Trang i
ĐạI HọC QUốC GIA Hà NộI
TRƯờNG ĐạI HọC CÔNG NGHệ
Vũ Minh Yên
Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ
GMPLS vào mạng NGN Việt nam
Ngành: Công nghệ Điện tử Viễn thông.
Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc.
Mã số: 2.07.00 Luận văn Thạc sĩ
Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ
GMPLS vào mạng NGN Việt nam
Ngành: Công nghệ Điện tử Viễn thông.
Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc.
Mã số: 2.07.00 Luận văn Thạc sĩ
Ng-ời h-ớng dẫn khoa học:
PGS.TS Nguyễn Cảnh Tuấn. Hà nội-2008 Trang iii
Mục lục
Trang
2.3.3 Giao thức OSPF-TE, IS-IS-TE 65
2.3.4 Giao thức LMP (Link Management Protocol) 65
2.4 Công nghệ GMPLS cho quản lý điều khiển chuyển tải SDH 67
2.4.1 Giới thiệu 67
2.4.2 Các tham số l-u l-ợng SDH 68
2.4.3 Điều khiển, quản lý SDH trong giao thức RSVP-TE 71
2.4.4 Điều khiển, quản lý SDH trong giao thức CR-LDP 71
Ch-ơng III: Nghiên cứu ứng dụng GMPLS vào mạng NGN Việt Nam 73
3.1 Nhu cầu áp dụng công nghệ GMPLS cho mạng NGN Việt Nam 73
3.2 Kinh nghiệm áp dụng công nghệ GMPLS của các n-ớc 75
3.2.1 Dự án MUPBED của Châu Âu 75
3.2.2 Dự án KDDI của Nhật Bản 78
3.3 ứng dụng công nghệ GMPLS trong mạng NGN Việt Nam 79
3.3.1 Xây dựng mạng GMPLS đ-ờng trục 80
3.3.2 Xây dựng mạng GMPLS trong mạng biên 86
3.3.3 Xây dựng mạng GMPLS tổng thể 89
3.3.4 Lộ trình triển khai xây dựng mạng GMPLS 94
Tài liệu tham khảo 99 Trang v
ThuËt ng÷ viÕt t¾t
AAL ATM Adaptation Layer
AS Autonomous System
ASIC Application-Specific Integrated Circuit
ASON Automatic Switched Optical Network.
ATM Asynchronous Transfer Mode
BGP Border Gateway Protocol
CBQ Class Based Queueing
CBR Constant Bit Rate
GFC Generic Flow Control (ATM)
GMPLS Generalized MPLS
G-Pid Generalized PID
HEC Header Error Control (ATM)
iBGP interior Border Gateway Protocol
IETF Internet Engineering Task Force
IGP Interior Gateway Protocol
ILM Incoming Label Map
I- NNI Interior NNI
IP Internet Protocol
IS-IS Intermediate System - to - Intermediate System
IS-IS TE IS-IS with Traffic Engineering
LC-ATM Label Controlled ATM Interface
LDP Label Distribution Protocol
LER Label Edge Router
LFIB Label Forwarding Information Base
LIB Label Information Base
LIFO Last-in First-out
LMP Link Management Protocol
LSA Link State Advertisements
LSC Lambda-Switch Capable
Trang vii
L2SC Layer-2 Switch Capable
LSP Label Switched Path
LSR Label Switching Router
MPLS MultiProtocol Label Switching
MPLSCP MPLS Control Protocol
MPLS-TE MPLS Traffic Engineering
MPOA Multiprotocol over ATM
RFC Transmission Control Protocol
REF Reference
RIB Routing Information Base
RSVP Resource reSerVation Protocol
RSVP-TE RSVP with Traffic Engineering
SDH Synchronous Digital Hierarchy
SLA Service Level Agreement
SONET Synchronous Optical Network
SPF Shortest Path First
TDMC Time-Division- Multiplex Capable
TCP Transmission Control Protocol
TE Traffic Engneering
TLV Type-Length-Value
ToS Type of Service
TTL Time To Live
UBR Unspecified Bit Rate
UDP User Datagram Protocol
UPSR Unidirectional Path Switched Ring
UNI User Network Interface
VC Virtual Circuit
VCI Virtual Circuit Identifier
VPI Virtual Path Identifier
VPN Virtual Private Network Trang ix
danh mục hình vẽ
Trang
Hình 1: MPLS và mô hình tham chiếu TCP/IP, OSI 1
Hình 30: Thiết lập LSP với CR-LDP 24
Hình 31: Tiến trình dự trữ tài nguyên 25
