Tìm hiểu công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức trong VPN

Hình 3.1

MỞ ĐẦU

Cùng với xu thế toàn cầu hóa, sự mở rộng giao lưu hợp tác quốc tế ngày càng tăng, quan hệ hợp tác kinh doanh không chỉ dừng lại trong phạm vi một huyện, một tỉnh, một nước mà còn mở rộng ra toàn thế giới. Một công ty có thể có chi nhánh, có các đối tác kinh doanh ở nhiều quốc gia và giữa họ luôn có nhu cầu trao đổi thông tin với nhau. Để đảm bảo bí mật các thông tin được trao đổi thì theo cách truyền thông người ta dùng các kênh thuê riêng, nhưng nhược điểm là nó đắt tiền, gây lãng phí tài nguyên khi dữ liệu trao đổi không nhiều và không thường xuyên. Vì thế người ta đã nghiên cứu ra nhưng công nghệ khác vẫn có thể đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin nhưng đỡ tốn kém và thuận tiện hơn, đó là giải pháp mạng riêng ảo

VPN là định nghĩa là mạng kết nối các site khách hàng đảm bảo an ninh trên cơ sở hạ tầng mạng chung cùng với các chính sách điều khiển truy nhập và đảm bảo an ninh như một mạng riêng. Đã có rất nhiều phương án triển VPN như: X.25, ATM, Framer Relay, … Tuy nhiên khi thực hiện các giải pháp này thì chi phí rất lớn để mua sắm các thiết bị, chi phí cho vận hành, duy trì, quản lý rất lớn và do doanh nghiệp phải gánh chịu trong khi các nhà cung cấp dịch vụ chỉ đảm bảo về một kênh riêng cho số liệu và không chắc chắn về vấn đề an ninh của kênh riêng này.

Các tổ chức, doanh nghiệp sử dụng dịch vụ IP VPN sẽ tiết kiệm được rất nhiều chi phí trong việc muốn kết nối các chị nhánh văn phòng với nhau, truy cập từ xa vào mạng nội bộ, gọi điện VoIP. Hiện nay ADSL đã trở nên phổ biến, chi phí thấp, nên việc thực hiện IP VPN trở nên rất đơn giản, hiệu quả vì tận dụng được đường truyền Internet tốc độ cao.

Mục đích của đồ án là tìm hiểu về những vấn đề cơ bản liên quan đến thực hiện IP-VPN và MPLS – VPN. Đánh giá hai công nghệ này.

Bố cục của đồ án gồm 3 chương:

Chương 1: Bộ giao thức TCP/IP và công nghệ mạng riêng ảo trên Internet IP-

VPN

Chương 2: Giao thức IPSec cho IP-VPN

Chương 3: Chuyển mạch nhãn đa giao thức trong VPN

Mặc dù nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của cô hướng dẫn và sự cố gắng của

bản thân nhưng đồ án không tránh khỏi sai sót vì vậy tôi mong nhận được sự đóng góp nhiều hơn nữa ý kiến từ phía thầy cô và bạn bè cùng những người quan tâm đến lĩnh vực này.

CHƯƠNG 1: BỘ GIAO THỨC TCP/IP VÀ

CÔNG NGHỆ MẠNG RIÊNG ẢO TRÊN INTERNET IP-VPN

1.1 Khái niệm mạng Internet

Tháng 6/1968, một cơ quan của Bộ Quốc phòng Mỹ là Cục các dự án nghiên cứu tiên tiến (Advanced Research Project Agency - viết tắt là ARPA) đã xây dựng dự án nối kết các trung tâm nghiên cứu lớn trong toàn liên bang với mục tiêu là chia sẻ, trao đổi tài nguyên thông tin, đánh dấu sự ra đời của ARPANET - tiền thân của mạng Internet hôm nay. Ban đầu, giao thức truyền thông được sử dụng trong mạng ARPANET là NCP (Network Control Protocol), nhưng sau đó được thay thế bởi bộ giao thức TCP/IP (Transfer Control Protocol/ Internet Prxxotocol) . Bộ giao thứcTCP/IP gồm một tập hợp các chuẩn của mạng, đặc tả chi tiết cách thức cho các máy tínhthông tin liên lạc với nhau, cũng như quy ước cho đấu nối liên mạng và định tuyến cho

mạng.

