CHƯƠNG 1 : CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS)

Chng 1: Chuyn mch nhón a giao thc MPLS

Cỏch tip cn ny hỡnh thnh t nhiờn v c s dng rng rói. Tuy nhiờn, khi xut

hin s bựng n lu lng mng, phng thc ny dn n mt lot cỏc vn cn

gii quyt, bao gm s ph thuc vo cỏc giao thc phc tp v cỏc b nh tuyn

x lý cỏc giao thc ny. S phc tp s gõy ra cỏc hiu ng bt li n s tin cy

ca cỏc mng xng sng.

gii quyt nhng tn ti ny, cỏc cụng ngh nh MPOA v LANE ó

c hỡnh thnh. Tuy nhiờn cỏc gii phỏp ú khụng th gii quyt c tt c cỏc

tn ti. Trong khi y, ni bt lờn trờn mt lot cỏc cụng ngh IPOA khỏc vi

phng thc lai ghộp l chuyn mch nhón theo phng thc tớch hp. Chỳng cung

cp gii phỏp hp lý gii quyt nhng tn ti ny.

Khỏi nim chuyn mch nhón xut phỏt t quỏ trỡnh nghiờn cu hai thit b

c bn trong mng IP: tng i chuyn mch v b nh tuyn. Chỳng ta cú th thy

rng ch xột trong cỏc yu t tc chuyn mch, phng thc iu khin lung, t

l gia giỏ c v cht lng thỡ tng i chuyn mch chc chn tt hn nhiu so

vi b nh tuyn. Tuy nhiờn, cỏc b nh tuyn cú cỏc chc nng nh tuyn mm

do m tng i khụng th so sỏnh c. Do ú khụng th khụng ngh rng cú th

cú mt thit b cú kh nng iu khin lung, tc cao ca tng i cng nh cỏc

chc nng nh tuyn mm do ca b nh tuyn. ú l ng c then cht phỏt

trin chuyn mch nhón.

Nguyờn tc c bn ca chuyn mch nhón l s dng mt thit b tng t

nh b nh tuyn iu khin thit b chuyn mch phn cng ATM, do vy

cụng ngh ny cú c t l gia giỏ thnh v cht lng cú th sỏnh c vi tng

i. Nú cng cú th h tr thm chớ rt nhiu chc nng nh tuyn mi mnh hn

nh nh tuyn hin. Cụng ngh ny do ú kt hp mt cỏch hon ho u im ca

cỏc tng i chuyn mch vi u im ca cỏc b nh tuyn, v tr thnh im

núng thu hỳt s tp trung ca ngnh cụng nghip vin thụng.

1.2. Cỏc khỏi nim c bn MPLS

1.2.1. MPLS l gỡ?

MPLS l vit tt ca Multi-Protocol Label Switching, tm dch l Chuyn

mch nhón a giao thc. Thut ng multi-protocol (a giao thc) nhn mnh

rng cụng ngh ny ỏp dng c cho tt c cỏc giao thc lp mng ch khụng ch

riờng cú giao thc IP. MPLS cng hot ng tt trờn bt k cỏc giao thc lp liờn



SVTH: Phm Thanh Hi



Trang 4



GVHD: ThS. o Minh Hng



 Chng 1: Chuyn mch nhón a giao thc MPLS

kt. õy l mt cụng ngh lai kt hp nhng c tớnh tt nht ca nh tuyn lp 3

(Layer 3 routing) v chuyn mch lp 2 (Layer 2 switching).

1.2.2. Min MPLS (MPLS Domain)

Theo RFC 3031, min MPLS l mt tp hp cỏc nỳt mng thc hin hot

ng nh tuyn v chuyn tip MPLS. Cỏc nỳt thuc min MPLS c gi l cỏc

b nh tuyn chuyn mch nhón LSR (Label Switching Router). Mt min MPLS

thng c qun lý v iu khin bi mt nh qun tr (administrator).



Hỡnh 1.1 : Min MPLS



Min MPLS c chia thnh 2 phn: phn mng lừi (core) v phn mng

biờn (edge). Cỏc nỳt phn mng lừi c gi l transit-LSR hay core-LSR

(thng cng c gi tt l LSR). Cỏc nỳt biờn c gi l b nh tuyn biờn

nhón LER (Label Edge Router).

