Tài liệu ĐỒ ÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC, chương 4 pptx

Một router đường lên có tính chất tương đối so với một router khác, nghĩa là nó gần nguồn hơn router được nói đến đó dọc theo đường dẫn chuyển mạch nhãn.. Một router đường xuống có tính

CHƯƠNG 4 : CÔNG NGHỆ

MPLS

2.1 Một số vấn đề cơ bản

2.1.1 Các thuật ngữ, định nghĩa sử dụng trong MPLS Đường lên (Upstream): Hướng đi dọc theo đường dẫn từ

đích đến nguồn Một router đường lên có tính chất tương đối

so với một router khác, nghĩa là nó gần nguồn hơn router được nói đến đó dọc theo đường dẫn chuyển mạch nhãn

Đường xuống (Downstream): Hướng đi dọc theo đường dẫn

từ nguồn đến đích Một router đường xuống có tính chất tương đối so với một router khác, nghĩa là nó gần đích hơn router được nói đến đó dọc theo đường dẫn chuyển mạch nhãn

Mặt phẳng điều khiển: Là nơi mà các thông tin điều khiển

như là thông tin về nhãn và định tuyến được trao đổi với nhau

Mặt phẳng dữ liệu/Mặt phẳng chuyển tiếp: Là nơi mà hoạt

động chuyển tiếp thực sự được thực hiện Điều này chỉ có thể được thực hiện sau khi mặt phẳng điều khiển đã được thiết lập

Nhãn: Là thực thể có độ dài cố định dùng làm cơ sở cho việc

chuyển tiếp Thuật ngữ nhãn có thể được dùng trong 2 ngữ cảnh khác nhau Một thuật ngữ liên quan tới nhãn có độ dài

20 bit, ứng với việc MPLS được triển khai trên các công

nghệ lớp 2 sử dụng cấu trúc nhãn trong địa chỉ MAC, như ATM, hay FR Thuật ngữ khác liên quan tới tiêu đề nhãn, có

độ dài 32 bit, ứng với việc MPLS được triển khai trên các công nghệ lớp 2, mà địa chỉ MAC không có cấu trúc nhãn Chúng ta sẽ còn đề cập về nhãn trong phần sau Một điểm cần chú ý là trong MPLS nhãn có quan hệ với QoS

Ràng buộc nhãn: Là một sự kết hợp của một FEC với một

nhãn

Ngăn xếp nhãn: Một tập các nhãn có thự tự được chỉ định

cho gói Việc xử lý các nhãn này cũng tuân theo một thứ tự

Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC): FEC là một nhóm

các gói, nhóm các gói này chia sẻ cùng yêu cầu trong sự chuyển tiếp chúng qua mạng Tất cả các gói trong một nhóm như vậy được cung cấp cùng cách chọn đường tới đích Khác với chuyển tiếp IP truyền thống, trong MPLS việc gán một gói cụ thể vào một FEC cụ thể chỉ được thực hiện một lần khi các gói vào trong mạng MPLS không ra quyết định chuyển tiếp với mỗi datagram lớp 3 mà sử dụng khái niệm FEC FEC phụ thuộc vào một số các yếu tố, ít nhất là phụ thuộc vào địa chỉ IP và có thể là phụ thuộc cả vào kiểu lưu lượng trong datagram (thoại, dữ liệu, fax…) Sau đó dựa trên FEC, nhãn được thoả thuận giữa các LSR lân cận từ lối vào tới lối ra trong một vùng định tuyến Mỗi LSR xây dựng một bảng để xác định xem một gói phải được chuyển tiếp như thế nào Bảng này được gọi là cơ sở thông tin nhãn (LIB: Label Information Base), nó là tổ hợp các ràng buộc FEC với nhãn

(FEC-to-label) Và nhãn lại được sử dụng để chuyển tiếp lưu lượng qua mạng

Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR): Thiết bị trong

mạng MPLS chỉ thực hiện chuyển tiếp các gói dựa trên giá trị nhãn mà chúng mang theo

