Thạc Sĩ kỹ thuật lưu lượng trong mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức

MỤC LỤC
Trang phụ bìa . .1
LỜI CAM ĐOAN . .2
LỜI CẢM ƠN . .3
MỤC LỤC . .4
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT . .7
DANH SÁCH CÁC BẢNG . 11
DANH SÁCH CÁC HÌNH MINH HỌA . 11
MỞ ĐẦU . .13
Chương 1: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS . .15
1.1 Tổng quan . .15
1.1.1 Tính thông minh phân tán . 15
1.1.2 MPLS và mô hình tham chiếu OSI . .16
1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS . .17
1.2.1 Miền MPLS (MPLS domain) . .17
1.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) . 18
1.2.3 Nhãn và chồng nhãn . 18
1.2.4 Hoán đổi nhãn (Label Swapping) . 19
1.2.5 Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path) . .19
1.2.6 Chuyển gói qua miền MPLS . .21
1.3 Mã hóa nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS . .21
1.3.1 Mã hóa chồng nhãn . .21
1.3.2 Chế độ Frame . .23
1.3.3 Chế độ Cell . 23
1.4 Cấu trúc chức năng MPLS . .25
1.4.1 Kiến trúc một nút MPLS (LER và LSR) . .25
1.4.2 Mặt phẳng chuyển tiếp (mặt phẳng dữ liệu) . .26
1.4.3 Mặt phẳng điều khiển . .28
1.5 Hoạt động chuyển tiếp MPLS . 28
1.5.1 Hoạt động trong mặt phẳng chuyển tiếp . .28
1.5.2 Gỡ nhãn ở chặng áp cuối PHP (Penultimate Hop Popping) 29
1.5.3 Một ví dụ hoạt động chuyển tiếp gói . .30
1.6 Ưu điểm và ứng dụng của MPLS . .31
1.6.1 Đơn giản hóa chức năng chuyển tiếp . .31
1.6.2 Kỹ thuật lưu lượng . .31
1.6.3 Định tuyến QoS từ nguồn . .31
1.6.4 Mạng riêng ảo VPN . .31
1.6.5 Chuyển tiếp có phân cấp (Hierachical forwarding) . .32
1.6.6 Khả năng mở rộng (Scalability) . 32
1.7 Tổng kết chương . 32
Chương 2: ĐỊNH TUYẾN VÀ BÁO HIỆU MPLS . .34
2.1 Định tuyến trong MPLS . 34
2.1.1 Định tuyến ràng buộc (Constrain-based Routing) . .34
2.1.2 Định tuyến tường minh (Explicit Routing) . .35
2.2 Các chế độ báo hiệu MPLS . 36
2.2.1 Chế độ phân phối nhãn . .36




Trang-5-
2.2.2 Chế độ duy trì nhãn . .37
2.2.3 Chế độ điều khiển LSP . .38
2.2.4 Các giao thức phân phối nhãn MPLS . 39
2.3 Giao thức phân phối nhãn LDP (Label Distribution Protocol) . .40
2.3.1 Hoạt động của LDP . .40
2.3.2 Cấu trúc thông điệp LDP . .42
2.3.3 Các bản tin LDP [1] . .44
2.3.4 LDP điều khiển độc lập và phân phối theo yêu cầu . .45
2.4 Giao thức CR-LDP (Constrain-based routing LDP) . .46
2.4.1 Mở rộng cho định tuyến ràng buộc . 46
2.4.2 Thiết lập một CR-LSP (Constrain-based routing LSP) . .47
2.4.3 Tiến trình dự trữ tài nguyên . .48
2.5 Giao thức RSVP-TE (RSVP Traffic Engineering) [3] . .49
2.5.1 Các bản tin thiết lập dự trữ RSVP [1] . .49
2.5.2 Các bản Tear Down, Error và Hello của RSVP-TE [1] . .50
2.5.3 Thiết lập tuyến tường minh điều khiển tuần tự theo yêu cầu 51
2.5.4 Giảm lượng overhead làm tươi RSVP . .52
2.6 Tổng kết chương . 53
Chương 3: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MPLS . .54
3.1 Kỹ thuật lưu lượng (Traffic Engineering) . 54
3.1.1 Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng . 54
3.1.2 Các lớp dịch vụ dựa trên nhu cầu QoS và các lớp lưu lượng .55
3.1.3 Hàng đợi lưu lượng . 56
3.1.4 Giải thuật Leaky Bucket và Token Bucket . .59
3.1.5 Giải pháp mô hình chồng phủ (Overlay Model) . .62
3.2 MPLS và kỹ thuật lưu lượng . 62
3.2.1 Khái niệm trung kế lưu lượng (traffic trunk) . 63
3.2.2 Đồ hình nghiệm suy (Induced Graph) . 64
3.2.3 Bài toán cơ bản của kỹ thuật lưu lượng trên MPLS . .64
3.3 Trung kế lưu lượng và các thuộc tính . .64
3.3.1 Các hoạt động cơ bản trên trung kế lưu lượng . .65
3.3.2 Thuộc tính tham số lưu lượng (Traffic Parameter) . 65
3.3.3 Thuộc tính lựa chọn và quản lý đường (chính sách chọn đường)
.66
3.3.4 Thuộc tính ưu tiên / lấn chiếm (Priority/Preemption) . .67
3.3.5 Thuộc tính đàn hồi (Resilience) . .68
3.3.6 Thuộc tính khống chế (Policing) . 68
3.4 Các thuộc tính tài nguyên . .68
3.4.1 Bộ nhân cấp phát cực đại (maximum allocation multiplier) 68
3.4.2 Lớp tài nguyên (Resource-Class) . .69
3.4.3 Độ đo TE . .69
3.5 Tính toán đường ràng buộc . .69
3.5.1 Quảng bá các thuộc tính của liên kết . .69
3.5.2 Tính toán LSP ràng buộc (CR-LSP) . 71
3.5.3 Giải thuật chọn đường . .71
3.5.4 Ví dụ về chọn đường cho trung kế lưu lượng . .72




