i
LỜI CAM ĐOAN
Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể các thầy cô trường
Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông đã tạo ra một môi trường tốt để tôi
học tập và nghiên cứu.Xin cảm ơn các thầy cô trong khoa đào tạo sau đại học đã
quan tâm đến khóa học này, tạo điều kiện cho các học viên có điều kiện thuận lợi
nhất để học tốt.Và đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Đỗ
Mạnh Quyết, thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và sửa chữa cho nội dung của luận
văn này.
Tôi xin cam đoan rằng nội dung của luận văn này là hoàn toàn do tôi tìm
hiểu, nghiên cứu và viết ra. Phần lý thuyết và cả phần thực hành đều được tôi thực
hiện cẩn thận và có sự định hướng và sửa chữa của giáo viên hướng dẫn.
Tôi xin chịu trách nhiệm với những nội dung trong luận án này.
Tác giả
ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
MỤC LỤC ii
NGHẼN MẠNG XẨY RA 52
3.1 Cấu hình mạng VNPT 52
3.1.1 Kiến trúc mạng IP/MPLS của VNPT 52
3.1.2 Mô hình mạng và thành phần chính cấu thành lên mạng 53
3.1.3 Định tuyến IP trong mạng VN2 56
3.1.4 Các dạng lưu lượng trong mạng MPLS 58
3.1.5 Một số dịch vụ IP trên mạng VN2 58
3.2 Giải pháp xử lý tắc nghẽn của trong mạng MPLS của VNPT 61
3.3.1 Đo lường và giám sát lưu lượng trên mạng: 61
3.3.2 Điều khiển lưu lượng trong mạng Core-MPLS của VTN 69
3.3.3 Cơ chế để điều khiển nghẽn trong mạng 74
3.3 Kết luận chương 77
IV. KẾT LUẬN
4.1 Dự kiến đóng góp của luận văn 77
4.2 Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo 78
V. DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 79
iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
IOS
Inter-work Operating System
IP
Internet Protocol
TCP
Transmission Control Protocol
LSA
LinkState Algorithm
CSPF
Shorts Path First
EGP
Exterior Gateway Protocol
AD
Administrative Distance
CSNP
Complete Sequence Number Packet
DIS
Designated System
CLNP
Connectionless Network Protocol
ES
End System
MTU
Maximum Transmision Unit
NET
Network Entity Title
CLNS
Connectionless Netwok Service
NSEL
Network Selector
NSAP
Network Service Access Point
PDU
Protocol Data Unit
PSNP
Partial Sequence Number Packet
IS
Intermediate Sytem
LDP
Provider Edge Router
v
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Cấu trúc nhãn trong MPLS 3
Hình 1.2: Ngăn xếp nhãn trong MPLS 4
Hình 1.3: Mô hình trung chuyển lưu lượng 5
Hình 1.4: Quá trình xử lý thông tin trong MPLS 7
Hình 1.5 Cấu trúc miền MPLS 8
Hình 1.6 Quá trình hoạt động của LSR 9
Hình 1.7 Mô hình transit trong mạng MPLS 10
Hình 1.8 Mô hình chuyển gói tin trong MPLS 11
Hình 2.1 Mô hình mạng đơn giản 16
Hình 2.2 Lựa chọn đường sử dụng Phương pháp định tuyến tĩnh 17
Hình 2.3 Lựa chọn đường sử dụng phương pháp định tuyến OSPF 19
Hình 2.4 Lựa chọn đường sử dụng Phương pháp định tuyến RIP 19
Hình 2.5: Ví dụ về CSPF 22
Hình 2.6 Phân chia lưu lượng dựa theo định tuyến tĩnh 26
Hình 2.7 Chia lưu lượng thành hai phần 26
Hình 2.8 Tắc nghẽn gây ra bởi kỹ thuật chon đường ngắn nhất 30
Hình 2.9 Giải pháp cho vấn đề sử dụng kỹ thuật lưu lượng 30
Hình 2.10 Vị trí giao thức LDP trong bộ giao thức MPLS 32
