Quá trình thực hiện đề tài cũng là quá trình mà nhóm nghiên cứu phân tích và đóng góp
cho định hớng phát triển mạng viễn thông của VNPT đến 2010. Các giải pháp đa ra trong
báo cáo này đẫ cố gắng bám rất sát theo định hớng tổ chức đó.
Chúng tôi hy vọng tiếp tục nhận đợc những đóng góp nhiều hơn để đề tài có thể đạt đợc
kết quả tốt hơn.
Báo cáo đề tài: 5
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bu Điện
Từ viết tắt
Viết tắt Tiếng Anh Tiềng Việt
Báo cáo đề tài: 6
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bu Điện
Chơng I. Cơ sở công nghệ MPLS
I.1. Lịch sử phát triển MPLS
ý tờng đầu tiên về MPLS đợc đa ra bởi hãng Ipsilon, một hãng rất nhỏ về công nghệ
thông tin trong triển lãm về công nghệ thông tin, viễn thông tại Texas. Một thời gian ngắn
sau đó, Cisco và một loạt các hãng lớn khác nh IBM, Toshiba công bố các sản phẩm của
họ sử dụng công nghệ chuyển mạch đợc đặt dới nhiều tên khác nhau nhng đều cùng
chung bản chất đó là công nghệ chuyển mạch dựa trên nhãn.
Thiết bị CSR (Cell switch router) của Toshiba ra đời năm 1994 là tổng đài ATM đầu tiên
đợc điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM. Tổng đài IP của Ipsilon về thực
chất là một ma trận chuyển mạch ATM đợc điều khiển bởi khối xử lý sử dụng công nghệ
IP. Công nghệ Tag switching của Cisco cũng tơng tự nhng có bổ sung thêm một số điểm
mới nh FEC (Forwarding equivalence class), giao thức phân phối nhãn, v.v Cisco phát
hành ấn bản đầu tiên về chuyển mạch thẻ (tag switching) vào tháng 3 năm 1998 và trong
thời gian gần đây, nhóm nghiên cứu IETF đã tiến hành các công việc để đa ra tiêu chuẩn
và khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS.
Sự ra đời của MPLS đợc dự báo là tất yếu khi nhu cầu và tốc độ phát triển rất nhanh của
mạng Internet yêu cầu phải có một giao thức mới đảm bảo chất lợng dịch vụ theo yêu cầu
đồng thời phải đơn giản và tốc độ xử lý phải rất cao. Tồn tại rất nhiều công nghệ để xây
dựng mạng IP, nh IPOA (IP qua ATM), IPOS (IP qua SDH/SONET), IP qua WDM và IP
qua cáp quang. Mỗi công nghệ có u điểm và nhợc điểm nhất định. Công nghệ ATM đợc
sử dụng rộng rãi trên toàn cầu trong các mạng IP xơng sống do tốc độ cao, chất lợng dịch
vụ QoS, điều khiển luồng và các đặc tính khác của nó mà các mạng định tuyến truyền
thống không có. Nó cũng đợc phát triển để hỗ trợ cho IP. Hơn nữa, trong các trờng hợp
đòi hỏi thời gian thực cao, IPOA sẽ là sự lựa chọn số một.
IPOA truyền thống là một công nghệ lai ghép. Nó đặt IP (công nghệ lớp thứ 3) trên ATM
(công nghệ lớp thứ 2). Các giao thức của hai lớp là hoàn toàn độc lập. Chúng đợc kết nối
với nhau bằng một loạt các giao thức (nh NHRP, ARP, v.v ). Cách tiếp cận này hình
thành tự nhiên và nó đợc sử dụng rộng rãi. Khi xuất hiện sự bùng nổ lu lợng mạng, phơng
thức này dẫn đến một loạt các vấn đề cần giải quyết.
Thứ nhất, trong phơng thức lai ghép, cần phải thiết lập các kết nối PVC cho tất cả các
nút nghĩa là để thiết lập mạng với tất cả các kết nối nh đợc biểu diễn trong hình I-1.
Điều này sẽ tạo ra hình vuông N. Khi thiết lập, duy trì và ngắt kết nối giữa các nút, các
mào đầu liên quan (nh số kênh ảo, số lợng thông tin điều khiển) sẽ chỉ thị về độ lớn
Báo cáo đề tài: 7
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bu Điện
của hình vuông N của số các nút. Khi mạng mở rộng, mào đầu sẽ ngày càng lớn và tới
mức không thể chấp nhận đợc.
