chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát gmpls

Với cùng một cấu trúc vật lý, bằng các phương pháp định tuyến và gán bước sóng hợp lý trong cấu trúc mạng quang cho ta truyền được lưu lượng cao và mang lại hiệu quả sử dụng băng tần cũn

LỜI CẢM ƠN

Có thể nói đây là một đề tài rất mới và cũng rất khó Nhưng với sự nỗ lực của bản thân và trên hết là sự chỉ bảo và tận tình hướng dẫn của PGS, TS Nguyễn Kim Giao em đã hoàn thành luận án này Vì vậy lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ chỉ bảo và hướng dẫn của thầy.

Ngoài ra em cũng xin chân thành cám ơn các thầy cô giáo trong Khoa Điện

Tử Viễn Thông - trường Đại học Công Nghệ - Đại học quốc gia Ha Nội đã giảng dạy và tạo môi trường tôt cho em nghiên cứu và học tập.

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn các bạn học cùng khoá K49 những người luôn sát cánh bên tôi trong suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian làm khoá luận tốt nghiệp

Hà Nội, tháng 5 năm 2008

Sinh viên

Đinh Mạnh Hải

TÓM TẮT NỘI DUNG

Vấn đề RWA hiện nay rất được quan tâm nghiên cứu với một số lượng công trình đáng kể đã được công bố Với cùng một cấu trúc vật lý, bằng các phương pháp định tuyến và gán bước sóng hợp lý trong cấu trúc mạng quang cho ta truyền được lưu lượng cao và mang lại hiệu quả sử dụng băng tần cũng như chất lượng dịch vụ

Luận văn trình bày tổng quan về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quátGMPLS

Trên cơ sở một số giải pháp điển hình cho bài toán RWA, luận văn đã xây dựng được mô hình mô phỏng các bài toán đã đề xuất bằng OMNET++ cho mạng quang thông minh ION

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Mục lục

Thuật ngữ viết tắt

Lời mở đầu

1 Chương 1:Tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS và GMPLS

3 11 Giới thiệu

3 1.2 Công nghệ IP

4 1.3 Công nghệ ATM

4 1.4 Công nghệ MPLS

6 1.4.1 Các khái niệm cơ bản MPLS

9 1.4.2 Thành phần cơ bản của MPLS

11 1.4.3 Các giao thức sử dụng trong MPLS

11 A Giao thức phân phối nhãn (LDP)

12 B Giao thức RSVP

24 C Giao thức CR – LDP 29

D Giao thức MPLS – BGP 30

1.5.Công nghệ GMPLS 30

1.5.1.Nhãn tổng quan của GMPLS 31

1.5.2.Bộ giao thức GMPLS 32

Chương 2: Giới thiệu bài toán định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang 33

2.1 Giới thiệu 33

2.2.Các loại bài toán RWA 34

2.2.1 Thiết lập luồng quang tĩnh (SLE) 34

2.2.2 Thiếp lập luồng quang động (DLE) 34

2.3.Các phương pháp giải quyết bài toán 34

2.4.Cơ sở lý thuyết 35

2.4.1 Giới thiệu lý thuyết đồ thị 35

2.4.2 Giải thuật Dijkstra 35

2.5 Bài toán RWA trong thiết lập luồng quang tĩnh (SLE) 36

2.6 Bài toán RWA trong thiết lập luồng quang động (DLE) 37

2.6.1 Bài toán định tuyến 38

A Định tuyến cố định 38

B Định tuyến thay thế cố định 38

C Định tuyến thích nghi dựa trên thông tin tổng thể 39

D Định tuyến thích nghi dựa trên thông tin cục bộ 43

2.6.2 Bài toán gán bước sóng 47

A Thuật toán gán bước sóng theo thứ tự bước sóng 47

B Thuật toán gán bước sóng ngẫu nhiên 47

C Thuật toán gán bước sóng dựa trên bước sóng sử dụng nhiều nhất ít nhất 48

2.6.3 Báo hiệu và đặt trước tài nguyên 48

A Đặt trước sóng sóng 48

B Đặt trước theo chặng 49

Chương 3:Phương pháp định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang dựa trên kỹ thuật GMPLS 50

