BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------O0O-----------

NGUYỄN THANH HÙNG

CÔNG NGHỆ MPLS VÀ ỨNG DỤNG
TRONG THIẾT KẾ MẠNG LÕI

Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện tử viễn thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHẠM VĂN BÌNH

HÀ NỘI – NĂM 2011


MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................................1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT...............................................4
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ ...............................................................9
LỜI MỞ ĐẦU.....................................................................................................................13
Chương 1 -CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS ...................................15
1.1 Tổng quan về Công nghệ MPLS................................................................................15
1.1.1 Giới thiệu về MPLS.............................................................................................15
1.1.2 MPLS và mô hình tham chiếu OSI......................................................................16
1.1.3 Cơ bản về hoạt động của MPLS .........................................................................17
1.1.4 Tính thông minh phân tán...................................................................................19
1.2 Các thành phần cơ bản trong MPLS ..........................................................................20

2.2.3 Chế độ điều khiển LSP........................................................................................45
2.2.4 Các giao thức phân phối nhãn MPLS.................................................................46
2.3 Giao thức LDP (Label Distribution Protocol) ...........................................................47
2.3.1 Hoạt động của LDP ............................................................................................47
2.3.2 Cấu trúc thông điệp LDP....................................................................................48
2.3.3 Các loại bản tin LDP ..........................................................................................51
2.3.4 LDP điều khiển độc lập và phân phối theo yêu cầu ...........................................52
-1-


2.4 Giao thức CR-LDP (Constrain-based routing LDP)..................................................53
2.4.1 Mở rộng cho định tuyến ràng buộc.....................................................................54
2.4.2 Thiết lập một CR-LSP (Constrain-based routing LSP) ......................................54
2.4.3 Các tham số trong CR-LDP................................................................................55
2.4.4 Tiến trình dự trữ tài nguyên................................................................................56
2.5 Giao thức RSVP-TE (RSVP Traffic Engineering) ....................................................57
2.5.1 Giao thức RSVP và RSVP-TE.............................................................................57
2.5.2 Các bản tin thiết lập dự trữ RSVP ......................................................................59
2.5.3 Các bản Tear Down, Error và Hello của RSVP-TE ...........................................60
2.5.4 Thiết lập tuyến tường minh điều khiển tuần tự theo yêu cầu..............................60
2.5.5 Giảm lượng overhead làm tươi RSVP ................................................................62
2.6 Giao thức BGP...........................................................................................................62
2.6.1 BGPv4 và mở rộng cho MPLS............................................................................62
2.6.2 Kết nối MPLS qua nhiều nhà cung cấp dịch vụ..................................................65
2.7 Tổng kết chương ........................................................................................................66
Chương 3 –THIẾT KẾ MẠNG LÕI CHO EVNTELECOM SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ
MPLS ..................................................................................................................................67
3.1 Tổng quan ..................................................................................................................67
3.1.1 Hiện trạng hệ thống ............................................................................................67
3.1.2 Giải pháp mạng NGN .........................................................................................68


-2-


3.7.4 Cấu hình Qos thực tế ........................................................................................107
3.8 Thiết kế an ninh mạng (Network Security) .............................................................109
3.8.1 Tổng quan .........................................................................................................109
3.8.2 Kiếm soát việc truy cập vào thiết bị..................................................................110
3.8.3 Hạn chế tấn công từ chối dịch vụ .....................................................................110
3.8.4 Xác thực ............................................................................................................111
3.8.5 Cấu hình phân quyền quản trị trên hệ thống ....................................................112
3.9 Tổng kết chương ......................................................................................................114
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .........................................................................................115
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................116

-3-


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TỪ VIẾT
TẮT

NGHĨA TIẾNG ANH

NGHĨA TIẾNG VIỆT

AAL

ATM Adaptation Layer



Constant Bit Rate

Tốc độ bit không đổi

CBS

Committed Burst Size

Kích thước bộ đệm

CDR

Committed Data Size

Kích thước dữ liệu

CQ

Custom Queueing

Hàng đợi tùy chọn

CR

Constraint-based Routing

Định tuyến ràng buộc

Constraint-based Routing


Explicit Route

Tuyến hiện

ERB

Explicit Route Information
Base

Bảng thông tin định tuyến hiện

ERO

Explicit Route Object

Đối tượng tuyến hiện

AS
ASIC
ATM

CR-LDP
CR-LSP
CSPF
Diffserv
DLCI
DWDM
EGP
ER

Lớp chuyển tiếp tương đương

Tín hiệu chỉ thị lỗi
Chuyển mạch khung

Fault Recovery Signal

Tính hiệu phục hồi khi có lỗi

FTN

FEC to NHLFE Map

Sắp xếp FEC vào NHLFE

GFC

Generic Flow Control

Điều khiển luồng (ATM)