LSR c chia thnh 2 loi: LSR hng lờn (upstream LSR) v LSR hng

xung (dowmstream LSR), ph thuc vo chiu ca lung lu lng. Cỏc ti liu

MPLS thng dựng ký hiu Ru biu th cho upstream-LSR v dựng ký hiu Rd

biu th cho downstream-LSR.



SVTH: Phm Thanh Hi



Trang 5



GVHD: ThS. o Minh Hng



 Chng 1: Chuyn mch nhón a giao thc MPLS

Hỡnh 1.2: Upstream v Downstream ca LSR



LER cng c chia thnh 2 loi: nu mt LER l nỳt u tiờn trờn ng i

ca mt gúi xuyờn qua min MPLS thỡ nú c gi l LER li vo (ingress-LER),

cũn nu LER ú l nỳt cui cựng thỡ nú c gi l LER li ra (egress-LER). Lu ý

l cỏc thut ng ny c ỏp dng tựy theo chiu ca lung lu lng trong mng,

do vy mt LER va cú th l ingress-LER va cú th l egress-LER, tu theo cỏc

lung lu lng ang xột.

1.2.3. Lp chuyn tip tng ng (FEC)

Lp chuyn tip tng ng FEC (Forwarding Equivalence Class) l mt

tp hp cỏc gúi c i x nh nhau bi mt LSR. Núi cỏch khỏc, FEC l mt

nhúm cỏc gúi (vớ d gúi tin IP) c chuyn tip trờn cựng mt ng chuyn mch

nhón LSP (Label Switched Path), c i x theo cựng mt cỏch thc v cú th

ỏnh x vo mt nhón bi mt LSR cho dự chỳng cú th khỏc nhau v thụng tin mo

u (header) lp mng. Hỡnh 1.3 di õy cho thy cỏch x lý ny.



Hỡnh 1.3 : Lp chuyn tip tng ng trong MPLS



1.2.4. Nhón v stack nhón (Label v Label stack)

Theo RFC 3031, nhón l mt b nhn dng cú di ngn v c nh, mang

ý ngha cc b dựng nhn bit mt FEC. Nhón c dỏn lờn mt gúi bỏo

cho LSR bit gúi ny cn i õu. Phn ni dung nhón cú di 20 bit khụng cú cu

trỳc. Nh vy s giỏ tr nhón cú th cú l 2 20 giỏ tr (hn mt triu giỏ tr). Giỏ tr

nhón nh ngha ch mc (index) dựng trong bng chuyn tip.

Tải



Nhãn (20)



SVTH: Phm Thanh Hi



Mào đầu

IP



COS (3)



Trang 6



Đệm

MPLS



S (1)



Mào đầu lớp 2



TTL (8)



GVHD: ThS. o Minh Hng



 Chng 1: Chuyn mch nhón a giao thc MPLS



Hỡnh 1.4 : Khuụn dng nhón cho cỏc gúi khụng cú cu trỳc nhón gc.



Dng ca nhón ph thuc vo phng tin truyn m gúi tin c bc v. Vớ

d cỏc gúi ATM (t bo) s dng giỏ tr VPI/VCI nh nhón, FR s dng DLCI lm

nhón.

Mt gúi li cú th c dỏn chng nhiu nhón, cỏc nhón ny c cha ti

mt ni gi l stack nhón (label stack). Stack nhón l mt tp hp gm mt hoc

nhiu entry nhón t chc theo nguyờn tc LIFO (Last In First Out). Ti mi nỳt

trong mng ch x lý nhón hin hnh trờn nh ca stack nhón. Chớnh nhón ny s

c LSR s dng chuyn tip gúi.



Hỡnh 1.5 : Stack nhón



Nu gúi tin cha cú nhón thỡ stack nhón l rng ( sõu ca stack nhón bng

0). Nu stack cú chiu sõu l d thỡ mc 1 s ỏy stack v mc d s nh ca

stack (bit S trong entry nhón t lờn 1). Mt entry nhón cú th c t thờm vo

(push) hoc ly ra (pop) khi stack nhón.