Hình 32: Thiết lập LSP với RSVP-TE 29
Hình 33: Nội dung bản tin BGP Update 31
Hình 34: BGP phân phối nhãn qua nhiều Autonomous System 32
Hình 35: Thiết lập LSP qua môi tr-ờng mạng không đồng nhất 39
Hình 36: Cơ chế chuyển tiếp cận kề 41
Hình 37: Cấu trúc phân cấp mạng 42
Hình 38: Cấu trúc phân cấp LSP 42
Hình 39: Cơ chế bó đ-ờng LSP trong môi tr-ờng mạng không đồng nhất 43
Hình 40: Xử lý các h- hỏng trong mạng GMPLS 44
Hình 41: Cơ chế phục hồi hỗ trợ bởi mạng GMPLS 44
Hình 42: Khuôn dạng nhãn tổng quát 47
Hình 43: Khuôn dạng thông tin trong một tập hợp nhãn 51
Hình 44: Mô hình tranh chấp nhãn 53
Hình 45: Giải quyết tranh chấp nhãn không có hạn chế về tài nguyên 53
Hình 46: Tranh chấp nhãn với tài nguyên hạn chế 54
Hình 47: Khuôn dạng các đối t-ợng trong yêu cầu nhãn đề xuất 55
Hình 48: Khuôn dạng đối t-ợng nhãn tổng quát 57
Hình 49: Khuôn dạng đối t-ợng chuyển mạch băng thông 57
Hình 50: Khuôn dạng đối t-ợng tập hợp nhãn 59
Hình 51: Khuôn dạng các đối t-ợng trong yêu cầu nhãn đề xuất 61
Hình 52: Khuôn dạng đối t-ợng nhãn tổng quát 62
Hình 53: Khuôn dạng đối t-ợng chuyển mạch băng thông 63
Hình 54: Khuôn dạng đối t-ợng tập hợp nhãn 64
Hình 55: Khuôn dạng các bản tin LMP 66
Trang xi
Hình 56: Khuôn dạng các tham số l-u l-ợng trong SDH 68
Hình 57: Kiến trúc của mạng thử nghiệm MUPBED 76
mặt phẳng điều khiển chung cho tất cả các môi tr-ờng chuyển mạch (TDMC,
PSC, LSC, FSC) có khả năng thiết lập các kết nối từ đầu cuối đến đầu cuối xuyên
qua các môi tr-ờng mạng không đồng nhất.
Ngày nay, hầu hết các nhà khai thác đều có định h-ớng hoặc đã triển khai
mạng thế hệ sau trên cơ sở công nghệ MPLS & GMPLS. Việc tìm hiểu bản chất
công nghệ cũng nh- xu h-ớng phát triển, triển khai sản phẩm trên thế giới về
GMPLS và khả năng ứng dụng của công nghệ GMPLS là rất cần thiết, vì vậy em
đã chọn đề tài "Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ GMPLS vào mạng
NGN Việt nam". Nội dung của đề tài gồm 3 ch-ơng:
Ch-ơng I: Chuyển mạch nhãn đa giao thức.
Ch-ơng II: Chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát.
Ch-ơng III: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ GMPLS trong mạng NGN
Việt Nam.
Trong quá trình thực hiện đề tài, em xin chân thành cảm ơn sự h-ớng dẫn,
chỉ bảo tận tình của PGS.TS Nguyễn Cảnh Tuấn và các thầy cô tr-ờng Đại học
công nghệ đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại tr-ờng.
Trang xiii
Xin cảm ơn các đồng nghiệp tại Công ty Cổ phần phát triển Công trình viễn
thông, đơn vị em đang công tác. Cảm ơn các anh chị trong Ban viễn thông tập
đoàn VNPT, trung tâm thông tin B-u điện, Alcatel Việt nam, Huawei Cop và các
thành viên của lớp K11Đ2 đã tạo điều kiện giúp đỡ và có những lời khuyên bổ
ích cho em trong quá trình thực hiện đề tài.
Hà nội, ngày 20 tháng 11 năm 2008
Học viên
1.1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS
a. Miền MPLS
Miền MPLS là một tập hợp các nút mạng thực hiện hoạt động định tuyến và
chuyển tiếp MPLS. Một miền MPLS th-ờng đ-ợc định tuyến và quản lý bởi 1
nhà quản trị.
Hình 2: Miền MPLS
Miền MPLS đ-ợc chia làm 2 phần: Phần mạng lõi (Core) và phần mạng biên
(Edge). Các nút thuộc miền MPLS đ-ợc gọi là Router chuyển mạch nhãn LSR
(Label Switch Router). Các nút ở phần mạng lõi đ-ợc gọi là Transit- LSR hay
Core- LSR. Các nút ở biên đ-ợc gọi là LER (Label Edge Router).
