Mạng mpls và ứng dụng trong ngành thuế

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ =======================  ========================= ĐINH CÔNG HIẾU MẠNG MPLS VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH THUẾ LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐINH CÔNG HIẾU MẠNG MPLS VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH THUẾ Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Truyền số liệu và mạng máy tính Mã số: 604815 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Văn Tam Hà Nội - 2011 1 MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục ..................................................................................................... 1 Danh mục các thuật ngữ và các từ viết tắt .............................................. 4 Danh mục hình vẽ .................................................................................... 7 LỜI MỞ ĐẦU........................................................................................... 9 CHƢƠNG 1 CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MPLS .......................................... 10 1.1 Giới thiệu về chuyển mạch đa giao thức (MPLS) .............................. 10 1.1.1 MPLS là gì ? ............................................................................... 10 1.1.2 Lợi ích của MPLS ....................................................................... 11 1.2 Kiến trúc của MPLS: ........................................................................ 12 1.2.1 Mặt phẳng chuyển tiếp: ............................................................... 12 1.2.2 Mặt phẳng điều khiển .................................................................. 15 1.3 Các thành phần chính của MPLS ...................................................... 16 1.3.1 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn ................................................ 16 1.3.2 Tuyến chuyển mạch nhãn ............................................................ 18 1.3.3 Giao thức phân phối nhãn ........................................................... 23 CHƢƠNG 2 CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ ............................................................... 25 2.1 Dịch vụ tích hợp IntServ ................................................................... 25 2.1.1 Phân lớp dịch vụ IntServ ............................................................. 26 2.1.2 RSVP .......................................................................................... 26 2.2 Dịch vụ phân biệt DiffServ ............................................................... 28 2.2.1 Xử lý trên từng chặn ................................................................... 28 2.2.2 Kiến trúc của dịch vụ DiffServ .................................................... 30 2.2.3 Cơ chế của dịch vụ DiffServ ....................................................... 31 2.2.4 Thực thi PHB .............................................................................. 32 2.3 Modular QoS CLI ............................................................................. 33 2.4 Triển khai dịch vụ DiffServ trên mạng MPLS................................... 34 2.4.1 MPLS hỗ trợ DiffServ ................................................................. 34 2.4.2 Mô hình đƣờng hầm DiffServ qua mạng MPLS .......................... 35 CHƢƠNG 3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH DIFFSERV TRONG VIỆC ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ MẠNG MPLS .................................................. 41 3.1 Hạ tầng truyền thông ngành Tài chính .............................................. 41 2 3.1.1 Giới thiệu .................................................................................... 41 3.1.2 Thiết Kế Truy Cập Cho Tổng Cục Thuế ..................................... 43 3.2 Đề suất cải tiến về chất lƣợng dịch vụ trên đƣờng truyền ngành Tài chính ......................................................................................................... 