1.2.5. Hoỏn i nhón (Label Swapping)

Hoỏn i nhón l cỏch dựng cỏc th tc chuyn tip gúi.

chuyn tip gúi cú nhón, LSR kim tra nhón trờn nh stack v dựng ỏnh

x ILM (Incoming Label Map) ỏnh x nhón ny ti mt entry chuyn tip nhón

NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry). S dng thụng tin trong NHLFE,

LSR xỏc nh ra ni chuyn tip gúi v thc hin mt tỏc v trờn stack nhón, ri

nú mó húa stack nhón mi vo gúi v chuyn gúi i.

Chuyn tip gúi cha cú nhón cng tng t nhng xy ra Ingress-LER.

LER phi phõn tớch mo u lp mng xỏc nh FEC ri s dng ỏnh x FTN

(FEC-to-NHLFE) ỏnh x FEC vo mt NHLFE.



SVTH: Phm Thanh Hi



Trang 7



GVHD: ThS. o Minh Hng



 Chng 1: Chuyn mch nhón a giao thc MPLS

1.2.6. ng chuyn mch nhón (LSP)

ng chuyn mch nhón LSP (Label Switched Path) l mt ng ni gia

router ngừ vo (ingress-LER) v router ngừ ra (egress-LER), c thit lp bi cỏc

nỳt MPLS chuyn cỏc gúi i xuyờn qua mng. ng dn ca mt LSP qua

mng c nh ngha bi s chuyn i cỏc giỏ tr nhón cỏc LSR dc theo LSP

bng cỏch dựng th tc hoỏn i nhón. Khỏi nim LSP tng t nh khỏi nim

mch o (VC Virtual Circuit) trong ATM.



Hỡnh 1.6 : ng chuyn mch nhón (LSP)



Kin trỳc MPLS cho phộp phõn cp cỏc LSP, tng t nh ATM s dng

VPI v VCI to ra phõn cp kờnh o (VC) nm trong ng o (VP). Tuy nhiờn

ATM ch cú th h tr 2 mc phõn cp, trong khi vi MPLS thỡ s mc phõn cp

cho phộp rt ln, nh kh nng cha c nhiu entry nhón trong mt stack nhón.

V lý thuyt, gii hn s lng nhón trong stack ph thuc giỏ tr n v chuyn

tip ti a MTU (Maximum Transfer Unit) ca cỏc giao thc lp liờn kt d liu

(Data Link Layer) c dựng dc theo mt LSP.



Hỡnh 1.7 : Phõn cp LSP trong MPLS



SVTH: Phm Thanh Hi



Trang 8



GVHD: ThS. o Minh Hng



 Chng 1: Chuyn mch nhón a giao thc MPLS

1.2.7. Chuyn gúi qua min MPLS

Sau õy l mt vớ d n gin minh ha quỏ trỡnh truyn gúi tin IP i qua

mt min MPLS.

Gúi tin IP khi i t ngoi mng vo trong min MPLS s c router A,

úng vai trũ l mt ingress-LER, gỏn nhón cú giỏ tr l 6 ri chuyn tip n router

B. Router B, úng vai trũ l mt LSR, da vo bng hoỏn i nhón kim tra nhón

ca gúi tin. Nú thay giỏ tr nhón mi l 3 v chuyn tip n router C. Ti C, cng

úng vai trũ l mt LSR, vic kim tra cng tng t nh B v s hoỏn i nhón,

gỏn cho gúi tin mt nhón mi l 9 v tip tc a n router D.



Hỡnh 1.8 : Gúi IP i qua mng MPLS



Router D úng vai trũ egress-LER s kim tra trong bng hoỏn i nhón v

g b nhón 9 ra khi gúi tin ri nh tuyn gúi IP mt cỏch bỡnh thng i ra khi

min MPLS.

Vi phng phỏp lm vic ny, cỏc LSR trung gian nh router B v C s

khụng phi thc hin kim tra ton b header IP ca gúi tin m nú ch vic kim tra

cỏc giỏ tr ca nhón, so sỏnh trong bng v chuyn tip. Vỡ vy tc x lý trong

min MPLS s nhanh hn nhiu so vi nh tuyn IP truyn thng. ng i t

router A n router D c gi l ng chuyn mch nhón LSP (Label Switched

Path.