3.1 MPLS và mạng quang thông minh 50

3.1.1 Tầm bao quát rộng lớn của MPLs 50

3.1.2 Các giao thức định tuyến và phân phối nhãn trong nền MPLS 51

3.1.3 Hướng tới ngăn xếp giao thức đơn giản hơn: IP/MPLS qua DWDM 51

3.1.4 Tương quan giữa MPLS và mạng quang 51

3.1.5 Liên kết và quản lý ba mặt phẳng điều khiển 52

3.2 Bài toán định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang tổ chức trên kỹ thuật GMPLS 53

3.2.1 Tổng quan về kỹ thuật GMPLS 53

3.2.2.Thiết lập và khôi phục luồng quang 54

3.3 Các điều kiện ràng buộc trong định tuyến quang 54

3.3.1 Điều kiện ràng buộc trong lớp vật lý 55

3.3.2 Các ràng buộc bước sóng 55

3.3 Kiến trúc GMPLS 55

3.4 Bộ định tuyến GMPLS thực tế: Bộ định tuyến Hikari 56

3.5 Kết luận chương 58

Chương 4: Xây dựng mô hình bài toán định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang sử dụng kỹ thuật GMPLs 59

4.1 Tổng quan về OMNET++ 59

4.1.1 Giới thiệu chung 59

4.1.2 Các thành phần chính của OMNET++ 59

4.1.3 Ứng dụng 60

4.1.4 Mô hình thuật toán trong OMNET++ 60

4.1.5 Lập trình thuật toán 61

4.1.6 Sử dụng OMNET++ 61

4.1.7 Hệ thống file 63

4.2 Phương pháp thực luận nghiệm 65

4.2.1 Các giả thuyết 65

A Định nghĩa bài toán 65

B Xem xét thời gian thiết lập yêu cầu 65

C Yêu cầu đến 66

D Xem xét kiến trúc của mạng quang thông minh ION 67

E Các điều kiện ràng buộc vật lý 67

4.2.2 Xây dựng hàm mục tiêu 69

4.2.3 Mô tả bài toán RWA 70

A Giải thuật định tuyến 70

B Mô tả bài toán định tuyến 72

4.3 Xây dựng mô hình 76

4.3.1 Đường lối thực thi 76

A Mô hình mạng 76

B Các tham số hệ thống 78

4.4 Kết quả và so sánh 78

4.4.1 So sánh các bài toán gán bước sóng 78

4.4.2 Tắc nghẽn và trung bình tuyến liên kết sử dụng 79

4.4.3 Nhận xét chung về tắc nghẽn trong mạng ION 80

4.4.4 So sánh giữa các thước đo TAW đơn giản và nâng cao 81

Kết luận

82

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ARIS Aggregate Route-Based IP Chuyển mạch IP theo phương

pháp tập hợp tuyếnASE Amplified Spontaneous Emission Phát xạ tự phát được khuyếch tánATM Asynchronous Tranfer Mode Phương thức truyền tải không

đồng bộ

CLNP Connectionless Network Protocol Giao thức mạng phi kết nối

CR-LDP Constraint-Based routing Labed Giao thức phân bố nhãn được xác

Distribution protocol định tuyến dựa trên ràng buộcCSR Cell Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch tế bào

DLCI Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nối lớp lien kết dữ

liệuDLE Dynamic Lightpath Establishment Thiết lập luồng quang động

DWDM Dense Wavelength Division Ghép kênh phân chia theo bước

quang trên mộ sợi)FEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tương đươngFIB Forwarding Information Base Cơ sở dữ liệu chuyển tiếp trong

bộ định tuyếnGMPLS Generalized Multi Protocol Label Chuyển mạch nhãn đa giao thức

IETF International Engineering Task Tổ chức tiêu chuẩn kỹ thuật Quốc

IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong miền

ILP Integer Linear Program Quy hoạch tuyến tính nguyên

ISCD Interface Switching Capability Bộ mô tả khả năng chuyển mạch

IS-IS Intermediate System to Giao thức định tuyến IS-IS

Intermediate SystemIS-IS-TE Intermediate System to Giao thức định tuyến IS-IS có kỹ

Intermediate System – Traffic thuật lưu lượngEngineering

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn

LMP Link Management Protocol Giao thức quản lý kênh

LSA Link State Advertisement Bản tin quảng bá trạng thái liên

kết

MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

NP Subset op class NP problems Tập hợp con của lớp các bài toán

OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến OSPFOSPF-TE Open Shortest Path First-Traffic Giao thức định tuyến OSPF

PMD Polarization Mode Dispersion Tán sắc mốt phân cực

RIP Realtime Internet Protocol Giao thức báo hiệu IP thời gian thựcRSVP Wavelength Resvation Protocol Giao thức đặt trước tài nguyên

RSVP-TE Wavelength Resvation Protocol- Giao thức đặt trước tài nguyên có

Traffic Engineering kỹ thuật lưu lượng

AssignmentSDH Synchronous Digital Hierarchy Phân cấp truyền dẫn số đồng bộSLE Static Lightpath Establishment Thiết lập luồng quang tĩnh

