MPLS

5/13/2018 MPLS - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mpls5571fec449795991699c0d93 1/8

2. Tổng quan MPLS

Định nghĩa

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) vàchuyển mạch lớp 2 (layer 2 switching) cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạnglõi (core) và định tuyến tốt ở các mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn (label).

Lợi ích của MPLS

- Làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu.- Tương thích với hầu hết các giao thức định tuyến và các công nghệ khác liên quan đếnInternet.- Hoạt động độc lập với các giao thức định tuyến (routing protocol).- Tìm đường đi linh hoạt dựa vào nhãn(label) cho trước.

- Hỗ trợ việc cấu hình quản trị và bảo trì hệ thống (OAM).- Có thể hoạt động trong một mạng phân cấp.- Có tính tương thích cao.

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 IPnhư 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 cáctầng trung gian.

Một số khái niệm thường gặp- FEC (Forwarding Equivalence Class) là một nhóm các gói tin ở lớp mạng được dánnhãn giống nhau và gửi đi đồng nhất theo một đường đi xác định.

- LSR (Label Switching Router) là bộ định tuyến có hỗ trợ MPLS, bao gồm các giao thứcđiều khiển MPLS, các giao thức định tuyến lớp mạng và cách thức xử lý nhãn MPLS.

- LER( Label Edge Router) là các LSR ở biên mạng MPLS trong MPLS domain, gồm cóLER vào (Ingress LER) và LER ra (Egress LER).

- LSP (Label Switching Path) là đường đi xuất phát từ một LSR và kết thúc tại một LSR khác. Tất cả các gói tin có cùng giá trị nhãn sẽ đi trên cùng một LSP.

- MPLS domain là tập các nút mạng MPLS.



3. Kiến trúc MPLS

* Label : Nhãn được sử dụng trong tiến trình gửi gói tin sau khi đã thiết lập đường đi.MPLS tập trung vào quá trình hoán đổi nhãn (Label Swapping).

Một trong những thế mạnh của kiến trúc MPLS là tự định nghiã các chồng nhãn(labelstack). Công thức để dán nhãn gói tin là: Network Layer Packet + MPLS Label Stack

Label Spaces : chia làm 2 loạiPer-Platform Label Space: các interface dùng chung giá trị nhãn.Per-Interface Label Space: mỗi interface mang giá trị nhãn riêng.

Hoạt động của LSR :- Ý tưởng chính của MPLS là sử dụng nhãn để quyết định chặn kế tiếp, nên router làmviệc ít hơn và hoạt động gần giống như switch. Vì các nhãn thể hiện các tuyến đườngtrong mạng nên ta có thể điều khiển chính xác quá trình xử lý lưu lượng bằng cách dùng

các chính sách gán nhãn.+ Ở chặng router đầu tiên, router chuyển gói tin dựa vào địa chỉ đích, xác định nhãn thíchhợp tùy vào FEC để gán nhãn cho gói & chuyển gói đi tiếp.+ Ở chặng kế tiếp, LSR dùng giá trị nhãn để xác định nút tiếp theo cần chuyển gói, gánnhãn mới rồi chuyển gói đi tiếp.

Label Switch Path - LSP : LSP xác định đưởng đi gói tin MPLS, chia làm 2 loại: Hop byhop signaled LSP - xác định đường đi khả thi nhất (best-effort path) và Explicit routesignaled LSP(ER-LSP) - xác định các tuyến đường đi bắt nguồn từ nút gốc.

ER-LSP có các ưu điểm sau: khả năng định tuyến linh hoạt, xác định nhiều đường đi đếnđích, quản lý lưu lượng linh hoạt, việc tìm đường dựa trên quan hệ ràng buộc như mạngATM.

Một số ứng dụng-Các dịch vụ internet có thể chia làm 3 nhóm chính:voice, data, video với các yêu cầukhác nhau. Như voice yêu cầu độ trễ thấp, cho phép thất thoát dữ liệu để tăng hiệu quả.Video cho phép mất mác dữ liệu ở mức chấp nhận được, mang tính real time. Data yêucầu độ bảo mật, độ chính xác cao...Việc triển khai công nghệ MPLS làm tăng hiệu quảkhai thác các tài nguyên mạng sao cho hữu hiệu nhất.

Hiện có một số ứng dụng MPLS đang được triển khai là:- MPLS Traffic Engineering- MPLS VPN- MPLS QoS- MPLS Unicast/Multicast IP Routing...



Công nghệ MPLS và dịch vụ MPLS đầytiềm năngHiện hầu hết các mạng diện rộng tại Việt Nam đều được tổ chức với kết nối sử dụng dịch vụ thuêđường truyền riêng (Leased Line), Frame Relay hoặc X.25 thông qua các nhà cung cấp dịch vụviễn thông. Hầu hết các hệ thống mạng này đều hoạt động theo cách thức định tuyến IP truyềnthống với không ít nhược điểm, đáp ứng rất chậm khi có yêu cầu xử lý luồng lưu lượng lớn trênmạng. Ngay cả khi áp dụng một số kỹ thuật mới như fast-table lookup hoặc policy-based routingthì việc xử lý tại các router vẫn thường bị quá tải. Hậu quả là có thể mất lưu lượng, mất kết nối,thậm chí giảm đặc tính của mạng. Ngoài ra còn phải kể đến các chi phí không nhỏ dành cho việcthuê dịch vụ viễn thông để kết nối mạng.

Công nghệ MPLS (Multi Protocol Label Switching) và dịch vụ MPLS VPN (mạng riêng ảo MPLS)được xem là giải pháp cho vấn đề này. Điểm nổi bật của công nghệ này là chuyển tiếp lưu lượngnhanh, khả năng linh hoạt, đơn giản và điều khiển phân luồng. MPLS còn có khả năng phục vụlinh hoạt các dịch vụ định tuyến, tận dụng được đường truyền giúp giảm chi phí.

Hạn Chế Của Định Tuyến Ip Truyền ThốngVới các hệ thống mạng hoạt động theo cách thức định tuyến IP truyền thống, mỗi node mạng(router) đều phải thực hiện hai chức năng chính: định

tuyến (routing) và chuyển tiếp (switching hoặc forwarding). Quá trình định tuyến và chuyển tiếpnày gặp phải ba hạn chế lớn:

- Phải dựa vào các giao thức định tuyến để phân bố thông tin định tuyến

- Việc thực hiện quá trình chuyển tiếp chỉ dựa trên địa chỉ đích của gói tin; không thể dựa trên cáctham số QoS (chất lượng dịch vụ).

- Mỗi node mạng đều phải thực hiện việc tìm kiếm thông tin định tuyến.

Công Nghệ Mpls

Để hiểu được nguyên tắc hoạt động của MPLS, trước hết ta phải làm quen với một số khái

http://vnexperts.net/component/mailto/?tmpl=component&link=a705656c1673d6d71348f9ba3f3c314ee327e7f6

http://vnexperts.net/bai-viet-ky-thuat/networking/184-cong-ngh-mpls-va-dch-v-mpls-y-tim-nng.html?tmpl=component&print=1&layout=default&page=

http://vnexperts.net/bai-viet-ky-thuat/networking/184-cong-ngh-mpls-va-dch-v-mpls-y-tim-nng.pdf



niệm mới được dùng trong MPLS.

• MPLS domain: Là tập hợp của các node mạng MPLSđược quản lý và điều khiển bởi cùng một quản trị mạng, hay nói

một cách đơn giản hơn là một MPLS domain, có thể coi như hệ thống mạng của một tổ chức nào

đó (chẳng hạn nhà cung cấp dịch vụ).

• LSR (Label Switching Router): Là node mạng MPLS. Có hai loại LSR chính:

- LSR cạnh (gồm LSR hướng vào, LSR hướng ra): LSR nằm ở biên của MPLS domain và kếtnối trực tiếp với mạng người dùng.

- LSR chuyển tiếp (Transit LSR): LSR nằm bên trong MPLS domain, các LSR này chính làcác bộ định tuyến lõi (core router) của nhà cung cấp dịch vụ.

