- 1 -
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là luận văn nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố
trong bất kỳ Luận văn khoa học nào khác. Các số liệu đƣợc chú thích, trích dẫn tham
khảo từ bài báo, tài liệu gốc cụ thể.

Ngƣời viết cam kết
Lê Trung Lợi


2.1. Tổng quan về chất lƣợng dịch vụ mạng 36
2.2. Đặc điểm QoS 36
2.2.1. Kiến trúc của QoS 36
2.2.1.1. Các tham số của QoS 37
2.2.1.2. Đảm bảo mức độ dịch vụ 37
2.2.1.3. Phân loại lƣu lƣợng 38
2.2.1.4. Quản lý nghẽn 39
2.2.1.5. Tránh tắc nghẽn 39
2.2.1.6. Policing and Marking 39
2.2.1.6. Shapping 40
2.2.2. Báo hiệu QoS 40
2.2.3. Các mô hình dịch vụ 40
- 3 -
2.2.3.1. Các dịch vụ tích hợp (IntServ) 40
2.2.3.2. Các dịch vụ phân biệt (DiffServ) 41
2.2.4. Định tuyến dựa trên policy 41
2.3. QoS trong mạng MPLS 41
2.3.1. Thiết lập QoS trên các phần tử mạng MPLS riêng biệt 42
2.3.1.1. Phân loại lƣu lƣợng thông qua các bit Exp 42
2.3.1.2. Các chế độ thao tác với các bit Exp trong mạng MPLS 45
2.3.1.3. Thiết lập hàng đợi trên các LSRs (Queuing) 48
2.3.1.4. Làm rớt gói tin (Dropping) 53
2.3.2. Điều khiển lƣu lƣợng trong mạng MPLS 56
2.3.2.1. Các thành phần của TE. 57
2.3.2.2. Điều khiển lƣu lƣợng trên cơ sở thuật toán CSPF. 58
2.3.2.3. Bảo vệ lƣu lƣợng LSP (LSP Traffic Protection). 62
2.4.Kết luận 69
CHƢƠNG 3 - ỨNG DỤNG MPLS TRONG MẠNG NGN/VNPT 71
3.1. Giới thiệu mạng NGN của VNPT 71
3.1.1. Khái niệm, mục tiêu, yêu cầu 71

CAR
Committed Access Rate
4
CDR
Committed Data Rate
5
CoS
Class of Service
6
CSPF
Constrained Shortest Path First
7
DiffServ
Diffirentiated Service
8
DSCP
Diffirentiated Service Code Point
9
DSL
Digital Subcriber Line
10
DWDM
Dense Wavelength Division Multiplexing
11
ERO
Explicit Route Object
12
ECN
Explicit Congestion Notification
13

IS-IS
Integrated System – Integrated System
24
ISP
Internet Service Provider
25
ITU
International Telecommunication Union
- 5 -
STT
Từ viết tắt
Tên tiếng Anh
26
LDP
Label Distribution Protocol
27
LER
Label Edge Router
28
LFIB
Label Forwarding Information Base
29
LLQ
Low Latency Queuing
30
LSP
Label Switched Path
31
LSR
Label Switching Router

42
PHB
Per Hop Behavior
43
PID
Protocol identifier
44
PLR
Point of Local Repair
45
PQ
Priority Queuing
46
PSTN
Public Switching Telecom Network
47
PVC
Permanent Virtual Circuit
48
QoS
Quality of Service
49
RED
Random Early Detection
50
RIP
Routing Information Protocol
51
RRO
ROUTE_RECORD Object

TED
Traffic Engineering Database
61
ToS
Type of Service
62
TTL
Time-to-Live
63
VPI
Virtual Path Identify
64
VCI
Virtual Circuit Identify
65
VoIP
Voice over Internet Protocol
66
WDM
Wavelength Division Multiplexing
67
WFQ
Weighted Fair Queuing
68
WRED
Weighted Random Early Detection
69
WRR
Weighted Round Robin