GMPLS
HEC
iBGP
IETF

Generalized Multiprotocol
Label Switching
Header Error Control


phạm vi miền
Nhãn lối vào

Internet Protocol

Giao thức Internet

IP over ATM

IP trên ATM

Intergrated Service Digital
Network
Intermediate System - to Intermediate System

Mạng số liên kết đa dịch vụ
Giao thức định tuyến liên miền

Internet Service Provider

Nhà cung cấp dịch vụ Internet

Label Controlled ATM
Interface

Lớp điều khiển giao diện ATM

LDP

Label Distribution Protocol

LSA

Link State Advertisements

Quảng bá thông tin link

LSP

Label Switched Path

Đường chuyển mạch nhãn

LSR

Label Switching Router

LIB

MPλS
MPBN
MPLS

Multi-Protocol Lambda
Switching
Mobile Packet Backbone
Network
MultiProtocol Label
Switching

Bộ định tuyến chuyển mạch


NAM

Network Animator

Công cụ mô phỏng mạng

NCP

Network Control Program

Chương trình điều khiển mạng

NGN

Next Generation Network

Mạng thế hệ sau

Next Hop Label Forwarding
Entry
Next Hop Resolution
Protocol
Open System
Interconnection

Phương thức gửi chuyển tiếp
gói tin gán nhãn
Giao thức phân tích địa chỉ nút
kế


PML

Protection Mergin LSR

Router bảo vệ lối ra

OSPF

-6-


POR

Point of Repair

Điểm phục hồi

PPP

Point to Point Protocol

Giao thức điểm điểm

PQ

Priority Queuing

Hàng đợi ưu tiên


Protocol
Resource reSerVation
Protocol
RSVP with Traffic
Engineering
Synchronous Digital
Hierarchy

Bảng thông tin định tuyến
Giao thức thông tinh định tuyến
Giao thức dành trước tài nguyên
Giao thức RSVP hỗ trợ kỹ thuật
lưu lượng
Hệ thống phân cấp đồng bộ

Service Level Agreement

Thỏa thuận mức dịch vụ

Service Node Access Point

Điểm truy cập nút dịch vụ

Simple Network
Management Protocol
Synchronous Optical
Network

Giao thức quản lý mạng đơn
giản

TLV

Type-Length-Value

Mã hóa giá trị độ dài

ToS

Type of Service

Kiểu dịch vụ

TT

Traffic Trunk

Trung kế lưu lượng

SLA
SNAP
SNMP
SONET
SP

-7-

Mạng truyền dẫn quang đồng bộ


TTL

VPI

Virtual Path Identifier

Trường nhận dạng đường ảo

VPN

Virtual Private Network

Mạng riêng ảo

WAN

Wire Area Network

Mạng diện rộng

WFQ

Weighted Factor Queque

Hàng đợi theo trọng số

-8-


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ
A-BẢNG BIỂU:
Bảng 2-1: Một số giao thức phân phối nhãn........................................................................46

-9-


B- HÌNH VẼ:
Hình 1-1 MPLS và mô hình tham chiếu OSI.......................................................................16
Hình 1-2: So sánh giữa chuyển tiếp IP và chuyển tiếp MPLS.............................................17
Hình 1-3: Sơ đồ mạng MPLS ..............................................................................................17
Hình 1-4: Miền MPLS .........................................................................................................20
Hình 1-5: Up Stream và downstream LSR ..........................................................................20
Hình 1-6: Lớp chuyển tiếp tương đương trong MPLS ........................................................21
Hình 1-7: Nhãn MPLS.........................................................................................................22
Hình 1-8: Vị trí của nhãn MPLS..........................................................................................23
Hình 1-9: Ngăn xếp nhãn.....................................................................................................24
Hình 1-10: Đường chuyển mạch nhãn LSP .........................................................................25
Hình 1-11: Phân cấp LSP trong MPLS................................................................................25
Hình 1-12: Chuyển gói IP qua mạng MPLS........................................................................26
Hình 1-13: Shim header được chêm vào giữa header lớp 2 và lớp 3 ..................................27
Hình 1-14: Nhãn trong chế độ cell ATM.............................................................................27
Hình 1-15: Đóng gói (encapsulation) - gói có nhãn trên link ATM ....................................28
Hình 1-16: Cấu trúc của LER và transit-LER......................................................................29
Hình 1-17: FTN, ILM và NHLFE .......................................................................................30
Hình 1-18: Quá trình chuyển tiếp một gói đến hop kế ........................................................31
Hình 1-19: Một ví dụ về NHLFE.........................................................................................32
Hình 1-20: Bên trong mặt phẳng chuyển tiếp MPLS ..........................................................34
Hình 1-21: Ví dụ về hoạt động chuyển tiếp gói...................................................................35
Hình 1-22: Sơ đồ mạng NGN của VNPT ............................................................................39
Hình 1-23: Sơ đồ phân cấp mạng Cục bưu điện Trung ương ..............................................40
Hình 2-1: Một ví dụ về định tuyến ràng buộc......................................................................41
Hình 2-2: Phân phối nhãn không cần yêu cầu .....................................................................43
Hình 2-3:Phân phối nhãn theo yêu cầu ................................................................................44