45 3.2.1 Xác định mức độ ƣu tiên gói tin IP Precedence, MPLS exp ........ 46 3.2.2 Các lớp dịch vụ tƣơng ứng với IP Precedence: ............................ 46 3.2.3 Giới hạn băng thông .................................................................... 47 3.2.4 Loại bỏ có chọn lọc các gói tin .................................................... 48 3.2.5 Các cơ chế xếp hàng gói tin (Queueing): ..................................... 48 3.3 Kết quả đo đạc thông lƣợng trên đƣờng truyền MPLS ngành Thuế ... 49 3.3.1 Thông lƣợng truy cập vào TTDL ................................................ 52 3.3.2 Thông lƣợng vào ra Cục thuế Phú Thọ ........................................ 53 3.3.3 Thông lƣợng xuất phát từ chi cục thuế Việt Trì ........................... 54 3.3.4 Nhận xét về thông lƣợng trên đƣờng truyền MPLS ngành Thuế: . 55 3.4 Thực nghiệm kiểm chứng hiệu quả của việc áp dụng mô hình DiffServ trên công cụ mô phỏng NS2 .................................................................................. 55 3.4.1 Khái quát chung về NS-2 ............................................................ 55 3.4.2 Mô hình và kết quả mô phỏng ..................................................... 58 KẾT LUẬN ......................................................................................................... 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 64 PHỤ LỤC ......................................................................................................... 66 3 LỜI CAM ĐOAN Kính gửi: Ban giám hiệu - Trƣờng Đại học Công nghệ - Phòng Đào tạo - Ban Chủ nhiệm Khoa Công nghệ thông tin Tên tôi là: Đinh Công Hiếu Sinh ngày: 21-11-1978 Học viên cao học lớp K15-T2 Tôi xin cam đam toàn bộ kiến thức và nội dung trong bài luận văn của mình là các kiến thức tự nghiên cứu từ các tài liệu tham khảo trong và ngoài nƣớc nhƣ đã nêu trong phần “Tài liệu tham khảo”. Toàn bộ luận văn là do bản thân tôi nghiên cứu và xây dựng nên không có sự sao chép hay vay mƣợn dƣới bất kỳ hình thức nào để hoàn thành luận văn. Tôi xin cam đoan những lời khai trên là đúng và chịu hoàn toàn trách nhiệm về nội dung của luận văn này trƣớc Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ. 4 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT ATM Asynchnorous Tranfer Mode Truyền dẫn không đồng bộ AToM Any Transport over MPLS Truyền tải qua MPLS BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên BTC Bộ tài chính CAR Committed Access Rate Cam kết tốc độ truy cập CBWFQ Class-Base Weighted Fair Queuing Hàng đợi cân bằng dựa trên lớp CE Custome Edge Biên phía khách hàng CEF Cisco Express Forwarding Chuyển tiếp nhanh của Cisco CoS Class of Service Lớp dịch vụ CQ Custom Queue Hàng đợi tuỳ chọn CR Constraint-based routing Định tuyến ràng buộc CCT Chi cục Thuế CT Cục thuế DiffServ Differentiated Services Dịch vụ khác biệt DSCP DiffServ Code Point Điểm mã dịch vụ phân biệt E-LSR Egress LSR LSR biên ra FEC Forwarding Equivalency Class Lớp chuyển tiếp tƣơng đƣơng FTP File Tranfer Protocol Giao thức truyền file FRTS Frame Relay Traffic Shaping Định dạng lƣu lƣợng Frame Relay GRE Generic Routing Encapsulation Giao thức GRE GTS Generic Traffic Shaping Định dạng lƣu lƣợng chung HDLC High-Level Data Link Control Điều khiển tuyến kết nối số liệu mức cao HTTT Hạ tầng truyền thông IETF Internet Engineering Task Force Ủy ban tƣ vấn kỹ thuật Internet 5 IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong phạm vi miền I-LSR Ingress LSR LSR biên vào IntServ Intergrated Services Dịch vụ tích hợp IP Internet Protocol Giao thức Internet IS-IS Intermediate System to Intermediate System Giao thức định tuyến IS-IS LAN Local Area Network Mạng cục bộ LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn LER Label Edge Router Bộ định tuyến nhãn biên ra LFIB Label Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LIB Label