Trước đây, người ta định nghĩa “Internet là mạng của tất cả các mạng sử dụng

giao thức IP”. Nhưng hiện nay, điều đó không còn chính xác nữa vì nhiều mạng có

kiến trúc khác nhau nhưng nhờ các cầu nối giao thức nên vẫn có thể kết nối vào

Internet và vẫn có thể sử dụng đầy đủ các dịch vụ Internet. Internet không chỉ là một

tập hợp các mạng được liên kết với nhau, Internetworking còn có nghĩa là các mạng được liên kết với nhau trên cơ sở cùng đồng ý với nhau về các quy ước mà cho phép các máy tính liên lạc với nhau, cho dù con đường liên lạc sẽ đi qua những mạng mà chúng không được đấu nối trực tiếp tới. Như vậy, kỹ thuật Internet che dấu chi tiết

phần cứng của mạng, và cho phép các hệ thống máy tính trao đổi thông tin độc lập với

những liên kết mạng vật lý của chúng.

TCP/IP có những đặc điểm sau đây đã làm cho nó trở nên phổ biến:

- Độc lập với kến trúc mạng: TCP/IP có thể sử dụng trong các kiến trúc Ethernet, Token Ring, trong mạng cục bộ LAN cũng như mạng diện rộng WAN.

- Chuẩn giao thức mở: vì TCP/IP có thể thực hiện trên bất kỳ phần cứng hay hệ điều hành nào. Do đó, TCP/IP là tập giao thức lý tưởng để kết hợp phần cứng cũng như phần mềm khác nhau.

- Sơ đồ địa chỉ toàn cầu: mỗi máy tính trên mạng TCP/IP có một địa chỉ xác định duy nhất. Mỗi gói dữ liệu được gửi trên mạng TCP/IP có một Header gồm địa chỉ của máy đích cũng như địa chỉ của máy nguồn.

- Khung Client - Server: TCP/IP là khung cho những ứng dụng client - server mạnh hoạt động trên mạng cục bộ và mạng diện rộng.

1.2 Mô hình phân lớp bộ giao thức TCP/IP

Bộ giao thức TCP/IP là sự kết hợp của các giao thức khác nhau ở các lớp khác nhau, không chỉ có các giao thức TCP và IP. Mỗi lớp có chức năng riêng. Mô hình TCP/IP được tổ chức thành 4 lớp (theo cách nhìn từ phía ứng dụng xuống lớp vật lý) như sau:

Hình 1.1: Mô hình phân lớp bộ giao thức TCP/IP

 Lớp ứng dụng (Application layer): Điều khiển chi tiết từng ứng dụng cụ thể. Nó tương ứng với các lớp ứng dụng, trình diễn trong mô hình OSI. Nó gồm các giao thức mức cao, mã hóa, điều khiển hội thoại … Các dịch vụ ứng dụng như SMTP, FTP, TFTP … Hiện nay có hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn các giao thức thuộc lớp này. Các chương trình ứng dụng giao tiếp với các giao thức ở lớp vận chuyển để truyền và nhận dữ liệu. Chương trình ứng dụng truyền dữ liệu ở dạng yêu cầu đến lớp vận chuyển để xử lý trước khi chuyển xuống lớp Internet để tìm đường đi.

 Lớp vận chuyển (Transport layer): Chịu trách nhiệm truyền thông điệp(message) từ một số tiến trình (một chương trình đang chạy) tới một tiến trình khác. Lớp vận chuyển sẽ đảm bảo thông tin truyền đến nơi nhận không bị lỗi và đúng theo trật tự. Nó có 2 giao thức rất khác nhau là giao thức điều khiển truyền dẫn TCP và giao thức dữ liệu đồ người sử dụng UDP.