- 8 -
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Ví dụ về kiến trúc MPLS………………………………………………… 12
Hình 1.2: Tôpô mạng MPLS ……………………………… ……………………… 13
Hình 1.3: Cấu trúc mào đầu (header) MPLS …………… ……………………….….13
Hình 1.4: Nhóm chuyển tiếp tƣơng đƣơng … ………………………………… … 14
Hình 1.5: Ngăn xếp nhãn……………………… …………………………………….15
Hình 1.6: Kiến trúc Edge LSR ………………………………………… ………… 16

Hình 2.20: Lỗi đƣợc phát hiện bởi bản tin RSVP hello ……… …………………….67
- 9 -
Hình 2.21: Trƣờng hợp cấu hình bảo vệ LSP .………… ……………………………67
Hình 2.22: Trƣờng hợp không cấu hình bảo vệ LSP …………………………………68
Hình 2.23: Chế độ bảo vệ Node … …………………………………………… ….68
Hình 3.1: Phân lớp mạng NGN ………………………………………………………71
Hình 3.2: Kiến trúc mạng NGN của VNPT ………………………………………….73
Hình 3.3: Các họ sản phẩm Surpass …………….……………………………………73
Hình 3.4: Sơ đồ tổng thể mạng NGN của VNPT ….…………………………………75
Hình 3.5: Sơ đồ mạng IP core của VNPT …….……………………………………76
mạng NGN của VNPT, nội dung chia làm 3 chƣơng:
Chƣơng 1. Giới thiệu về những khái niệm, kiến trúc, thành phần, nguyên tắc
hoạt động và các giao thức sử dụng trong mạng MPLS.
Chƣơng 2. Mô tả, phân tích, đánh giá các cơ chế đảm bảo chất lƣợng dịch vụ
trong mạng MPLS.
Chƣơng 3. Giới thiệu về mạng NGN và phân tích việc ứng dụng công nghệ
MPLS trong mạng NGN của VNPT.
Tác giả gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Vƣơng Đạo Vy đã hƣớng dẫn và
giúp đỡ tôi nghiên cứu khoa học trong suốt quá trình thực hiện luận văn, đồng thời xin
gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô trong khoa Điện Tử - Viễn Thông Đại học Công Nghệ -
Đại học Quốc Gia Hà Nội đã cung cấp cho tôi những kiến thức quý báu trong thời gian
học tập, nghiên cứu tại trƣờng.
- 11 -
CHƢƠNG 1 - NỀN TẢNG CÔNG NGHỆ MPLS
1.1. Tổng quan về MPLS
1.1.1. Lịch sử phát triển MPLS
Điểm thành công của Internet ở chỗ các công nghệ của Internet đƣợc triển khai
và phát triển theo nhu cầu của thị trƣờng. Internet không đƣa ra các tiêu chuẩn theo
kiểu Recommendation nhƣ của ITU-T mà đƣa ra các RFC (Request For Comments)
với mục đích công bố các giải pháp công nghệ đã đạt đƣợc và thu thập những đóng
góp thêm nhằm hoàn thiện, phát triển sản phẩm đó chứ không bắt buộc phải tuân thủ.
Khi mạng Internet phát triển và mở rộng, lƣu lƣợng Internet bùng nổ. Các ISP xử
lý bằng cách tăng dung lƣợng các kết nối và nâng cấp Router nhƣng vẫn không tránh
khỏi nghẽn mạch. Lý do là các giao thức định tuyến thƣờng hƣớng lƣu lƣợng vào cùng

tin và viễn thông (ICT - Information Communication Technology) trong thời kỳ mới.
1.1.2. MPLS là gì?
Chuyển mạch nhãn đa giao thức - MPLS (MultiProtocol Label Switching) là một
công nghệ lai kết hợp những đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 (layer 3 routing)
và chuyển mạch lớp 2 (layer 2 switching) cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong
mạng lõi (core) và định tuyến tốt ở các mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn
(label).
MPLS đƣợc chuẩn hóa bởi IETF trong RFC 303, là kết quả phát triển của nhiều
công nghệ chuyển mạch IP (IP switching) sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn nhƣ của ATM
để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP.
Ý tƣởng khi đƣa ra MPLS là: “Định tuyến tại biên, chuyển mạch ở lõi”. Trong
cấu trúc của MPLS chia thành 2 mặt phẳng riêng biệt:
Mặt phằng điều khiển (control plane): Tại đây các giao thức định tuyến lớp 3
thiết lập các đƣờng đi đƣợc sử dụng cho việc chuyển tiếp gói tin. Mặt phẳng điều
khiển đáp ứng cho việc tạo ra và duy trì thông tin chuyển tiếp nhãn giữa các Router
chạy MPLS (còn gọi là binding ). Một số giao thức đƣợc sử dụng : OSPF, BGP, LDP,
RSVP
Mặt phằng dữ liệu (data plane): Sử dụng cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn đƣợc
duy trì bởi các Router chạy MPLS để thức hiện việc chuyển tiếp các gói tin dựa trên
thông tin nhãn.