Hình 2.11 Thủ tục phát hiện LSR lân cận 34
Hình 2.12 Tiêu đề LDP 35
Hình 2.13 Khuôn dạng các bản tin LDP 35
Hình 2.14: Ví dụ về giao thức dành sãn tài nguyên 37
Hình 2.15: Bản tin PATH 38
Hình 2.16: Ví dụ về hop chặt 40
Hình 2.17: Ví dụ về hop lỏng 41
Việc hình thành và phát triển công nghệ MPLS xuất phát từ nhu cầu thực tế,
được các nhà công nghiệp viễn thông thúc đẩy nhanh chóng.Sự thành công và
nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường mà công nghệ này có được là nhờ vào việc
chuẩn hoá công nghệ. Quá trình hình thành và phát triển công nghệ, những giải
pháp ban đầu của hãng như Cisco, IBM, Toshiba…. Những nỗ lực chuẩn hoá của tổ
chức tiêu chuẩn IETF trong việc ban hành về tiêu chuẩn MPLS….sẽ cung cấp cho
chúng ta những nhận định ban đầu về xu hướng phát triển MPLS.
MPLS được đề xuất đầu tiên do hãng Ipsilon một hãng rất nhỏ về công nghệ
thông tin trong triển lãm về công nghệ thông tin, viễn thông tại Texas[14]. Sau đó
Cisco và hàng loạt hãng khác như IBM, Toshiba…công bố các sản phẩm công nghệ
chuyển mạch của họ dưới những tên khác nhau nhưng đều chung bản chất công
nghệ chuyển mạch nhãn.
Thiết bị định tuyến chuyển mạch tế bào của Toshiba năm 1994 là tổng đài
ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM. Tổng đài
của Ipsilon cũng là ma trận chuyển mạch ATM được điều khiển bởi khối xử lý sử
dụng công nghệ IP. Công nghệ chuyển mạch thẻ của Cisco cũng tương tự nhưng có
bổ xung thêm một vài kỹ thuật như lớp chuyể tiếp tương đương FEC, giao thức
phân phối nhãn.Đến năm 1998 nhóm nghiên cứu IETF đã tiến hành các công việc
để đưa ra tiêu chuẩn và khái niệm về chuyể mạch nhãn đa giao thức.
Sự ra đời của MPLS được dự báo là tất yếu khi nhu cầu và tốc độ phát triển rất
nhanh của mạng Internet đòi hỏi phải có một giao thức mới đảm bảo chất lượng
dịch vụ theo yêu cầu.
Mỗi loại có những ưu và nhược điểm riêng. Trong đó công nghệ ATM được
sử dụng rộng rãi trong các mạng IP đường trục có tốc độ cao và đảm bảo được dịch
vụ, điều khiển luồng và một số đặc tính khác mà các mạng định tuyến truyền thống
không có được, trong trường hợp đòi hỏi thời gian thực cao thì IpoA là giải pháp tối
2
ưu. MPLS được hình thành dựa trên kỹ thuật đó và MPLS thực hiện một số chức
năng sau:
quan đến các bước chuyển tiếp giữa các LSR.
Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương thức truyền tin mà gói tin được đóng gói.
Kiểu khung (Frame mode): Kiểu khung là thuật ngữ khi chuyển tiếp một
gói nhãn gán trước tiêu đề lớp ba. Một nhãn được mã hoá với 20 bỉt, nghĩa là có thể
có 2 mũ 20 giá trị khác nhau. Một gói có nhiều nhãn gọi là chồng nhãn (Lable
stack). Ở mỗi chặng trong mạng chỉ có một nhãn bên ngoài được xem xét
Hình 1.1: Cấu trúc nhãn trong MPLS
EXP (EXPERIMENTAL)=3 bits
S (BOTTOM OF STACK)=1 bit
TTL (TIME TO LIVE)=8 bits
Trong đó:
EXP: dành cho thực nghiệm. Khi các gói tin xếp hàng có thể dùng các bít
này tương tự như các bit IP ưu tiên (IP Precedence)
S: là bít ngăn xếp . Nhãn cuối trong ngăn xếp có bit này được thiết lập là
1,các nhãn khác có giá trị bít này là 0.