Phơng thức lai ghép phân chia toàn bộ mạng IPOA thành rất nhiều các LIS (Mạng con
IP Logic), thậm chí với các LIS trong cùng một mạng vật lý. Các LIS đợc kết nối nhờ
các bộ định tuyến trung gian đợc biểu diễn trong hình I-2. Cấu hình multicast giữa các
LIS khác nhau trên một mặt và giữa các bộ định tuyến này sẽ trở nên hạn chế khi
luồng lu lợng lớn. Cấu hình nh vậy chỉ áp dụng cho các mạng nhỏ nh mạng doanh
nghiệp, mạng trờng sở, v.v và không phù hợp với nhu cầu cho các mạng xơng xống
Internet trong tơng lai. Cả hai đều khó mở rộng.
Không phải tất cả mọi cân nhắc đợc đa ra trong quá trình thiết kế IP và ATM. Điều này
tạo nên sự liên kết giữa chúng phụ thuộc vào một loạt các giao thức phức tạp và các bộ
định tuyến xử lý các giao thức này. Sự phức tạp sẽ gây ra các hiệu ứng bất lợi đến độ tin
cậy của các mạng xơng sống.
Hình I- :Sự mở rộng mạng IPOA.
Các công nghệ nh MPOA, và LANE đã đợc hình thành để giải quyết các tồn tại này. Tuy
nhiên các giải pháp đó không thể giải quyết đợc tất cả các tồn tại. Trong khi ấy, nổi bật
lên trên một loạt các công nghệ IPOA khác với phơng thức lai ghép là chuyển mạch nhãn
theo phơng thức tích hợp. Chúng cung cấp giải pháp hợp lý để giải quyết những tồn tại
này. Các khả năng cơ bản mà MPLS cung cấp cho việc phân phối các dịch vụ th ơng mại
IP bao gồm:
Hỗ trợ VPN
Định tuyến hiện (cũng đợc biết đến nh là định tuyến có điều tiết hay điều khiển lu l-
ợng)
Hỗ trợ cục bộ cho định tuyến IP trong các tổng đài chuyển mạch ATM.
Báo cáo đề tài: 8
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bu Điện
Hình I- :Nút cổ chai trong mạng IPOA.
Khái niệm chuyển mạch nhãn xuất phát từ quá trình nghiên cứu hai thiết bị cơ bản trong
mạng IP: tổng đài chuyển mạch và bộ định tuyến. Chúng ta có thể thấy rằng chỉ xét trong
các yếu tố tốc độ chuyển mạch, phơng thức điều khiển luồng, tỉ lệ giữa giá cả và chất lợng
thì tổng đài chuyển mạch chắc chắn tốt hơn nhiều so với bộ định tuyến. Tuy nhiên, các bộ
định tuyến có các chức năng định tuyến mềm dẻo mà tổng đài không thể so sánh đợc. Do
đó chúng ta không thể không nghĩ rằng chúng ta có thể có một thiết bị có khả năng điều
khiển luồng, tốc độ cao của tổng đài cũng nh các chức năng định tuyến mềm dẻo của bộ
định tuyến. Đó là động cơ then chốt để phát triển chuyển mạch nhãn.
Nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch nhãn là sử dụng một thiết bị tơng tự nh bộ định
tuyến để điều khiển thiết bị chuyển mạch phần cứng ATM, do vậy công nghệ này có đợc
tỉ lệ giữa giá thành và chất lợng có thể sánh đợc với tổng đài. Nó cũng có thể hỗ trợ thậm
chí rất nhiều chức năng định tuyến mới mạnh hơn nh định tuyến hiện v.v Công nghệ này
do đó kết hợp một cách hoàn hảo u điểm của các tổng đài chuyển mạch với u điểm của
các bộ định tuyến, và trở thành điểm nóng thu hút sự tập trung của ngành công nghiệp.
I.2. Quá trình phát triển và giải pháp ban đầu của các hãng
I.2.1. IP over ATM
Mặc dù các ứng dụng MPLS hoàn toàn không giới hạn bởi IPOA, sự cải tiến IPOA đầu
tiên sinh ra MPLS. Công việc tiêu chuẩn hoá ATM bắt đầu rất sớm vào khoảng năm 1980,
và ngay sau đó phạm vi ứng dụng của IP dẫn tới việc nghiên cứu xem việc triển khai IP
trên ATM nh thế nào. Một số nhóm làm việc IETF đã giải quyết câu hỏi này, và đa đến
kết quả trong hai tài liệu RFC là RFC 1483 và RFC 1577 vào năm 1993 và 1994.