Hình 1.2: Tô pô mạng MPLS
1.2.1. Các khái niệm cơ bản về MPLS
a. Nhãn (Label)
IP/MPLS sử dụng header 32 bits chèn giữa phần header của giao thức lớp 3 và
giao thức lớp 2. Hình 1.3: Cấu trúc mào đầu (header) MPLS.
- 14 -
Trong phần mào đầu MPLS 32 bits bao gồm các trƣờng mang thông tin:
 20 bit Label: Giá trị thực sự của nhãn MPLS ấn định cho gói.
 3 bit COS: Thƣờng đƣợc dùng để mang thông tin QoS phân loại mức ƣu tiên
của các gói tin (Class Of Service).
 1 bit S (Bottom Stack): Xác định đây có phải là nhãn cuối cùng trong gói tin
hay không.
 8 bit TTL: Giống nhƣ trƣờng TTL của IPv4 hay Hop Limit của của IPv6, dùng
để ngăn chặn việc lặp lại gói tin trên mạng. Khi gán nhãn, giá trị TTL đƣợc lấy
từ trƣờng TTL của mào đầu IP, khi loại bỏ nhãn, giá trị TTL đƣợc copy sang
mào đầu IP.
Nhƣ vậy, nhãn MPLS là một thực thể độ dài ngắn và cố định, không có cấu trúc
bên trong, không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng nhƣ địa chỉ lớp
mạng mà đƣợc ấn định cho gói IP đƣợc mang đi bên trong mào đầu MPLS và mào đầu
này đƣợc truyền đi cùng với gói IP.
Nhãn chỉ có giá trị trên từng đoạn kết nối cục bộ, gắn liền với từng cổng vật lý.
b. LSR (Label switch Router)
Là thiết bị (Router hay Switch) thực hiện các thủ tục phân phối nhãn và có thể

một thời điểm, tải xử lý của router cũng giảm đáng kể, khả năng mở rộng mạng cũng
dễ dàng hơn rất nhiều.
e. Ngăn xếp nhãn (Label stack)
Trong trƣờng hợp có nhiều nhãn.
Một tập hợp có thứ tự các nhãn gắn theo gói để truyền thông tin về nhiều FEC
mà gói nằm trong và về các LSP tƣơng ứng mà gói sẽ đi qua. Ngăn xếp nhãn cho phép
MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và một nhãn cho IGP) và tổ
chức đa LSP trong một trung kế LSP. Hình 1.5: Ngăn xếp nhãn
Protocol identifier (PID) ở mào đầu khung lớp 2 chỉ ra phần tải (payload) của
nó sẽ là nhãn và tiếp theo là mào đầu IP.
Trƣờng S trong nhãn sẽ chỉ ra phần mào đầu tiếp theo là nhãn hay mào đầu của
lớp 3.
Router nhận chỉ sử dụng nhãn trên cùng trong stack label.
Thƣờng thì chỉ có 01 nhãn đƣợc gán vào gói tin, tuy nhiên có một số trƣờng hợp
có nhiều hơn 01 nhãn.
 MPLS VPNs (MPLS Virtual private networks): 2 nhãn.
 MPLS TE (MPLS Traffic Engineering): 2 hoặc nhiều hơn.
 Kết hợp giữa MPLS VPNs và MPLS TE: 3 hoặc nhiều hơn.
f. Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn (Label Switching Forwarding Table)
Là bảng chuyển tiếp nhãn có chứa thông tin về nhãn đầu vào, nhãn đầu ra, giao
diện đầu ra và địa chỉ điểm tiếp theo.
g. Cơ sở dữ liệu nhãn LIB
- 16 -
Là bảng kết nối trong LSR có chứa giá trị nhãn/FEC đƣợc gán và cổng ra cũng Hình 1.6: Kiến trúc Edge LSR
- 17 -
ATM-LSR: Chạy giao thức MPLS trong mặt phẳng điều khiển để thiết lập các
kênh ảo ATM, thực hiện chuyển tiếp các gói tin có gắn nhãn nhƣ là các tế bào ATM .
LSR: Chuyển tiếp gói tin có nhãn