1.3. Thnh phn c bn ca MPLS

Thnh phn quan trng c bn ca mng MPLS l thit b nh tuyn chuyn

mch nhón LSR (Label Switching Router). Thit b ny thc hin chc nng chuyn

tip gúi thụng tin trong phm vi mng MPLS bng th tc phõn phi nhón.

Cn c vo v trớ v chc nng ca LSR cú th phõn thnh cỏc loi chớnh sau

õy :



SVTH: Phm Thanh Hi



Trang 9



GVHD: ThS. o Minh Hng



 Chng 1: Chuyn mch nhón a giao thc MPLS

LSR biờn : nm biờn ca mng MPLS. LSR ny tip nhn hay gi i cỏc

gúi thụng tin t mng ny n mng khỏc (IP, Frame Relay,). LSR biờn gỏn ny

loi b nhón cho cỏc gúi thụng tin n hoc i khi mng MPLS. Cỏc LSR ny cú

th l Ingress Router (Router li vo) hay Egress Router (Router li ra).

ATM-LSR : l cỏc tng i ATM cú th thc hin chc nng nh LSR. Cỏc

ATM-LSR thc hin chc nng nh tuyn gúi IP v gỏn nhón trong mng iu

khin v chuyn tip s liu trờn c ch chuyn mch t bo ATM trong mng s

liu. Nh vy cỏc tng i chuyn mch ATM truyn thng cú th nõng cp phn

mm thc hin chc nng ca LSR.

Bng 1.1 : Cỏc loi LSR trong mng MPLS



Loi LSR

LSR



Chc nng thc hin

Chuyn tip gúi cú nhón



LSR biờn



Nhn gúi IP, kim tra li lp 3 v t vo

ngn xp nhón trc khi gi gúi vo

mng LSR.

Nhn gúi tin cú nhón, loi b nhón, kim

tra li lp 3 v chuyn tip gúi IP n

nỳt tip theo.



ATM-LSR



S dng giao thc MPLS trong mng

iu khin thit lp kờnh o ATM.

Chuyn tip t bo n nỳt ATM-LSR

tip theo.



ATM-LSR biờn



Nhn gúi cú nhón hoc khụng nhón,

phõn vo cỏc t bo ATM v gi cỏc t

bo n nỳt ATM-LSR tip theo.

Nhn cỏc t bo ATM t ATM-LSR cn

k, tỏi to cỏc gúi t cỏc t bo ATM v

chuyn tip gúi cú nhón hoc khụng

nhón.



1.4. Mó húa nhón v cỏc ch úng gúi nhón MPLS

1.4.1. Mó húa stack nhón

Khi nhón c gn lờn gúi, bn thõn giỏ tr nhón 20 bit s c mó hoỏ cựng

vi mt s thụng tin cng thờm ph tr trong quỏ trỡnh chuyn tip gúi hỡnh

thnh mt entry nhón. Hỡnh 1.9 di õy minh ha nh dng mt entry nhón trong

stack nhón.



SVTH: Phm Thanh Hi



Trang 10



GVHD: ThS. o Minh Hng



 Chng 1: Chuyn mch nhón a giao thc MPLS



Hỡnh 1.9 : nh dng mt entry trong stack nhón MPLS



LABEL (trng nhón) Gm 20 bit. Nhúm 32 bit hỡnh trờn l mt entry

trong stack nhón, trong ú phn giỏ tr nhón thc s ch cú 20 bit. Tuy nhiờn, ngi

ta thng gi chung cho c entry 32 bit núi trờn l mt nhón. Vỡ vy khi tho lun

v nhón cn phõn bit l ang xem xột giỏ tr nhón 20 bit hay núi v entry 32 bit

trong stack nhón. Trng nhón MPLS mang giỏ tr ca nhón MPLS, nhón ny c

dựng cho mt chui tun t cỏc hot ng ca nhón: Chốn, tỏch v trỏo i nhón.

Mi nhón ch cú giỏ tr cc b gia hai LSR liờn lc vi nhau. Cỏc nhón l cỏc giỏ

tr khụng cú cu trỳc v c lu tr trong mt c s thụng tin nhón (LIB). Giỏ tr

nhón cú th mang cỏc giỏ tr t 0 n 220-1, ngoi tr giỏ tr Reversed.