RFC1483 mô tả cách đóng gói bản tin IP trong các tế bào ATM trong khi RFC1577 định
nghĩa CIPOA và ATMARP (ATM Address Resolution Protocol).
Báo cáo đề tài: 9
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bu Điện
CIPOA thiết kế ATM bằng công nghệ mạng con IP logic, máy chủ và các bộ định tuyến
IP đặt trong các LIS khác nhau. Khi cả hai phần liên lạc đều nằm trong cùng một LIS
giống nhau, chúng có thể liên lạc trực tiếp. Nếu không chúng không thể liên lạc trực tiếp
với nhau và cần sử dụng thiết bị router trung gian.
Vì những nhợc điểm của CIPOA đợc đề cập ở trên, trong khi nó lại đợc sử dụng rất rộng
rãi, các nhà nghiên cứu đang xúc tiến để tìm kiếm một công nghệ IPOA hiệu quả hơn.
I.2.2. Toshiba's CSR
Toshiba đa ra mô hình chuyển mạch nhãn dựa trên công nghệ CSR (Cell Switching
Router). Mô hình này đầu tiên đề xuất ý tởng đặt cấu trúc chuyển mạch ATM dới sự điều
khiển của giao thức IP (nh giao thức định tuyến IP và giao thức RSVP) mà không phải là
giao thức ATM (Q.2931). Bởi vậy mô hình này có thể loại trừ toàn bộ thủ tục báo hiệu
cuộc gọi ATM và việc xắp xếp địa chỉ phức tạp. Mạng CSR có thể chấp nhận tổng đài
chuyển mạch ATM và các tổng đài chuyển mạch CSR tại cùng một thời điểm. CSR có thể
thay thế các bộ định tuyến giữa các LIS trong CIPOA, do đó giải phóng nhu cầu cho
NHRP.
CSR xem nh là công nghệ chuyển mạch nhãn đầu tiên đợc đệ trình tại cuộc họp IETF
BOF vào cuối năm 1994 và đầu năm 1995. Tuy nhiên, không có những nghiên cứu
chuyên sâu vào mô hình này. Định nghĩa của công nghệ này không rõ ràng và hoàn chỉnh.
Và các sản phẩm thơng mại cha có.
I.2.3. Cisco's Tag Switching
Chỉ một vài tháng sau khi Ipsion thông báo về công nghệ chuyển mạch IP, Cisco đã phổ
biến công nghệ chuyển mạch thẻ của mình. Mô hình này khác rất nhiều so với hai công
nghệ ở trên. Ví dụ, nó không sử dụng điều khiển luồng nhng sử dụng phơng thức điều
khiển theo sự kiện trong thiết lập bảng định tuyến, và nó không giới hạn với các ứng dụng
trong hệ thống chuyển mạch ATM. Không giống nh Ipsilon, Cisco tiêu chẩn hoá quốc tế
công nghệ này. Các tài liệu RFC đợc ban hành cho nhiều khía cạnh của công nghệ, và các
nỗ lực của Cisco đã mang lại kết quả trong việc thiết lập nên nhóm làm việc MPLS IETF.
Chính Cisco là nhà đi tiên phong và thiết lập nền móng cho các tiêu chuẩn MPLS. Các sản
phẩm MPLS chủ yếu của Cisco vẫn tẩptung trong dòng các Router truyền thống. Các hệ
thống Router này hỗ trợ đồng thời 2 giao thức TDP (Tag Distribution Protocol) là LDP
(label Distribution Protocol).
I.2.4. IBM's ARIS và Nortel's VNS
Ngay sau khi Cisco thông báo về công nghệ của mình, IBM bắt kịp với ARIS (aggregate
Route-based IP Switching) của mình và đóng góp vào các tiêu chuẩn RFC. Mặc dầu ARIS
khá giống với chuyển mạch thẻ, chúng cũng có rất nhiều các điểm khác biệt. Các công ty
Báo cáo đề tài: 10
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bu Điện
lớn khác trong công nghiệp, nh Nortel, cũng sử dụng chúng trong các sản phẩm VNS
chuyển mạch nhãn của mình. Có thể thấy rằng nghiên cứu về chuyển mạch nhãn đã nhận
đợc sự chú ý rộng rãi trong công nghiệp.