 Lớp Internet (Internet layer): Cung cấp chức năng đánh địa chỉ, độc lập phần cứng mà nhờ đó dữ liệu có thể di chuyển giữa các mạng con có kiến trúc vật lý khác nhau. Lớp này điều khiển việc chuyển gói qua mạng, định tuyến gói. (Hỗ trợ giao thức liên IP - khái niệm liên mạng là nói tới mạng lớn hơn: mạng liên kết giữa các mạng

LAN). Các giao thức của lớp này là IP, ICMP, ARP, RARP.

 Lớp truy cập mạng (Network Access Network): Cung cấp giao tiếp với mạng vật lý. (Thông thường lớp này bao gồm các driver thiết bị trong hệ thống vận hành và các card giao diện mạng tương ứng trong máy tính. Lớp này thực hiện nhiệm vụ điều khiển tất cả các chi tiết phần cứng hoặc thực hiện giao tiếp vật lý với cáp (hoặc với bất kỳ môi trường nào được sử dụng)). Cung cấp kiểm soát lỗi dữ liệu phân bố trên mạng vật lý. Lớp này không định nghĩa một giao thức riêng nào cả, nó hỗ trợ tất cả các giao thức chuẩn và độc quyền. Ví dụ: Ethernet, Tocken Ring, FDDI, X.25, wireless, Async, ATM, SNA…

1.3 Các giao thức trong mô hình TCP/IP

1.3.1 Giao thức Internet

1.3.1.1 Giới thiệu chung

Mục đích của giao thức Internet là chuyển thông tin (dữ liệu) từ nguồn tới đích. IP sử dụng các gói tin dữ liệu đồ (datagram). Mỗi datagram có chứa địa chỉ đích và IP sử dụng thông tin này để định tuyến gói tin tới đích của nó theo đường đi thích hợp. Các gói tin của cùng một cặp người sử dụng dùng những tuyến thông tin khác nhau, việc định tuyến là riêng biệt đối với từng gói tin. Giao thức IP không lưu giữ trạng thái, sau khi datagram được chuyển đi thì bên gửi không còn lưu thông tin gì về nó nữa, vì thế mà không có phương pháp nào để phát hiện các gói bị mất và có thể dẫn tới trình trạng lặp gói và sai thứ tự gói tin.

1.3.1.2. Cấu trúc IPv4

Thông tin nhận từ lớp vận chuyển được gán thêm vào tiêu đề IP. Tiêu đề này có chiều dài từ 20 đến 60 bytes trên đường đi tùy thuộc vào các chức năng lựa chọn được sử dụng. Cấu trúc gói IPv4 được mô tả như trong hình 1.2.

00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

version

Hdr length	Type of service	Total length (bytes)
Identification			Flags	Fragment offset
Time - to - live		Protocol	Header checksum
Source IP address
Destination IP address
Options and padding
Data

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 97 trang tài liệu này.

Hình 1.2: Cấu trúc gói tin IPv4

Giải thích ý nghĩa các trường:

 Version (phiên bản): chỉ ra phiên bản của giao thức IP dùng để tạo datagram, được sử dụng để máy gửi, máy nhận, các bộ định tuyến cùng thống nhất về định dạng lược đồ dữ liệu. Ở đây phiên bản là IPv4.

 IP header length (độ dài tiêu đề IP): cung cấp thông tin về độ dài của tiêu đề datagram được tính theo các từ 32 bit.

 Type of service (loại dịch vụ): trường loại phục vụ dài 8 bit gồm 2 phần, trường ưu tiên và kiểu phục vụ. Trường ưu tiên gồm 3 bit dùng để gán mức ưu tiên cho datagram, cung cấp cơ chế cho phép điều khiển các gói tin qua mạng. Các bit còn lại dùng để xác định kiểu lưu lượng datagram tin khi nó chuyển qua mạng như đặc tính thông, độ trễ và độ tin cậy. Tuy nhiên, bản thân mạng Internet không đảm bảo chất lượng dịch vụ, vì vậy trường này chỉ mạng tính yêu cầu chứ không mang tính đòi hỏi đối với các bộ định tuyến.