Hình 3-11 : Sơ đồ kết nối site Cần Thơ ...............................................................................78
Hình 3-12 : Kết nối vật lý core 3 miền ................................................................................79
Hình 3-13: Sơ đồ kết nối core mới vào core cũ ...................................................................80
Hình 3-14: Sơ đồ kết nối vật lý Cần Thơ – Hồ Chí Minh ...................................................80
Hình 3-15: OSPF domain trong mạng MPBN mới .............................................................84
Hình 3-16: OSPF domain sau khi kết nối với Router M20 Core hiện tại............................84
Hình 3-17: Cấu hình interface OSPF...................................................................................87
Hình 3-18: Cấu hình OSPF timer ........................................................................................87
Hình 3-19: Route Reflector trong BGP ...............................................................................89
Hình 3-20: Mô hình RRs trong hệ thống mạng hiện tại ......................................................90
Hình 3-21: Mô hình hệ thống RRs mới của EVNTelecom .................................................93
Hình 3-22: Mô hình kết nối RRs trong mạng MPBN..........................................................93
Hình 3-23: Mô hình kết nối BGP giữa MPBN và Core cũ..................................................94
- 11 -


Hình 3-24: Kết nối với hệ thống Internet hiện tại................................................................94
Hình 3-25: Hướng lưu lượng Internet..................................................................................95
Hình 3-26: Hướng dự phòng lưu lượng Internet..................................................................95
Hình 3-27: Cấu hình BGP....................................................................................................96
Hình 3-28: MPLS Domain của MPBN mới ........................................................................98
Hình 3-29: MPLS Domain sau khi kết nối hệ thống IP Core hiện tại .................................98
Hình 3-30: Cấu hình MPLS .................................................................................................99
Hình 3-31: Cấu hình LDP..................................................................................................100
Hình 3-32: Trường Diffserv trong header gói IP...............................................................101
Hình 3-33: Hiện tượng Jitter..............................................................................................102
Hình 3-34: Tính năng QoS trên thiết bị của Juniper..........................................................103
Hình 3-35: Phân loại và đánh dấu gói tin sử dụng DSCP..................................................105
Hình 3-36: Cấu hình Diffserv ............................................................................................108
Hình 3-37: Cấu hình tham số QoS.....................................................................................108


- 13 -


Luận văn gồm 03 chương :
Chương 1 - Chuyển mạch nhãn đa giao thức : Giới thiệu tổng quan công
nghệ MPLS, các khái niệm cơ bản, kiến trúc chức năng và cơ chế hoạt động của
MPLS.
Chương 2 - Định tuyến và báo hiệu MPLS : Trình bày các kỹ thuật định
tuyến được hỗ trợ bởi MPLS, các chế độ báo hiệu và một số giao thức báo hiệu
phân phối nhãn của MPLS.
Chương 3 – Thiết kế mạng lõi cho EVNTELECOM sử dụng công nghệ
MPLS : Trình bày hiện trạng hệ thống mạng lõi của EVNTELECOM và các yêu
cầu thiết kế hệ thống mạng mới sử dụng công nghệ MPLS. Nội dung chính của
chương tập trung vào việc trình bày các thiết kế vật lý, thiết kế các giao thức định
tuyến, thiết kế MPLS và QoS cũng như thiết kế an ninh mạng. Các kết quả thực tế
của thiết kế thể hiện trên cấu hình thiết bị cũng được trình bày trong chương này.
Cuối cùng, để có được bản luận văn này, tôi xin gửi lời cám ơn tới các thầy
cô giáo của Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Điện tử - Viễn thông, Ban Giám hiệu
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hết sức tạo điều kiện, động viên và truyền
thụ các kiến thức bổ ích. Đặc biệt tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy giáo –
TS.Phạm Văn Bình cùng các đồng nghiệp tại Công ty Thông tin Viễn thông Điện
lực đã tận tình giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành tốt luận văn này.