• Nhãn (Label): Thường được tổ chức dưới dạng ngăn xếp nhãn (Label Stack), có độ dài 32bit được thể hiện như sau:

Trường Label: Có độ dài 20 bit, đây chính là giá trị nhãn.

Trường Exp (Experimental): Có độ dài 3 bit dùng cho mục đích dự trữ nghiên cứu và phânchia lớp dịch vụ (COS - Class Of Service).

Trường S: Có độ dài 1 bit, dùng chỉ định nhãn cuối cùng của Label Stack. Với nhãn cuốicùng, S=1.

Trường TTL (Time To Live): Có mục đích như trường TTL trong gói tin IP.

• FEC: MPLS không thực hiện quyết định chuyển tiếp với gói dữ liệu lớp 3 (datagram) mà sửdụng một khái niệm mới gọi là FEC (Forwarding Equivalence Class). Mỗi FEC được tạo bởi mộtnhóm các gói tin có chung các yêu cầu về truyền tải hoặc dịch vụ (thoại, data, video, VPN...) hoặccùng yêu cầu về QoS. Hay nói một cách khác, MPLS thực hiện phân lớp dữ liệu để chuyển tiếpqua mạng.

• LSP (Label Switching Path): Là tuyến được bắt đầu tại một LSR hướng vào thông qua mộthoặc nhiều hoặc thậm chí là không LSR chuyển tiếp nào và cuối cùng kết thúc tại một LSR hướngra. LSP chính là đường đi của các FEC thông qua mạng MPLS. Khái niệm về LSP tương tự nhưkhái niệm về kênh ảo (Virtual Channel) trong mạng IP, ATM, Frame Relay ...

• LDP (Label Distribution Protocol): Là các giao thức phân bổ nhãn được dùng trong MPLS đểphân bổ nhãn và thiết lập các LSP thông qua mạng MPLS.

Chúng ta hãy xem MPLS hoạt động như thế nào, cụ thể là cách thức truyền tải dữ liệu qua mạngMPLS (xem hình).

Như trong hình vẽ thể hiện, khi luồng dữ liệu của người dùng được gửi đến mạng MPLS, tại LSRhướng vào (LSR A) luồng dữ liệu sẽ được phân lớp và được đóng trong các FEC. LSR hướngvào sẽ thực hiện việc phân bổ nhãn và thiết lập LSP cho các FEC này (chẳng hạn thiết lập LSP44-67-13). Tại các node chuyển tiếp trong mạng, LSR chỉ thực hiện việc tráo đổi nhãn và gửi FECđến LSR kế tiếp (LSR B gặp nhãn 44 lập tức đổi sang nhãn 67 và chuyển tiếp đến LSR D, tươngtự LSR D gặp nhãn 67 sẽ tráo đổi thành nhãn 13 và gửi đến LSR F). Các LSR B và D không quan



tâm đến mào đầu của các gói tin trong FEC (điều này khác biệt hẳn với mạng định tuyến lớp 3truyền thống). Khi luồng dữ liệu đến LSR hướng ra, các FEC được gỡ bỏ nhãn và tách ngược trởlại thành các gói tin thông thường và được gửi đến người dùng cuối bằng các giao thức địnhtuyến truyền thống.

Có một điểm cần lưu ý, đó là các FEC có thể được chuyển tiếp trên nhiều LSP khác nhau, đây làmột ưu điểm nổi trội của MPLS so với mạng định tuyến thông thường.

Dịch Vụ Mpls Vpn

Có thể nói VPN là một trong những ứng dụng quan trọng nhất của MPLS. Kỹ thuật MPLS VPNđưa ra một thay đổi cơ bản trong công nghệ VPN đó là sử dụng khái niệm Virtual Router thay choDedicated Router và Shared Router. Trong khuôn khổ bài viết này không đề cập nhiều đến côngnghệ MPLS VPN mà chỉ đưa ra các lợi ích của nó so với các dịch vụ VPN truyền thống:

Riêng biệt và bảo mật: MPLS VPN giữ các thông tin định tuyến riêng biệt cho mỗi VPN, đảm bảongười dùng chỉ có thể liên lạc được với các địa chỉ đã được lập sẵn cho VPN của mình.