Nếu một LER là nút đầu tiên trên đ-ờng của một gói đi qua vùng MPLS thì
nó đ-ợc gọi là LER lối vào (Ingress_LER), còn nếu là nút cuối cùng thì nó đ-ợc
gọi là LER lối ra (Egress- LER).
Hình 3: Upstream và Downstream LSR.
Thuật ngữ Upstream- LSR và Downstream- LSR cũng đ-ợc dùng phụ thuộc
vào chiều của luồng l-u l-ợng. Các tài liệu MPLS th-ờng dùng ký hiệu Ru để
biểu thị cho Upstream- LSR và Rd để biểu thị cho Downstream- LSR.
b. Lớp chuyển tiếp t-ơng đ-ơng (FEC)
[1,5]
Trang 3
Lớp chuyển tiếp t-ơng đ-ơng FEC (Forwarding Equivalence Class) là một
tập hợp các gói đ-ợc đối xử nh- nhau bởi một LSR. Nh- vậy, FEC là một nhóm
các gói IP đ-ợc chuyển tiếp trên cùng một đ-ờng chuyển mạch nhãn LSP, đ-ợc
đối xử theo cùng một cách thức và có thể ánh xạ vào một nhãn bởi một LSR cho
dù chúng có thể khác nhau về thông tin header lớp mạng. Hình d-ới đây cho
thấy cách xử lý này.
Chuyển tiếp gói ch-a có nhãn cũng t-ơng tự nh-ng xảy ra ở Ingress- LER.
LER phải phân tích header lớp mạng để xác định FEC rồi sử dụng ánh xạ FTN
(FEC to NHLFE) để ánh xạ FEC vào một NHLFE.
e. Đ-ờng chuyển mạch nhãn LSP (Label Switching Path)
Là một đ-ờng nối giữa router ngõ vào và router ngõ ra, đ-ợc thiết lập bởi
các nút MPLS để chuyển tiếp các gói xuyên qua mạng. Đ-ờng dẫn của một LSP
qua mạng đ-ợc định nghĩa bởi sự chuyển đổi các giá trị nhãn ở các LSR dọc theo
LSP bằng các thủ tục hoãn đổi nhãn.
Hình 6: Đ-ờng chuyển mạch nhãn LSP
Trang 5
Kiến trúc MPLS cho phép phân cấp các LSP, t-ơng tự nh- ATM sử dụng VPI
và VCI để tạo ra các phân cấp kênh ảo (VC) nằm trong đ-ờng ảo (VP). Tuy nhiên
ATM chỉ có thể hỗ trợ 2 mức phân cấp, trong khi với MPLS thì số mức phân cấp
cho phép rất lớn nhờ khả năng chứa đ-ợc nhiều entry trong stack nhãn. Về lý
thuyết, giới hạn số l-ợng nhãn trong stack phụ thuộc vào giá trị MTU (Maximun
Transfer Unit) của các giao thức lớp liên kết đ-ợc dùng trong một LSP.
Hình 7: Phân cấp LSP trong MPLS
f. Chuyển mạch gói qua miền MPLS
Gói IP khi đi từ ngoài mạng vào vùng MPLS đ-ợc router A đóng vai trò là
một Ingress- LER sẽ gán nhãn có giá trị là 6 cho gói IP rồi chuyển tiếp đến
router B. router B dựa vào bảng hoán đổi nhãn để kiểm tra nhãn của gói tin. Nó
thay giá trị nhãn mới là 3 và chuyển tiếp đến router C. Tại C, việc kiểm tra cũng
diễn ra t-ơng tự nh- ở B và sẽ hoá đổi nhãn, gán nhãn cho gói tin mới là 9 và tiếp
tục đ-ợc đ-a đến router D.
Hình 8: Gói IP đi qua mạng MPLS
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
Label
EXP
S
TTL
Label = 20 bits.
EXP = Experimental, 3 bits.
S = Bottom of Stack, 1 bit.
TTL = Time To Live, 8 bits.
Hình 9: Định dạng một entry trong stack nhãn.
Nhóm 32 bit ở hình trên là một entry trong stack nhãn, trong đó phần giá trị
nhãn thực sự chỉ có 20 bit. Tuy nhiên ng-ời ta th-ờng gọi chung cho cả entry 32
bit nói trên là một nhãn. Vì vậy khi thảo luận về nhãn cần phân biệt là đang xem
xét giá trị nhãn 20 bít hay nói về entry 32 bít trong stack nhãn. Phần thông tin 12
các gói có chứa shim header bằng giá trị 0x8281 trong tr-ờng PPP protocol.
c. Chế độ Cell
Trang 8
Chế độ Cell đ-ợc dùng khi có một mạng gồm ATM-LSR (là các chuyển
mạch ATM có hỗ trợ MPLS), trong đó có sử dụng các giao thức phân phối nhãn
MPLS để trao đổi thông tin VPI/VCI thay cho báo hiệu ATM. Nhãn đ-ợc mã
hoá trong tr-ờng gộp VPI/VCI, trong VPI hoặc VCI của header cell ATM
(RFC3035).