Sonet Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải

TED Traffic Engineering Database Cơ sỡ dữ liệu có kỹ thuật lưu lượng

TWA Total Wavelength and Available Tổng số bước sóng và bước sóng

Có thể sử dụng

VCI Virtual Circuit Identifier Trường nhận dạng kênh ảo

ConstraintWRN Wavelength Routed Network Mạng đinh tuyến bước sóng

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây,cùng với việc bùng nổ Internet trên toàn cầu kéo theo

đó là các dịch vụ mới như truyền hình số đa phương tiện, video, xử lý ảnh đòi hỏi băng thông ngày càng cao lên tới cỡ gigabyte với khoảng cách xa, mật độ cao độ rủi

ro thấp Nhưng các giao thức hiện nay không thể đáp ứng được nhu cầu đó Do đó

xu thế tất yếu là cần phải có một giao thức mới ra đời nhằm thoả mãn các yêu cầu trên.Theo nghiên cứu thì các sợi quang với thuận lợi về băng thông (tần số sóng mang cỡ 200 THz), trong lượng và kích thước nhỏ; hoàn toàn cách biệt về điện, không có giao thoa cũng như suy hào về đường truyền thấp Và những ưu điểm đó

đã được phát triển cho các ứng dụng rộng rãi trong mạng truyền dẫn hiện nay Để tận dụng được những ưu điểm trên thì việc phân luồng và gán bước sóng phù hợp cho tín hiệu đến và đi cho các tuyến trên sợi quang là công việc rất có ý nghĩa nhằm phát huy năng lực tiềm tàng của sợi trong việc tăng dung lượng đường truyền

Trên thế giới mạng ghép kênh theo bước sóng WDM (Wavelength Division Multiplexing) đã được thương mại hoá từ năm 1996 Xu thế phát triển mạng hiện nay ở Việt Nam là mục tiêu xây dựng mạng truyền tải toàn quang cho mạng thế hệ sau NGN (Next Generation Network) dựa trên công nghệ WDM Những lỗ lực phi thường về công nghệ truyền dẫn quang trong đó tập trung vào nghiên cứu vấn đề công nghệ mạng WDM trên thế giới hiện nay đang dần dần đáp ứng được nhu cầu tất yếu của mạng Có nhiều vấn đề cần phải được giải quyết trong mạng WDM nhằm ngày càng hoàn thiện đặc tính mạng Trong đó các vấn đề đó thì định tuyến

và gán bước sóng trong mạng quang nói chung và mạng WDM nói riêng được coi

là một trong những kỹ thuật quan trọng nhất và có tính sống còn Một mặt kỹ thuật này cho phép xây dựng được mạng truyền dẫn quang linh hoạt và đảm bảo thông suốt các lưu lượng tín hiệu lớn Mặt khác nó cho phép tận dụng băng tần của sợi quang trong khi vẫn đơn giản hoá được rất nhiều cấu trúc mạng Điều đó có tác động lớn tới việc xây dựng và bảo dưỡng mạng rất có hiệu quả sau này

Trong những năm gần đây ngành công nghiệp viễn thông đã và đang tìm một phương pháp chuyển mạch có thể kết hợp ưu điểm của IP (như cơ cấu định tuyến)

và của ATM (như thông lượng chuyển mạch) Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multi Protocol Label Switching) là kết quả phát triển của nhiều công nghệ chuyển mạch Ip 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 Nhưng

gần đây nền công nghiệp viễn thông lại bị hút về chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS (Generalized MPLS) do giải pháp về mặt phẳng điều khiển cho mạng quang thế hệ sau.GMPLS hỗ trợ không chỉ các thiết bị thực hiện chuyển mạch gói mà còn thực hiện chuyển mạch theo miền thời gian, theo bước sóng và theo không gian GMPLS nhằm hiện đại hoá việc định tuyến qua mạng thông tin quang bằng việc tạo ra một mặt phẳng chung giữa các lớp quản lý dịch vụ IP và các lớp thông tin quang, đặc biệt cho phép chúng phản ứng rất linh hoạt với các yêu cầu thay đổi băng thông, cho phép thiết lập các dịch vụ thông tin quang năng động hơn.