Hình 1.7: Kiến trúc LSR
Bảng 1.1 sau đây mô tả các loại LSR và chức năng của chúng
Bảng 1.1: Các loại LSR trong mạng MPLS
Loại LSR
Chức năng thực hiện
LSR
Chuyển tiếp gói có nhãn
LSR biên

vào, phần đƣợc chèn vào gói tin là nhãn (label) hoặc ngăn xếp nhãn (label stack);
Swap: Thực hiện tại các LSR lõi, trao đổi giữa nhãn ban đầu với nhãn tiếp theo hoặc
với ngăn xếp nhãn (stack label); Remove: Thực hiện tại các LSR biên, loại bỏ nhãn;
Các tiến trình chèn nhãn hoặc loại bỏ nhãn xây dựng lên cơ sở dữ liệu nhãn (LIB).
Vận chuyển các gói tin (LSRs và edge LSRs) hoặc tế bào (ATM LSRs và ATM
edge LSRs).
Ví dụ:

Hình 1.8: Mô tả các chức năng của LSR
Sơ đồ trên đã mô tả rõ các chức năng cơ bản của LSR, với sự tham gia của Edge
LSR (gán nhãn, hủy nhãn, trao đổi thông tin định tuyến) và LSR (hoán đổi nhãn).
 Kết quả

- 19 -


rằng, các router lõi (LSR lõi) chỉ trao đổi nhãn trên cơ sở bảng chuyển tiếp nhãn mà
không cần phải đọc đến phần mào đầu của gói tin IP và bảng định tuyến IP (có kích
- 20 -
thƣớc lớn). Điều này làm cho gói tin MPLS đƣợc chuyển tiếp nhanh, giảm độ trễ trong
mạng, đồng thời làm tải xử lý của router lõi giảm đáng kể.
Mào đầu nhãn MPLS:
Hình 1.10: Vị trí của nhãn MPLS trong khung lớp 2
Do nhãn MPLS đƣợc chèn vào vị trí giữa lớp 2 và lớp 3 nên Router gửi thông tin
phải có phƣơng tiện gì đó thông báo cho Router nhận rằng gói đang đƣợc gửi đi không
phải là gói IP thuần mà là gói có nhãn (gói MPLS). Để đơn giản chức năng này, một
số dạng giao thức mới đƣợc định nghĩa trên lớp 2 nhƣ sau:
 Trong môi trƣờng LAN, các gói có nhãn truyền tới gói lớp 3 unicast hay
multicast sử dụng giá trị 8847H và 8848H cho dạng ethernet. Các giá trị này
đƣợc sử dụng trực tiếp trên phƣơng tiện ethernet (bao gồm cả fast ethernet và
Gigabit ethernet).
 Trên kênh điểm-điểm (giao thức PPP), sử dụng giao thức điều khiển mạng
mới đƣợc gọi là MPLSCP (giao thức điều khiển MPLS). Các gói MPLS đƣợc
đánh dấu bởi giá trị 8281H trong trƣờng giao thức PPP.
 Các gói MPLS truyền qua chuyển dịch khung DLCI giữa một cặp Router đƣợc
đánh dấu bới nhận dạng giao thức lớp mạng SNAP của chuyển dịch khung
(NLPID), tiếp theo mào đầu SNAP với giá trị 8847H cho dạng ethernet.

