Lời nói đầu

Sự phát triển nhanh chóng các dịch vụ IP và sự bùng nổ Internet đã dẫn đến một loạt thay đổi trong nhận thức kinh doanh của các nhà khai thác. Lưu lượng lớn nhất hiện nay trên mạng trục là lưu lượng IP. Giao thức IP thống trị toàn bộ các giao thức lớp mạng, hệ quả là tất cả các xu hướng phát triển công nghệ lớp dưới đều hỗ trợ cho IP. Nhu cầu thị trường cấp bách cho mạng tốc độ cao với chi phí thấp là cơ sở cho một loạt các công nghệ mới ra đời, trong đó có MPLS.

Trong 5 năm gần đây là khoảng thời gian mà công nghệ MPLS đã chứng minh được tính ứng dụng thực tiễn các tính năng vượt trội của nó so với các công nghệ chuyển mạch truyền thống khác như ATM.

Công nghệ MPLS là kết quả phát triển của công nghệ chuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP. MPLS tách chức năng của IP thành hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển. Bên cạnh đó, MPLS cũng hỗ trợ việc quản lý dễ dàng hơn.

Do thời gian và trình độ có hạn, nên chắc chắn những vấn đề được đề cập trong đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự lượng thứ và ý kiến đóng góp của các thầy, cô cũng như những ai quan tâm.

Trong quá trình học tập tại trường đại học Bách Khoa Hà Nội và thực hiện đồ án tốt nghiệp, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã trực tiếp và gián tiếp giúp đỡ em hoàn thành tốt chương trình học tập. Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Thạc sĩ Nguyễn Khắc Kiểm đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này.

Hà Nội, ngày tháng năm 2009

Sinh viên

Bùi Quang Thái

Tóm tắt đồ án

MPLS đã được lựa chọn để đơn giản hoá và tích hợp mạng trong mạng lõi. Nó cho phép các nhà khai thác giảm chi phí, đơn giản hoá việc quản lý lưu lượng và hỗ trợ các dịch vụ Internet. Quan trọng hơn cả, nó là một bước tiến mới trong việc đạt mục tiêu mạng đa dịch vụ với các giao thức gồm di động, thoại, dữ liệu …

Tập đoàn BCVT Việt Nam đã lựa chọn IP/MPLS làm công nghệ cho lớp chuyển tải mạng NGN đang triển khai trên phạm vi toàn quốc. Một trong những ưu điểm lớn nhất của MPLS là ở khả năng thực hiện kỹ thuật lưu lượng.

Đề tài tốt nghiệp được chia thành 4 chương với những nội dung chính như sau:

• Chương 1 - Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS: 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 – Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS: Trình bày các khái niệm và mục tiêu

• của kỹ thuật lưu lượng, khả năng và các cơ chế thực hiện kỹ thuật lưu lượng MPLS. Các vấn đề bảo vệ khôi phục đường - một trong những nhiệm vụ của kỹ thuật lưu lượng cũng được trình bày trong chương này.

• Chương 4 – Mô phỏng MPLS – TE và đánh giá.