TTL: thời gian sống là bản sao của IP TTL. Giá trị của nó được giảm tại
mỗi chặng để tránh lặp như IP. Thường dùng khi người điều hành mạng muốn che
dấu cấu hình mạng bên dưới khi tìm đường từ mạng bên ngoài.
4 b. Ngăn xếp nhãn (Lable stack)
Hình 1.2: Ngăn xếp nhãn trong MPLS
Khi gói tin được gán nhiều hơn một nhãn thì tập hợp các nhãn đó được gọi là
ngăn xếp nhãn.
Trong quá trình chuyển tiếp gói tin, nhãn ở đỉnh của ngăn xếp được sử dụng
để chuyển tiếp gói tin. Các nút mạng dựa vào giá trị của trường S để tìm ra gói tin ở
đỉnh ngăn xếp (ứng với S=1).
3
4
42
IP 25
18
IP 25 IP 25
IP 25 IP 56
In Out
(4,25) (2,56)
(4,35) (5,65)
MPLS Table
Trunk LSP
Hình 1.3: Mô hình trung chuyển lưu lượng
c. Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn
Bảng này chứa thông tin nhãn vào, nhãn ra, giao diện vào, giao diện ra.
Thành phần chuyển tiếp sử dụng thông tin của quá trình này để tạo bảng cơ sở
thông tin nhãn LIB. Khi nhận được gói dữ liệu.LSR sẽ sử dụng giá trị nhãn của gói
và bảng định tuyến nhãn để tìm ra và gán một giá trị nhãn mới thích hợp cho gói dữ
liệu.
d. Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR-Lable Switching Router)
Là thiết bị chuyển mạch hay thiết bị định tuyến sử dụng trong mạng MPLS
để chuyển các gói tin bằng thủ tục phân phối nhãn. Có một số loại LSR như LSR,
LSR-ATM….
e. Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC-Forward Equivalence Class)
FEC là một nhóm các gói, nhóm các gói này chia sẻ cùng yêu cầu trong sự
chuyển tiếp chúng qua mạng.Tất cả các gói trong một nhóm như vậy được cung cấp
6
cùng cách chọn đường tới đích.Khác với chuyển tiếp IP truyền thống, trong MPLS
Hình 1.4: Quá trình xử lý thông tin trong MPLS
Quá trình xử lý thông tin cơ bản trong MPLS như 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.
+ Phân biệt chuyển mạch nhãn và chuyển mạch thông thường.
Có ba điểm phân biệt quan trọng giữa chuyển mạch nhãn và định tuyến gói
tin IP thông thường:
Định tuyến thông thường
Chuyển mạch nhãn
Phân tích mào đầu IP
Tồn tại ở mọi nút mạng
Chỉ tồn tại nút biên
Hỗ trợ unicast và
multicast
Yêu cầu nhiều thuật toán
chuyển tiếp
MPLS domain
IP
MPLS
LSP
Hình 1.5 Cấu trúc miền MPLS
Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ( LSR-Lable Switching Router ):
Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn là thành phần quan trọng nhất trong mạng
MPLS, nó là bộ định tuyến tốc độ cao trong mạng lõi MPLS tham gia vào việc thiết
lập đường chuyển mạch nhãn LSP sử dụng các giao thức báo hiệu nhãn thích hợp
và chuyển các gói dữ liệu trong phạm vi mạng MPLS dựa trên các tuyến đã thiết lập
bằng các thủ tục phân phối nhãn.