Với ý nghĩa đó công việc nghiên cứu tìm hiểu và đánh giá các thuật toán định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang dựa trên GMPLS được tiến hành trong luận văn này là rất cần thiết, đặc biệt khi xu thế mạng NGN yêu cầu việc cấp phát tài nguyên.Với toàn bộ nội dung trình bày trong luận văn này, đề tài mong muốn được tiếp tục nghiên cứu về vấn đề này nhằm tham gia và trao đổi một vấn đề học thuật trong một lĩnh vực mạng thông tin quang còn rất rộng lớn và hấp dẫn

Mục đích của đề tài luận văn là nghiên cứu các kỹ thuật định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang dựa trên GMPLS Với mục tiêu đó nội dung của luận văn bao gồm các vấn đề sau:

Chưong 1: Giới thiệu tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) và chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS)

Chương 2: Giới thiệu về vấn đề định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang (RWA) và cách thức chung để giải quyết bài toán này

Chương 3: Tập trung trình bày về phương pháp định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang dựa trên kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS

Chương 4: Tập trung vào việc xây dựng mô hình bài toán định tuyến và gán bước sóng trong mạng quang dựa trên kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS VÀ GMPLS

1.1 GIỚI THIỆU

Trong những năm gần đây cùng với sự bùng nổ của Internet trên toàn cầu thì các dịch vụ thoại và đa phương tiện cũng ngày càng phát triển với tốc độ chóng mặt Kéo theo đó là vấn đề về tốc độ và dải thông của các dịch vụ này đã vượt quá tài nguyên hạ tầng của Internet hiện nay

Như chúng ta đã biết giao thức định tuyến TCP/IP có ưu điểm là khả năng định tuyến và truyền gói tin một cách hết sức mềm dẻo và linh hoạt Tuy nhiên nhược điểm của nó là không đảm bảo được chất lượng dịch vụ, tốc độ truyền tin theo yêu cầu Trong khi đó 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 nó lại không có được khả năng định tuyến mềm dẻo như của TCP/IP Giải pháp được đặt ra đối với các nhà khoa học là tìm ra một phương thức chuyển mạch

có thể kết hợp đồng thới ưu điểm của TCP/IP và ATM Sự kết hợp đó có thể là giải pháp kỳ vọng cho mạng viễn thông tương lai- mạng thế hệ sau NGN

Chuyển mạch nhãn là giải pháp đáp ứng được nhu cầu đó Có lẽ yếu tố thúc đẩy quan trọng nhất đằng sau chuyển mạch nhãn là nhu cầu phát triển chức năng định tuyến của Internet và IP Và đó cũng là điều tất yếu do đòi hỏi của sự phát triển nhanh chóng của Internet

Sự ra đời của chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS đã góp phần giải quyết các vấn đề mà các mạng ngày nay đang phải đối mặt như tốc độ, lưu lượng truyền khả năng mở rộng cấp độ mạng, quản lý chất lượng dịch vụ (QoS) MPLS đã xuất hiện để đáp ứng các yêu cầu dịch vụ và quản lý băng thông cho giao thức Internet (IP) thế hệ sau dựa trên mạng đường trục

Nói tóm lại, sự ra đời của MPLS đóng một vai trò quan trọng trong việc định tuyến, chuyển mạch và chuyển tiếp các gói qua mạng thế hệ sau cũng như giải quyết các vấn đề liên quan tới khả năng mở rộng mạng Nó 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

IP là giao thức liên mạng phi kết nối Việc chuyển gói tin thực hiện theo cơ chế phi kết nối IP 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 số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tới đích Từ khi giao thức này ra đời, nó nhanh chóng trở thành giao thức liên mạng thông dụng nhất Ngày nay gần như các liên mạng công cộng sử dụng giao thức IP Mạng IP có mặt ở khắp mọi nơi, mạng Internet toàn cầu chúng ta hiện nay cũng đang sử dụng giao thức IP

Bên cạnh những ưu điểm tuyệt vời của giao thức IP (như khả năng định tuyến), nó cũng có không ít những nhược điểm (như khả năng quản lý chất lượng dịch vụ), các nhà cung cấp mạng trong quá trình phát triển đã liên tục bổ sung các giao thức, thuật toán mới (chẳng hạn các giao thức QoS như: RSVP, IntServ, DiffServ; giao thức IPSec, RTP/RTCP hay các thuật toán tăng tốc độ tìm kiếm địa chỉ trong bảng định tuyến) để có thể khắc phục các nhược điểm của mạng IP Nhưng cái gì cũng có giới hạn của nó, khi nhu cầu sử dụng dịch vụ của người sử dụng tăng lên cả về loại hình lẫn chất lượng dịch vụ thì mọi sự bổ sung là không đủ và cần có những công nghệ mạng mới có bản chất khác (không là giải pháp phi kết nối) đáp ứng yêu cầu QoS tốt hơn Và thế là nhiều công nghệ mạng đã ra đời, điển hình là FR

và ATM

Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theo từng chặng Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ

1.3 CÔNG NGHỆ ATM

Cùng với sự phát triển của Internet và tăng tốc độ xử lý của bộ định tuyến là

sự phát triển mạnh trong lĩnh vực chuyển mạch Mạng số dịch vụ tích hợp băng rộng (B-ISDN) là một kỹ thuật cho phép truyền thông thời gian thực giữa các thiết

bị truyền thông đầu cuối, sử dụng kỹ thuật ATM ATM có thể mang mọi luồng thông tin như thoại, dữ liệu, video, phân mảnh nó thành các gói có kích thước cố định (gọi là cell), và sau đó truyền tải các cell trên đường dẫn đã được thiết lập trước, gọi là kết nối ảo.