Không chỉ có một số hãng hàng đầu về công nghệ thông tin quan tâm đến MPLS mà các
nhà sản xuất thiết bị viễn thông truyền thống nh Alcatel, Eicsson, Siemens, NEC đều rất
quan tâm và phát triển các sản phẩm MPLS của mình. Các dòng sản phẩm thiết bị mạng
thế hệ mới (chuyển mạch, router) của họ đều hỗ trợ MPLS.
I.2.5. Công việc chuẩn hoá MPLS
Với sự hỗ trợ từ nhiều công ty, IETF triệu tập cuộc họp BOF trong năm 1996. Đây là một
trong những cuộc họp thành công nhất trong lịch sử IETF. MPLS đi vào con đờng chuẩn
hoá một cách hợp lý, mặc dầu nó còn đợc cân nhắc xem liệu có những bộ định tuyến đủ
nhanh hay công nghệ này liệu có còn cần thiết. Trong thực tế, không có một bộ định
tuyến nào đảm bảo đợc tốc độ cao hơn và các công nghệ chuyển mạch nhãn cần phải đợc
chuẩn hoá.
Vào đầu năm 1997, hiến chơng MPLS đợc thông qua.
Vào tháng 4 năm 1997 nhóm làm việc MPLS tiến hành cuộc họp đầu tiên.
Vào tháng 11 năm 1997, tài liệu MPLS đợc ban hành.
Vào tháng 7 năm 1998, tài liệu cấu trúc MPLS đợc ban hành.
Trong tháng 8 và tháng 9 năm 1998, 10 tài liệu Internet bổ xung đợc ban hành, bao
gồm MPLS LDP (Label Distribution Protocol), Mark Encoding, các ứng dụng ATM,
v.v MPLS hình thành về căn bản.
IELF hoàn thiện các tiêu chuẩn MPLS và đa ra các tài liệu RFC trong năm 1999.
Chúng ta có thể thấy rằng MPLS đã phát triển rất nhanh chóng và hiệu quả. Điều này
cũng chứng minh những yêu cầu cấp bách trong công nghiệp cho một công nghệ mới.
Hầu hết các tiêu chuẩn MPLS hiện tại đã đợc ban hành dới dạng RFC.
Các tiêu chuẩn MPLS đợc xây dựng trên cơ sở một tập các RFC, khi toàn bộ các RFC đợc
hoàn thiện chúng sẽ đợc tập hợp với nhau cho phép xây dựng một hệ thống tiêu chuẩn
MPLS.
I.3. Nhóm làm việc MPLS trong IETF
MPLS là một nhóm là việc IETF cung cấp các bản phác thảo về định tuyến, gửi chuyển
tiếp và chuyển mạch các luồng lu lợng qua mạng sử dụng MPLS.
Nhóm MPLS thi hành các chức năng sau:
Báo cáo đề tài: 11
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bu Điện
Xác định cơ chế quản lý các luồng lu lợng của các phần tử khác nhau, nh các luồng lu
lợng giữa các phần cứng, các máy móc khác nhau hoặc thậm chí là các luồng lu lợng
giữa các ứng dụng khác nhau.
Duy trì tính độc lập của các giao thức lớp 2 và lớp 3.
Cung cấp các phơng tiện để sắp xếp các địa chỉ IP thành các nhãn có độ dài cố định và
đơn giản đợc các công nghệ gửi chuyển tiếp gói tin và chuyển mạch gói sử dụng.
Giao diện với các giao thức định tuyến có sẵn nh RSVP và OSPF.
Hỗ trợ IP, ATM, và các giao thức lớp 2 Frame-Relay.
Trong MPLS, việc truyền dữ liệu thực hiện theo các đờng chuyển mạch nhãn (LSP). Các
đờng chuyển mạch nhãn là dãy các nhãn tại mỗi nút và tại tất cả các nút dọc theo tuyến từ
nguồn tới đích. LSP đợc thiết lập hoặc là trớc khi truyền dữ liệu hoặc trong khi tìm luồng
dữ liệu. Các nhãn đợc phân phối sử dụng giao thức phân phối nhãn LDP hoặc RSVP hoặc
dựa trên các giao thức định tuyến nh giao thức BGP và OSPF. Mỗi gói dữ liệu nén và
mang các nhãn trong quá trình đi từ nguồn tới đích. Chuyển mạch tốc độ cao có thể chấp
nhận đợc vì các nhãn với độ dài cố định đợc chèn vào vị trí đầu của gói tin hoặc tế bào và
có thể đợc phần cứng sử dụng để chuyển mạch các gói tin một cách nhanh chóng giữa các
đờng liên kết.