EXP (trng bit thớ nghim) (mt s ti liu gi l lp dch v CoS Class

of Service ) Gm 3 bit, c s dng cho cỏc mc ớch nghiờn cu v thớ nghim.

Nú cú th l mt hm ca trng loi dch v ToS (Type of Service) hoc Diffserv

trong gúi IP. a s cỏc nh sn xut s dng cỏc bit ny mang ch th cht lng

dch v QoS (Quality of Service), thng l copy trc tip t cỏc bit ToS trong gúi

IP. Khi gúi MPLS vo hng i, cú th s dng cỏc bit EXP theo cỏch ging nh

cỏc bit u tiờn trong IP.

S (trng bit stack) Gm 1 bit, ch th ỏy ca stack nhón. Khi mt nhón

nm ỏy stack nhón, thỡ bit S t lờn 1; cũn cỏc nhón khỏc cú bit S t v 0. Bit S

l phng tin xỏc nh ỏy ca stack nhón nm õu.

TTL Gm 8 bit, thng l copy trc tip t trng TTL ca mo u IP,

c gim i 1 qua mi nỳt nhm ngn chn vũng lp nh tuyn (loop) ging nh

IP. Tuy nhiờn, cỏc bit TTL cng cú th c t khỏc vi TTL trong gúi IP, thng

dựng khi nh khai thỏc mng mun che giu topology mng MPLS.

MPLS cú th hot ng hai ch : ch khung (frame) v ch t bo

(cell).



SVTH: Phm Thanh Hi



Trang 11



GVHD: ThS. o Minh Hng



 Chng 1: Chuyn mch nhón a giao thc MPLS

1.4.2. Ch khung Frame

Cỏc k thut lp 2 nh Ethernet, Token Ring, FDDI, PPP khụng cú trng

no phự hp trong mo u ca frame cú th mang nhón. Vỡ vy, stack nhón s

c cha trong mo u chờm (shim header). Shim header c chờm vo gia

mo u lp liờn kt d liu v mo u lp mng, nh trong hỡnh 1.10 di õy.

nh stack nm lin sau mo u lp liờn kt d liu v ỏy stack nm lin trc

mo u lp mng.



Hỡnh 1.10 : Shim header c chờm vo gia mo u lp 2 v lp 3



Cỏc router gi khung (frame) phi cú cỏch bỏo cho cỏc router nhn bit

c rng khung ny cú cha shim header.

Cỏch thc ny khỏc nhau gia cỏc k thut lp 2.

Ethernet s dng cp giỏ tr ethertype 0x8847 v 0x8848 ch th khung

ang mang gúi MPLS unicast v multicast tng ng.

1.4.3. Ch t bo Cell

Ch t bo (Cell) c dựng khi ta cú mt mng gm cỏc ATM-LSR (l

cỏc b nh tuyn chuyn mch ATM cú h tr MPLS), trong ú nú s dng cỏc

giao thc phõn phi nhón MPLS trao i thụng tin VPI/VCI thay cho bỏo hiu

ATM. Theo RFC 3035, nhón c mó hoỏ trong trng gp VPI/VCI, trong VPI

hoc VCI ca mo u cell ATM.



Hỡnh 1.11 : Nhón trong ch cell ATM



Cell ATM gm cú 5 byte header v 48 byte payload. chuyn ti gúi tin cú

kớch thc ln hn 48 byte t lp trờn a xung (vớ d gúi tin IP), ATM phi chia

gúi tin thnh nhiu phn nh hn. Vic ny gi l phõn on (fragmentation). Quỏ

trỡnh phõn on do lp AAL (ATM Adaptation Layer) m trỏch. C th, AAL5



SVTH: Phm Thanh Hi



Trang 12



GVHD: ThS. o Minh Hng



 Chng 1: Chuyn mch nhón a giao thc MPLS

PDU s c chia thnh nhiu on 48 byte, mi on 48 byte ny c thờm

header 5 byte to ra mt cell ATM.

PPP s dng NCP (Network Control Program) sa i gi l MPLSCP

(MPLS Control Protocol) v ỏnh du tt c cỏc gúi cú cha shim header bng giỏ

tr 0x8281 trong trng PPP Protocol.