Công nghệ ATM dựa trên cơ sở phương pháp chuyển mạch gói, thông tin được nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, trong đó vị trí của gói không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ, và dựa trên nhu cầu bất kì của kênh trước Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau

ATM có hai đặc điểm quan trọng:

- Thứ nhất ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM, các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền lan và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho việc kết hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn

- Thứ hai ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng

ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm Nó là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được gửi đi ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu Mặt khác, ATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu và được giữ cố định trong suốt thời gian kết nối Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng đài ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn Việc này nhằm thực hiện hai điều: dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổng đài Bảng chuyển tế bào có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài Điều này khác với thông tin về toàn mạng chứa trong bảng chuyển tin của router dùng IP

Quá trình chuyển tiếp tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự việc chuyển gói tin qua router Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên cell có kích thước cố định (nhỏ hơn của IP), kích thước bảng chuyển tin nhỏ hơn nhiều so với của IP router, và việc này được thực hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP router truyền thống

Do có khả năng hỗ trợ truyền dữ liệu, thoại, và video với chất lượng cao trên một số các công nghệ băng tần cao khác nhau, ATM từng được xem như là công

nghệ chuyển mạch hứa hẹn và thu hút nhiều sự quan tâm Tuy nhiên, hiện nay cũng như trong tương lai hệ thống toàn ATM sẽ không phải là sự lựa chọn phù hợp nhất.

Đối với các ứng dụng có thời gian kết nối ngắn, thì môi trường hướng kết nối dường như lại không thích hợp do thời gian để thiết lập kết nối cũng như tỷ lệ phần thông tin mào đầu lại quá lớn Với các loại lưu lượng như vậy thì môi truờng phi kết nối với phương thức định tuyến đơn giản, tránh phải sử dụng các giao thức báo hiệu phức tạp sẽ phù hợp hơn

1.4 CÔNG NGHỆ MPLS

Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là kết quả của quá trình phát triển nhiều giải pháp chuyển mạch IP, được chuẩn hoá bởi IETF Tên gọi của nó bắt nguồn từ thực tế đó là hoán đổi nhãn được sử dụng như là kỹ thuật chuyển tiếp nằm

ở bên dưới Sử dụng từ “đa giao thức” trong tên của nó có nghĩa là nó có thể hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng, không chỉ riêng IP Ngoài ra các nhà cung cấp mạng có thể cấu hình và chạy MPLS trên các công nghệ lớp 2 khác nhau như Fram Relay … không chỉ riêng ATM Về mặt kiến trúc điều này là đúng, nhưng trong thực tế MPLS thường tập trung vào việc vận chuyển các dịch vụ IP trên nền ATM

MPLS là giải pháp nhằm liên kết định tuyến lớp mạng và cơ chế hoán đổi nhãn thành một giải pháp đơn nhất để đạt được các mục tiêu sau:

 Cải thiện hiệu năng định tuyến

 Cải thiện tính mềm dẻo của định tuyến trên các mô hình xếp chồng truyền thống

 Tăng tính mềm dẻo trong quá trình đưa và phát triển các loại hình dịch vụ mới

Mạng MPLS có khả năng chuyển các gói tin tại lớp 3 bằng việc sử dụng xử

lý từng gói và chuyển tiếp gói tin tại lớp 2 sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn MPLS dựa trên mô hình ngang cấp, vì vậy mỗi một thiết bị MPLS chạy một giao thức định tuyến IP, trao đổi thông tin định tuyến với các thiết bị lân cận, và chỉ duy trì một không gian cấu hình mạng và một không gian địa chỉ