Độc lập với khách hàng: MPLS VPN có cách đánh địa chỉ (gán nhãn trong mạng MPLS) hết sứclinh hoạt, người dùng có thể sử dụng bất cứ dải địa chỉ nào (kể cả các địa chỉ kiểm tra hoặc cácđịa chỉ không được đăng ký) hoặc có thể sử sụng NAT (Network Address Translation). Mặt khác,người dùng còn có thể sử dụng các dải địa chỉ trùng hoặc giống nhau. Một điểm nổi bật khác làmạng của người dùng không yêu cầu các thiết bị hỗ trợ MPLS, các thiết bị đắt tiền như VPNRouter với IP Sec hoặc bất cứ yêu cầu đặc biệt nào khác ngoài IP.

Linh hoạt và khả năng phát triển: Với các dịch vụ VPN dựa trên IP, số lượng router trên mạngtăng nhanh chóng theo số lượng các VPN. VPN sẽ phải chứa các bảng định tuyến ngày một lớn.MPLS VPN sử dụng một tập các BGP (Border Gateway Protocol) ngang hàng giữa các LSR cạnh(Edge LSR), cho phép số lượng VPN không hạn chế và hỗ trợ nhiều dạng VPN, dễ dàng tạo thêmcác VPN hoặc site mới (chỉ cần thực hiện tại router của site mới).

Kết Luận

MPLS là một trong những giải pháp mạng đường trục cho mạng thế hệ mới, hiện xu hướng pháttriển của MPLS là ATOM (Any traffic Over MPLS), nghĩa là có khả năng đáp ứng bất cứ loại dịchvụ nào: thoại, video, fax, data... MPLS VPN sẽ là một thị trường đầy tiềm năng và hứa hẹn manglại nhiều lợi ích cho cả người dùng và nhà cung cấp dịch vụ viễn thông.



1. MPLS là một phương thức được cải tiến cho việc chuyển tiếp các gói tin trongmạng bằng cách sử dụng các nhãn được gắn thêm vào trong các gói tin IP (IP packet). Các nhãn được chèn vào giữa header của lớp 3 và header của lớp 2 trong

trường hợp sử dụng kỹ thuật dựa trên khung lớp 2. Đối với các kỹ thuật dựa trêntế bào như ATM, thì nó sẽ chứa cả trường VPI và VCI.MPLS là sự kết hợp của kỹ thuật chuyển mạch lớp 2 và kỹ thuật định tuyến lớp 3.Mục tiêu chính của MPLS là tạo ra một cấu trúc mạng mềm dẻo để cung cấp chođặc tính mở rộng và ổn định của mạng. Điều này bao gồm kỹ thuật điều khiển lưulượng và khả năng hoạt động của VPN và có liên quan đến Chất lượng dịch vụ(QoS) với nhiều lớp dịch vụ (Cos).Trong mạng MPLS, các gói tin vào được gán nhãn bởi một Bộ định tuyến chuyểnmạch nhãn ở biên (Edge Label Switched Router – Edge LSR). Các gói tin đượcgửi theo một đường chuyển mạch nhãn (Label Switched Path - LSP), đây là conđường mà mỗi LSR sử dụng để chuyển tiếp dựa trên các đối xử riêng biệt cho

từng nhãn. Tại mỗi chặng, LSR gỡ bỏ các nhãn có sẵn và thêm vào một nhãn mới,sau đó thông báo cho chặng kế tiếp để biết để chuyển tiếp gói tin. Nhãn sẽ đượcgỡ bỏ tại LSR biên và gói tin sẽ tiếp tục được chuyển tiếp đến đích cần đến.1.2.2Sự phát triển của MPLS:Mục đích ban đầu của chuyển mạch nhãn là muốn đưa tốc độ của chuyển mạchlớp 2 vào lớp 3. Lý lẽ ban đầu cho các kỹ thuật như MPLS không lâu sau đã đượcnhận thấy là có ưu điểm, bởi vì các chuyển mạch lớp 3 mới được sử dụng côngnghệ ASIC ( Application-specific integrated circuit), kỹ thuật nền tảng có thể thihành chức năng tìm kiếm với tốc độ vừa đủ để hỗ trợ cho hầu hết các loại giaotiếp (interface).Chuẩn của chuyển mạch nhãn được nhóm nghiên cứu của IETF về MPLS đề xuất

