quyết được vấn đề tài nguyên thì sự dành riêng sẽ thất bại và một
24
bản tin lỗi sẽ được gửi tới đầu LSP. Khi nhận được bản tin này, đầu LSP sẽ tính
toán lại đường truyền.
Vậy khi một LSP được thiết lập, lưu lượng có thể được chuyển tiếp theo LSP
đó từ nguồn đến đích. Trong phần sau ta sẽ thấy cách lưu lượng thực sự được
chuyển vào LSP như thế nào.
Ví dụ:
25