MPLS chia bộ định tuyến làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin

và chức năng điều khiển Phần chức năng chuyển gói tin với nhiệm vụ gửi gói tin giữa các bộ định tuyến IP, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như của ATM.Trong MPLS nhãn là một thực thể có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm chặng kế tiếp của gói tin

trong một bảng chuyển tiếp nhãn, sau đó thay thế giá trị nhãn của gói rồi chuyển ra cổng ra của bộ định tuyến Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin thông thường và do vậy cải tiến khả năng của thiết bị Các bộ định tuyến sử dụng thiết bị này gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label switching Router) Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin định tuyến giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành bảng định tuyến chuyển mạch nhãn MPLS có thể hoạt động được với các giao thức định tuyến Internet như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Boder Gateway Protocol) hay PNNI của ATM Do MPLS hỗ trợ điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định nên việc đảm bảo dịch

vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi Ngoài ra, MPLS còn có cơ chế định tuyến lại nhanh (fast rerouting)

Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng hỗ trợ việc quản lý mạng được

dễ dàng hơn Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các gói tin thuộc một FEC (Forwarding Equivalence Class - lớp chuyển tiếp tương đương) có thể được xác định bởi giá trị của nhãn Do vậy, trong miền MPLS, các thiết bị đo lưu lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các gói tin Bằng cách giám sát lưu lượng tại các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR, nghẽn lưu lượng nhanh chóng được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể xác định Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương thức này không đưa ra được toàn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ như trễ xuyên xuốt của miền MPLS) Việc đo trễ có thể được thực hiện bởi giao thức lớp hai Để giám sát tốc độ của mỗi luồng và đảm bảo các luồng lưu lượng tuân thủ tính chất lưu lượng đã được định trước, hệ thống giám sát có thể dùng một thiết bị định dạng lưu lượng Thiết bị này sẽ cho phép giám sát

và đảm bảo tuân thủ đặc tính lưu lượng mà không cần thay đổi các giao thức hiện

có

Khi một gói tin vào mạng MPLS, các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn không thực hiện chuyển tiếp theo từng gói mà thực hiện phân loại gói tin vào trong các lớp tương đương chuyển tiếp FEC, sau đó các nhãn được ánh xạ vào trong các FEC Một giao thức phân bổ nhãn LDP được xác định và chức năng của nó là để ấn định và phân bổ các ràng buộc FEC/nhãn cho các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR Khi LDP hoàn thành nhiệm vụ của nó, một đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP được xây dựng từ lối vào tới lối ra Khi các gói vào mạng, LSR lối vào kiểm tra nhiều trường trong tiêu đề gói để xác định xem gói thuộc về FEC nào Nếu đã có một ràng buộc nhãn/FEC thì LSR lối vào gắn nhãn cho gói và định hướng nó tới

giao diện đầu ra tương ứng Sau đó gói được hoán đổi nhãn qua mạng cho đến khi

nó đến LSR lối ra, lúc đó nhãn bị loại bỏ và gói được xử lý tại lớp 3 Hiệu năng đạt được ở đây là nhờ việc đưa quá trình xử lý lớp 3 tới biên của mạng và chỉ thực hiện một lần tại đó thay cho việc xử lý tại từng node trung gian như của IP Tại các node trung gian việc xử lý chỉ là tìm sự phù hợp giữa nhãn trong gói và thực thể tương ứng trong bảng kết nối LSR và sau đó hoán đổi nhãn- quá trình này thực hiện bằng phần cứng

Mặc dù hiệu năng và hiệu quả là 2 kết quả quan trọng, song chúng không phải là các lợi ích duy nhất mà MPLS cung cấp Trong mắt của những nhà cung cấp các mạng lớn, thì khả năng để thực hiện kỹ thuật lưu lượng tiên tiến mà không phải trả giá về hiệu năng của MPLS được quan tâm đặc biệt

MPLS thực hiện các chức năng sau:

+ Xác định cơ cấu quản lý các tính hạt khác nhau của các luồng lưu lượng, như các luồng giữa các máy, phần cứng khác nhau hoặc thậm chí các luồng giữa những ứng dụng khác nhau

+ Duy trì sự độc lập của các giao thức lớp 2 và 3

+ Cung cấp phương pháp ánh xạ địa chỉ IP với các nhãn đơn giản, có độ dài

cố định được sử dụng bởi các công nghệ chuyển tiếp gói và chuyển mạch gói khác nhau

+ Giao diện với các giao thức định tuyến hiện có như giao thức đặt trước tài nguyên RSVP (Resource Reservation Protocol) và giao thức mở đường ngắn nhất đầu tiên (OSPF)

