ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Ngô Thị Khánh Ly XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠNG ĐƯỜNG TRỤC
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH
NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Mã số : 2.07.00 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Kim Giao
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hà Nội - 2005
Hà Nội - 2005
1
Mục lục
Thuật ngữ và viết tắt 3
Danh mục các bảng biểu và hình vẽ 11
Mở đầu 13
Chương 1: Tổng quan về công nghệ IP và ATM
1.1 Khái quát về công nghệ IP và ATM 15
1.2 Công nghệ IP 17
1.3 Công nghệ ATM 20
4.3 Định tuyến dựa trên ràng buộc 92
4.4 Chất lượng dịch vụ 100
4.5 Phát hiện và ngăn ngừa hiện tượng định tuyến vòng 103
Chương 5 Các mô hình mạng đường trục ứng dụng công nghệ MPLS
5.1 Các thiết bị MPLS dùng trên mạng 105
5.2 Xây dựng các mô hình cho mạng đường trục 112
5.2.1 Tìm hiểu mô hình mạng đường trục trên thế giới 114
5.2.2 Tìm hiểu các mô hình mạng đường trục Bắc – Nam 118
5.2.3 Xây dựng các mô hình mạng cho phòng thực tập viễn thông
khoa Công Nghệ phục vụ đào tạo 123
Kết luận 130
Tài liệu tham khảo 133
3
THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT
AAL5 ATM Adaptation Layer5 Lớp tương thích ATM5
ABR Available Bit Rate Tốc độ bít khả dụng
ADM Add-Drop Multiplexer Bộ ghép xen kênh
AF ATM Forum Diễn đàn ATM
ARIS Aggregate Route-Based IP Chuyển mạch IP theo phương
Switching pháp tổng hợp tuyến
ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ
AS Autonomoust System Hệ tự trị ( tự quản)
ASIC Application Specific Integrated Mạch tích hợp các ứng dụng
Circuits đặc biệt
ASTN Autonomous Switched Mạng truyền tải chuyển mạch
Transpost Network tự động
CQ Custom Queuing Hàng đợi khách hàng
DLCI Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nói lớp liên kết dữ
liệu
DVMRP Distance Vector Multicast Giao thức định tuyến đa hướng
Routing Protocol theo véc tơ khoảng cách
DWDM Density-Wave Division Ghép kênh phân chia theo mật
Multiplexing độ bước sóng
EBS Excess Burst Size Kích thước cụm vượt giới hạn
ECR Egress Cell Router Bộ định tuyến tế bào lối ra
EGP Edge Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng biên
ER Explicit Routing Định tuyến hiện
ETSI European Telecommunication Viện tiêu chuẩn viễn thông
Standard Institute Châu Âu
FA Forwarding Adjacence Chuyển tiếp cận kề
FEC Forwarding Equivalence Class Nhóm chuyển tiếp tương đương
FIFO Fisrt-in, Fisrt-out Vào trước, ra trước
5
FIB Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp
FMP Flow Management Protocol Giao thức quản lí luồng
FR Frame Relay Chuyển tiếp khung
FTN FEC- to- NHLFE Sắp xếp FEC vào NHLFE
GMPLS Generalized Multiprotocol Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Label Switching tổng quát
GFC Generic Flow Control Điều khiển luồng chung
GR Guaranteed Rate Tốc độ bảo vệ
HDLC High-Level Data Link Control Điều khiển liên kết dữ liệu mức
LCN Logic Channel Number Số kênh lôgic
LC-ATM Label Controlled ATM Interface Giao diện ATM được điều khiển
nhờ nhãn
LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn
LER Label Edge Router Bộ định tuyến nhãn biên
LFIB Label Forwarding Information Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn
Base
LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn
LIS Logical IP Subnet Mạng con IP logic
LMP Link Management Protocol Giao thức quản lí kênh
LPF Logical Port Function Chức năng cổng logic
LSP Label Switched Path Tuyến chuyển mạch nhãn
LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn
MAC Media Access Controller Thiết bị điều khiển truy nhập mức
phương tiện truyền thông
MGR MultiGigabyte Router Bộ định tuyến nhiều GigaByte
MG Media Gateway Cổng chuyển đổi phương tiện
MGC Media Gateway Controller Thiết bị điều khiển MG
MIB Management Information Base Cơ sở dữ liệu thông tin quản lí
MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức
7
MPOA MPLS over ATM MPLS trên nền ATM
MSF MultiService Switch Forum Diễn đàn chuyển mạch đa dịch vụ
NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau
NHLFE Next-Hop Label Forwarding Phương thức gửi gói tin dán nhãn
Entry chặng tiếp theo
RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyến
RESV Reservation Sự đặt trước
RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên
(hỗ trợ QoS)
SAR Segmentation and Reassembly Phân mảnh và hợp nhất gói tin
SDH Synchronous Digital Hierarchy Hệ thống phân cấp số đồng bộ
SGF Signalling Gateway Function Khối chức năng cổng báo hiệu
SLA Service Level Agreement Thoả thuận mức dịch vụ
SNAP Service Node Access Point Điểm truy cập mức dịch vụ
SNI Signalling Network Interface Giao diện mạng báo hiệu
SNMP Simple Network Management Giao thức quản lí mạng đơn
Protocol
SONET Synchronous Optical Network Mạng truyền dẫn quang đồng bộ
SP Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ
SPF Shortest Path First Phương thức định tuyến đường
ngắn nhất
STDM Statistical Time Division Ghép kênh phân chia theo thời
Multiplexing gian thống kê
SVC Switched Virtual Circuit Kênh ảo chuyển mạch
TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải
TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời
gian
TDP Tag Distribution Protocol Giao thức phân phối thẻ
TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối
9
TE Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng
sóng
WFQ Weighted Factor Queue Hàng đợi theo trọng số
11
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ
A.Danh mục các bảng
Bảng 1: Các dự án thương mại triển khai MPLS
Bảng 2: Các hoạt động MPLS
Bảng 3: Chọn thiết bị biên mạng MPLS cho mạng MPLS ATM
Bảng 4: Chọn LSR ATM
Bảng 5: Các LSR biên ATM Cisco và dung lượng LVC
Bảng 6: Dung lượng LVC và các LSR ATM Cisco nếu kết hợp VC được sử dụng
B. Danh mục các hình vẽ
Hình 1 - Dạng tiêu đề gói IP
Hình 2 - Khuôn dạng tiêu đề của tế bào ATM
Hình 3 - Định dạng chung của nhãn MPLS
Hình 4 - Lớp liên kết dữ liệu là ATM
Hình 5 - Lớp liên kết dữ liệu là Frame Relay
Hình 6 - Nhãn trong shim - giữa lớp 2 và lớp 3
Hình 7 - Thông tin được sử dụng trong các quyết định chuyển tiếp
Hình 8 - Cơ cấu báo hiệu
Hình 9 - Mô hình mạng MPLS
Hình 10 - Tiêu đề LDP
Hình 11 - Mã hoá Giá trị - Chiều dài - Loại
Hình 12 - Khuôn dạng bản tin LDP
Hình 38 - Resource Class TLV
Hình 39 - The Route Pinning TLV
Hình 40 - The CR – LSP FEC TLV
Hình 41 - Mô hình DiffServ tại biên và lõi mạng
Hình 42 - Mô hình mạng thế hệ sau của Nortel
Hình 43 - Mô hình chức năng của NGN
Hình 44 - Cấu hình tổ chứcmạng MPLS phương án 1
Hình 45 - Cấu hình tổ chức mạng MPLS phương án 2
Hình 46 - Cấu hình tổ chức mạng MPLS phương án 3
Hình 47 - Mô hình mạngATM- MPLS đơn giản
Hình 48 - Mô hình lõi MPLS, biên ATM phục vụ cho đào tạo
Hình 49 - Mô hình mạng lõi ATM, biên MPLS phục vụ cho đào tạo
13
MỞ ĐẦU
Trong điều kiện toàn cầu hoá như hiện nay, nhu cầu trao đổi thông tin là một
vấn đề thiết yếu trong cuộc sống của xã hội loài người.