+LSR làm nhiệm vụ:
- Insert (impose) thêm nhiều nhãn đầu tiên hoặc các nhãn theo ngăn xếp
(stack) vào các gói tin đầu vào.
- Swap : đảo nhãn với các next-hope hoặc các nhãn ngăn xếp trong core.
- Remove (pop): loại bỏ nhãn tại đầu ra.
9 Hình 1.6 Quá trình hoạt động của LSR
Trên đây là ví dụ của LSR.Nhãn đầu vào được gán và đặt vào dựa trên quá
trình định tuyến IP. LSR trong core đảo nhãn dựa trên nội dung của bảng chuyển
mạch nhãn LFIB. Tại đầu ra, nhãn được loại bỏ và các router biên làm nhiệm vụ
định tuyến để chuyển tiếp gói tin.
Việc truyền gói MPLS đi trong mạng được thực hiện nhờ chuyển mạch
nhãn.LSR có khả năng truyền gói thuần túy IP đi trong mạng.Nó có thể xử lý nhiều
loại giao thức định tuyến IP.Cuối cùng nó tham gia vào việc điều khiển MPLS.
Bộ định tuyến biên nhãn ( Lable Edge Router-LER ):
LER là thiết bị hoạt động tại biên của mạng truy nhập và mạng MPLS.LER
Hình 1.7 Mô hình transit trong mạng MPLS
Transit LSR:
Transit LSR là những router thực hiện xử lý lưu lượng trong miền
MPLS, có thể có hoặc không có transit router. Chuyển gói MPLS bằng cách swap
các nhãn.
Tuyến chuyển mạch nhãn ( LSP-Lable Switching Path ):
LSP là tuyến đường tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để
chuyển tiếp gói của một FEC nào đó sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn. Các tuyến
chuyển mạch nhãn chứa một chuỗi các nhãn tại tất cả các nút dọc theo tuyến từ
nguồn tới đích. LSP được thiết lập trước khi truyền dữ liệu hoặc trong khi xác định
luồng dữ liệu nào đó.
Các nhãn được phân phối bằng các giao thức như LDP, RSVP.Mỗi gói dữ
liệu được đóng gói lại và mang các nhãn trong suốt thời gian di chuyển từ nguồn tới
đích. Chuyển mạch dữ liệu tốc độ cao hoàn toàn có thể thực hiện dựa theo phương
pháp này, vì các nhãn có độ dài cố định được chèn vào phần đầu của gói tin hoặc tế
11
bào và có thể được sử dụng bởi phần cứng để chuyển mạch nhanh các gói giữa các
liên kết.
LSP chính là đường hầm (tunnel) xuyên mạng lớp 2, nó có thể gồm một hay
nhiều hop chuyển mạch, được hiểu như trong khái niệm PVC của ATM và FR.
1.1.3 Mô hình chuyển gói tin MPLS
Gói tin ở đây được đóng gói và đích cần đến đó là paris và London. Trước
hết gói tin được đẩy lên tới LSR ingress. Ở đây Ingress LSR xác định FEC và chia
nhãn, Chuyển lưu lượng đến Paris trên LSP màu vàng, Chuyển lưu lượng đến
London trên LSP màu đỏ, Traffic sẽ được swap nhãn ở mỗi transit LSR
Egress
LSR
LER
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 nhà quản lý
mạng thiết lập các đường đi chuyển mạch nhãn (LSP) một cách rõ ràng. CR-LDP là
13
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.