Information Base Bảng cơ sở dữ liệu nhãn LSP Label Switch Path Tuyến chuyển mạch nhãn LSR Label Switch Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên OSPF Open Shortest Path First Giao thức OSPF OUI Organizationally Unique Identifier Nhận dạng duy nhất tổ chức PE Provider Edge Biên nhà cung cấp PHB Per-Hop Behavior Xử lý trên từng chặng PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm - điểm PQ Priority Queue Hàng đợi ƣu tiên PVC Permanent Virtual Circuit Mạch ảo thƣờng trực QoS Quanlity of Service Chất lƣợng dịch vụ RFC Request for comment Các tài liệu chuẩn do IETF đƣa ra RSpec Request Specification Mô tả yêu cầu 6 RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành sẵn tài nguyên SLA Service Level Agreements Thoả thuận cấp độ dịch vụ SP Service Provider Nhà cung cấp TCP Tranmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TCT Tổng cục Thuế TDP Tag Distribution Protocol Giao thức phân phối tag TE Traffic Engineering Kỹ thuật điều khiển lƣu lƣợng TSpec Traffic Specification Mô tả lƣu lƣợng TTDL Trung tâm dữ liệu TTH Trung tâm huyện TTM Trung tâm miền TTL Time To Live Thời gian sống TTT Trung tâm tỉnh UDP User Datagram Protocol Giao thức UDP UNI User-to-Network Interface Giao diện ngƣời dùng tới mạng VC Virtual Channel Kênh ảo VoATM Voice over ATM Thoại qua ATM VoIP Voice over IP Thoại qua IP VP Virtual Path Tuyến ảo VPN Virtual Pravite Network Mạng riêng ảo WRED Weighted Random Early Detection Hàng đợi phát hiện sớm ngẫu nhiên theo trọng số 7 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1- 1 Kiến trúc hệ thống mạng MPLS ................................................................ 11 Hình 1- 2 Kiến trúc của nút mạng MPLS .................................................................. 12 Hình 1- 3 Định dạng của nhãn MPLS ....................................................................... 13 Hình 1- 4 Cấu trúc cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB) ..................................... 14 Hình 1- 5 Hoạt động của LSR trên gói tin với một mức ngăn xếp ............................. 17 Hình 1- 6 Hoạt động của LSR trên gói tin với nhiều mức ngăn sếp ........................... 18 Hình 1- 7 Các mức chuyển tiếp của LSP ................................................................... 19 Hình 1- 8 Thiết lập LSP điều khiển độc lập............................................................... 20 Hình 1- 9 Thiết lập LSP điều khiển thứ tự................................................................. 23 Hình 2-1 Luồng thông điệp PATH và RESV ............................................................ 27 Hình 2-2 Luồng thông điệp PATH và RESV theo hai chiều ...................................... 27 Hình 2-3 Giá trị của trƣờng DSCP trên PHB ............................................................. 28 Hình 2-4 Kiến trúc của dịch vụ DiffServ ................................................................... 31 Hình 2-5 Cơ chế của thành phần QoS CLI ................................................................ 33 Hình 2-6 MPLS E-LSP ............................................................................................. 34 Hình 2-7 MPLS L-LSP ............................................................................................. 35 Hình 2-8 Mô hình đƣờng ống.................................................................................... 36 Hình 2-9 Mô hình đƣờng ống ngắn với PHP ............................................................. 37 Hình 2-10 Mô hình đƣờng ống ngắn không có PHP .................................................. 38 Hình 2-11 Mô hình đƣờng hầm thống nhất với PHP ................................................. 39 Hình 2-12 Mô hình đƣờng hầm thống nhất không có PHP ........................................ 40 Hình 3-1 Mô hình hạ tầng truyền thông ngành Tài chính .......................................... 41 Hình 3-2 Mô hình kết nối cho Cục thuế mỗi tỉnh ...................................................... 