Đứng về phía khách hàng: Nhu cầu của họ không chỉ dừng lại ở chỗ trao đổi
được thông tin, mà là thông tin đó được trao đổi nhanh đến mức nào, độ tin cậy ra
sao, hiệu quả cũng như lợi nhuận của hệ thống mà họ lựa chọn, đầu tư và tin dùng
đã mang lại là gì
Đứng về phía những người sản xuất thiết bị, các nhà cung cấp và khai thác
dịch vụ:Trong môi trường nhiều nhà cung cấp như hiện nay, để cạnh tranh và
chiếm lĩnh được thị trường, thu hút được khách hàng về phía mình, không còn sự
lựa chọn nào khác ngoài việc phải tìm ra cho mình những công nghệ phù hợp, bắt
kịp và đáp ứng được nhu cầu của khách hàng đề ra .
Nền tảng cho xã hội thông tin chính là sự phát triển cao của các dịch vụ viễn
không cần thay đổi các giao thức định tuyến IP.
Các ưu điểm mà MPLS mang lại là:
MPLS tách chức năng của bộ định tuyến IP ra làm hai phần riêng biệt:
+ Chức năng chuyển gói tin
+ Chức năng điều khiển
Phần chức năng chuyển gói tin có nhiệm vụ gửi gói tin giữa các bộ định
tuyến nhờ sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như của ATM. Các nhãn này có
độ dài cố định, không phụ thuộc vào lớp mạng. Kỹ thuật hoán đổi nhãn thực chất
là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng nhãn để xác định tuyến và nhãn
mới của gói. Các nhãn này không liên quan đến địa chỉ lớp mạng, do vậy quá trình
xử lí được thực hiện nhanh và giảm bớt độ phức tạp cho các bộ định tuyến.
MPLS có thể hỗ trợ các giao thức định tuyến Internet khác như giao thức tìm
đường ngắn nhất mở (OSPF: Open Shortest Path First) và giao thức cổng biên
(BGP : Border Gateway Protocol). MPLS còn hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng, cho
15
phép thiết lập tuyến cố định nên đảm bảo được chất lượng dịch vụ của các tuyến.
Đây là tính năng vượt trội của MPLS so với các giao thức định tuyến trước đó.
Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế tái định tuyến lại nhanh, hỗ trợ quản lí mạng
đơn giản và dễ dàng hơn bằng cách giám sát lưu lượng tại các bộ định tuyến chuyển
mạch nhãn (LSR). Bằng cách này, nghẽn lưu lượng cũng như vị trí xảy ra tắc nghẽn
sẽ được xác định nhanh chóng.
Với những ưu điểm như vừa nêu ở trên, MPLS được đệ trình như là “ứng cử
viên” nặng kí khi xem xét lựa chọn công nghệ chủ đạo để triển khai mạng thế hệ
sau. Nó là một công nghệ chuyển mạch IP có triển vọng ứng dụng rất cao. Nhờ có
đặc tính cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch
vụ của mạng IP truyền thống đồng thời cải thiện dải thông của mạng. Hiện nay, các
ứng dụng mới cả trong thương mại và thị trường người tiêu dùng. Thêm vào đó các
dịch vụ đa phương tiện đang ngày một phát triển , điều đó đã thúc đẩy nhu cầu về
tốc độ truyền dữ liệu và dải thông tăng nhanh. Cùng với nó số lượng người sử dụng
ngày càng tăng, chất lượng dịch vụ cũng phải được nâng cao. Tuy nhiên, tài nguyên
hạ tầng Internet hiện nay không đáp ứng được các nhu cầu đó.
Khi mà nhu cầu về chất lượng dịch vụ của người sử dụng và tốc độ phát
triển của mạng Internet ngày càng tăng thì một giao thức mới để đảm bảo điều đó
là hết sức cần thiết, giao thức mới này không những phải thoả mãn nhu cầu về chất
lượng dịch vụ, độ tin cậy mà còn phải đơn giản và tốc độ xử lý phải rất cao để đáp
ứng được nhu cầu thời gian thực. Vì vậy, sự ra đời của chuyền mạch nhãn đa giao
thức MPLS là một tất yếu.
Thật vậy, MPLS cung cấp một nền tảng công nghệ mới cho quá trình tạo ra
các mạng đa người dùng, đa dịch vụ với hiệu năng cao hơn, khả năng mở rộng
mạng lớn, nhiều chức năng được cải tiến và đáp ứng được nhiều yêu cầu về chất
lượng dịch vụ. Chuyển mạch nhãn là yếu tố quan trọng nhất cho quá trình mở rộng
Internet, nó cung cấp những ứng dụng quan trọng trong xử lý chuyển tiếp gói bằng
cách đơn giản hóa quá trình xử lý, hạn chế việc tạo ra các bản sao mào đầu tại mỗi
17
bước trong đường dẫn, và tạo ra một môi trường có thể hỗ trợ cho điều khiển chất
lượng dịch vụ. Phát triển của MPLS cho phép tích hợp IP và ATM, hỗ trợ hội tụ
dịch vụ và cung cấp những cơ hội mới cho điều khiển lưu lượng và mạng riêng ảo.
Hiệu năng xử lý gói có thể được cải tiến bằng cách thêm nhãn có kích thước cố
định vào các gói. Điều khiển chất lượng dịch có thể được cung cấp dễ dàng hơn và
có thể xây dựng các mạng công cộng rất lớn. MPLS là một kỹ thuật mới được
mong đợi sẽ phát triển phổ biến trên phạm vi rộng ở cả các mạng IP riêng và công
cộng, mở đường cho việc hội tụ các dịch vụ mạng, video và thoại.
.ICMP là giao thức bản tin điều khiển Internet, cung cấp các cơ cấu phản hồi và
điều khiển.
Dạng tiêu đề của một gói IP
Verso
n
IHL
Type of Service
Total Lenghth
Identification
Flags
Fragment Offset
Time To Live
Protocol
Header Checksum
Source Address
Destination Address
Options
Padding
Data
Hình 1- Dạng tiêu đề gói IP
Trong đó:
- Version: Phiên bản của IP được dùng ( IP4 hoặc IP6)
- IHL : Chỉ độ dài của tiêu đề, tính bằng các từ 32 bít. Nếu không có
trường này thì mặc định của tiêu đề là 5.
- Type of Service : Cho biết thông tin về loại dịch vụ và mức ưu tiên cả
gói IP, trường này gồm có 8 bít, giá trị mặc định là 0.
- Total Length : Cho biết độ dài của gói IP, gồm cả phần tiêu đề, được tính
bằng đơn vị byte
- Identification : Chứa từ định danh của gói phân mảnh
- Flags : Dùng cho quá trình phân mảnh và hợp nhất mảnh của các gói IP
- Data : Chứa dữ liệu của giao thức mức vận chuyển, là bội của 8 byte.
Các bộ định tuyến muốn chuyển gói số liệu IP tới đích, thì phải dựa vào địa
chỉ IP đích chứa trong phần tiêu đề. Như vậy, tại mỗi bộ định tuyến phải có một
bảng định tuyến để lưu trữ thông tin liên quan đến địa chỉ cũng như các thông tin
20
khác như bản đồ, đường đi tới đích. Một vấn đề đặt ra là: Khi số lượng địa chỉ IP
tăng lên thì liệu các bộ định tuyến còn đủ không gian nhớ để lưu trữ một lượng
thông tin khổng lồ tại bảng định tuyến nữa không, lúc đó bộ xử lí có đủ năng lực để
xử lí thông tin và ra quyết định định tuyến kịp thời đáp ứng nhu cầu ngày càng cao
của khách hàng nữa không, nhất là các yêu cầu về thời gian thực.
Tóm lại : Công nghệ IP có ưu và nhược điểm là:
Ưu điểm : Đơn giản, đã được chuẩn hoá, mức độ phổ biến rộng, được coi
là công nghệ của tương lai. Những năm gần đây đã chỉ ra khả năng sử
dụng IP trực tiếp trên nền công nghệ quang và những sửa đổi giao thức
IP đảm bảo chất lượng dịch vụ mới đã tạo tiền đồ cho khả năng chiếm
lĩnh thị trường của công nghệ này trong tương lai.