 Total length (tổng độ dài): trường này gồm 16 bit, nó sử dụng để xác định chiều dài của toàn bộ IP datagram.

 Identification (nhận dạng): trường nhận dạng dài 16 bit. Trường này được máy chủ dùng để phát hiện và nhóm các đoạn bị chia nhỏ ra của gói tin. Các bộ định tuyến sẽ chia nhỏ các datagram nếu như dơn vị truyền tin lớn nhất của gói tin (MTU-Maximum Transmission Unit) lớn hơn MTU của môi trường truyền.

 Flags (cờ): chứa 3 bit được sử dụng cho quá trình điều khiển phân đoạn, bít đầu tiên chỉ thị tới các bộ định tuyến cho phép hoặc không cho phép phân đoạn gói tin, 2 bit giá trị thấp được sử dụng điều khiển phân đoạn, kết hợp với trường nhận dạng để xác định được gói tin nhận sau quá trình phân đoạn.

 Fragment offset: mạng thông tin về số lần chỉa một gói tin, kích thước của gói tin phụ thuộc vào mạng cơ sở truyền tin, tức là độ dài gói tin không thể vượt quá MTU của môi trường truyền.

 Time - to - live (thời gian sống): được dùng để ngăn việc các gói tin lặp vòng trên mạng. Nó có vai trò như một bộ đếm ngược, tránh hiện tượng các gói tin đi quá lâu trong mạng. Bất kì gói tin nào có thời gian sống bằng 0 thì gói tin đó sẽ bị bộ định tuyến hủy bỏ và thông báo lỗi sẽ được gửi về trạm phát gói tin.

 Protocol (giao thức): trường này được dùng để xác nhận giao thức tầng kế tiếp mức cao hơn đang sử dụng dịch vụ IP dưới dạng con số.

 Header checksum: trường kiểm tra tổng header có độ dài 16 bit, được tính

toán trong tất cả các trường của tiêu đề IPv4. Một gói tin khi đi qua các bộ định tuyến thì các trường trong phần tiêu đề có thể bị thay đổi, vì vậy trường này cần phải được tính toán và cập nhập lại để đảm bảo độ tin cậy của thông tin định tuyến.

 Source Address - Destination Address (địa chỉ nguồn và địa chỉ đích): được các bộ định tuyến và các gateway sử dụng để định tuyến các đơn vị số liệu, luôn luôn đi cùng với gói tin từ nguồn tới đích.

 Option and Padding (tùy chọn và đệm): có độ dài thay đổi, dùng để thêm thông tin chọn và chèn đầy đảm bảo số liệu bắt đầu trong phạm vi 32 bit.

1.3.1.3. Phân mảnh IP và hợp nhất dữ liệu

Giao thức IP khi thực hiện phải luôn có các thuật toán phân chia và hợp nhất dữ liệu. Vì mỗi datagram đều được quy định một kích thước khung cho phép tối đa trên một kết nối điểm - điểm, được gọi là MTU. Khi đi qua các mạng khác nhau có các MTU khác nhau, gói sẽ bị phân chia tùy theo giá trị MTU của mạng đó. Việc xác định MTU của một mạng phụ thuộc vào các đặc điểm của mạng sao cho gói được truyền đi với tốc độ cao nhất.

Trong quá trình di chuyển từ nguồn tới đích, một datagram có thể đi qua nhiều mạng khác nhau. Mỗi Router mở gói IP datagram từ khung dữ liệu nó nhận được, xử lý và sau đó đóng gói nó trong một khung dữ liệu khác. Các datagram hình thành sau khi phân chia sẻ được đánh số thứ tự để tiện lợi cho quá trình hợp nhất sau này. Định dạng và kích cỡ của khung dữ liệu nhận được phụ thuộc vào giao thức của mạng vật lý mà khung dữ liệu đi qua. Nếu IP cần chuyển datagram có kích cỡ lớn hơn MTU thì nó gửi datagram trong các mảnh (fragment), các mảnh này sẽ được ghép lại ở đầu thu để trở lại trạng thái ban đầu.