+ Hỗ trợ IP, ATM và giao thức lớp 2 Frame – Relay

Trong MPLS việc truyền dữ liệu xảy ra trên các đường chuyển mạch nhãn LSPs (Label Switch Path) tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để chuyển tiếp gói của FEC nào đó sử dụng cơ chế chuyển đổi nhãn LSPs được thiết lập trước khi truyền dữ liệu (kích thích điều khiển) Các nhãn (tên nhận dạng chính xác giao thức) được phân bổ bằng việc sử dụng giao thức phân bổ nhãn LDP (Label Ditribution Protocol) hoặc RSVP hoặc được đội lên (piggybacked) các giao thức định tuyến như giao thức định tuyến cổng miền (BGP) và OSPF Mỗi gói dữ liệu bọc và mang các nhãn trong suốt hành trình của chúng từ nguồn tới đích Bởi vì các nhãn có độ dài cố định được chèn ở đầu gói hoặc tế bào nên có thể chuyển mạch gói nhanh giữa các tuyến liên kết bằng phần cứng

1.4.1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN MPLS

Nhãn

Nhãn là một thực thể có độ dài ngắn, cố định và không có cấu trúc bên trong Nhãn xác định đường mà gói sẽ đi qua Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng, như địa chỉ lớp mạng Nhãn được gắn vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho một FEC mà gói tin đó được ấn định

Thường thì một gói được ấn định cho một FEC (hoàn toàn hoặc một phần) dựa địa chỉ đích lớp mạng của nó Tuy nhiên nhãn không bao giờ là mã hoá của địa chỉ đó 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 như nhãn, một đoạn đệm được chèn thêm sử dụng cho nhãn Khuôn dạng đoạn đệm gồm 4 byte có cấu trúc như hình sau

Hình 1.1: Dạng nhãn MPLS chungĐối với các khung PPP hay Ethernet giá trị nhận dạng giao thưc P-ID (hoặc Ethertype) được chèn thêm vào mào đầu khung tương ứng để thông báo khung là MPLS unicast hay multicast

Ngăn xếp nhãn (Label stack)

Đó là một tập hợp có thứ tự các nhãn gắn theo gói để truyền tải thông tin về nhiều FEC mà gói nằm trong và về các LSP tương ứng mà gói đi qua Ngăn xếp nhãn cho phép MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và một nhãn cho IGP) và tổ chức đa LSP trong một trung kế LSP Mỗi mức trong ngăn xếp nhãn gắn liền với mức phân cấp nào đó Điều này tạo thuận lợi cho chế độ hoạt động đường hầm trong MPLS

Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label switching Router)

Là thiết bị (Router hay Switch) sử dụng trong mạng MPLS để chuyển các gói tin bằng thủ tục phân phối nhãn Có một số loại LSR cơ bản như sau: LSR, LSR biên, ATM-LSR, ATM-LSR biên

Các lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Classes)Các lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) là khái niệm được dùng để chỉ một lớp các gói được ưu tiên như sau (chúng đều gửi tới chặng tiếp theo như nhau) qua mạng MPLS ngay cả khi có sự khác biệt giữa các gói tin này thể hiện trong mào đầu lớp mạng

+ Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn

Là bảng chuyển tiếp nhãn có chứa thông tin về nhãn vào, nhãn ra, giao diện vào, giao diện ra

Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switching Path)

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 hoán đổi nhãn LSP được thiết lập trước khi truyền dữ liệu MPLS cung cấp hai lựa chọn cho việc thiết lập LSP

Định tuyến theo chặng - Mỗi LSR lựa chọn chặng tiếp theo một cách độc lập cho một FEC nhất định Phương pháp này giống với hiện nay đã được sử dụng trong mạng IP LSR sử dụng giao thức định tuyến có sẵn nào đó như OSPF, giao diện mạng - mạng riêng ATM (PNNI)

Định tuyến rõ ràng (explicit) Định tuyến rõ ràng giống như định tuyến nguồn LSR lối vào (tức là LSR mà dữ liệu bắt đầu truyền) xác định danh sách các nút mà ER-LSP truyền qua Đường dẫn đã xác định có thể không tối ưu cũng được Dọc đường đi tài nguyên có thể được đặt trước để đảm bảo QoS cho lưu lượng dữ liệu Điều này làm giảm nhẹ kỹ thuật lưu lượng khắp mạng, và các dịch vụ phân biệt được cung cấp bằng việc sử dụng các luồng dựa trên các chính sách hoặc phương thức quản lý mạng

Cơ sở dữ liệu nhãn

Là bảng kết nối trong LSR Có chứa giá trị nhãn FEC được gắn vào cổng ra cũng như thông tin về đóng gói phương tiện truyền

Gói tin dán nhãn

Gói tin dán nhãn là gói tin mà nhãn được mã hoá trong đó Trong một vài trường hợp, nhãn nằm trong mào đầu của gói tin dành riêng cho mục đích dán nhãn Trong các trường hợp khác, nhãn có thể được đặt chung vào trong mào đầu lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu miễn là ở đây có trường có thể dùng cho mục đích dán nhãn Công nghệ mã hoá được sử dụng phải phù hợp với cả thực thể mã hoá và thực thể giải mã.