Nhóm làm việc MPLS chịu trách nhiệm chuẩn hoá các công nghệ cơ sở cho sử dụng
chuyển mạch nhãn và cho việc thi hành các đờng chuyển mạch nhãn trên các loại công
nghệ lớp liên kết, nh Frame Relay, ATM và các công nghệ LAN (Ethernet, Token Ring,
v.v ). Nó bao gồm các thủ tục và các giao thức cho việc phân phối nhãn giữa các bộ định
tuyến, xem xét về đóng gói và multicast.
Các mục tiêu khởi đầu của nhóm làm việc đã gần nh hoàn thành. Cụ thể, nó đã xây dựng
một số các RFC (xem liệt kê phía dới) định nghĩa Giao thức phân phối nhãn cơ sở (LDP),
kiến trúc MPLS cơ sở và đóng gói gói tin, các định nghĩa cho việc chạy MPLS qua các đ-
ờng liên kết ATM, Frame Relay.
Các mục tiêu tới đây của nhóm làm việc là:
Hoàn thành các chỉ mục còn tồn tại
Phát triển các tiêu chuẩn đề nghị của nhóm làm việc MPLS thành các bản dự thảo tiêu
chuẩn. Bao gồm: LDP, CR-LDP, và các tiêu chuẩn kỹ thuật RSVP-TE cũng nh vấn đề
đóng gói.
Định rõ các mở rộng phù hợp với LDP và RSVP cho việc xác nhận LSP nguồn.
Hoàn thành các công việc trên MPLS-TE MIB
Xác định các cơ chế chấp nhận lỗi cải tiến cho LDP.
Báo cáo đề tài: 12
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bu Điện
Xác định các cơ chế phục phồi MPLS cho phép một đờng chuyển mạch nhãn có thể đ-
ợc sử dụng nh là một bản dự trữ cho một tập các đờng chuyển mạch nhãn khác bao
gồm các trờng hợp cho phép sửa chữa cục bộ.
Cung cấp tài liệu về các phơng thức đóng gói MPLS mở rộng cho phép hoạt động trên
các đờng chuyển mạch nhãn trên các công nghệ lớp thấp hơn, nh phân chia theo thời
gian (SONET ADM), độ dài bớc sóng và chuyển mạch không gian.
Hoàn tất các công việc đang tiến hành cho việc xác định cơ cấu với IP Multicast qua
các đòng chuyển mạch nhãn.
I.3.1. Các tiêu chuẩn của nhóm làm việc MPLS trong IETF
Bảng sau tóm tắt một số tiêu chuẩn cơ bản về MPLS đã đoự nhóm nghiên cứu và IETF
công bố ban hành dới dạng RFC.
Bảng I- : Các tiêu chuẩn IETF về MPLS.
STT Tên tiêu chuẩn, dự thảo tiêu chuẩn
Carrying Label Information in BGP-4
Definitions of Managed Objects for the Multiprotocol Label Switching, Label
Distribution Protocol (LDP)
LDP State Machine
RSVP-TE: Extensions to RSVP for LSP Tunnels
Constraint-Based LSP Setup using LDP
MPLS Traffic Engineering Management Information Base Using SMIv2
MPLS Support of Differentiated Services
Framework for IP Multicast in MPLS
MPLS Label Switch Router Management Information Base Using SMIv2
ICMP Extensions for MultiProtocol Label Switching
Applicability Statement for CR-LDP
Applicability Statement for Extensions to RSVP for LSP-Tunnels
LSP Modification Using CR-LDP
LSP Hierarchy with MPLS TE
Link Management Protocol (LMP)
Framework for MPLS-based Recovery
Multiprotocol Label Switching (MPLS) FEC-To-NHLFE (FTN) Management
Information Base Using SMIv2
Báo cáo đề tài: 13
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bu Điện
Fault Tolerance for LDP and CR-LDP
Generalized MPLS - Signaling Functional Description
MPLS LDP Query Message Description
Signalling Unnumbered Links in CR-LDP
LDP Extensions for Optical User Network Interface (O-UNI) Signaling
Signalling Unnumbered Links in RSVP-TE
Requirements for support of Diff-Serv-aware MPLS Traffic Engineering
Extensions to RSVP-TE and CR-LDP for support of Diff-Serv-aware MPLS Traffic Engineering
Generalized MPLS Signaling - CR-LDP Extensions
Generalized MPLS Signaling - RSVP-TE Extensions
Báo cáo đề tài: 14
2001, Phòng NCKT Chuyển mạch, Viện KHKT Bu Điện
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét