Tìm hiểu về Mpls vpn - Ứng dụng trên Megawan và cài đặt thực nghiệm

ẫn trong quá trình thực hiện đề tài. Cô đã cung cấp các tài liệu và giải đáp các thắc mắc, các sai sót của em trong suốt thời gian làm đề tài. Xin cám ơn cô đã nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài. Xin chân thành cảm ơn cô. Em cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tất cả những thầy cô trong Bộ Môn Công Nghệ Thông Tin đã giúp đỡ và đóng góp ý kiến cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Em cũng rất cảm ơn anh Thắng đã nhiệt tình giúp đỡ, luôn động viên giúp đỡ em trong quá trình tìm hiểu đề tài, giải đáp câu hỏi và hướng dẫn em làm đề tài. Do phạm vi đề tài, phạm vi kiến thức khá lớn được thực hiện trong thời gian có hạn nên đề tài không thể tránh được thiếu sót. Kính mong các thầy cô giáo cùng các bạn đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày…..tháng…..năm 2010 Sinh viên Mai Hồng Son DANH MỤC HÌNH MINH HỌA DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ tiếng Anh AS Autonomous system ATM Asynchronous Transfer Mode BGP Border Gateway Protocol B-ISDN Broadband Integrated Services Digital Network CE customer edge CEF Cisco Express Forwarding CIDR Classless Interdomain Routing CLP Cell Loss Priority CPE Customer Premise Equipment CSR Cell switch router DLCI data link connection identifier DoS Denial of Service eBGP External Border Gateway Protocol EGP Exterior Gateway Protocol EIGRP Enhanced Interior Gateway Routing Protocol FEC Fowarding Equivalent Class FIB Forwarding Information Base FR Frame Relay GFC Generic Flow Control HDLC High Level Data Link Control HEC Header error check iBGP Internal Border Gateway Protocol ICMP Internet Control Message Protocol IGP Interior Gateway Protocol IP Internet Protocol IPSec Internet protocol security IPv4 Internet protocol v4 ISDN Integrated Services Digital Network ISP Internet Service Providers LDP Label Distribute Protocol LERs Label Edge Router LFIB Label Forwarding Information Base LIB Label Information Base LSP Label Switched Path LSRs Label Switch Router MED Media Endpoint Discovery MP-BGP Multiprotocol BGP MPLS Multiprotocol Label Switching MTU Maximum Transmission Unit NBMA Non-Broadcast Multiple Access NGN Next Generation Network OSI Open Systems Interconnection OSPF Open Shortest Path First PE provider edge PPP Point to Point Protocol PT Payload Type PVC permanent virtual circuit QoS Quality of service RD Route Distinguisher RIB Routing Information Base RT Route Targets SP Service Provider SDN Software Defined Networks SVC Switch virtual circuit TCP Transport Control Protocol TTL Time To Live UDP User Datagrame Protocol VC Virtual channel VCI Virtual Channel Identifier VLSM Variable Length Subnet Mask VPI Virtual Path Identifier VPDN Virtual private dial-up network VPN Virtual Private Network VRF Virtual Routing and Forwarding Table MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay, công nghệ thông tin và viễn thông đang hội tụ sâu sắc và cùng đóng góp rất tích cực trong sự phát triển kinh tế, xã hội toàn cầu. Không một doanh nghiệp, tổ chức thành đạt nào lại phủ nhận sự gắn bó giữa hệ thống thông tin và hiệu quả hoạt động sản xuất kinh doanh cũng như lộ trình phát triển của họ. Từ nhu cầu truy cập dữ liệu của công ty từ xa, đến việc tạo mối quan hệ với khách hàng, giúp họ có thể khai thác một phần nguồn tài nguyên của mình mà vẫn đảm bảo tính bảo mật cần thiết cho thông tin. VPN truyền thống dựa trên công nghệ ATM, Frame Relay và IP gặp không ít nhược điểm như khả năng quản lý, tính bảo mật, chất lượng dịch vụ. Gần đây, công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức - MPLS được các hãng cung cấp dịch vụ quan tâm đặc biệt bởi khả năng vượt trội trong việc cung cấp dịch vụ chất lượng cao qua mạng IP, bởi tính đơn giản, hiệu quả và quan trọng nhất là khả năng triển khai trên VPN. Với ưu điểm chuyển tiếp lưu lượng nhanh, khả năng linh hoạt, đơn giản, điều khiển phân luồng và phục vụ linh hoạt các dịch vụ định tuyến, tận dụng được đường truyền giúp giảm chi phí. Công nghệ MPLS đang dần thay thế các công nghệ truyền thống khác như IP và ATM. MPLS VPN giải quyết được những hạn chế của các mạng VPN truyền thống dựa trên công nghệ ATM, Frame Relay và IP như tiết kiệm thời gian, giảm chi phí lắp đặt và có độ bảo mật cao cho doanh nghiệp. Do vậy việc tìm hiểu và ứng dụng VPN trên nền MPLS được xem là vấn đề cấp thiết để giúp doanh nghiệp có thể dễ dàng tiếp cận với công nghệ mới này và từ đó có thể ứng dụng vào việc phát triển của doanh nghiệp mình cùng với sự đi lên của ngành mạng viễn thông quốc tế. Nội dung báo cáo CHƯƠNG 1 : Giới thiệu về công nghệ VPN : VPN là gì?, phân loại VPN CHƯƠNG 2 : Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS : MPLS là gì ?, lợi ích, ứng dụng, các thành phần trong MPLS, giao thức phân phối nhãn cấu trúc MPLS, phương thức hoạt động của MPLS CHƯƠNG 3 : MPLS VPN : MPLS VPN là gì? lợi ích, các thành phần trong MPLS VPN, hoạt động của MPLS VPN, vấn đề bảo mật trong MPLS VPN. CHƯƠNG 4 : Ứng dụng MPLS VPN trên MEGAWAN : tìm hiểu về MegaWan, mô hình ứng dụng thực tế. CHƯƠNG 5 : Bản demo cài đặt thực nghiệm. CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ VPN 1.1. VPN là gì? VPN là công nghệ cho phép kết nối các thành phần của một mạng riêng (private network) thông qua hạ tầng mạng công cộng (Internet). VPN hoạt động dựa trên kỹ thuật tunneling : gói tin trước khi được chuyển đi trên VPN sẽ được mã hóa và được đặt bên trong một gói tin có thể chuyển đi được trên mạng công cộng. Gói tin được truyền đi đến đầu bên kia của kết nối VPN. Tại điểm đến bên kia của kết nối VPN, gói tin đã bị mã hóa sẽ được “lấy ra” từ trong gói tin của mạng công cộng và được giải mã. Các giai đoạn phát triển của VPN: Thế hệ VPN thứ nhất do AT&T phát triển có tên là SDN. Thế hệ thứ 2 là ISND và X25. Thế hệ thứ 3 là Frame relay và ATM. Và thế hệ hiện nay, thế hệ thứ 4 là VPN trên nền mạng IP. Thế hệ tiếp theo sẽ là VPN trên nền mạng MPLS. VPN gồm các vùng sau: Mạng khách hàng (Customer network): gồm các router tại các site khách hàng khác nhau. Các router kết nối các site cá nhân với mạng của nhà cung cấp được gọi là các router biên phía khách hàng CE. Mạng nhà cung cấp (Provider network): được dùng để cung cấp các kết nối point-to-point qua hạ tầng mạng của nhà cung cấp dịch vụ. Các thiết bị của nhà cung cấp dịch vụ mà nối trực tiếp với CE router được gọi là router biên phía nhà cung cấp PE. Mạng của nhà cung cấp còn có các thiết bị dùng để chuyển tiếp dữ liệu trong mạng trục (SPbackbone) được gọi là các router nhà cung cấp (P- provider). 1.2. PHÂN LOẠI VPN Phân loại VPN bao gồm: VPN cho các nhà doanh nghiệp VPN đối với các nhà cung cấp dịch vụ 1.2.1 VPN cho các nhà doanh nghiệp 1.2.1.1 Remote access VPN VPN truy cập từ xa hay mạng riêng ảo quay số - VPDN đuợc triển khai, thiết kế cho những khách hàng riêng lẻ ở xa như những khách hàng đi đường hay những khách hàng truy cập vô tuyến. Trước đây, các tổ chức, tập đoàn hỗ trợ cho những khách hàng từ xa theo những hệ thống quay số. Đây không phải là một giải pháp kinh tế, đặc biệt khi một người gọi lại theo đường truyền quốc tế. Với sự ra đời của VPN truy cập từ xa, một khách hàng di động gọi điện nội hạt cho nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) để truy cập vào mạng tập đoàn của họ chỉ với một máy tính cá nhân được kết nối Internet cho dù họ đang ở bất kỳ đâu. VPN truy cập từ xa là sự mở rộng những mạng quay số truyền thống. Trong hệ thống này, phần mềm PC cung cấp một kết nối an toàn, như một đường hầm cho tổ chức. Bởi vì những người sử dụng chỉ thực hiện các cuộc gọi nội hạt nên chi phí giảm. Hình 1.1 : Mô hình remote access VPN 1.2.1.2 Site–to–site VPN VPN site-to-site được triển khai cho các kết nối giữa các vùng khác nhau của một tập đoàn hay tổ chức. Nói cách khác các địa điểm muốn kết nối với nhau sẽ sử dụng một VPN. Truớc đây, một kết nối giữa các vị trí này là kênh thuê riêng hay Frame relay. Tuy nhiên, ngày nay hầu hết các tổ chức, đoàn thể, tập đoàn đều sử dụng Internet, với việc sử dụng truy cập Internet, VPN site-to-site có thể thay thế kênh thuê riêng truyền thống và Frame relay. VPN site-to-site là sự mở rộng và kế thừa có chọn lọc mạng WAN. Hai ví dụ sử dụng VPN site-to-site là VPN Intranet và VPN Extranet. VPN Intranet có thể xem là những kết nối giữa các vị trí trong cùng một tổ chức, người dùng truy cập các vị trí này ít bị hạn chế hơn so với VPN Extranet. VPN Extranet có thể xem như những kết nối giữa một tổ chức và đối tác kinh doanh của nó, người dùng truy cập giữa các vị trí này được các bên quản lý chặt chẽ tại các vị trí của mình. Hình 1.2 : Mô hình site to site của VPN 1.2.2 VPN đối với các nhà cung cấp dịch vụ Dựa trên sự tham gia của nhà cung cấp dịch vụ trong việc định tuyến cho khách hàng, VPN có thể chia thành hai loại mô hình: Mô hình overlay VPN Mô hình Peer-to-peer VPN 1.2.2.1 Mô hình overlay VPN Hình 1.3 : Mô hình overlay của VPN Khi Frame relay và ATM cung cấp cho khách hàng các mạng riêng, nhà cung cấp không thể tham gia vào việc định tuyến khách hàng. Các nhà cung cấp dịch vụ chỉ vận chuyển dữ liệu qua các kết nối ảo. Như vậy, nhà cung cấp chỉ cung cấp cho khách hàng kết nối ảo tại lớp 2. Đó là mô hình Overlay. Nếu mạch ảo là cố định, sẵn sàng cho khách hàng sử dụng mọi lúc thì được gọi là mạch ảo cố định PVC. Nếu mạch ảo được thiết lập theo yêu cầu (on-demand) thì được gọi là mạch ảo chuyển đổi SVC. Hạn chế chính của mô hình Overlay là các mạch ảo của các site khách hàng kết nối dạng full mesh. Nếu có N site khách hàng thì tổng số lượng mạch ảo cần thiết N(N-1)/2. Overlay VPN được thực thi bởi SP để cung cấp các kết nối layer 1 (physical) hay mạch chuyển vận lớp 2 (Data link – dạng dữ liệu frame hoặc cell) giữa các site khách hàng bằng cách sử dụng các thiết bị Frame relay hay ATM Switch. Do đó, SP không thể nhận biết được việc định tuyến ở khách hàng. Overlay VPN còn thực thi các dịch vụ qua layer 3 với các giao thức tạo đường hầm như GRE, IPSec…Tuy nhiên, dù trong trường hợp nào thì mạng của nhà cung cấp vẫn trong suốt với khách hàng, và các giao thức định tuyến chạy trực tiếp giữa các router của khách hàng. 1.2.2.2 Mô hình Peer-to-peer VPN Hình 1.4 : Mô hình peer to peer của VPN Mô hình peer-to-peer khắc phục những nhược điểm của mô hình Overlay và cung cấp cho khách hàng cơ chế vận chuyển tối ưu qua SP backbone, vì nhà cung cấp dịch vụ biết mô hình mạng khách hàng và do đó có thể thiết lập định tuyến tối ưu cho các định tuyến của họ. Nhà cung cấp dịch vụ tham gia vào việc định tuyến của khách hàng. Thông tin định tuyến của khách hàng được quảng bá qua mạng của nhà cung cấp dịch vụ. Mạng của nhà cung cấp dịch vụ xác định đường đi tối ưu từ một site khách hàng đến một site khác. Việc phát hiện các thông tin định tuyến riêng của khách hàng bằng cách thực hiện lọc gói (packet) tại các router kết nối với mạng khách hàng. Peer-to-peer VPN chia làm 2 loại: Shared-router Router dùng chung, tức là khách hàng VPN chia sẻ cùng router biên mạng nhà cung cấp PE. Ở phương pháp này, nhiều khách hàng có thể kết nối đến cùng router PE. Trên router PE phải cấu hình access-list cho mỗi interface PE-CE để đảm bảo chắc chắn sự cách ly giữa các khách hàng VPN, để ngăn chặn VPN của khách hàng này thực hiện các tấn công từ chối dịch vụ DoS vào VPN của khách hàng khác. Nhà cung cấp dịch vụ chia mỗi phần trong không gian địa chỉ của nó cho khách hàng và quản lý việc lọc gói tin trên Router PE. Dedicated-router Là phương pháp mà khách hàng VPN có router PE dành riêng. Trong phương pháp này, mỗi khách hàng VPN phải có router PE dành riêng và do đó chỉ truy cập đến các định tuyến trong bảng định tuyến của router PE đó. Mô hình Dedicated-router sử dụng các giao thức định tuyến để tạo ra bảng định tuyến trên một VPN trên Router PE. Bảng định tuyến chỉ có các định tuyến được quảng bá bởi khách hàng VPN kết nối đến chúng, kết quả là tạo ra sự cách ly giữa các VPN. Hình 1.5 : Mô hình shared – router và dedicated – router Nhược điểm của mô hình peer-to-peer: Không gian địa chỉ các khách hàng không được trùng nhau. Địa chỉ khách hàng do nhà cung cấp kiểm soát. Tóm lại : Chương này trình bày tổng quan về công nghệ VPN. Trong đó VPN bao gồm VPN dành cho các doanh nghiệp và VPN dành cho các nhà cung cấp dịch vụ. Dựa trên sự tham gia của nhà cung cấp dịch vụ trong việc định tuyến cho khách hàng, có hai loại mô hình cơ bản là: overlay VPN và peer-to-peer VPN, mỗi mô hình đều có những ưu và nhược điểm nhất định. MPLS VPN đã kết hợp được ưu điểm của 2 mô hình overlay VPN và peer-to-peer VPN đồng thời kế thừa được những ưu điểm của công nghệ MPLS với những thế mạnh về mặt bảo mật, tính mềm dẻo khi triển khai, chất lượng đường truyền...và đặc biệt là ưu thế về giá cả. CHƯƠNG 2 : CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC – MPLS 2.1 Sơ lược về công nghệ IP và công nghệ ATM 2.1.1 Công nghệ IP IP là thành phần chính của kiến trúc của mạng Internet. Trong kiến trúc này, IP đóng vai trò lớp 3 và nó định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP). Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là một số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tin tới đích. ưu điểm nổi bật của giao thức TCP/IP là khả năng định tuyến và truyền gói tin một cách hết sức mềm dẻo, linh hoạt. Nhưng IP không đảm bảo chất lượng dịch vụ và tốc độ truyền tin theo yêu cầu. Hình 2.1 : Mô hình chuyển tiếp gói tin IP 2.1.2 Công nghệ ATM ATM là một kỹ thuật truyền tin tốc độ cao. ATM nhận thông tin ở nhiều dạng khác nhau như thoại, số liệu, video và cắt ra thành nhiều phần nhỏ gọi là tế bào (cell). Các tế bào này sau đó được truyền qua các kết nối ảo VC. Vì ATM có thể hỗ trợ thoại, số liệu và video với chất lượng dịch vụ trên nhiều công nghệ băng rộng khác nhau nên nó được coi là công nghệ chuyển mạch hàng đầu. Công nghệ ATM có thế mạnh ưu việt về tốc độ truyền tin cao, đảm bảo thời gian thực và chất lượng dịch vụ theo yêu cầu định trước. Nhưng ATM cũng có nhược điểm là tốn băng thông ( do chia gói tin thành các gói nhỏ 53 byte), lãng phí đường truyền, kích thước gói tin nhỏ bị hạn chế tác dụng khi tốc độ truyền vật lý tăng nhiều. Hình 2.2 : Mô hình ATM Ta thấy bên cạnh những ưu điểm của công nghệ IP và công nghệ ATM còn có những nhược điểm của nó. Chính vì vậy công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) được đề xuất để tải các gói tin trên các kênh ảo và khắc phục được các vấn đề mà mạng ngày nay đang phải đối mặt, đó là tốc độ, khả năng mở rộng cấp độ mạng, quản lý chất lượng, quản lý băng thông dựa trên đường trục và có thể hoạt động với các mạng Frame relay và chế độ truyền tải không đồng bộ (ATM) hiện nay để đáp ứng các nhu cầu dịch vụ của người sử dụng mạng. Công nghệ MPLS kết hợp những ưu điểm của IP (độ mềm dẻo, khả năng mở rộng) và của ATM (tốc độ cao, QoS, điều khiển luồng). 2.2 Khái niệm cơ bản về MPLS Công nghệ Chuyển mạch nhãn đa giao thức - MPLS là kết quả phát triển của nhiều công nghệ chuyển mạch IP (IP switching) 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. Ý tưởng khi đưa ra MPLS là: “Định tuyến ở biên, chuyển mạch ở lõi” Hình 2.3 : Khái niệm về MPLS 2.2.1 Lợi ích của MPLS MPLS là phương pháp cải tiến cho việc chuyển tiếp các gói tin IP trên mạng bằng cách thêm vào nhãn (label). MPLS kết hợp các ưu điểm của kỹ thuật chuyển mạch (switching) của lớp 2 và kỹ thuật định tuyến (routing) lớp 3. Do sử dụng nhãn để quyết định chặng tiếp theo trong mạng nên router ít làm việc hơn và hoạt động gần giống như switch. MPLS hỗ trợ mọi giao thức lớp 2, triển khai hiệu quả các dịch vụ IP trên một mạng chuyển mạch IP. MPLS hỗ trợ việc tạo ra các tuyến khác nhau giữa nguồn và đích trên một đường trục Internet. Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến trúc mạng, các ISP có thể giảm chi phí, tăng lợi nhuận, cung cấp nhiều hiệu quả khác nhau và đạt được hiệu quả cạnh tranh cao.Khả năng mở rộng đơn giản. Tăng chất lượng mạng, có thể triển khai các chức năng định tuyến mà các công nghệ trước không thể thực hiện được như định tuyến hiện (explicit routing), điều khiển lặp. Tích hợp giữa IP và ATM cho phép tận dụng toàn bộ các thiết bị hiện tại trên mạng. Tách biệt đơn vị điều khiển với đơn vị chuyển mạch cho phép MPLS hỗ trợ đồng thời MPLS và B-ISDN. Việc bổ sung các chức năng mới sau khi triển khai mạng MPLS chỉ cần thay đổi phần mềm điều khiển. 2.2.2 Một số ứng dụng của MPLS Internet có ba nhóm ứng dụng chính: voice, data, video với các yêu cầu khác nhau. Voice yêu cầu độ trễ thấp, cho phép thất thoát dữ liệu để tăng hiệu quả. Video cho phép thất thoát dữ liệu ở mức chấp nhận được, mang tính thời gian thực (realtime). Data yêu cầu độ bảo mật và chính xác cao. MPLS giúp khai thác tài nguyên mạng đạt hiệu quả cao. Một số ứng dụng đang được triển khai là: MPLS VPN: nhà cung cấp dịch vụ sử dụng cơ sở hạ tầng mạng công cộng có sẵn để thực thi các kết nối giữa các site khách hàng. MPLS Traggic Engineer: Cung cấp khả năng thiết lập một hoặc nhiều đường đi để điều khiển lưu lượng mạng và các đặc trưng thực thi cho một loại lưu lượng. MPLS QoS (Quality of service): Dùng QoS các nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp nhiều loại dịch vụ với sự đảm bảo tối đa về QoS cho khách hàng. 2.3 Các thành phần trong MPLS 2.3.1 Nhãn Nhãn là một thực thể có độ dài ngắn, cố định và không có cấu trúc bên trong. Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng như địa chỉ lớp mạng. Nhãn được gán vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho một FEC mà gói tin đó được ấn định.Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương tiện truyền mà gói tin được đóng gói. Ví dụ các gói ATM (tế bào) sử dụng giá trị VPI/VCI như nhãn, Frame relay sử dụng DLCI làm nhãn. Đối với các phương tiện gốc không có cấu trúc nhãn, một đoạn đệm được chèn thêm để sử dụng cho nhãn. Khuôn dạng đoạn đệm 4 byte có cấu trúc như sau: Tải Mào đầu IP Đệm MPLS Mào đầu lớp 2 Nhãn ( 20) COS ( 3 ) S ( 1) TTL ( 8) Hình 2.4 : Cấu trúc mào đầu MPLS MPLS định nghĩa một tiêu đề có độ dài 32 bit và được tạo nên tại LSR vào. Nó phải được đặt ngay sau tiêu đề lớp 2 bất kì và trước một tiêu đề lớp 3, ở đây là IP và được sử dụng bởi LSR lối vào để xác định một FEC, lớp này sẽ được xét lại trong vấn đề tạo nhãn. Sau đó các nhãn được xử lí bởi LSR chuyển tiếp. Hình 2.5 : Nhãn MPLS Khuôn dạng và tiêu đề MPLS được chỉ ra trong hình 2.5. Nó bao gồm các trường sau: Nhãn: Giá trị 20 bit, giá trị này chứa nhãn MPLS. EXP (3 bit): dành cho thực nghiệm, có thể dùng các bit EXP tương tự như các bit ưu tiên. S: bit ngăn xếp, sử dụng để xắp xếp đa nhãn. TTL: Thời gian sống, 8 bit, đặt ra một giới hạn mà các gói MPLS có thể đi qua. Đối với các khung PPP hay Ethernet giá trị nhận dạng giao thức P-ID (hoặc Ethertype) được chèn thêm vào mào đầu khung tương ứng để thông báo khung là MPLS unicast hay multicast. 2.3.2 Ngăn xếp nhãn Là kỹ thuật sử dụng trong việc đóng gói IP. Nó cho phép một gói có thể mang nhiều hơn một nhãn. Nó được cung cấp bởi việc đưa vào một nhãn mới (mức 2) bên trên nhãn đã tồn tại (mức 1), gói được chuyển tiếp qua mạng dựa trên cơ sở các nhãn ở mức 2, sau khi qua mạng này thì nhãn mức 2 bị loại ra và việc chuyển tiếp này hoạt động dựa trên các nhãn mức 1. Nhãn trên cùng (top) đứng sau header lớp 2, còn nhãn cuối (bottom) đứng trước header lớp 3. Tại mỗi hop router chỉ xử lý nhãn trên cùng của stack. Chuyển mạch nhãn được thiết kế để co dãn các mạng lớn và MPLS hỗ trợ chuyển mạch nhãn với hoạt động phân cấp, hoạt động phân cấp này dựa trên khả năng của MPLS có thể mang nhiều hơn một nhãn trong gói. Ngăn xếp nhãn cho phép thiết kế các LSR trao đổi thông tin với nhau và hành động này giống như việc tạo đường viền node để tạo ra một miền mạng rộng lớn và các LSR khác. Có thể nói rằng các LSR này là các node bên trong một miền và không liên quan đến đường viền node. Việc xử lí một gói nhãn được hoàn thành độc lập với từng mức của sự phân cấp. Chú ý : rằng trong stack nhãn thì nhãn cuối luôn có giá trị S là 1, các nhãn còn lại S là 0. Hình 2.6 : Nhãn của Stack 2.3.3 Lớp chuyển tiếp tương đương FEC Là một nhóm các gói IP: Có cùng một đường đi trên mạng MPLS. Có cùng xử lý giống nhau tại bất kỳ LSR nào. Trong định tuyến truyền thống, một gói được gán tới một FEC tại mỗi hop. Còn trong MPLS chỉ gán một lần tại LSR ngõ vào. Trong MPLS các gói tin đến với các prefix khác nhau có thể gộp chung một FEC, bởi vì quá trình chuyển tiếp gói trong miền MPLS chỉ căn cứ vào LSR ngõ vào để gán tới FEC cho việc xác định LSP, còn các LSR còn lại dựa vào nhãn để chuyển gói. Với định tuyến IP, gói được chuyển dựa vào IP nên tại mỗi hop gói đều được gán tới một FEC để xác định đường dẫn. 2.3.4 Đường chuyển mạch nhãn LSP Là tuyến tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để chuyển tiếp gói của một FEC nào đó sử dụng cơ chế chuyển đổi nhãn (label-swapping forwarding). 2.3.5 Cơ sở dữ liệu nhãn LIB Là bảng kết nối trong LSR có chứa các giá trị nhãn/FEC được gán vào cổng ra cũng như thông tin về đóng gói phương tiện truyền. 2.3.6 Topo mạng MPLS Miền MPLS (MPLS domain) là một “tập kế tiếp các nút hoạt động định tuyến và chuyển tiếp MPLS”. Miền MPLS có thể chia thành Lõi MPLS (MPLS Core) và biên MPLS (MPLS Edge). Hình 2.7 : Topo mạng MPLS Khi một gói tin IP đi qua miền MPLS, nó đi theo một tuyến được xác định phụ thuộc vào FEC mà nó được ấn định khi đi vào miền. Tuyến này gọi là đường chuyển mạch nhãn LSP. LSP chỉ một chiều, tức là cần hai LSP cho một truyền thông song công. Các nút có khả năng chạy giao thức MPLS và chuyển tiếp các gói tin gốc IP được gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR. LSR lối vào (Ingress LSR) xử lý lưu lượng đi vào miền MPLS. LSR chuyển tiếp (Transit LSR) xử lý lưu lượng bên trong miền MPLS. LSR lối ra (Egress LSR) xử lý lưu lượng rời khoi miền MPLS. LSR biên (Edge LSR) thường được sử dụng như là tên chung cho cả LSR lối vào và LSR lối ra. 2.3.7 Thành phần cơ bản của MPLS Các thiết bị tham gia trong một mạng MPLS có thể được phân loại thành các bộ định tuyến biên nhãn LER và các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR. 2.3.7.1 Thiết bị LSR Thành phần quan trọng nhất của mạng MPLS là thiết bị định tuyến chuyển mạch nhãn LSR. Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển tiếp gói tin trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn. 2.3.7.2 Thiết bị LER LER là một thiết bị hoạt động tại biên của mạng truy nhập và mạng MPLS. Các LER hỗ trợ các cổng được kết nối tới các mạng không giống nhau (như Frame Relay, ATM, và Ethernet ) và chuyển tiếp lưu lượng này vào mạng MPLS sau khi thiết lập LSP, bằng việc sử dụng các giao thức báo hiệu nhãn tại lối vào và phân bổ lưu lượng trở lại mạng truy nhập tại lối ra. LER đóng vai trò quan trọng trong việc chỉ định và huỷ nhãn, khi lưu lượng vào trong hay ra khỏi mạng MPLS. LER là nơi xảy ra việc gán nhãn cho các gói tin trước khi vào mạng MPLS. Các thiết bị biên khác với các thiết bị lõi ở chỗ là: ngoài việc phải chuyển tiếp lưu lượng nó còn phải thực hiện việc giao tiếp với các mạng khác. 2.4 Giao thức phân phối nhãn LDP Giao thức phân phối nhãn LDP là giao thức để trao đổi thông tin nhãn giữa các LSR. Cung cấp kỹ thuật giúp cho các LSR có kết nối trực tiếp nhận ra nhau và thiết lập liên kết cơ chế khám phá (discovery mechanism). Có 4 loại bản tin: Bản tin Discovery: thông báo và duy trì sự có mặt của một LSR trong mạng. Bản tin Adjency: có nhiệm vụ khởi tạo, duy trì và kết thúc những phiên kết nối giữa các LSR. Bản tin Label advertisement: thực hiện việc thông báo, đưa ra yêu cầu, hủy bỏ và giải phóng thông tin nhãn. Bản tin Notification: được sử dụng để thông báo lỗi. Thiết lập kết nối TCP để trao đổi các bản tin (ngoại trừ bản tin Discovery). 2.4.1 Quá trình khám phá láng giềng LSR Giao thức này hoạt động trên kết nối UDP và có thể được xem là giai đoạn nhận biết nhau của hai LSR trước khi chúng thiết lập kết nối TCP. Một LSR sẽ quảng bá bản tin hello tới tất cả LSR kết nối trực tiếp với nó trên một cổng UDP mặc định theo một chu kỳ nhất định. Tất cả các LSR đều lắng nghe bản tin hello này trên cổng UDP. Nhờ đó LSR biết được địa chỉ của tất cả các LSR kết nối trực tiếp với nó. Sau khi biết được địa chỉ của một LSR nào đó, một kết nối TCP sẽ được thiết lập giữa hai LSR này. Ngay cả khi không kết nối trực tiếp với nhau thì LSR vẫn có thể gửi định kỳ bản tin hello đến cổng UDP mặc định của một địa chỉ IP xác định. Và LSR nhận cũng có thể gửi lại bản tin hello cho LSR gửi để thiết lập kết nối TCP. Hình 2.8 : Quá trình khám phá láng giềng 2.4.2 Các kiểu phân phối nhãn Trong một miền MPLS, một nhãn gán tới một địa chỉ đích được phân phối tới các láng giềng ngược dòng sau khi thiết lập session. Việc kết nối giữa mạng cụ thể với nhãn cục bộ và một nhãn trạm kế (nhận từ router xuôi dòng) được lưu trữ trong LFIB và LIB. MPLS dùng các phương thức phân phối nhãn như sau: Phân phối nhãn theo yêu cầu. Phân phối nhãn không theo yêu cầu. Phân phối nhãn theo yêu cầu : Phân phối nhãn không theo yêu cầu : Hình 2.9 : Quá trình trao đổi thông tin nhãn trong LDP 2.5 Cấu trúc MPLS Có hai cơ chế hoạt động trong MPLS là: Cơ chế Frame Mode : Cơ chế này được sử dụng với các mạng IP thông thường, trong cơ chế này nhãn của MPLS là nhãn thực sự được thiết kế và gán cho các gói tin, trong mặt phẳng điều khiển sẽ đảm nhiệm vai trò gán nhãn và phân phối nhãn cho các định tuyến giữa các router chạy MPLS, và trong cơ chế này các router sẽ kết nối trực tiếp với nhau qua 1 giao diện Frame mode như là PPP, các router sẽ sử dụng địa chỉ IP thuần túy để trao đổi thông tin cho nhau như là: thông tin về nhãn và bảng định tuyến routing table. Còn với mạng ATM hay Frame relay chúng không có các kết nối trực tiếp giữa các interface, nghĩa là không thể dùng địa chỉ IP thuần túy để trao đổi thông tin cho nhau, vì vậy ta phải thiết lập các kênh ảo giữa chúng (PVC). Cơ chế cell mode. Thuật ngữ này dùng khi có một mạng gồm các ATM LSR dùng MPLS trong mặt phẳng điều khiển để trao đổi thông tin VPI/VCI thay vì dùng báo hiệu ATM. Trong kiểu tế bào, nhãn là trường VPI/VCI của tế bào. Sau khi trao đổi nhãn trong mặt phẳng điều khiển, ở mặt phẳng chuyển tiếp, router ngõ vào (ingress router) phân tách gói thành các tế bào ATM, dùng giá trị VCI/CPI tương ứng đã trao đổi trong mặt phẳng điều khiển và truyền tế bào đi. Các ATM LSR ở phía trong hoạt động như chuyển mạch ATM chúng chuyển tiếp một tế bào dựa trên VPI/VCI vào và thông tin cổng ra tương ứng. Cuối cùng, router ngõ ra (egress router) sắp xếp lại các tế bào thành một gói. Trong đó: GFC : điều khiển luồng chung. VPI : nhận dạng đường ảo. VCI : nhận dạng kênh ảo. PT : chỉ thị kiểu tường tin. CLP : chức năng chỉ thị ưu tiên huỷ bỏ tế bào. HEC : kiểm tra lỗi tiêu đề. MPLS chia thành 2 mặt phẳng: mặt phẳng điều khiển MPLS ( Control plane ) và mặt phẳng chuyển tiếp MPLS hay còn gọi là mặt phẳng dữ liệu (Data plane). Hình 2.10 : Mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu 2.5.1 Mặt phẳng điều khiển Thực hiện chức năng liên quan đến việc nhận biết khả năng có thể đi đến được các mạng đích. Mặt phẳng điều khiển chứa tất cả thông tin định tuyến lớp 3 nhằm trao đổi thông tin để có thể đi được đến mạng đích. Các modul điều khiển MPLS gồm: Định tuyến Unicast (Unicast Routing). Định tuyến Multicast (Multicast Routing). Kỹ thuật lưu lượng (Traffic engineering). Mạng riêng ảo (Virtual private network). Chất lượng dịch vụ (Quality of service). Hình 2.11 : Các module điều khiển MPLS 2.5.2 Mặt phẳng dữ liệu Thực hiện chức năng liên quan đến chuyển tiếp gói dữ liệu. Các gói này vừa có thể là gói IP lớp 3 hoặc là gói IP đã được gán nhãn.Thông tin trong mặt phẳng dữ liệu, chẳng hạn như giá trị nhãn thường được lấy từ mặt phẳng điều khiển. Việc trao đổi thông tin giữa các router láng giềng, tạo ra các ánh xạ của các mạng đích đến các nhãn trong mặt phẳng điều khiển, thường sử dụng để chuyển các gói đã gán nhãn trong mặt phẳng dữ liệu. 2.5.3 Các thành phần bên trong mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu 2.5.3.1 Chuyển mạch CEF CEF là một sự thiết lập của Cisco dựa trên MPLS, sử dụng các dịch vụ của nó hoạt động trên router Cisco. Là điều kiện tiên quyết để thực hiện MPLS, CEF cung cấp cơ chế chuyển mạch độc quyền được dùng trên các router Cisco nhằm làm tăng tính đơn giản và khả năng thực thi chuyển mạch IPv4 của một router. 2.5.3.2 Cơ sở thông tin chuyển tiếp FIB CEF sử dụng FIB để chuyển tiếp các gói tin đến đích, là bản sao của nội dung bảng định tuyến IP, chứa ánh xạ một – một giữa bảng FIB và các mục trong bảng định tuyến. Khi CEF được dùng trên router, router duy trì tối thiểu một FIB, chứa một ánh xạ của các mạng đích trong bảng định tuyến đến các hop kế thích hợp được kết nối trực tiếp. FIB nằm trong mặt phẳng dữ liệu, dùng chuyển tiếp các gói bởi router. 2.5.3.3 Cơ sở thông tin nhãn LIB và cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB Ngoài FIB còn có hai cấu trúc khác được xây dựng trên router, đó là LIB và LFIB. Các giao thức phân phối được sử dụng giữa các router láng giềng trong miền MPLS nhằm đáp ứng cho việc tạo ra các mục trong LIB và LFIB: LIB nằm trong mặt phẳng điều khiển và thường được dùng bởi giao thức phân phối nhãn. Các nhãn HOP kế được nhận từ các Downstream, còn các nhãn cục bộ được tạo ra bởi giao thức phân phối nhãn. LFIB nằm trong mặt phẳng dữ liệu, chứa một ánh xạ từ nhãn cục bộ đến nhãn HOP kế. 2.5.3.4 Cơ sở thông tin định tuyến RIB Thông tin về các mạng đích có khả năng đi đến được để lấy từ các giao thức định tuyến chứa trong cơ sở thông tin định tuyến RIB hoặc bảng định tuyến. Bảng định tuyến cung cấp thông tin cho một FIB. LIB sử dụng thông tin từ giao thức phân phối nhãn, và khi LIB kết hợp cùng với các thông tin lấy từ FIB sẽ tạo ra cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB. Hình 2.12 : Các thành phần MPLS trong mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu 2.6 Các giao thức định tuyến trong MPLS 2.6.1 Giao thức định tuyến OSPF OSPF là một giao thức định tuyến ._.