ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
Nguyễn Hoàng Chương

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG
TRONG CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS) LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà nội – 2007

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 6
MỞ ĐẦU 8
CHƢƠNG I 9
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MPLS 9
1.1. Lịch sử phát triển 9
1.1.1. Lịch sử phát triển của Công nghệ MPLS 9
1.1.2. Một số ứng dụng của Công nghệ MPLS 12
1.2. Tổng quan về công nghệ MPLS 12
1.2.1. Định nghĩa 12
1.2.2. Lợi ích của MPLS 13
1.2.3. Nhược điểm của MPLS 13
1.2.4. Đặc điểm mạng MPLS 13
1.2.5. So sánh MPLS và IP 13
1.3. Kết luận 14
CHƢƠNG II 15
CẤU TRÚC CỦA MẠNG MPLS 15
2.1. Định nghĩa về nhãn trong MPLS 15
2.2. Cấu trúc khung của nhãn trong MPLS 15
2.3. Cấu trúc tế bào của nhãn trong MPLS 16
2.4. Mặt phẳng chuyển tiếp và Mặt phẳng điều khiển 17
2.5. Thuật toán chuyển tiếp nhãn 18
2.6. Phân phối nhãn 19
2.7. Duy trì nhãn 19
2.8. Các loại nhãn đặc biệt 19
2.9. Kết luận 20
CHƢƠNG III 22
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN LƢU LƢỢNG TRONG MPLS 22
3.1. Trung kế lƣu lƣợng trong MPLS 22
3.1.1. Khái niệm 22

4.3.4. Mô phỏng chuyển lưu lượng trong MPLS – Mô hình Makam 46
4.3.5. Mô phỏng chuyển lưu lượng trong MPLS – Mô hình Haskin 50
4.3.6. Mô phỏng chuyển lưu lượng trong MPLS – Mô hình SD 54
4.4. Kết luận Chƣơng 4 58
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO 61
PHỤ LỤC I 62
Các bước cài đặt phần mềm mô phỏng NS2 và RSVP-TE 62
PHỤ LỤC II 64
Mã nguồn mô phỏng NS2 và RSVP-TE 64
PHỤ LỤC III 101
Ý nghĩa câu lệnh trong phần mềm mô phỏng NS2 và RSVP-TE 101

3
Nguyễn Hoàng Chƣơng Luận văn tốt nghiệp cao học
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ATM
Asynchronous
Transfer Mode
Công nghệ chuyển mạch tế bào, công nghệ này
chia các gói tin thành những tế bào có kích thước
cố định là 53 byte, trong đó gồm 5 byte cho tiêu
đề và 48 byte cho dữ liệu.
ATM –LSR
ATM Label
Switching Router
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 như là các tế

FEC to NHLFE
Map

IGP
Interior Gateway
Protocol
Giao thức định tuyến sử dụng trong một vùng tự
trị ( AS – Autonomous System).
ILM
Incoming Label
Map

IP
Internet Protocol
Giao thức Internet trong mô hình TCP/IP
4
Nguyễn Hoàng Chƣơng Luận văn tốt nghiệp cao học
IPSec
IP Security
Là bộ giao thức bảo mật Internet được sử dụng
cho các giao tiếp bằng cách xác thực hoặc mã
hóa mỗi gói IP trong luồng dữ liệu.
ISP
Internet Service
Provider
Nhà cung cấp các dịch vụ Internet
IXP
Internet eXchange
Provider
Nhà cung cấp dịch vụ trao đổi lưu lượng Internet.

LSP
Xác định đường đi từ nút gốc.
LSR
Label Switching
Router
Thiết bị định tuyến hoặc thiết bị chuyển mạch
thực hiện các thủ tục phân phối nhãn và có thể
chuyển tiếp các gói tin dựa trên thông tin nhãn.
Các LSR làm việc ít và hoạt động gần giống như
switch.
MPLS
MultiProtocol Label
Switching
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
NHLFE
Next Hop Label
Forwarding Entry

5
Nguyễn Hoàng Chƣơng Luận văn tốt nghiệp cao học
PBH
Per-Hop Behavior

QoS
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
RFC
Request For
Comments
Gồm các văn bản được phát hành bởi IETF dùng

Identifier
Định danh kênh ảo
VP
Virtual Path
Đường ảo
VPI
Virtual Path
Identifier
Định danh đường ảo
VPN
Virtual Private
Network
Mạng riêng ảo