Trang-6-
3.5.5 Tái tối ưu hóa (Re-optimization) . 74
3.6 Bảo vệ và khôi phục đường . .75
3.6.1 Phân loại các cơ chế bảo vệ khôi phục . 76
3.6.2 Mô hình Makam . .77
3.6.3 Mô hình Haskin (Reverse Backup) . .77
3.6.4 Mô hình Hundessa . .78
3.6.5 Mô hình Shortest-Dynamic . .79
3.6.6 Mô hình Simple-Dynamic . .79
3.6.7 Mô hình Simple-Static . .80
3.7 Tổng kết chương . .80
Chương 4: MÔ PHỎNG MPLS-TE VÀ ĐÁNH GIÁ . .81
4.1 Phương pháp và công cụ mô phỏng . .81
4.1.1 Phương pháp phân tích . .81
4.1.2 Chuẩn bị công cụ mô phỏng . .82
4.2 Nội dung và kết quả mô phỏng . 82
4.2.1 Mô phỏng mạng IP không hỗ trợ MPLS . .83
4.2.2 Mô phỏng định tuyến ràng buộc trong mạng MPLS . .84
4.2.3 Mô phỏng hoạt động lấn chiếm (Preemption) với các độ ưu tiên
.87
4.2.4 Mô phỏng khôi phục đường theo cơ chế Makam . .89
4.2.5 Mô phỏng khôi phục đường theo cơ chế Haskin (Reverse
Backup) . 91
4.2.6 Mô phỏng khôi phục đường theo cơ chế Shortest-Dynamic . .93
4.2.7 Mô phỏng khôi phục đường theo cơ chế Simple-Dynamic . .94
4.3 Tổng kết chương . .96
KẾT LUẬN . .97
TÀI LIỆU THAM KHẢO . .99
PHỤ LỤC: MÃ NGUỒN CÁC BÀI MÔ PHỎNG . .100

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, với 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.
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. 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. Đây cũng là đối tượng nghiên cứu chính của học viên khi thực hiện luận
văn này.
Luận văn được tổ chức thành 4 chương với các nội dung chính như sau:
Chương 1 - Chuyển mạch nhãn đa giao thức : 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 của MPLS.
Nội dung tập trung vào vấn đề ánh xạ lưu lượng lên topology
vật lý, tức là tính toán đường đi tốt nhất qua mạng của lưu lượng sao cho
mạng hoạt động hiệu quả và tin cậy. 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.




Trang-14-
Chương 4 - Mô phỏng MPLS-TE và đánh giá : Học viên báo cáo kết
quả thực hiện mô phỏng MPLS-TE trên máy tính với phần mềm NS-2 để làm
rõ cơ chế thực hiện kỹ thuật lưu lượng của MPLS. Các mô hình bảo vệ khôi
phục lưu lượng của MPLS cũng được mô phỏng trong phần này.