 Tại LSR biên, nhãn số 5 bị loại bỏ và việc kiểm tra địa chỉ lớp 3 đƣợc thực
hiện, gói tin đƣợc chuyển tiếp đến nút Router tiêp theo ngoài mạng MPLS.
Nhƣ vậy quá trình chuyển đổi nhãn đƣợc thực hiện trong các LSR lõi dựa trên
bảng định tuyến nhãn. Bảng định tuyến này phải đƣợc cập nhật đầy đủ để đảm bảo
mỗi LSR (hay Router) trong mạng MPLS có đầy đủ thông tin về tất cả các hƣớng
chuyển tiếp. Quá trình này xảy ra trƣớc khi thông tin đƣợc truyền trong mạng và thông
thƣờng đƣợc gọi là quá trình liên kết nhãn (label binding).
Các bƣớc chuyển mạch trên đƣợc áp dụng đối với các gói tin có một nhãn hay
gói tin có nhiều nhãn.
Quá trình liên kết và lan truyền nhãn:
Khi xuất hiện một LSR mới trong mạng MPLS hay bắt đầu khởi tạo mạng
MPLS, các thành viên LSR trong mạng MPLS phải có liên lạc với nhau trong quá
trình khai báo thông qua bản tin Hello. Sau khi bản tin này đƣợc gửi một phiên giao
dịch giữa 2 LSR đƣợc thực hiện. Thủ tục trao đổi là giao thức LDP (Label Distribution
Protocol).
Ngay sau khi LIB (cơ sở dữ liệu nhãn) đƣợc tạo ra trong LSR, nhãn đƣợc gán
cho mỗi FEC mà LSR nhận biết đƣợc. Đối với trƣờng hợp chúng ta đang xem xét
(định tuyến dựa trên đích unicast, FEC tƣơng đƣơng với prefix trong bảng định tuyến
IP. Nhƣ vậy, nhãn đƣợc gán cho mỗi prefix trong bảng định tuyến IP và bảng chuyển
đổi chứa trong LIB. Bảng chuyển đổi định tuyến này đƣợc cập nhật liên tục khi xuất
hiện những tuyến nội vùng mới, nhãn mới sẽ đƣợc gán cho tuyến mới.
- 22 -
Do LSR gán nhãn cho mỗi IP prefix trong bảng định tuyến của chúng ngay sau
khi prefix xuất hiện trong bảng định tuyến và nhãn là phƣơng tiện đƣợc LSR khác sử
dụng khi gửi gói tin có nhãn đến chính LSR đó nên phƣơng pháp gán và phân phối
nhãn này đƣợc gọi là gán nhãn điều khiển độc lập với quá trình phân phối ngƣợc
không yêu cầu.
Việc liên kết các nhãn đƣợc qung bá ngay đến tất cả các Router thông qua phiên
LDP. Chi tiết hoạt động của LDP sẽ đƣợc mô tả trong phần sau.
1.3.1.2. Chế độ hoạt động tế bào MPLS


- 23 -

Hình 1.12: Thiết lập kênh ảo điều khiển MPLS
Trong chế độ hoạt động MPLS khung yêu cầu này đƣợc đáp ứng một cách đơn
giản bởi các Router có thể gửi, nhận các gói IP và các gói có nhãn qua bất cứ giao diện
chế độ khung nào dù là LAN hay WAN. Tuy nhiên tổng đài ATM không có khả năng
đó.Để cung cấp kết nối thuần IP giữa các ATM-LSR có 2 cách sau đây:
 Thông qua kết nối ngoài băng nhƣ kết nối Ethernet giữa các tổng đài.
 Thông qua kênh ảo quản lý trong băng tƣơng tự nhƣ cách mà giao thức của tổ
chức ATM thực hiện. Phƣơng án này có cấu trúc nhƣ hình I-12.
Kênh ảo điều khiển MPLS VC thông thƣờng sử dụng giá trị VPI/VCI là 0/32 và
bắt buộc phải sử dụng phƣơng pháp bọc LLC/SNAP cho các gói IP theo chuẩn RFC
1483. Khi triển khai MPLS trong tổng đài ATM (ATM-LSR) phần điều khiển trung
tâm của tổng đài ATM phi hỗ trợ thêm báo hiệu MPLS và giao thức thiết lập kênh VC.
Hai loại giao thức này hoạt động song song (chế độ này đƣợc gọi là chế độ hoạt động
con thuyền trong đêm Ships-in-the-night). Một số loại tổng đài có khả năng hỗ trợ
ngay cho những chức năng mới này (nhƣ của Cảisco), một số loại khác có thể nâng
M¶ng sè liÖu
ATM
Ma trận
chuyển mạch
ATM
ATM-LSR biên
Mảng điều
khiển
MPLS
ATM-LSR biên