6
Nguyễn Hoàng Chƣơng Luận văn tốt nghiệp cao học
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 2.1 Nhãn trong MPLS
Hình 2.2 Ngăn xếp Nhãn trong MPLS
Hình 2.3 Các công nghệ kết hợp với MPLS
Hình 2.4 Cấu trúc điều khiển trong MPLS
Hình 2.5 Quá trình gán nhãn trong MPLS
Hình 3.1 Mô hình Makam
Hình 3.2 Mô hình Haskin
Hình 3.3 Mô hình Shortest Dynamic
Hình 4.1 Đồ thị mô phỏng truyền dữ liệu qua mạng IP
Hình 4.2 Mô hình biểu diễn sự mất gói trên đường truyền
Hình 4.3 Mô tả truyền lưu lượng của mạng IP trên phần mềm NS2
Hình 4.4 Đồ thị kết quả mô phỏng định tuyến bắt buộc trong MPLS


8
Nguyễn Hoàng Chƣơng Luận văn tốt nghiệp cao học

MỞ ĐẦU Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức đang trở thành lựa chọn công nghệ cho
việc điều phối giữa lớp 2 và lớp 3 trong mô hình tham chiếu OSI. Rất nhiều nhà cung
cấp viễn thông và Internet trên thế giới đã lựa chọn công nghệ này để cung cấp các
tính năng kết hợp những ưu việt của các công nghệ mạng trước nó.
Để giúp cho sinh viên và học viên, những người chưa có cơ hội tiếp xúc với những
hệ thống mạng của các nhà khai thác, hiểu rõ hơn về khả năng áp dụng của mô hình
mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức, trong phạm vi của một luận văn thạc sĩ, học
viên đã sử dụng phần mềm mô phỏng NS2 để làm rõ hơn một trong những khả năng
mà công nghệ này có thể đem lại trong thực tế.
Luận văn bao gồm 4 chương đi từ những giới thiệu về lịch sử ra đời của MPLS, các
mô hình điều khiển lưu lượng cho MPLS và cuối cùng là xây dựng, mô phỏng và phân
tích các mô hình điều khiển lưu lượng này dùng phần mềm NS2.

9
Nguyễn Hoàng Chƣơng Luận văn tốt nghiệp cao học
CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MPLS
1.1. Lịch sử phát triển
1.1.1. Lịch sử phát triển của Công nghệ MPLS
Bối cảnh ra đời công nghệ MPLS:
- Điểm thành công của Internet ở chỗ các công nghệ của Internet được triển
khai và phát triển theo nhu cầu của thị trường. Internet không đưa ra các tiêu
chuẩn theo kiểu khuyến nghị như của ITU-T mà đưa ra các RFC (Request

 Đắt tiền
 Không được chấp nhận rộng rãi
 Việc ánh xạ các gói IP vào tế bào ATM không hiệu quả
 ATM không giải quyết được vấn đề định tuyến nhưng lại đưa ra nhiều
vấn đề bổ sung khác
 IP và ATM là hai công nghệ hoàn toàn khác nhau, được thiết kế cho
những môi trường mạng khác nhau, khác nhau về giao thức, cách đánh
địa chỉ, định tuyến, báo hiệu, phân bổ tài nguyên
 Khi các ISP càng mở rộng mạng theo hướng IP over ATM, họ càng nhận
rõ nhược điểm của mô hình này, đó là sự phức tạp của mạng lưới do phải
duy trì hoạt động của hai hệ thống thiết bị.
- Sự bùng nổ của mạng Internet dẫn tới xu hướng hội tụ các mạng viễn thông
khác như mạng thoại, truyền hình dựa trên Internet, giao thức IP trở thành
giao thức chủ đạo trong lĩnh vực mạng .
- Xu hướng của các ISP là thiết kế và sử dụng các bộ định tuyến chuyên dụng,
dung lượng chuyển tải lớn, hỗ trợ các giải pháp tích hợp, chuyển mạch đa
lớp cho mạng trục Internet.
- Nhu cầu cấp thiết trong bối cảnh này là phải ra đời một công nghệ lai có khả
năng kết hợp những đặc điểm tốt của chuyển mạch kênh ATM và chuyển
mạch gói IP .
- Công nghệ MPLS ra đời trong bối cảnh này đáp ứng được nhu cầu của thị
trường đúng theo tiêu chí phát triển của Internet đã mang lại những lợi ích
thiết thực, đánh dấu một bước phát triển mới của mạng Internet trước xu thế
tích hợp công nghệ thông tin và viễn thông (ICT - Information
Communication Technology) trong thời kỳ mới.
Các bước phát triển của Công nghệ MPLS:
- Năm 1994, Toshiba giới thiệu thiết bị định tuyến chuyển mạch gói (CSR –
Cell Switch Router).
 Ý tưởng đầu tiên là một phần cứng ATM hỗn hợp có thể điều khiển bởi
IP (như là giao thức định tuyến IP hay RSVP) hơn là các giao thức báo

chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS.
IBM’s ARIS
 Một thời gian ngắn sau khi Cisco công bố IP và Tag Switching công bố,
IBM đã đưa ra mô hình chuyển mạch IP dựa trên bộ định tuyến tổng hợp
(Aggregate router-based IP switching) hay AIRS.
 Tương tự như chuyển mạch thẻ.
 Hầu hết các ý tưởng của AIRS đã có trong việc tiêu chuẩn hóa MPLS.
- Năm 1997, nhóm làm việc về MPLS của IETF được thành lập.
12
Nguyễn Hoàng Chƣơng Luận văn tốt nghiệp cao học
 Một hội nghị BOF (Birds of a Feather) cho việc tiêu chuẩn hóa IP-Tag-
ARI switching được tổ chức cho sự chuẩn hóa tại IETF năm 1996.
 Với sự quan tâm của BOF và có quá nhiều công ty đưa ra nhiều giải
pháp tương tự cho một vấn đề thì việc tiêu chuẩn hóa phải ra đời là một
vấn đề, thành lập nhóm nghiên cứu chuẩn hóa(12/1997).
 Tên MPLS (Multi Protocol Label Switching) được chấp nhận bởi vì nó
không phải là tên của IP, Tag hay AIS mà chỉ ra được sự kết hợp hiệu
quả tất cả các yếu tố trên.
 Chuyển mạch nhãn đa giao thức được dàn xếp giữa lớp 2 và lớp 3.
- Năm 1999, sản phẩm đầu tiên về MPLS VPN và TE được triển khai.
- Năm 2001, RFC về MPLS đầu tiên được phát hành.
1.1.2. Một số ứng dụng của Công nghệ MPLS
- Internet có ba ứng dụng chính với các yêu cầu kỹ thuật khác nhau:
 Voice: yêu cầu độ trễ thấp, cho phép sự mất dữ liệu trong khả năng có
thể để tăng hiệu quả.
 Video: cho phép khả năng mất dữ liệu thấp hơn Voice, dạng dịch vụ này
đòi hỏi thời gian thực ( real time).
 Data: yêu cầu độ bảo mật và chính xác cao.
- Một số ứng dụng đang được triển khai:
 MPLS VPN: Nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp dịch vụ VPN lớp 3

- Nó ẩn đi lớp liên kết và sự khác nhau giữa các giao thức lớp 2.
1.2.3. Nhược điểm của MPLS
- Một lớp bổ sung được thêm vào.
- Các router phải hiểu được MPLS.
1.2.4. Đặc điểm mạng MPLS
- Không có MPLS API, cũng không có thành phần giao thức phía host.
- MPLS chỉ nằm trên các router.
- MPLS là một giao thức độc lập nên có thể hoạt động với các giao thức mạng
khác IP như IPX, ATM, Frame-Relay, PPP hoặc trực tiếp với tầng Data
Link.
- Định tuyến trong MPLS được dùng để tạo các luồng băng thông cố định
tương tự như kênh ảo của ATM hay Frame Relay.
- MPLS đơn giản hoá quá trình định tuyến, đồng thời tăng cường tính linh
động với các tầng trung gian.
1.2.5. So sánh MPLS và IP
- MPLS không thể đem so sánh với mạng IP như những phần tử tách biệt bởi
vì nó làm việc trong sự kết hợp với IP và các giao thức định tuyến IGP của
IP.
14
Nguyễn Hoàng Chƣơng Luận văn tốt nghiệp cao học
- MPLS cung cấp cho mạng IP cơ chế quản lý lưu lượng đơn giản, khả năng
thực hiện VPN lớp 3 với việc phủ lên không gian địa chỉ đồng thời hỗ trợ
dây giả lớp 2.
- MPLS dựa vào các giao thức định tuyến IGP để cấu trúc lại bảng chuyển
tiếp nhãn của chính nó và cũng như mục đích của một số giao thức định
tuyến IGP, nó thường bị giới hạn bởi một nhà điều hành để duy trì tính ổn
định và các chính sách điều hành.
- Chưa thực sự có các chuẩn để giao diện liên mạng giữa các nhà cung cấp
dịch vụ trên nền MPLS nên không thực hiện được cùng một dịch vụ MPLS
giữa các nhà cung cấp dịch vụ.