Khi phân mảnh, hầu hết các trường sẽ được lặp lại, chỉ có một vài thay đổi và mỗi mảnh sẽ lại được tiếp tục bị chia nhỏ nếu nó gặp phải mạng có MTU nhỏ hơn kích thước của nó. Chỉ có host đích là có khả năng ghép các mảnh lại với nhau. Vì mỗi mảnh được xử lý độc lập nên có thể đi qua nhiều mạng và node khác nhau để tới đích.

1.3.1.4. Địa chỉ và định tuyến IP

Địa chỉ:Mỗi trạm trong mạng đều được đặc trưng bởi một số hiệu nhất định gọi là địa chỉ IP. Địa chỉ IP được sử dụng trong lớp mạng để định tuyến các gói tin qua mạng. Do tổ chức và độ lớn của các mạng con trong liên mạng khác nhau, nên người ta chia địa chỉ IP thành các lớp A, B, C, D, E.

Định tuyến trong mạng Internet:việc định tuyến trong một hệ thống mạng chuyển gói chỉ ra tiến trình lựa chọn tuyến đường để gửi gói dữ liệu qua hệ thống đó. Router chính là thành phần thực hiện chức năng bộ định tuyến. Việc định tuyến sẽ tạo nên mạng ảo bao gồm nhiều mạng vật lý cung cấp dịch vụ phát chuyển gói tin theo một phương thức phi kết nối. Có nhiều giao thức và phần mềm khác nhau được sử dụng để định tuyến. Việc chọn kênh cho một gói tin dựa trên hai tiêu chuẩn: trạng thái của các nút và liên kết hoặc khoảng cách tới đích (chiều dài quãng đường hoặc số hop trên đường). Một khi tiêu chuẩn khoảng cách được chọn thì các tham số khác như: độ trễ, băng thông hoặc xác suất mất gói…được tính đến khi lựa chọn tuyến.

1.3.1.5. Cấu trúc gói tin IPv6

Thế giới đang đối mặt với việc thiếu địa chỉ IP cho các thiết bị mạng, địa chỉ dài 32 bit không đáp ứng được sự bùng nổ của mạng. Thêm nữa, IPv4 là giao thức cũ, không đáp ứng được các yêu cầu mới về bảo mật, sự linh hoạt trong định tuyến và hỗ trợ lưu lượng. Diễn đàn IPv6 được bắt đầu vào tháng 7-1999 bởi 50 nhà cung cấp Internet hàng đầu với mục đích phát triển giao thức IPv6, nó được thiết kế bao gồm các chức năng và định dạng mở rộng hơn IPv4 để giải quyết vấn đề cải thiện chất lượng và bảo mật của Internet. IPv6 đặc biệt quan trong khi các thiết bị tính toán di động tiếp tục tham gia vào Internet trong tương lai.

Do sự thay đổi bản chất của Internet và mạng thương mại mà giao thức liên mạng IP trở nên lỗi thời. Trước đây, Internet và hầu hết mạng TCP cung cấp sự hỗ trợ các ứng dụng phân tán khá đơn giản như truyền file, mail, truy nhập từ xa TELNET. Song ngày nay, Internet ngày càng trở thành phương tiện, môi trường giàu tính ứng dụng, dẫn đầu là dịch vụ www (World Wide Web). Tất cả sự phát triển này đã bỏ xa khả năng đáp ứng chức năng và dịch vụ của IP. Một môi trường liên mạng cần phải hỗ trợ lưu lượng thời gian thực, kế hoạch điều khiển tắc nghẽn linh hoạt và các đặc điểm bảo mật mà IPv4 hiện không đáp ứng được đầy đủ. Hình 1.3 minh họa cấu trúc gói tin IPv6.