Nhược điểm : Với định tuyến IP truyền thống, chất lượng dịch vụ chỉ
dừng lại ở mức cố gắng tối đa (Best Effort). Không có khả năng hỗ trợ
thời gian thực như thoại hoặc hình ảnh động chất lượng cao. Để có thể hỗ
trợ được các dịch vụ này cần bổ sung các giao thức điều khiển chất lượng
dịch vụ như RSVP hay chuyển sang IPv6.
1.3 Công nghệ ATM : [23]
ATM được coi là công nghệ mạng mức thấp để hỗ trợ các ứng dụng mạng
trong tương lai - các dịch vụ mạng tích hợp số băng rộng. Đó là công nghệ nền tảng
để phát triển B-ISDN. Trong mạng tích hợp số băng rộng này, các dịch vụ truyền
thông với lưu lượng lớn, thời gian thực yêu cần là có thể thoả mãn được như truyền
dịch vụ và tăng tốc độ xử lí gói tin.
- ATM là một công nghệ kết nối có định hướng, đây là một ưu điểm so với
chuyển mạch IP, các tuyến ảo được thiết lập trước khi một phiên truyền dữ liệu
được bắt đầu, điều này đảm bảo rằng dữ liệu được truyền một cách tin cậy hơn, độ
mất mát tin tức cũng như xác suất hỏng gói tin là giảm đáng kể so với kết nối
không định hướng .
- Khuôn dạng tiêu đề của tế bào ATM:
22
GFC
VPI
VPI
VCI
VCI
VCI
PTI
CLP
HEC
Payload (48 bytes)
Hình 2 – Khuôn dạng tiêu đề của tế bào ATM
Trong đó:
GFC : Điều khiển luồng chung
VPI : Trường nhận dạng đường ảo
VCI : Trường nhận dạng kênh ảo
PTI : Bộ hiển thị loại tải tin
CLP : Trường ưu tiên mất mát tế bào
HEC : Trường kiểm tra lỗi tiêu đề
(có độ ưu tiên cao) được xử lí trước, tế bào nào thì được xử lí sau và tế bào nào có
thể loại bỏ trong trường hợp xảy ra tắc nghẽn. Chính nhờ kỹ thuật này mà công
nghệ ATM có thể đảm bảo được chất lượng dịch vụ khi đã đặt trước nguồn tài
nguyên.
- ATM sử dụng các kênh ảo và các đường ảo để chuyển mạch các tế bào tới
đích. Các kênh ảo (VC) không liên quan gì đến địa chỉ mạng của dữ liệu, nó thay
đổi khi đi qua một chuyển mạch. Đường ảo (VP) dùng để nhóm các kênh ảo lại với
nhau để chuyển chúng đi giữa các chuyển mạch. Mục đích của VP là để tăng hiệu
quả sử dụng dải thông của đường truyền dẫn. Có hai loại kênh ảo được sử dụng để
đáp ứng yêu cầu của người sử dụng:
+ Kênh ảo cố định (PVC): Loại kênh này tạo nên một “đường ảo” đã được
thiết lập trước khi truyền dữ liệu. Vì dữ liệu sẽ được truyền đi theo một đường đã
thiết lập trước nên tốc độ sẽ nhanh hơn nhiều, và hoàn toàn đảm bảo đúng dải
thông theo yêu cầu, dải thông “được đặt trước” sẽ không sử dụng bởi một kết nối
khác. Kênh ảo cố định được sử dụng phổ biến trong các mạng cục bộ ATM.
+ Kênh ảo chuyển mạch(SVC): Tuy nhiên, loại kênh PVC được thiết lập
một cách thủ công nên rất cồng kềnh. Hơn nữa, nếu sử dụng loại kênh này thì tại
mỗi chuyển mạch, các thông tin về tuyến của tất cả các kết nối phải được lưu giữ,
Copyright: Tài liệu đại học ©