trúc tế bào – Cell Mode).
- Một nhãn MPLS bao gồm các phần như Hình 2.1:
 EXP: Experimental bao gồm 3 bits thực nghiệm.
 S: Bottom of Stack gồm 1 bit, thực hiện chức năng ngăn xếp cuối cùng.
Khi mỗi nhãn được gán một chức năng thì ngăn xếp nhãn sẽ thiết lập
theo thứ tự vị trí của mỗi nhãn. Nhãn cuối ngăn xếp được thiết lập lên 1
trong khi các nhãn khác có bit này là 0.
 TTL: Time To Live gồm 8 bits mang ý nghĩa là thời gian sống, đây là
một dạng bản sao của IP TTL. Giá trị TTL được giảm đi một khi đi qua
mỗi chặng để tránh hiện tượng lặp. Thường dùng khi người điều hành
mạng muốn che dấu cấu hình mạng bên dưới khi tìm đường từ mạng bên
ngoài tới. Gói tin sẽ bị hủy khi TTL của gói trả giá trị 0.
LABEL EXP S TTL STACK
20 Bits 3 Bits 1 8 Bits

Hình 2.1 Nhãn trong MPLS
16
Nguyễn Hoàng Chƣơng Luận văn tốt nghiệp cao học
- Các ngăn xếp nhãn được thực thi khi có sự trao đổi giữa các dịch vụ MPLS
cơ sở như MPLS VPN, MPLS Engineering như trên hình 2.2.
 Trong MPLS VPN, nhãn thứ hai trong ngăn xếp được định nghĩa là VPN.
 Trong MPLS Engineering, nhãn trên cùng được định nghĩa là điểm cuối
của kênh và nhãn thứ hai được định nghĩa là điểm đích của kênh.
 Đối với lớp 2, VPN qua MPLS như là AtoM và VPLS, nhãn đầu tiên
được định nghĩa là Tiêu đề của kênh hoặc điểm cuối, và nhãn thứ hai
định nghĩa là kênh ảo (VC).

Hình 2.2 Ngăn xếp Nhãn trong MPLS
2.3. Cấu trúc tế bào của nhãn trong MPLS
- Khi sử dụng mạng ATM, MPLS không áp dụng chế độ khung mà sử dụng

 HEC (Header error check): kiểm tra lỗi tiêu đề.
2.4. Mặt phẳng chuyển tiếp và Mặt phẳng điều khiển
- Một nút mạng của MPLS có hai mặt phẳng: Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS
và mặt phẳng điều khiển MPLS, mô tả trong hình 2.4. Nút mạng MPLS có
thể thực hiện định tuyến lớp 3 hoặc chuyển mạch lớp 2.
18
Nguyễn Hoàng Chƣơng Luận văn tốt nghiệp cao học

Hình 2.4 Cấu trúc điều khiển trong MPLS
- Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng một cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn
(LFIB – Label Forwarding Information Base) để chuyển tiếp các gói. Mỗi
nút mạng MPLS có hai bảng liên quan đến việc chuyển tiếp là : cơ sở thông
tin nhãn (LIB – Label Information Base) và LFIB. LIB chứa tất cả các nhãn
được nút mạng MPLS cục bộ đánh dấu và ánh xạ của các nhãn này đến các
nhãn được nhận từ láng giềng (MPLS neighbor) của nó. LFIB sử dụng một
tập con các nhãn chứa trong LIB để thực hiện chuyển tiếp gói.
- Mặt phẳng điều khiển chịu trách nhiệm tạo ra và lưu trữ LFIB. Tất cả các
nút mạng MPLS phải chạy một giao thức định tuyến IP để trao đổi thông tin
định tuyến đến các nút mạng MPLS khác trong mạng. Các nút mạng MPLS
trên nền ATM sẽ dùng một bộ điều khiển nhãn (LSC – Label Switch
Controller) để tham gia xử lý định tuyến.
2.5. Thuật toán chuyển tiếp nhãn
- Thuật toán chuyển tiếp nhãn ở đây sẽ phân tích vấn đề về sự khác nhau giữa
việc chuyển tiếp trong mạng IP và mạng MPLS. Ở đây ta sẽ tập trung phân
tích về các cơ chế chuyển tiếp dựa trên các bảng FIB, LIB, LFIB trong
mạng MPLS.
- Các cơ chế chuyển tiếp trong MPLS và IP bao gồm sự khác nhau như sau:
 IP chuyển tiếp dựa trên cơ sở địa chỉ IP đích và FIB.
 MPLS chuyển tiếp dựa trên cơ sở nhãn MPLS và LFIB.
 Cả MPLS và IP đều chuyển tiếp dựa trên các đích lân cận (hop-by-