Mục lục

Lời nói đầu - 1 -

Tóm tắt đồ án - 2 -

Các hình vẽ sử dụng trong luận văn - 7 -

DANH MỤC BẢNG BIỂU - 8 -

Các Thuật Ngữ Viết Tắt - 9 -

Chương 1: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS - 12 -

1.1 Tổng quan - 12 -

1.1.1 Tính thông minh phân tán - 12 -

1.1.2 MPLS và mô hình tham chiếu OSI - 13 -

1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS - 14 -

1.2.1 Miền MPLS (MPLS domain) - 14 -

1.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) - 16 -

1.2.3 Nhãn và Stack nhãn - 16 -

1.2.4 Hoán đổi nhãn (Label Swapping) - 17 -

1.2.5 Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path) - 17 -

1.2.6 Chuyển gói qua miền MPLS - 18 -

1.3 Mã hóa nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS - 19 -

1.3.1 Mã hóa stack nhãn - 19 -

1.3.2 Chế độ Frame - 20 -

1.3.3 Chế độ Cell - 21 -

Chương 2:ĐỊNH TUYẾN VÀ BÁO HIỆU MPLS - 22 -

2.1 Định tuyến trong MPLS - 22 -

2.1.1 Định tuyến ràng buộc (Constrain-based Routing) - 23 -

2.1.2 Định tuyến tường minh (Explicit Routing) - 24 -

2.2 Các chế độ báo hiệu MPLS - 24 -

2.2.1 Chế độ phân phối nhãn - 24 -

2.2.2 Chế độ duy trì nhãn - 26 -

2.2.3 Chế độ điều khiển LSP - 27 -

2.2.4 Các giao thức phân phối nhãn MPLS - 28 -

2.3 Giao thức LDP (Label Distribution Protocol) - 29 -

2.3.1 Hoạt động của LDP - 29 -

2.3.2 Cấu trúc thông điệp LDP - 31 -

2.3.3 Các bản tin LDP - 33 -

2.3.4 LDP điều khiển độc lập và phân phối theo yêu cầu - 34 -

2.4 Giao thức CR-LDP (Constrain-based routing LDP) - 35 -

2.4.1 Mở rộng cho định tuyến ràng buộc - 35 -

2.4.2 Thiết lập một CR-LSP (Constrain-based routing LSP) - 36 -

2.5 Giao thức RSVP-TE (RSVP Traffic Engineering) - 37 -

2.5.1 Các bản tin thiết lập dự trữ RSVP - 37 -

2.5.2 Các bản Tear Down, Error và Hello của RSVP-TE - 38 -

2.5.3 Thiết lập tuyến tường minh điều khiển tuần tự theo yêu cầu - 39 -

2.5.4 Giảm lượng overhead làm tươi RSVP - 41 -

2.6 Giao thức BGP - 41 -

2.6.1 BGPv4 và mở rộng cho MPLS - 41 -

2.6.2 Kết nối MPLS qua nhiều nhà cung cấp dịch vụ - 43 -

2.7 Tổng kết chương - 44 -

Chương 3:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS - 45 -

3.1 Kỹ thuật lưu lượng (Traffic Engineering) - 45 -

3.1.1 Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng - 45 -

3.1.2 Các lớp dịch vụ dựa trên nhu cầu QoS và các lớp lưu lượng - 46 -

3.1.3 Hàng đợi lưu lượng - 47 -

3.1.4 Giải thuật thùng rò và thùng token - 49 -

3.1.5 Giải pháp mô hình chồng phủ (Overlay Model) - 51 -

3.2 MPLS và kỹ thuật lưu lượng - 53 -

3.2.1 Khái niệm trung kế lưu lượng (traffic trunk) - 53 -

3.2.2 Đồ hình nghiệm suy (Induced Graph) - 54 -

3.2.3 Bài toán cơ bản của kỹ thuật lưu lượng trên MPLS - 54 -

3.3 Trung kế lưu lượng và các thuộc tính - 54 -

3.3.1 Các hoạt động cơ bản trên trung kế lưu lượng - 55 -

3.3.2 Thuộc tính tham số lưu lượng (Traffic Parameter) - 55 -

3.3.3 Thuộc tính lựa chọn và quản lý đường (chính sách chọn đường) - 55 -

3.3.4 Thuộc tính ưu tiên / lấn chiếm (Priority/Preemption) - 57 -

3.3.5 Thuộc tính đàn hồi (Resilience) - 57 -

3.3.6 Thuộc tính khống chế (Policing) - 58 -

3.4 Các thuộc tính tài nguyên - 58 -

3.4.1 Bộ nhân cấp phát cực đại (maximum allocation multiplier) - 58 -

3.4.2 Lớp tài nguyên (Resource-Class) - 58 -

3.4.3 TE Metric - 59 -

3.5 Tính toán đường ràng buộc - 59 -

3.5.1 Quảng bá các thuộc tính của link - 59 -

3.5.2 Tính toán LSP ràng buộc (CR-LSP) - 60 -

3.5.3 Giải thuật chọn đường - 61 -

3.5.4 Ví dụ về chọn đường cho trung kế lưu lượng - 61 -

3.5.5 Tái tối ưu hóa (Re-optimization) - 64 -

3.6 Bảo vệ và khôi phục đường - 64 -

3.6.1 Phân loại các cơ chế bảo vệ khôi phục - 65 -

3.6.2 Mô hình Makam - 66 -

3.6.3 Mô hình Haskin (Reverse Backup) - 67 -

3.6.4 Mô hình Hundessa - 67 -

3.6.5 Mô hình Shortest -Dynamic - 68 -

3.6.6 Mô hình Simple -Dynamic - 68 -

3.6.7 Mô hình Simple -Static - 69 -

3.7 Tổng kết chương - 69 -

Chương 4 : Mô phỏng MPLS và đánh giá - 70 -

4.1.Tổng quan về NS2 - 70 -

4.1.1 Giới thiệu - 70 -

4.1.2 Download và install NS-2 và NAM - 70 -

4.1.3 Chạy chương trình NS-2 và NAM - 76 -

4.2.Kiến trúc của NS2 - 77 -

4.2.1 Giới thiệu - 77 -

4.2.2 C++ và OTcl - 79 -

4.2.3 Các đặc tính của NS-2 - 82 -

4.3.Giới thiệu các phần mềm dùng kết hợp với NS2 - 83 -

4.3.1 NAM - 83 -

4.3.2 NSCRIPT - 88 -

4.3.3 Topology Generator - 91 -

4.3.4 Trace Data Analyzers - 92 -

4.4.Mô phỏng khôi phục đường theo cơ chế Shortest – Dynamic - 98 -

4.4.1.Mô hình - 98 -

4.4.2.Thực hiện và kết quả - 99 -

4.4.3.Nhận xét - 100 -

Kết luận - 101 -

Tài liệu tham khảo - 102 -

Phụ lục - 103 -