năm 1997 và được nghiên cứu rộng rãi. MPLS được phát triển từ nhiều kỹ thuậtchính, bao gồm các phiên bản độc quyền về chuyển mạch nhãn như chuyển mạchnhãn của Cisco (Cisco’s Tag Switching), Chuyển mạch IP dựa trên nền địnhtuyến tổng hợp của IBM (IBM’s Aggregate Route-Based IP Switching – ARIS),Bộ định tuyến chuyển mạch tế bào của Toshiba (Toshiba’s Cell-Switched Router – CSR), Chuyển mạch IP của Ipsilon (Ipsilon’s IP Switching) và bộ định vị IP củaLucent (Lucent’s IP Navigator).Chuyển mạch thẻ (Tag Switching), được phát minh bởi Cisco, và đưa đến ngườidùng lần đầu tiên vào năm 1998. Từ khi bắt đầu triển khai chuyển mạch thẻ,Cisco đã làm việc chung với IETF để phát triển và thông qua các chuẩn củaMPLS, hợp nhất các đặc tính và ưu điểm của Chuyển mạch thẻ.

1.2.3Ưu điểm của chuyển mạch nhãn đao giao thức MPLS:1.2.3.1 Tốc độ và độ trễ:Chuyển mạch nhãn được cung cấp để giải quyết vấn đề về tốc độ và độ trễ mộtcách hiệu quả. Chuyển mạch nhãn nhanh hơn nhiều chuyển mạch IP cổ điền bởivì giá trị nhãn được đặt trong header của gói đến, được sử dụng để quản lý bảngđịnh tuyến theo cách nhãn sẽ được sử dụng là chỉ mục trong bảng. Việc tìm kiếmnày yêu cầu chỉ một lần là tìm ra, ngược lại định tuyến cổ điển có thể phải tìmtrong bảng đó vài nghìn lần. Kết quả, trên luồng vận chuyển, các gói được gửi



thông qua mạng nhanh hơn thông thường, giảm thời gian trễ, và đáp ứng thời giancho người dùng.1.2.3.2 Khả năng mở rộng (Scalability):Dĩ nhiên tốc độ là một mặt quan trọng của chuyển mạch nhãn, nhưng dịch vụnhanh không phải là tất cả mà chuyển mạch nhãn có thể cung cấp. Nó cũng có thể

cung cấp khả năng mở rộng, tức là điều tiết một số lượng lớn và ngày càng tăngnhanh chóng các user trên mạng Internet. Chuyển mạch nhãn đề nghị một cáchgiải quyết cho vấn đề phát triển mạng một cách nhanh chóng như vậy bằng cáchcho phép một số lượng lớn các địa chỉ IP được liên kết với nhau trên một hay mộtvài nhãn. Cách tiếp cận này sẽ cắt giảm bớt bảng định tuyến và cho phép mộtrouter phục vụ nhiều người dùng hơn tại một thời điểm và cũng không cần đòi hỏikhả năng xử lý cao của các router.

1. 1.2.3.3 Đơn giản:Một ưu điểm nữa của chuyển mạch nhãn là về cơ bản nó chỉ là tập hợp củacác giao thức định tuyến. Nó rất đơn giản, chuyển tiếp một gói dựa trên

nhãn của gói đó. Làm thế nào một nhãn đến một đường dẫn của ngườidùng mà không cần quan tâm đến việc chuyển tiếp thực sự của đường dẫnđó. Tất cả cơ chế điều khiển trên có thể phức tạp, nhưng chúng không làmảnh hưởng đến hiệu quả của đường dẫn. Tức là sẽ có rất nhiều các phương pháp khác nhau để phân phối các nhãn cho đường truyền, tuy nhiên saukhi các nhãn đã được phân phối xong, họat động chuyển mạch nhãn sẽđược thực hiện một cách rất nhanh chóng. Chuyển mạch nhãn có thể đượcthực hiện trong một phần mềm, trong các mạch điện tử tích hợp hay trongmột vi xử lý đặc biệt.1.2.3.4 Mức sử dụng tài nguyên:Cơ chế điều khiển để thiết lập một nhãn phải không làm tiêu tốn nhiều tài