- 14 -


Chương 1 -CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS
1.1 Tổng quan về Công nghệ MPLS
MPLS là viết tắt của “Multi-Protocol Label Switching”. Thuật ngữ multiprotocol để nhấn mạnh rằng công nghệ này áp dụng được cho tất cả các giao thức

trên đường đi, vì mỗi bộ định tuyến phải thực hiện các giải pháp độc lập trên đường
tốt nhất để chuyển tiếp mỗi gói đi vào.Thông thường IP phải được định tuyến trên
ATM bằng việc sử dụng IP over ATM qua các kênh ảo hoặc đa giao thức trên
ATM. Các phương thức chuyển tiếp này đã được chứng minh là không thuận tiện
và phức tạp.
Nhu cầu về một phương thức chuyển tiếp đơn giản mà các đặc tính quản lý
lưu lượng và chất lượng chuyển mạch truyền thống được kết hợp với chuyển tiếp
thông minh của một bộ đinh tuyến là rất rõ ràng. Tất cả các nhu cầu đó có thể được
đáp ứng bởi chuyển mạch nhãn đa giao thức, nó không bị hạn chế bởi mọi giao thức
lớp 2 và lớp 3. Cụ thể là, MPLS có một vài ứng dụng và có thể được mở rộng qua
các phân đoạn sản phẩm (như một bộ định tuyến MPLS, một bộ định tuyến/chuyển
mạch dịch vụ IP, một chuyển mạch Ethernet quang cũng như chuyển mạch quang).
MPLS là một giải pháp quan trọng trong việc định tuyến, chuyển mạch và chuyển
tiếp các gói thông qua mạng thế hệ sau để đáp ứng các yêu cầu dịch vụ của người sử
dụng mạng.
1.1.2 MPLS và mô hình tham chiếu OSI

Hình 1-1 MPLS và mô hình tham chiếu OSI

MPLS được xem như là một công nghệ lớp đệm (shim layer), nó nằm trên
lớp 2 nhưng dưới lớp 3, vì vậy đôi khi người ta còn gọi nó là lớp 2,5.

- 16 -


Hình 1-2: So sánh giữa chuyển tiếp IP và chuyển tiếp MPLS

Nguyên lý của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được gắn nhãn (label) và chuyển
tiếp theo một đường dẫn LSP (Label Switched Path). Các router trên đường dẫn chỉ
căn cứ vào nội dung của nhãn để thực hiện quyết định chuyển tiếp gói mà không

Báo hiệu để thiết lập một đường LSP dựa vào kỹ thuật lưu lượng (TE) được
thực hiện nhờ sử dụng giao thức phân bố nhãn hoạt động trên mỗi nhãn MPLS. Có
nhiều giao thức phân bố nhãn khác nhau, trong đó hai giao thức phổ biến là RSVPTE và CR-LDP. RSVP-TE là giao thức mở rộng của giao thức RSVP có cung cấp
khả năng kỹ thuật lưu lượng, CR-LDP được xây dựng đặc biệt cho mục đích này.
Khung MPLS bao gồm các mở rộng của giao thức định tuyến IP theo trạng
thái (link-state) hiện thời. Các giao thức này cung cấp sự kết hợp theo thời gian thực
của kiến trúc mạng hiện thời, bao gồm các đặc tính của mỗi tuyến. MPLS mở rộng

