Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG MỘT SỐ CƠ CHẾ BẢO VỆ, KHÔI PHỤC ĐƯỜNG TRONG MPLS-TE

MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH VẼ iii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU v

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi

LỜI MỞ ĐẦU ix

CHƯƠNG 1. CÁC ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT CỦA CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC 1

1.1 Giới thiệu chung về MPLS. 1

1.1.1 Các tiền đề phát triển MPLS. 1

1.1.2 Các đặc điểm nổi bật của kỹ thuật MPLS. 3

1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS. 4

1.2.1 Miền chuyển mạch nhãn MPLS. 4

1.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương. 5

1.2.3 Nhãn và ngăn xếp nhãn. 6

1.2.4 Hoán đổi nhãn. 9

1.2.5 Đường chuyển mạch nhãn. 9

1.2.6 Truyền tải lưu lượng trong miền chuyển mạch nhãn MPLS. 12

1.3 Kiến trúc chức năng MPLS. 13

1.3.1 Kiến trúc chức năng bộ chuyển mạch nhãn LSR, LER 13

1.3.2 Mặt phẳng điều khiển. 15

1.3.3 Mặt phẳng chuyển tiếp. 15

1.4 Định tuyến trong MPLS. 17

1.4.1 Giao thức định tuyến nội miền IGP 17

1.4.2 Giao thức định tuyến ngoại biên mở rộng MP-BGP 18

1.4.3 Các giao thức định tuyến ràng buộc và tường minh. 22

1.5 Cơ chế phân phối và trao đổi nhãn trong MPLS. 25

1.5.1 Giao thức phân phối nhãn LDP 26

1.5.2 Các cơ chế trao đổi nhãn. 28

1.5.3 Các cơ chế duy trì nhãn. 29

1.5.4 Các cơ chế điều khiển LSP 30

1.6 Kết luận chương 1. 30

CHƯƠNG 2. KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MPLS VÀ CÁC CƠ CHẾ BẢO VỆ, KHÔI PHỤC 32

2.1 Tổng quan về kỹ thuật lưu lượng. 32

2.1.1 Khái niệm kỹ thuật lưu lượng. 32

2.1.2 Bài toán tắc nghẽn và kỹ thuật lưu lượng. 33

2.1.3 Kỹ thuật lưu lượng tại lớp liên kết dữ liệu. 34

2.1.4 Kỹ thuật lưu lượng tại lớp mạng. 36

2.1.5 Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. 37

2.2 Kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE 38

2.2.1 Sự cần thiết của MPLS-TE 38

2.2.2 Tổng quan cơ chế hoạt động của MPLS-TE 39

2.2.3 Các thuộc tính ràng buộc của liên kết 42

2.2.4 Các thuộc tính ràng buộc của trung kế lưu lượng. 43

2.2.5 Phân phối thông tin ràng buộc. 49

2.2.6. Tính toán và thiết lập, báo hiệu đường ràng buộc. 51

2.2.7 Truyền tải lưu lượng của trung kế lưu lượng lên LSP ràng buộc. 59

2.3 Bảo vệ, khôi phục trong MPLS-TE 63

2.3.1 Sự cần thiết của bảo vệ, khôi phục trong MPLS-TE 63

2.3.2 Khái niệm và phân loại các cơ chế bảo vệ, khôi phục trong MPLS-TE 64

2.3.3 Các mô hình bảo vệ, khôi phục đường. 66

2.3.4 So sánh hiệu năng các mô hình bảo vệ, khôi phục đường. 70

2.4 Kết luận chương 2. 73

CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ CƠ CHẾ BẢO VỆ, KHÔI PHỤC ĐƯỜNG TRONG MPLS-TE 75

3.1 Lựa chọn công cụ mô phỏng. 75

3.2 Phần mềm mô phỏng NS-2. 77

3.2.1 Kiến trúc NS-2, C++ và OTcl 77

3.2.2 Kiến trúc module MNS v2.0. 78

3.2.3 Kiến trúc các hàm giao diện API trong MNSv2.0. 81

3.3 Mô phỏng và khảo sát một số cơ chế bảo vệ, khôi phục đường trong kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE 82

3.3.1 Chuẩn bị công cụ mô phỏng. 83

3.3.2 Xây dựng Topology mô phỏng. 83

3.3.3 Mô phỏng mô hình bảo vệ, khôi phục đường Makam 85

3.3.4 Mô phỏng mô hình bảo vệ, khôi phục đường Haskin. 90

3.3.5 Mô phỏng mô hình bảo vệ, khôi phục đường Shortest-Dynamic. 93

3.3.6 Mô phỏng mô hình bảo vệ, khôi phục đường Simple-Dynamic. 97

3.3.7 Mô phỏng mô hình bảo vệ, khôi phục đường Simple-Static. 101

3.4 Phân tích và đánh giá kết quả mô phỏng tổng hợp. 105

3.5 Một số giải pháp lựa chọn mô hình bảo vệ, khôi phục đường. 111

3.6 Kết luận chương 3. 113

KẾT LUẬN.. 115

PHỤ LỤC: MÃ NGUỒN CÁC CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG . 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 134

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1: Kỹ thuật MPLS và mô hình kết nối hệ thống mở OSI 2

Hình 1.2: So sánh cơ chế định tuyến/chuyển mạch sử dụng IP và MPLS. 3

Hình 1.3: Miền chuyển mạch nhãn MPLS. 4

Hình 1.4: Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) trong MPLS. 5

Hình 1.5: Định dạng của một thực thể nhãn trong ngăn xếp nhãn. 6

Hình 1.6: Ngăn xếp nhãn (MPLS Label Stack). 7

Hình 1.7: Giá trị PID trong các giao thức lớp liên kết dữ liệu nhận dạng thành phần tải tin là khung dữ liệu MPLS. 7

Hình 1.8: Mã hóa ngăn xếp nhãn trong chế độ (khung) Frame-Mode. 8

Hình 1.9: Mã hóa ngăn xếp nhãn trong chế độ tế báo (Cell-Mode). 9

Hình 1.10: Thiết lập đường chuyển mạch nhãn LSP 11

Hình 1.11: Phân cấp LSP trong MPLS. 11

Hình 1.12: Truyền tải lưu lượng trong miền chuyển mạch nhãn MPLS. 12

Hình 1.13: Kiến trúc chức năng của các bộ chuyển mạch LER/LSR 13

Hình 1.14: Mặt phẳng điều khiển MPLS. 15

Hình 1.15: Hoạt động trong mặt phẳng chuyển tiếp MPLS. 16

Hình 1.16: Giao thức định tuyến nội miền IGP trong MPLS. 18

Hình 1.17: Giao thức định tuyến ngoại biên BGPv4. 19

Hình 1.18: Giao thức ngoại biên mở rộng MP-BGP với ứng dụng MPLS-VPN 22

Hình 1.19: Định tuyến/Chuyển mạch IP truyền thống. 23

Hình 1.20: Định tuyến ràng buộc CBR 24

Hình 1.21: Thủ tục thăm dò LSR lân cận của giao thức phân phối nhãn LDP 27

Hình 1.22: Cơ chế trao đổi nhãn DoD 28

Hình 1.23: Cơ chế trao đổi nhãn UD 29

Hình 2.1: Bài toán tắc nghẽn. 34

Hình 2.2: Mô hình xếp chồng. 35

Hình 2.3: Kỹ thuật lưu lượng tại lớp 2. 36

Hình 2.4: Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS. 38

Hình 2.5: Tổng quan cơ chế hoạt động của MPLS-TE 40

Hình 2.6: Các thuộc tính ER và Path Options trên thiết bị định tuyến của Cisco. 48

Hình 2.7: Băng thông khả dụng hiện thời tương ứng với mức độ ưu tiên của trung kế lưu lượng và giao thức OSPF. 51

Hình 2.8: Tính toán đường ràng buộc cho trung kế lưu lượng. 54

Hình 2.9: Loại bỏ các đường dẫn không thỏa mãn thuộc tính ràng buộc. 55

Hình 2.10: CSPF lựa chọn đường dẫn phù hợp nhất 55

Hình 2.11: Thiết lập đường ràng buộc CR-LSP với giao thức CR-LDP 57

Hình 2.12 Thiết lập đường ràng buộc TE-LSP với giao thức RSVP-TE 58

Hình 2.13: Truyền tải lưu lượng lên TE-LSP bằng phương thức Autoroute Announce. 61

Hình 2.14: Truyền tải lưu lượng lên TE-LSP bằng phương thức Forwarding Adjacency. 62

Hình 2.15: Mô hình Makam 67

Hình 2.16: Mô hình Haskin. 68

Hình 2.17: Mô hình Shortest-Dynamic. 69

Hình 2.18: Mô hình Simple-Dynamic. 70

Hình 3.1: Nguyên tắc hoạt động của NS-2 dưới góc độ người dùng. 78

Hình 3.2: Kiến trúc chức năng nút MPLS với module MNSv2.0. 79

Hình 3.3: Quá trình xử lý dành riêng tài nguyên tại mỗi nút 80

Hình 3.4: Kiến trúc chức năng nút MPLS với module MNSv2.0 mở rộng. 81

Hình 3.5: Topology mô phỏng bảo vệ, khôi phục đường. 84

Hình 3.6: Mô hình Makam – Đường đi của lưu lượng trước thời điểm sự cố. 86

Hình 3.7: Mô hình Makam – Lưu lượng bị mất gói tại thời điểm sự cố. 87

Hình 3.8: Mô hình Makam – Đường đi của lưu lượng sau thời điểm sự cố. 87

Hình 3.9: Mô hình Makam – Đồ thị thông lượng theo thời gian nhận được tại R10. 88

Hình 3.10: Mô hình Makam – Tỷ lệ mất gói trong thời gian hội tụ. 89

Hình 3.11: Mô hình Haskin – Lưu lượng được chuyển mạch sang đường dự phòng đảo sau thời điểm xảy ra sự cố. 91

Hình 3.12: Mô hình Haskin – Đồ thị thông lượng theo thời gian nhận được tại R10. 91

Hình 3.13: Mô hình Haskin – Tỷ lệ mất gói trong thời gian hội tụ. 92

Hình 3.14: Mô hình Shortest-Dynamic – Lưu lượng được chuyển mạch sang đường khôi phục tránh liên kết LSR5-LSR7 bị lỗi sau thời điểm xảy ra sự cố. 94

Hình 3.15: Mô hình Shortest-Dynamic – Đồ thị thông lượng theo thời gian nhận được tại nút R10 95

Hình 3.16: Mô hình Shortest-Dynamic – Tỷ lệ mất gói trong thời gian hội tụ. 95

Hình 3.17: Mô hình Simple-Dynamic – Lưu lượng được chuyển mạch sang đường khôi phục ngắn nhất tới Tailend-LSR sau thời điểm xảy ra sự cố. 98

Hình 3.18: Mô hình Simple-Dynamic – Đồ thị thông lượng theo thời gian nhận được tại R10 98

Hình 3.19: Mô hình Simple-Dynamic – Tỷ lệ mất gói trong thời gian hội tụ. 99

Hình 3.20: Mô hình Simple-Static – Lưu lượng được chuyển mạch sang đường khôi phục ngắn nhất tới Tailend-LSR sau thời điểm xảy ra sự cố. 102

Hình 3.21: Mô hình Simple-Dynamic – Đồ thị thông lượng theo thời gian nhận được tại R10 102

Hình 3.22: Mô hình Simple-Static – Tỷ lệ mất gói trong thời gian hội tụ. 103

Hình 3.23: Biểu đồ tổng hợp thông lượng trung bình. 106

Hình 3.24: Biểu đồ tổng hợp tỷ lệ mất gói trong thời gian hội tụ. 107

Hình 3.25: Biểu đồ tổng hợp thời gian ngưng dịch vụ. 108

Hình 3.26: Biểu đồ tổng hợp độ trễ toàn trình trung bình. 110

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Giá trị PID nhận dạng phần tải tin MPLS trong các giao thức liên kết dữ liệu. 7

Bảng 1.2: Nội dung bản tin cập nhật của BGP (BGP-Update). 20

Bảng 1.3: Nội dung trường Path-Attribute. 20

Bảng 1.4: So sánh các giao thức phân phối nhãn trong MPLS. 25

Bảng 2.1: Các sub-TLV của OSPF mở rộng cho MPLS-TE 49

Bảng 2.2: Các sub-TLV của IS-IS mở rộng cho MPLS-TE 50

Bảng 2.3: So sánh đặc điểm các mô hình bảo vệ, khôi phục đường trong MPLS-TE 66

Bảng 2.4: So sánh đặc điểm các mô hình bảo vệ, khôi phục đường. 71

Bảng 3.1: Kết quả mô phỏng mô hình Makam 90

Bảng 3.2: Kết quả mô phỏng mô hình Haskin. 93

Bảng 3.3: Kết quả mô phỏng mô hình Shortest-Dynamic. 97

Bảng 3.4: Kết quả mô phỏng mô hình Simple-Dynamic. 100

Bảng 3.5: Kết quả mô phỏng mô hình Simple-Static. 104

Bảng 3.6: Bảng tổng hợp các tham số đo kiểm 105

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AAL ATM Adaptation Layer Lớp tương thích ATM

AS Autonomous System Hệ tự trị

ASIC Application-Specific Integrated Circuit Mạch tích hợp ứng dụng xác định

ATM Asynchronous Transfer Mode Giao thức truyền tải cận đồng bộ

BGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng biên

CR Constraint-based Routing Định tuyến ràng buộc

CR-LDP Constraint-based Routing Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn hỗ trợ định tuyến ràng buộc

CR-LSP Constraint-based Routing Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn được định tuyến ràng buộc

CSPF Constraint-based Shortest Path First Thuật toán tìm đường dẫn ngắn nhất trước tiên dựa trên định tuyến ràng buộc

DiffServ Differentiated Service Phân biệt dịch vụ

DLCI Data Link Connection Identifier Thành phần nhận dạng giao diện liên kết dữ liệu

DSCP Differentiated Service Code Point Mã phân biệt dịch vụ

EBGP External Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng biên ngoại miền

EGP External Gateway Protocol Giao thức định tuyến ngoại miền

ER Explicite Route Đường tường minh

ERO Explicite Route Object Đối tượng đường tường minh

EXP Experimetal Bit Trường thực nghiệm

FEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tương đương

FIB Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp

FIS Fault Information Signal Tín hiệu thông báo xảy ra lỗi

FR Frame-Relay Công nghệ Frame-Relay

FRS Fault Recovery Signal Tín hiệu thông báo khôi phục lỗi

FTN FEC to NHLFE Map Ánh xạ FEC sang NHLFE

GMPLS Generalized MPLS MPLS tập trung

IBGP Internal Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng biên nội miền

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện các kỹ sư điện và điện tử nghiên cứu tiêu chuẩn quốc tế

IETF Internet Engineering Task Force Lực lượng nghiên cứu Internet

IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến nội miền

ILM Incoming Label Map Ánh xạ nhãn đầu vào

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IPv4, IPv6 Internet Protocol version 4, 6 Giao thức Internet phiên bản 4, 6

IS-IS Intermediate System – Intermediate System Giao thức định tuyến giữa các hệ thống trung gian

LC-ATM Label Controlled ATM Giao thức ATM điều khiển nhãn

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn

LER Label Edge Router Bộ chuyển mạch nhãn tại biên

LFIB Label Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn

LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn

LSA Link-State Advertisement Bản tin quảng bá trạng thái liên kết

LSP Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãn

LSR Label Switching Router Bộ chuyển mạch nhãn

MNS MPLS module for NS Module mô phỏng MPLS cho NS

MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

MPLS-TE Multiprotocol Label Switching-Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng trong chuyển mạch nhãn đa giao thức

MTU Maximum Transfer Unit Đơn vị truyền tải tối đa

NAM Network Animator Mô hình hóa mạng mô phỏng NS

NGN Next-Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp

NHLFE Next Hop Label Forwarding Entry Chỉ mục nhãn chuyển tiếp kế tiếp

NHRP Next Hop Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ

NLRI Network Layer Reachability Information Thông tin khả tới tại lớp mạng

NS Network Simulator Phần mềm mô phỏng mạng

OSI Open System Interconnection Kết nối hệ thống mở

OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến mở đường dẫn ngắn nhất trước tiên

PID Protocol Identifier Thành phần nhận dạng giao thức

PHP Penultimate Hop Popping Gỡ nhãn ở chặng cuối

PIL Protection Ingress LSR LSR bảo vệ đầu vào

PML Protection Merging LSR LSR khôi phục

POR Point of Repair Điểm sửa chữa

PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm-điểm

PSL Path Switch LSR LSR chuyển mạch đường

PVC Permanent Virtual Circuit Kết nối ảo tĩnh

RFC Request for Comment Các khuyến nghị

RIB Routing Information Base Cơ sở thông tin định tuyến

RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành riêng tài nguyên

SONET Sychronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

SPF Shortest Path First Thuật toán định tuyến đường dẫn ngắn nhất trước tiên

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải

TE Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng

TLV Type, Length, Value Loại, độ dài, giá trị

TTL Time to live Thời gian tồn tại của gói tin

ToS Type of Service Loại dịch vụ của gói tin

UDP User Datagram Protocol Giao thức dữ liệu người dùn