Mảng điều
khiển
MPLS

Kênh ảo điều
khiển MPLS

- 24 -

- 25 -
giao diện LC-ATM. LSR phía sau cần nhãn để gửi gói đến nút tiếp theo phi yêu cầu
nhãn từ LSR phía trƣớc nó. Thông thƣờng các nhãn đƣợc yêu cầu dựa trên nội dung
bảng định tuyến mà không dựa vào luồng dữ liệu, điều đó đòi hỏi nhãn cho mỗi đích
trong phạm vi của nút kế tiếp qua giao diện LC-ATM.
LSR phía trƣớc có thể đơn giản phân bổ nhãn và trả lời yêu cầu cho LSR phía
sau với bản tin trả lời tƣơng ứng. Trong một số trƣờng hợp, LSR phía trƣớc có thể phi
có khả năng kiểm tra địa chỉ lớp 3 (nếu nó không còn nhãn phía trƣớc yêu cầu cho
đích). Đối với tổng đài ATM, yêu cầu nhƣ vậy sẽ không đƣợc trả lời bởi chỉ khi nào nó
có nhãn đƣợc phân bổ cho đích phía trƣớc thì nó mới trả lời yêu cầu. Nếu ATM-LSR
không có nhãn phía trƣớc đáp ứng yêu cầu của LSR phía sau thì nó sẽ yêu cầu nhãn từ
LSR phía trƣớc nó và chỉ trả lời khi đã nhận đƣợc nhãn từ LSR phía trƣớc nó.
Hợp nhất VC:
Vấn đề hợp nhất VC (gán cùng VC cho các gói đến cùng đích) là một vấn đề
quan trọng cần giải quyết đối với các tổng đài ATM trong mạng MPLS. Để tối ƣu hoá
quá trình gán nhãn ATM-LSR có thể sử dụng lại nhãn cho các gói đến cùng đích. Tuy
nhiên một vần đề cần giải quyết là khi các gói đó xuất phát từ các nguồn khác nhau
(các LSR khác nhau) nếu sử dụng chung một giá trị VC cho đích thì sẽ không có khả
năng phân biệt gói nào thuộc luồng nào và LSR phía trƣớc không có khả năng tái tạo
đúng các gói từ các tế bào. Vấn đề này đƣợc gọi là xen kẽ tế bào. Để tránh trƣờng hợp
này, ATM-LSR phải yêu cầu LSR phía trƣớc nó nhãn mới mỗi khi LSR phía sau nó
đòi hỏi nhãn đến bất cứ đích nào ngay c trong trƣờng hợp nó đã có nhãn phân bổ cho
đích đó. Một số tổng đài ATM với thay đổi nhỏ trong phần cứng có thể đảm bảo đƣợc
rằng 2 luồng tế bào chiếm cùng một VC không bao giờ xen kẽ nhau. Các tổng đài này
sẽ tạm lƣu các tế bào trong bộ đệm cho đến khi nhận đƣợc tế bào có bit kết thúc khung
trong mào đầu tế bào ATM. Sau đó toàn bộ các tế bào này đƣợc truyền ra kênh VC.
Nhƣ vậy bộ đệm trong các tổng đài này phi tăng thêm và một vấn đề mới xuất hiện đó
là độ trễ qua tổng đài tăng lên. Quá trình gửi kế tiếp các tế bào ra kênh VC này đƣợc
gọi là quá trình hợp nhất kênh ảoVC. Chức năng hợp nhất kênh ảoVC này gim tối đa
số lƣợng nhãn phân bố trong miền ATM-LSR.