20
Nguyễn Hoàng Chƣơng Luận văn tốt nghiệp cao học

Hình 2.5 Quá trình gán nhãn trong MPLS
- Một số loại nhãn truyền trong mạng có thể được kết hợp được với gói tin
được mô tả như sau:
 Không gán thẻ (Untagged): Gói tin đến của mạng MPLS được
chuyển đổi thành gói tin IP và được chuyển tới đích. Dạng gói tin này
được sử dụng trong MPLS VPN.
 Implicit-null : Nhãn này được gán khi nhãn trên cùng của gói tin tới
trong mạng MPLS được gỡ ra và kết quả là gói MPLS hoặc IP được
chuyển tiếp đến điểm mạng tiếp theo của thiết bị định tuyến xuôi. Giá
trị được gán cho nhãn này là 3. Nhãn này được sử dụng trong mạng
MPLS cho những trạm gần cuối mạng MPLS.
 Explicit-null Label : Nhãn này được gán để duy trì giá trị EXP của
nhãn trên cùng của gói tin đến. Nhãn trên cùng được hoán đổi thành
giá trị nhãn là 0 và được chuyển tiếp như một gói MPLS tới trạm kế
xuôi dòng. Nhãn này được sử dụng trong mạng MPLS sử dụng QoS.
 Aggregate: trong nhãn này, gói tin đến trong mạng MPLS được
chuyển đổi thành gói IP (bằng việc gỡ bỏ tất cả các nhãn nếu ngăn
xếp nhãn được tìm thấy trong gói tin đến) và một FIB thực hiện định
danh giao diện ra tới đích.
2.9. Kết luận
Chương 2 đề cập đến cấu trúc của mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức bao
gồm các phần tử:
- Cấu trúc khung sử dụng trong môi trường truyền tải đối với công nghệ
chuyển mạch khung như IP, Ethernet
- Cấu trúc tế bào sử dụng trong môi trường truyền tải đối với công nghệ
chuyển mạch tế bào như ATM.
21

- Thuộc tính là một tham số được gán và có ảnh hưởng đến các đặc trưng
hành vi của trung kế lưu lượng. Các thuộc tính có thể được gán cụ thể thông
qua việc quản trị hoặc được ngầm gán bởi các giao thức bên dưới khi các
gói tin được phân loại và ánh xạ vao FEC tại lối vào của mạng MPLS. Một
trung kế lưu lượng có thể đặc trưng hóa bởi:
 Ingress-LSR và egress-LSR của trung kế lưu lượng,
 Tập hợp các FEC được ánh xạ vào trung kế lưu lượng.
 Một tập hợp các thuộc tính nhằm xác định các hành vi đặc trưng của
trung kế.
- Có hai vấn đề cơ bản có ý nghĩa đặc biệt:
 Tham số hóa các trung kế lưu lượng.
 Quy luật sắp đặt và duy trì đường dẫn cho các trung kế lưu lượng.
3.1.3. Các hoạt động cơ bản của trung kế lưu lượng
- Các hoạt động cơ bản của trung kế lưu lượng là các tiến trình khác nhau xảy
ra trong thời gian sống của một trung kế lưu lượng.
23
Nguyễn Hoàng Chƣơng Luận văn tốt nghiệp cao học
 Establish: tạo ra một trung kế lưu lượng bằng cách quyết định một
LSP, gán các nhãn MPLS và quan trọng nhất là gán tài nguyên cho
trung kế này.
 Activate: kích hoạt cho trung kế bắt đầu chuyển dữ liệu bằng cách sử
dụng một số chức năng định tuyến để đưa lưu lượng vào trung kế.
 Deactive: ngừng chuyển lưu lượng của trung kế bằng cách dùng chức
năng định tuyến, ngăn không cho lưu lượng chuyển vào trung kế đó.
 Modify Attributes: thay đổi các đặc trưng của trung kế lưu lượng
(thay đổi độ lớn băng thông).
 Reroute: chọn một đường mới cho trung kế lưu lượng (thường là
chuyển hướng lưu lượng khi có sự cố trong mạng và khôi phục khi sự
cố kết thúc).
 Destroy: loại bỏ hoàn toàn một trung kế lưu lượng khỏi topo mạng,