Bộ định tuyến biên nhãn (LER): Là một LSR thực hiện

thêm chức năng đó là nhận các gói chưa được dãn nhãn (gói IP) và chỉ định một nhãn cho chúng tại lối vào LER cũng thực hiện loại bỏ nhãn tại lối ra

Đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP): là một đường đi để

gói tin qua mạng chuyển mạch nhãn trọn vẹn từ điểm bắt đầu dãn nhãn đến điểm nhãn bị loại bỏ khỏi gói tin Các LSP được thiết lập trước khi truyền dữ liệu

LSP từ đầu tới cuối được gọi là đường hầm LSP, nó là chuỗi liên tiếp các đoạn LSP giữa 2 node kề nhau Các đặc trưng của đường hầm LSP, chẳng hạn như phân bổ băng tần, được xác định bởi sự thoả thuận giữa các node, nhưng sau khi đã thoả thuận, node lối vào (bắt đầu của LSP) xác định dòng lưu lượng bằng việc chọn lựa nhãn của nó Khi lưu lượng được gửi qua đường hầm, các node trung gian không kiểm tra nội dung của tiêu đề mà chỉ kiểm tra nhãn Do đó, phần lưu lượng còn lại được xuyên hầm qua LSP mà không phải kiểm tra Tại cuối đường hầm LSP, node lối ra loại bỏ nhãn và chuyển lưu lượng IP tới node IP

Các đường hầm LSP có thể sử dụng để thực hiện các chính sách kỹ thuật lưu lượng liên quan tới việc tối ưu hiệu

năng mạng Chẳng han, các đường hầm LSP có thể được di chuyển tự động hay thủ công ra khỏi vùng mạng bị lỗi, tắc nghẽn, hay là node mạng bị nghẽn cổ chai Ngoài ra, nhiều đường hầm LSP song song có thể được thiết lập giữa 2 node,

và lưu lượng giữa 2 node đó có thể được chuyển vào trong các đường hầm này theo các chính sách cục bộ

Trong mạng MPLS các LSP được thiết lập bằng một trong

3 cách đó là: Định tuyến từng chặng, định tuyến hiện (ER) và định tuyến cưỡng bức (CR) Chúng ta sẽ đề cập đến các giao thức này chi tiết hơn trong phần sau

Cơ sở thông tin nhãn (LIB): Bảng chứa các ràng buộc

nhãn/FEC mà LSR nhận được từ các giao thức phân bổ nhãn

Giao thức phân bổ nhãn (LDP): Một trong các giao thức

dùng để phân bổ nhãn giữa LSR và các LSR lân cận Các công cụ phân bổ nhãn khác gồm có: RSVP dùng trong MPLS-TE và MG-BGP sử dụng trong VPN LDP thường sử dụng cùng với định tuyến từng chặng

Giao thức đặt trước tài nguyên (RSVP): Giao thức này

khởi đầu được dự định là một giao thức báo hiệu cho chất lượng dịch vụ của các dịch vụ được tích hợp (IntServ), trong

đó 1 host yêu cầu một mức QoS nào đó từ mạng Sự đặt trước này có thể là bên trong một mạng doanh nghiệp hay trên mạng toàn cầu RSVP với một chút sửa đổi đã tương thích với MPLS để trở thành một giao thức báo hiệu hỗ trợ MPLS-TE trong lõi RSVP được mô tả chi tiết trong RFC

2205 và RFC 3209

Định tuyến cưỡng bức-LDP (CR-LDP): Đây là một giải

pháp khác với RSVP dùng như một giao thức báo hiều để thực hiện MPLS-TE CR-LDP thường sử dụng để phân bổ nhãn với định tuyến hiện và định tuyến cưỡng bức