Hình 11: Nhãn trong chế độ Cell ATM
Cell ATM gồm có 5 byte header và 48 byte payload. Để chuyển tải gói tin
có kích th-ớc lớn hơn 48 byte từ lớp trên đ-a xuống (ví dụ gói IP), ATM phải
chia gói tin thành nhiều phần nhỏ, việc này gọi là phân đoạn. Quá trình phân
đoạn do lớp AAL (ATM Addaptation Layer) đảm trách. Cụ thể, AAL5 PDU sẽ
đ-ợc chia làm nhiều đoạn 48 byte, mỗi đoạn 48 byte này đ-ợc thêm header 5
byte để tạo một cell ATM.
Hình 12: Đóng gói gói có nhãn trên link ATM
Khi đóng gói có nhãn MPLS trên ATM, toàn bộ stack nhãn đ-ợc đặt trong
tr-ờng AAL5 PDU. Giá trị thực sự của nhãn đỉnh đ-ợc đặt trong tr-ờng VPI/VCI,
hoặc đặt trong tr-ờng VCI nếu 2 ATM-LSR kết nối nhau qua một đ-ờng ảo ATM
(VP). Entry đỉnh stack nhãn phải chứa giá trị 0 (coi nh- entry giữ chỗ) và đ-ợc bỏ
qua khi nhận. Lý do các nhãn phải chứa ở cả trong AAL5 PDU và header ATM là để
mở rộng độ sâu stack nhãn. Khi các cell ATM đi đến cuối LSP, nó sẽ đ-ợc tái hợp
Trang 9
lại. Nếu có nhiều nhãn trong stack nhãn, AAL PDU sẽ bị phân đoạn lần nữa và nhãn
hiện hành trên đỉnh stack sẽ đ-ợc đặt vào tr-ờng VPI/VCI.
1.1.4 Cấu trúc chức năng MPLS
FIB. Bảng LFIB có hai loại entry là ILM và FTN.
NHLFE là Subentry chứa các tr-ờng nh- địa chỉ hop kế tiếp, các tác vụ của
stack nhãn, giao diện ra và thông tin header lớp 2. ILM ánh xạ một nhãn đến một
hoặc nhiều NHLFE. Nhãn trong gói đến sẽ dùng để chọn ra một entry ILM cụ
thể nhằm xác định NHLFE. Nhờ các entry FTN, gói ch-a có nhãn đ-ợc chuyển
thành gói có nhãn.
Hình 14: FTN, ILM và NHLFE
Trang 11
Nh- vậy gói không thuộc một FEC đi vào miền MPLS, Ingress- LER sẽ sử
dụng một entry LFIB loại FTN để chuyển gói không có nhãn thành gói có nhãn.
Sau đó, tại các transit- LSR sử dụng một entry LFIB loại ILM để hoán đổi nhãn
vào bằng nhãn ra. Cuối cùng, tại egress- LER sử dụng một entry LFIB loại ILM
để gỡ bỏ nhãn đến và chuyển tiếp gói không có nhãn đến router kế tiếp.
b.2 Thuật toán chuyển tiếp nhãn
Các nút MPLS sử dụng giá trị nhãn trong các gói đến làm chỉ mục để tra
bảng LFIB. Khi tím thấy entry t-ơng ứng với nhãn đến, nút MPLS thay thế nhãn
trong gói bằng nhãn ra và gởi nó đi qua giao diện ra để đến hop kế tiếp đ-ợc đặc
tả trong subentry NHLFE. Nếu subentry có địa chỉ hàng đợi ra, nút MPLS sẽ đặt
gói trên hàng đợi đã chỉ định. Tr-ờng hợp nút MPLS duy trì một FLIB riêng cho
mỗi giao diện, nó sẽ dùng FLIB của giao diện mà gói đến để tra cứu chuyển tiếp
gói.
Hình 15: Quá trình chuyển tiếp 1 gói đến hop kế tiếp
Nút MPLS có thể lấy định vị đ-ợc các thông tin chuyển tiếp cần thiết trong
LFIB chỉ trong một lần truy xuất bộ nhớ, tốc độ thực thi rất cao nhờ các chip
ASIC.
b3. NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry)
NHLFE là subentry của ILM hoặc FTN, nó chứa các thông tin sau:
a.b.*.* đợc biểu diễn l a.b/16 cho entry FEC đầu tiên trong bng FIB, FEC
Copyright: Tài liệu đại học ©