Với xu hướng phát triển nói trên, một trong vấn đề cần được quan tâm với
mạng IP đó là vấn đề về lưu lượng. Cụ thể là cần phải xem xét các kĩ thuật lưu
lượng trong mạng IP. Không phải bây giờ mạng IP mới cần giải quyết vấn đề lưu
lượng. Cùng với sự phát triển của giao thức định tuyến, với chức năng chính là định
tuyến đường đi tốt nhất cho các gói tin IP. Bên cạnh đó, định tuyến cũng để lại vấn
đề lưu lượng. Tuy nhiên, người ta cũng đã chứng minh được rằng có thể sử dụng
15 Chương2: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG VÀ BÀI TOÁN TẮC
NGHẼN TRONG MẠNG MPLS
2.1 Kỹ thuật lưu lượng
2.1.1 Khái niệm kỹ thuật lưu lượng
Kỹ thuật lưu lượng (TE- Traffic Engineering) là kỹ thuật điều khiển đường
truyền chứa lưu lượng 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 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.
Hoạt động định hướng lưu lượng hỗ trợ hoạt động QoS của lưu lượng người
dùng. Trong một phân lớp đơn, mô hình dịch vụ Internet nỗ lực tối đa, hoạt động
định hướng lưu lượng then chốt với mục đích cung cấp tổn thất lưu lượng nhỏ nhất,
trễ nhỏ nhất, độ thông qua lớn nhất, nỗ lực của các hiệp thoả thuận lớp dịch vụ SLA
Hoạt động định hướng tài nguyên mục đích giải quyết tài nguyên mạng như
các liên kết truyền thông, các router và các server là các thực thể góp phần vào sự
nhược điểm riêng. Định tuyến tĩnh không đòi hỏi việc trao đổi thông tin định tuyến
nhưng có nhược điểm là không thích ứng với sự thay đổi cấu hình mạng. Sử dụng
các giao thức định tuyến IGP cho phép thích ứng nhanh với sự thay đổi cấu hình
mạng nhưng lại tốn một lượng băng thông cho việc trao đổi thông tin định tuyến.
Thường thì định tuyến động được áp dụng cho mạng IP cỡ lớn.
Việc lựa chọn định tuyến động cho mạng IP cỡ lớn đồng nghĩa với việc sử
dụng một trong các giao thức định tuyến. Giao thức định tuyến có chức năng là tìm
ra đường đi ngắn nhất cho các gói tin IP từ một bộ định tuyến tới đích. Đoạn đường
từ mỗi bộ định tuyến tới các mạng đích được đo bằng tham số metric. Metric có thể
dựa trên một đặc tính đơn của đường hay có thể tính toán dựa trên một vài đặc tính.
Metric có thể tính toán theo các tham số sau:
Bandwidth: băng thông của các liên kết.
Delay: độ trễ (độ dài thời gian yêu cầu để chuyển một gói tin trên toàn liên
kết từ nguồn tới đích. Độ trễ phụ thuộc vào băng thông của các liên kết trung gian,
hàng cổng tại mỗi bộ định tuyến, tắc nghẽn mạng, khoảng cách vật lý).
Load: tải.
18
Reability: độ khả dụng (thường cho phép tỉ lệ lỗi của mỗi liên kết).
Hop count: số trạm trung gian. Số các bộ định tuyến mà một gói tin phải đi
qua trước khi tới đích. Khi dữ liệu đi qua một bộ định tuyến, đó là một hop. Nếu có
nhiều đường cùng tới một đích, bộ định tuyến chọn đường với số hop là ít nhất.
Cost: thường dựa trên băng thông được gán bởi nhà quản trị mạng.
Tuy nhiên, đối với mỗi giao thức định tuyến cụ thể, việc tính toán thước đo
thường chỉ dựa vào một vài tham số hoặc chỉ dựa trên một tham số. Như với giao
thức định tuyến RIP, việc tính toán quãng đường dựa trên tham số hop count. Giao
thức định tuyến OSPF, thường áp dụng trong miền quản trị đơn, tính toán đường
dựa trên tham số bandwidth. Điều này có nghĩa là khoảng cách ngắn nhất được giao
thức định tuyến tính toán chỉ mang tính tương đối.
Trong hình 3.1 nếu áp dụng giao thức định tuyến RIP thì cả hai luồng I-I‟,II-
Copyright: Tài liệu đại học ©