Hỡnh 1.12 : úng gúi (encapsulation) gúi cú nhón trờn link ATM



Khi úng gúi cú nhón MPLS trờn ATM, ton b stack nhón c t trong

AAL5 PDU. Giỏ tr thc s ca nhón nh c t trong trng VPI/VCI, hoc t

trong trng VCI nu 2 ATM-LSR kt ni nhau qua mt ng o ATM (VP).

Entry nh stack nhón phi cha giỏ tr 0 (coi nh entry gi ch) v c b qua

khi nhn. Lý do cỏc nhón phi cha c trong AAL5 PDU v header ATM l

m rng sõu stack nhón. Khi cỏc cell ATM i n cui LSP, nú s c tỏi hp

li. Nu cú nhiu nhón trong stack nhón, AAL5 PDU s b phõn on ln na v

nhón hin hnh trờn nh stack s c t vo trng VPI/VCI.

1.5. Cu trỳc chc nng MPLS

1.5.1. Kin trỳc mt nỳt MPLS (LER v LSR)

Mt phng iu khin cú chc nng nh tuyn dựng giao tip vi cỏc

LSR, LER khỏc hoc giao tip vi cỏc router IP thụng thng bng cỏc giao thc

nh tuyn IP. Kt qu l mt c s thụng tin nh tuyn RIB (Routing Information

Base) c to lp gm cỏc thụng tin miờu t cỏc tuyn ng kh thi tỡm n

cỏc prefix a ch IP. LER s s dng cỏc thụng tin ny xõy dng c s thụng tin

chuyn tip FIB (Forwarding Information Base) trong mt phng chuyn tip.

Mt phng iu khin cũn cú chc nng bỏo hiu MPLS (MPLS

Signalling) dựng giao tip vi cỏc LSR khỏc bng mt giao thc phõn phi nhón.

Kt qu l mt c s thụng tin nhón LIB (Label Information Base) gm cỏc thụng

tin liờn quan n cỏc gỏn kt nhón ó c thng lng vi cỏc router MPLS



SVTH: Phm Thanh Hi



Trang 13



GVHD: ThS. o Minh Hng



 Chng 1: Chuyn mch nhón a giao thc MPLS

khỏc. Thnh phn bỏo hiu MPLS nhn thụng tin t chc nng nh tuyn IP v

LIB xõy dng c s thụng tin chuyn tip nhón LFIB (Label Forwarding

Information Base) trong mt phng chuyn tip. Mt LER cú th chuyn tip cỏc

gúi IP, gn nhón vo gúi (label push), hoc g nhón ra khi gúi (label pop), trong

khi ú mt transit-LSR ch cú kh nng chuyn tip gúi cú nhón, thờm hoc b bt

nhón.



Hỡnh 1.13 : Cu trỳc ca LER v transit-LSR

1.5.2. Mt phng chuyn tip (mt phng d liu)

Mt phng chuyn tip MPLS chu trỏch nhim chuyn tip d liu ca

ngi s dng (user). Nú s dng LFIB thc hin chuyn tip cỏc gúi cú gn

nhón cn c vo giỏ tr ca nhón nm trờn nh stack nhón.

1.5.2.1. C s thụng tin chuyn tip nhón LFIB

Trong mng IP, quyt nh chuyn tip gúi c xỏc lp bng cỏch thc hin

tra cu a ch ớch trong bng FIB xỏc nh nỳt tip theo v giao din ra. Trong

mng MPLS, mi LSR duy trỡ mt bng LFIB riờng r v tỏch bit vi FIB. Bng

LFIB cú hai loi entry l ILM (incoming label map) v FTN (FEC-to-NHLFE).

NHLFE (next hop label forwarding entry) l subentry cha cỏc trng nh a ch

nỳt tip theo, cỏc tỏc v stack nhón, giao din ra v thụng tin mo u lp 2. ILM

ỏnh x mt nhón n mt hoc nhiu NHLFE. Nhón trong gúi n s dựng chn

ra mt entry ILM c th nhm xỏc nh NHLFE. Cũn FTN ỏnh x mi FEC vo

mt hoc nhiu NHLFE. Nh cỏc entry FTN, gúi cha cú nhón c chuyn thnh

gúi cú nhón.



SVTH: Phm Thanh Hi



Trang 14



GVHD: ThS. o Minh Hng