44 Hình 3-3 Mô hình kết nối tổng quát GRE Tunnel...................................................... 44 Hình 3-4 Mô hình kết hợp DiffServ vào trong mạng MPLS ...................................... 46 Hình 3-5 Các lớp dịch vụ khác nhau cùng chia sẻ băng thông ................................... 48 Hình 3-6 Vị trí lắp đặt Packetshaper tại Data Center ................................................. 50 Hình 3-7 Vị trí lắp đặt Packetshaper tại Cục thuế Phú Thọ........................................ 51 Hình 3-8 Vị trí lắp đặt Packetshaper tại Chi cục Thuế Việt Trì ................................. 51 Hình 3-9 Thông lƣợng truy cập vào TTDL ............................................................... 52 Hình 3-10 Mƣời ứng dụng đứng đầu truy cập vào TTDL .......................................... 52 Hình 3-11 Thông lƣợng ra vào Cục thuế Phú Thọ ..................................................... 53 Hình 3-12 Mƣời ứng dụng đứng đầu truy cập ra CT Phú Thọ ................................... 53 Hình 3-13 Thông lƣợng ra vào Chi cục Thuế Việt Trì ............................................... 54 Hình 3-14 Mƣời ứng dụng truy cập ra CCT Việt Trì ................................................. 54 Hình 3-15 Cấu trúc thƣ mục của NS-allinone ............................................................ 56 8 Hình 3-16 Cấu trúc node Unicast và node Multicast ................................................. 56 Hình 3-17 Mô hình của MNS trên NS2 ..................................................................... 57 Hình 3-18 Cấu trúc node MPLS ................................................................................ 58 Hình 3-19 Topo mạng sử dụng trong quá trình mô phỏng ......................................... 59 Hình 3-20 Mạng MPLS không DiffServ với luồng UDP có lƣu lƣợng thấp .............. 59 Hình 3-21 Mạng MPLS không DiffServ với luồng UDP có lƣu lƣợng cao ................ 60 Hình 3-22 Mạng MPLS có DiffServ với luồng UDP có lƣu lƣợng thấp .................... 61 Hình 3-23 Mạng MPLS có DiffServ với luồng UDP có lƣu lƣợng cao ...................... 62 9 LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ MPLS (Multi Protocol Label Switching) đƣợc tổ chức quốc tế IETF chính thức đƣa ra vào cuối năm 1997, đã phát triển nhanh chóng trên toàn cầu. Hạ tầng truyền thông ngành Tài chính trong đó bao gồm Tổng cục Thuế đã triển khai mạng MPLS trong vài năm gần đây. Những tiện lợi khi đƣa vào sử dụng hệ thống mạng MPLS là vô cùng to lớn đối với ngành Thuế nó giúp đảm bảo cho các ứng dụng về quản lý thuế hoạt động thông suốt và hiệu quả từ cấp Trung ƣơng xuống tới địa phƣơng thông qua mạng này. Trong giai đoạn từ năm 2010 – 2015 ngành Thuế tiến hành công cuộc cải cách và hiện đại hóa công tác quản lý thuế trong đó đặc biệt đẩy mạnh việc tích hợp ứng dụng của ngành Thuế hoạt động theo hƣớng tập trung hóa. Để đảm bảo ứng dụng của ngành Thuế có thể hoạt động theo hƣớng tập trung hóa thì việc đảm bảo chất lƣợng đƣờng truyền kết nối là vô cùng quan trọng. Luận văn “Mạng MPLS và ứng dụng trong ngành Thuế” đã nghiên cứu những kiến thức về công nghệ mạng MPLS và đề suất sử dụng mô hình DiffServ trong việc đảm bảo chất lƣợng dịch vụ trên hệ thống mạng MPLS ngành Tài chính. Luận văn gồm 03 chƣơng: Chƣơng 1: Công nghệ chuyển mạch MPLS – Trình bày những khái niệm cơ bản, các thành phần chính, cấu trúc và hoạt động của MPLS. Chƣơng 2: Chất lƣợng dịch vụ – Giới thiệu chất lƣợng dịch vụ trên mạng IP/MPLS và hoạt động của mô hình DiffServ. Chƣơng 3: Ứng dụng mô hình DiffServ trong việc đảm bảo chất lƣợng dịch vụ mạng MPLS – trình bày việc áp dụng mô hình DiffServ trên hệ thống mạng MPLS ngành Tài chính. Cuối cùng, để có đƣợc bản luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè, tới các thầy cô giáo của Trƣờng Đại học Công nghệ, Khoa Công nghệ Thông tin, Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Công nghệ đã hết sức tạo điều kiện, động