2.1.2 Một sồ vấn đề liên quan đến nhãn (Label)

Không gian nhãn

Nhãn có thể được ấn định giữa các LSR được lấy từ không

gian nhãn Có 2 dạng không gian nhãn đó là: Không gian nhãn theo từng giao diện và Không nhãn theo từng node (theo tất cả các giao diện) Cả 2 loại không gian nhãn này được minh hoạ trong

hình 2.1

Dạng không gian nhãn thứ nhất là Không gian nhãn theo từng giao diện Nhãn được kết hợp với một giao diện nào đó trên

một LSR, chẳng hạn như giao diện DS3 hay SONET Không gian nhãn này thường được sử dụng với các mạng ATM và FR, trong

đó các nhãn nhận dạng kênh ảo được kết hợp với 1 giao diện Không gian nhãn loại này được sử dụng khi 2 thực thể đồng cấp được kết nối trực tiếp trên một giao diện, và nhãn được sử dụng chỉ

để nhận dạng lưu lượng gửi trên giao diện Nếu LSR sử dụng một giá trị giao diện để giữ một bản ghi các nhãn trên mỗi giao diện, thì một giá trị nhãn có thể được tái sử dụng tại mỗi giao diện Theo một nghĩa nào đó, bộ nhận dạng giao diện này trở thành một nhãn bên trong tại LSR, khác với nhãn bên ngoài được gửi giữa các LSR

Không gian nhãn theo từng node (tất cả giao diện)

LSR

a-giao diện b-giao diện

Không gian nhãn

1-5000

Không gian nhãn

1-5000

Không gian nhãn theo từng giao diện

LSR

Tất cả các giao diện

Không gian nhãn

1-5000

Hình 2.1 Các loại không gian nhãn

Dạng không gian nhãn thứ 2 là Không gian nhãn theo từng node Trong không gian nhãn này, nhãn đến được dùng chung với

tất cả các giao diện ở trên node Điều này có nghĩa là node (host hay LSR) phải ấn định nhãn trên tất cả giao diện

Sự duy nhất của nhãn trong không gian nhãn

Một yêu cầu cần thiết với nhãn đó là một nhãn phải nhận dạng một FEC sao cho không có sự nhầm lẫn Điều này nghe có vẻ đơn giản nhưng cũng không quá dễ để thực hiện Chẳng hạn, một node nào đó có thể nhận được 1 nhãn giống nhau từ 2 node khác đến, hay một ví dụ khác đó là một nhãn có thể nhận được từ một node không kết nối trực tiếp

Bất cứ trường hợp nào xảy ra thì một LSR không được ràng buộc nhãn với 2 FEC khác nhau trừ khi nó có phương pháp nào đó

để nhận biết rằng gói đang đến là của LSR nào Vì vậy, mặc dù MPLS có nhiều qui tắc trong việc ràng buộc các nhãn với các FEC, song ý tưởng chính phải nhớ đó là: mỗi LSR phải có khả năng hiểu

và thông dịch nhãn với FEC tương ứng của nó

Hình 2.2 đưa ra 4 kịch bản về việc MPLS thiết lập các qui tắc

về tính duy nhất của nhãn trong không gian nhãn như thế nào Trong các kịch bản này, chúng ta sử dụng kí hiệu Ru và Rd cho LSR đường lên và LSR đường xuống

Hình 2.2 Sự duy nhất của nhãn trong không gian nhãn

 Kịch bản 1: LSR Rd ràng buộc nhãn L1 với FEC F và gửi ràng buộc này tới LSR đồng cấp Ru1

 Kịch bản 2: LSR Rd ràng buộc nhãn L2 với FEC F và gửi ràng buộc này tới LSR đồng cấp Ru2

 Kịch bản 3: LSR Rd ràng buộc nhãn L với FEC F1 và gửi ràng buộc này tới LSR đồng cấp Ru1

 Kịch bản 4: LSR Rd ràng buộc nhãn L2 với FEC F2 và gửi ràng buộc này tới LSR đồng cấp Ru2