- 18 -


đối với các giao thức OSPF và IS-IS cho phép các thiết bị trong mạng không chỉ
trao đổi thông tin về kiến trúc mạng (topo), mà còn trao đổi thông tin về tài nguyên
và các chính sách, ví dụ: địa chỉ IP, băng thông khả dụng và các chính sách cân
bằng tải. Thuật toán định tuyến cưỡng bức (constraint-based) sử dụng những thông
tin này để tính toán các đường dẫn LSP tối ưu thông qua mạng và cho phép các
quyết định kỹ thuật lưu lượng phức tạp được thực hiện tự động để chọn các tuyến
đường thông qua mạng.
1.1.4 Tính thông minh phân tán
Trong mạng chuyển mạch kênh, tính thông minh chủ yếu tập trung ở mạng
lõi (core). Tất cả những thiết bị thông minh nhất đều đặt trong mạng lõi như các
tổng đài toll, transit, MSC… Các thiết bị kém thông minh hơn thì đặt ở mạng biên
(edge), ví dụ như các tổng đài nội hạt, truy nhập…
Trong mạng gói IP, tính thông minh gần như chia đều cho các thiết bị trong
mạng. Tất cả các router đều phải làm hai nhiệm vụ là định tuyến và chuyển mạch.
Đây là ưu điểm nhưng cũng là nhược điểm của IP.
Quan điểm của MPLS là tính thông minh càng đưa ra biên thì mạng càng
hoạt động tốt. Lý do là những thành phần ở mạng lõi phải chịu tải rất cao. Thành
phần mạng lõi nên có độ thông minh thấp và năng lực chuyển tải cao. MPLS phân
tách hai chức năng định tuyến và chuyển mạch: Các router ở biên thực hiện định

Thuật ngữ upstream-LSR và downstream-LSR cũng được dùng, phụ thuộc
vào chiều của luồng lưu lượng. Các tài liệu MPLS thường dùng ký hiệu Ru để biểu
thị cho upstream-LSR và dùng ký hiệu Rd để biểu thị cho downstream-LSR.
1.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC)
Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class) là một
tập hợp các gói được đối xử như nhau bởi một LSR. Như vậy, FEC là một nhóm
các gói IP được chuyển tiếp trên cùng một đường chuyển mạch nhãn LSP, được 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 dưới cho thấy cách xử
lý này.

Hình 1-6: Lớp chuyển tiếp tương đương trong MPLS

1.2.3 Cấu trúc nhãn MPLS
Khi nhãn được gắn lên gói, bản thân giá trị nhãn 20 bit sẽ được mã hoá cùng
với một số thông tin cộng thêm để phụ trợ trong quá trình chuyển tiếp gói để hình
thành một entry nhãn. Hình 1-7 minh họa định dạng một entry nhãn trong stack
nhãn.

- 21 -


Hình 1-7: Nhãn MPLS

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 người ta thường 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 bit hay nói về entry 32 bit trong stack nhãn. Phần thông tin 12 bit cộng
thêm gồm các trường sau đây:
- EXP (một số tài liệu gọi là CoS - Class of Service ) – Gồm 3 bit, có thể là

kiểm tra tại tiêu đề tế bào. Tương tự như vậy, giá trị nhãn cao nhất có thể được đặt
trong trường nhận diện kết nối liên kết dữ liệu của tiêu đề Frame relay. Lưu ý rằng,
trong cả hai trường hợp, trường thời gian sống TTL không xác định để chuyển
mạch và vì vậy không bị giảm đi.

Hình 1-8: Vị trí của nhãn MPLS

1.2.5 Nhãn và ngăn xếp nhãn
RFC 3031 định nghĩa nhãn là “một bộ nhận dạng có độ dài ngắn và cố định,
mang ý nghĩa cục bộ dùng để nhận biết một FEC”. Nhãn được “dán” lên một gói để
báo cho LSR biết gói này cần đi đâu. Phần nội dung nhãn có độ dài 20 bit không

- 23 -


cấu trúc, như vậy số giá trị nhãn có thể có là 220 (hơn một triệu giá trị). Giá trị nhãn
định nghĩa chỉ mục (index) để dùng trong bảng chuyển tiếp.
Một gói lại có thể được “dán chồng” nhiều nhãn, các nhãn này chứa trong
một nơi gọi là ngăn xếp nhãn (label stack). Ngăn xếp nhãn là một tập hợp gồm một
hoặc nhiều entry nhãn tổ chức theo nguyên tắc LIFO. Tại mỗi hop trong mạng chỉ
xử lý nhãn hiện hành trên đỉnh ngăn xếp. Chính nhãn này sẽ được LSR sử dụng để
chuyển tiếp gói.

Hình 1-9: Ngăn xếp nhãn

Nếu gói tin chưa có nhãn thì ngăn xếp nhãn là rỗng (độ sâu của ngăn xếp
nhãn bằng 0). Nếu ngăn xếp có chiều sâu là d thì mức 1 sẽ ở đáy ngăn xếp (bit S
trong entry nhãn đặt lên 1) và mức d sẽ ở đỉnh của ngăn xếp. Một entry nhãn có thể
được đặt thêm vào (push) hoặc lấy ra (pop) khỏi ngăn xếp.
1.2.6 Hoán đổi nhãn (Label Swapping)