nguyên. Nó không được làm mất nhiều tài nguyên và chuyển mạch nhãnthì hoàn toàn không làm tiêu tốn nhiều tài nguyên để thực thi việc thànhlập một con đường chuyển mạch nhãn cho đường dẫn.1.2.4MPLS và kiến trúc Internet:Từ khi ARPNET được triển khai, thời đại của Internet bắt đầu, kiến trúccủa Internet cũng được thay đổi. Nó mở ra các đáp ứng về sự tiến bộ củakỹ thuật, phát triển và hỗ trợ cho nhiều dịch vụ mới. Hầu hết các sự thayđổi gần đây của kiến trúc Internet là do sự thêm vào của MPLS. Nhưngcần chú ý rằng kỹ thuật chuyển tiếp của Internet là dựa vào việc địnhtuyến địa chỉ đích, và nó không hề thay đổi từ khi ARPANET xuất hiện.Sự thay đổi chính đó là sự thay thế của giao thức định tuyến cổng biên

giới phiên bản 4 (Border Gateway Protocol Version 4 – BGP4) từ giaothức định tuyến cổng bên ngoài (Exterior Gateway Protocol – EGP), sự bổsung của định tuyến miền trong không phân lớp (Classless InterdomainRouting – CIDR), các nâng cấp cố định của băng thông và các thiết bị đầucuối như có thêm nhiều các bộ định tuyến mạnh.MPLS đã tác động đến cả kỹ thuật chuyển tiếp gói tin IP và việc xác địnhđường đi (đường đi của các gói tin được chuyển tiếp trên mạng Internet).Và kết quả là sự ra đời các cấu trúc mạng của Internet. MPLS có thể hỗ trợ



cho IP phiên bản 6 (IP version 6) bởi vì thuật toán chuyển tiếp của MPLScho IP phiên bản 4 cũng có thể áp dụng cho IP phiên bản 6 với việc sửdụng các giao thức định tuyến hỗ trợ cho địa chỉ IP phiên bản 6. MPLSđược triển khai bởi vì nó có ưu điểm gần gũi và trực tiếp đến Internet. Hầuhết ưu điểm gần gũi của MPLS với các chi tiết cụ thể cho mạng đường

trục của nhà cung cấp dịch vụ Internet là khả năng triển khai kỹ thuật lưulượng (Traffic Engineering). Kỹ thuật lưu lượng cho phép các nhà cungcấp dịch vụ loại bỏ tải của các tuyến (link) bị tắc nghẽn và điều khiển cáctải chia xẻ sang các tuyến khác chưa được sử dụng đúng mức. Kết quả củacông việc trên là độ tận dụng tài nguyên sẽ ở cấp độ cao hơn và cũng cónghĩa là sẽ hiệu quả và chi phí sẽ được tiết kiệm hơn.1.3 Kết luận:Với các khuyết điểm thuộc về bản chất và ngày càng bộc lộ ra khi sự pháttriển mạng ngày càng nhanh về tốc độ và số lượng thì TCP/IP cổ điểnđang đứng trước những vấn đề hết sức khó khăn. Tuy nhiên, với sự xuấthiện của chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS cùng các ưu điểm đã được

nêu trên và nếu như được áp dụng vào thực tế cho các mạng đường trụclớn của các nhà cung cấp dịch vụ thì có thể giải quyết nhanh chóng các bàitoán mà TCP/IP cổ điển đang mắc phải. Và thực tế chứng minh điều đókhi đã có một số nhà cung cấp dịch vụ ứng dụng MPLS vào mạng đườngtrục của mình và thu được khá nhiều lợi ích

«

Documents

MPLS