Với kịch bản 1 và 2, đó là vấn đề cục bộ liệu L1 có bằng L2 Với kịch bản 3 và 4, qui tắc sau được áp dụng: Nếu khi Rd nhận được 1 gói mà nhãn trên cùng của nó là L, Rd có thể xác định liệu nhãn đó được đặt vào bởi Ru1 hay Ru2, lúc đó MPLS không yêu cầu F1 bằng F2 Do đó, với kịch bản 3 và 4, Rd đang sử dụng các không gian nhãn khác nhau để phân bổ ràng buộc tới Ru1 và Ru2,

đó là ví dụ về việc sử dụng không gian nhãn theo từng giao diện

Ngăn xếp nhãn

Chuyển mạch nhãn được thiết kế để mở rộng các mạng lớn,

và MPLS hỗ trợ chuyển mạch nhãn với các hoạt động phân cấp; sự

hỗ trợ này dựa trên khả năng của MPLS đó là có thể mang nhiều hơn một nhãn trong gói Ngăn xếp nhãn cho phép các LSR được thiết kế để hoán đổi thông tin với một LSR khác và tác động như các node biên trong miền các mạng lớn và các LSR khác Cần chú

ý rằng những LSR này là các node bên trong và không liên quan đến chính chúng với các đường đi liên miền hay với các nhãn được kết hợp với những tuyến đường này

Quá trình xử lý một gói đã được dãn nhãn là độc lập hoàn toàn với mức phân cấp; nghĩa là, mức nhãn là không liên quan tới LSR

để làm cho quá trình đơn giản, quá trình xử lý luôn dựa vào nhãn trên cùng, mà không xem xét đến khả năng đó là: có thể một số nhãn khác đã ở trên nó trước đây hay một số nhãn khác đang ở bên dưới nó lúc này

Nếu ngăn xếp nhãn của gói có độ sâu m, nhãn tại đáy của ngăn xếp được xem như là nhãn mức 1, nhãn trên nó là nhãn mức

2, và nhãn trên cùng là nhãn mức m Trong hình 2.3, chúng ta có 3 LSR là các thành viên của cùng một miền (miền B) và LSR A và LSR C là các LSR biên Ví dụ này cũng thừa nhận rằng miền này

là miền chuyển tiếp (nghĩa là gói không bắt đầu hay kết thúc tại miền này) Người ta muốn cô lập các LSR bên trong miền khỏi những hoạt động này

LSR X và LSR Y là các router biên được thiết kế cho miền A

và miền C Để phát hành các địa chỉ từ miền C, LSR Y phân phát thông tin tới LSR C, LSR C lại phân phát thông tin đến LSR A, sau đó LSR A phân phát thông tin tới LSR X Thông tin không được phân phát tới LSR B bởi vì LSR B là LSR bên trong

Hình 2.3 Ngăn xếp nhãn và cấu trúc phân cấp

Hai mức nhãn được sử dụng Khi lưu lượng đi qua miền B, mức nhãn thứ nhất được sử dụng và các nhãn liên quan đến các hoạt động liên miền được đẩy xuống trong ngăn xếp nhãn của gói

Hình 2.4 Ví dụ về ngăn xếp nhãn: LSR E lấy nhãn ra khỏi ngăn

xếp

Hình 2.4 biểu diễn các ví dụ về ngăn xếp nhãn Các node A,

B, G, và H là các node bên ngoài (các LSR lối ra và lối vào) còn miền bên trong gồm các node C, D, E và F Các bảng LSR tại node

C và F có ngăn xếp nhãn với độ sâu là 2 Các bảng LSR D và LSR

E có ngăn xếp nhãn với độ sâu 1 Trong ví dụ này, các khả năng MPLS được mở rộng ra ngoài tới các node A, B, G và H Dó đó, đằng sau những node này có thể là những node không có khả năng MPLS, chẳng hạn như các trạm làm việc hay các server