viên và truyền thụ các kiến thức bổ ích. Đặc biệt tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Tam cùng các đồng nghiệp tại Cục Công nghệ thông tin Tổng cục thuế, đã tận tình giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành tốt bài luận văn. 10 CHƢƠNG 1 CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MPLS Kể từ khi ra đời vào những năm 1992, Internet đã phát triển nhanh chóng từ một mạng nghiên cứu trở thành mạng giao dịch thƣơng mại trên toàn cầu. Internet trở thành phƣơng tiện không thể thiếu mang lại hiệu quả cao với chi phí thấp trong công việc, học tập, thƣơng mại điện tử và giải trí. Internet đã cho thấy sự tăng trƣởng không ngừng về số lƣợng thiết bị, băng thông và dịch vụ sử dụng trên hệ thống mạng. Đồng thời Internet cũng cung cấp các dịch vụ đảm bảo chất lƣợng mạng từ dịch vụ best- effort đến các dịch vụ tích hợp và phân biệt, đó là điều cần thiết cho nhiều ứng dụng mới nhƣ quản lý mạng riêng ảo, điện thoại qua IP, hội nghị truyền hình và các dịch vụ đa phƣơng tiện băng thông rộng. Những nhà cung cấp hạ tầng mạng thƣờng cung cấp nhiều dịch vụ cho thuê nhƣ đƣờng TDM leased lines, ATM, Frame Relay. Đƣờng trục chính ATM thƣờng đƣợc dùng phổ biến do tính linh hoạt và khả năng cung cấp nhiều loại dịch vụ. Tuy nhiên, ATM không tích hợp tốt với IP và có những vấn đề về khả năng mở rộng cần giải quyết khi chạy IP trên ATM. Các nhà nghiên cứu đã tìm cách kết hợp khả năng tốt nhất của IP và ATM trong việc tăng hiệu năng và thông lƣợng qua chuyển mạch ATM. Điều này dẫn đến việc ra đời của công nghệ chuyển mạch nhãn (MPLS) cho phép nâng cao khả năng mở rộng mạng, tăng khả năng định tuyến gói tin, tích hợp mạng IP và ATM, điều khiển lƣu lƣợng, tăng cƣờng chất lƣợng dịch vụ mạng. 1.1 Giới thiệu về chuyển mạch đa giao thức (MPLS) 1.1.1 MPLS là gì ? MPLS là một phƣơng pháp cải thiện để chuyển tiếp gói tin qua một mạng sử dụng thông tin chứa trong nhãn gắn liền với các gói tin IP. Các nhãn đƣợc chèn giữa tiêu đề lớp 3 và lớp 2 trong trƣờng hợp các khung dựa trên tiêu đề lớp 2 và chúng đƣợc chứa trong các trƣờng là đƣờng dẫn ảo (VPI) và kênh dẫn ảo (VCI) trong trƣờng hợp dựa trên công nghệ chuyển mạch tế bào nhƣ ATM. MPLS kết hợp công nghệ chuyển mạch lớp 2 và định tuyến lớp 3. Mục tiêu chính của MPLS là tạo ra một mạng linh hoạt cung cấp hiệu suất cao và ổn định. Điều này bao gồm các kỹ thuật về lƣu lƣợng và khả năng VPN trong đó cung cấp chất lƣợng dịch vụ với nhiều lớp dịch vụ. 11 Trong mạng MPLS ở Hình 1-1, các gói tin đến sẽ đƣợc gán một nhãn bởi thiết bị định tuyến chuyển mạch nhãn ở biên. Các gói tin đƣợc chuyển tiếp trên một đƣờng LSP trong đó với mỗi LSR thực hiện chuyển tiếp dựa trên nội dung của nhãn. Tại mỗi bƣớc nhẩy, các LSR đƣợc gỡ bỏ nhãn và áp dụng một nhãn mới để cho biết chặng tiếp theo cần chuyển tiếp gói tin tới. Nhãn đƣợc loại bỏ khỏi LSR biên ra và gói tin đƣợc chuyển tiếp tới đích của nó. Hình 1- 1 Kiến trúc hệ thống mạng MPLS 1.1.2 Lợi ích của MPLS Phƣơng pháp chuyển mạch dựa trên nhãn cho phép thiết bị định tuyến và chuyển mạch ATM thực hiện quyết định chuyển tiếp gói tin dựa trên nội dung của các nhãn đơn giản thay cho việc định tuyến phức tạp dựa trên địa chỉ IP của chặn kế tiếp. Kỹ thuật này mang lại nhiều lợi ích cho mạng dựa trên IP [11]:  VPN: Sử dụng MPLS, nhà cung cấp dịch vụ có thể tạo ta VPN lớp 3 trên toàn mạng đƣờng trục cho nhiều khách hàng, sử dụng một cơ sở hạ tầng thông thƣờng mà không cần mã hóa hoặc ứng dụng cho ngƣời dùng đầu cuối.  Kỹ thuật lƣu lƣợng: Cung cấp khả năng thiết lập một hoặc nhiều đƣờng chứa lƣu lƣợng sẽ đƣợc chuyển qua mạng. Ngoài ra nhà cung cấp dịch vụ còn có khả năng thiết lập thuộc tính cho các lớp lƣu lƣợng. Tính năng này tối ƣu hóa băng thông trên các đƣờng truyền không đƣợc sử dụng. 12  Chất lƣợng dịch vụ: Sử dụng chất lƣợng dịch vụ của MPLS nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp nhiều lớp dịch vụ đƣợc đảm bảo khác nhau cho các khách hàng sử dụng hệ thống VPN.  Tíc