Node A gửi 1 gói tới node C với nhãn 21 Node C hỏi bảng nhãn của nó và quyết định rằng nhãn được đẩy xuống và nhãn 33 được sử dụng giữa node C và node D Gói gửi tới node D có 2 nhãn, nhưng nhãn 21 không được kiểm tra bởi node D Bảng nhãn của nó chỉ đạo nó hoán đổi nhãn 33 cho nhãn 14 và chuyển tiếp gói

ra giao diện e, tuyến nối đến node E

Khi node E nhận được gói này, bảng nhãn của nó hướng dẫn node E lấy nhãn tiếp theo và sau đó gửi gói tới giao diện s Bây giờ chỉ có 1 nhãn trong tiêu đề Tại node F, giá trị nhãn 21 trên giao diện b được ràng buộc với nhãn 70 trên giao diện d, tuyến nối tới node G

Ví dụ thứ 2 trong hình 2.4 là một gói đến từ node B, với giá trị nhãn 42 Bảng nhãn tại node C chỉ ra rằng nhãn này được đẩy vào ngăn xếp, và nhãn 33 được sử dụng như là nhãn bên ngoài Quá trình xử lý sau đó là giống như trong ví dụ thứ nhất cho đến khi gói đến node F Đến đây, nhãn 42 được lấy ra và được ràng buộc với nhãn 61 trên giao diện c, tuyến nối đến node H

Trong ví dụ này, chỉ một ràng buộc nhãn được cần tại các LSR bên trong để xử lý 2 nhãn bên ngoài Tất nhiên, có thể ràng

buộc hàng ngàn nhãn từ các node bên ngoài tới một ràng buộc nhãn ở bên trong miền

C a

A

B

D e

H c

IN OUT a.21

b.42

c.push 33 c.push 33

IN OUT a.33 e.14

IN OUT b.14 s.12

IN OUT b.12

b.12

d.pop c.pop

G

IP 70

IP 21 12

IP 42 12

Hình 2.5 biểu diễn một ví dụ khác Trong ví dụ này, LSR F thực hiện lấy nhãn ra khỏi ngăn xếp chứ không phải là LSR E làm điều đó LSR E xử lý nhãn bên ngoài như là LSR D đã làm

Hình 2.6 Ví dụ về ngăn xếp nhãn: nhãn được lấy 2 lần tại LSR

E và F

Hình 2.5 Ví dụ về ngăn xếp nhãn: LSR F lấy nhãn ra khỏi ngăn xếp

Hình 2.6 biểu diễn thêm một ví dụ về ngăn xếp nhãn Trong

ví dụ này, các node G và H không là các LSR Chúng là các trạm đầu cuối, chẳng hạn như là các router hay server, chúng không được cấu hình để hỗ trợ các hoạt động MPLS Có 2 sự lấy nhãn trong ngăn xếp xảy ra, đầu tiên là tại LSR E và thứ hai là tại LSR

F

Cả 3 kịch bản về ngăn xếp nhãn trong các hình 2.4, 2.5 và 2.6 đều được cho phép sử dụng trong mạng MPLS

Sự duy trì nhãn

MPLS định nghĩa 2 chế độ để duy trì nhãn

 Chế độ thứ nhất là chế độ duy trì đầy đủ Trong chế độ này các ràng buộc nhãn và các tiền tố địa chỉ được lưu giữ trong cả các node đường lên và các node đường xuống

 Chế độ thứ hai là chế độ duy trì nhãn hạn chế Trong chế

độ này LSR chỉ lưu trữ ràng buộc nhãn được ấn định bởi LSR đường xuống

Để tóm tắt các chế độ duy trì nhãn, các đặc tả MPLS đưa ra những phương pháp sau để duy trì hay huỷ bỏ nhãn

 Một LSR Ru có thể nhận 1 ràng buộc nhãn với 1 FEC nào

đó từ một LSR Rd, mặc dù Rd này không là chặng kế tiếp của Ru (hay không còn là chặng kế tiếp của Ru) với FEC đó

 Ru có hơn 1 sự lựa chọn liệu có giữ một bản ghi về các ràng buộc như vậy, hay là loại bỏ các ràng buộc như vậy