Ấn định và phân phối nhãn

Trong mạng MPLS, quyết định để kết hợp nhãn L cụ thể với một FEC M cụ thể là do LSR phía trước thực hiện LSR phía trước sau khi kết hợp sẽ thông báo với LSR phía sau về kết hợp đó Do vậy, các nhãn được LSR phía trước ấn định và các kết hợp nhãn được phân phối theo hướng từ LSR phía trước tới LSR phía sau

1.4.2 THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MPLS

LSR: Là thành phần quan trọng cơ bản của mạng MPLS LSR là thiết bị định tuyến chuyển mạch nhãn (Label Switching Router) Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển tiếp gói thông tin trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn

LSR biên: Là thiết bị nằm ở biên của mạng MPLS LSRs biên gửi hay nhận các gói thông tin từ hay đến mạng khác nhau (Frame – Relay,ATM….) và chuyển tiếp lưu lượng của các mạng này lên mạng MPLS sau khi thiết lập LSPs bằng việc

sử dụng giao thức báo hiệu nhãn ở lối vào và phân bổ lưu lượng trở lại mạng truy nhập ở lối ra LSR biên gán hay loại bỏ nhãn cho các gói thông tin đến hoặc đi ra khỏi mạng MPLS Các LSR biên có thể là Igress Router (router lối vào) hay Egress Router (router lối ra)

ATM- LSR: Sử dụng giao thức MPLS trong bảng điều khiển thiết lập kênh

ảo ATM Chuyển tiếp tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo

ATM-LSR biên: Nhận gói có nhãn hoặc không có nhãn, phân vào các tế bào ATM và gửi các tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo Nhận các tế bào ATM từ

ATM-LSR cận kề, tái tạo các gói từ các tế bào ATM và chuyển tiếp gói có nhãn hoặc không nhãn

1.4.3 CÁC GIAO THỨC SỬ DỤNG MPLS

Tham gia vào quá trình truyền thông tin trong mạng MPLS có một số giao thức như LDP, RSVP, CR-LDP, MPLS-BGP Các giao thức như RIP, OSPF sử dụng trong mạng router định tuyến các gói IP sẽ không được đề cập đến ở phần này

A Giao thức phân phối nhãn LDP

Giao thức phân phối nhãn được nhóm nghiên cứu MPLS của IETF xây dựng

và ban hành dưới tên RFC 3036 Phiên bản mới nhất được công bố năm 2001 đưa ra những định nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao thức LDP

Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói thông tin Vị trí của giao thức LDP và các mối liên kết chức năng cơ bản của LDP với các giao thức khác thể hiện trên hình 2.6 Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình gán nhãn/FEC Giao thức này là một tập hợp các thủ tục trao đổi các bản tin cho phép các LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC nhất định để truyền các gói thông tin

Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tin LDP được truyền một cách trung thực theo đúng thứ tự Các bản tin LDP có thể xuất phát từ bất cứ một LSR (điều khiển đường chuyển mạch nhãn LSR độc lập) hay từ LSR biên lối ra (điều khiển LSP theo lệnh) và chuyển từ LSR phía trước đến LSR phía sau cận kề Việc trao đổi các bản tin LDP có thể được khởi phát bởi sự phát hiện của luồng số liệu đặc biệt, bản tin lập dự trữ RSVP hay cập nhập thông tin định tuyến Khi một cặp LSR đã trao đổi bản tin LDP cho một FEC nhất định thì một đường chuyển mạch LSP từ đầu vào đến đầu ra được thiết lập sau khi mỗi LSR ghép nhãn đầu vào với nhãn đầu ra tương ứng trong LIB của nó LDP có thể hoạt động giữa các LSR kết nối trực tiếp hay không trực tiếp

Hình 1.2 Vị trí giao thức LDP trong bộ giao thức MPLS

Các loại bản tin LDP

LDP định nghĩa 4 loại bản tin: Bản tin thăm dò, Bản tin phiên, Bản tin phát hành, Bản tin thông báo Bốn loại bản tin này cũng nói lên chức năng mà nó thực hiện

 Bản tin thăm dò (Discovery): Dùng để thông báo và duy trì sự có mặt

của 1 LSR trong mạng Theo định kỳ, LSR gửi bản tin Hello qua cổng UDP với địa chỉ multicast của tất cả các router trên mạng con

 Bản tin phiên (Session): Để thiết lập, duy trì, và xoá các phiên giữa các

LSR Hoạt động này yêu cầu gửi các bản tin Initialization trên TCP Sau khi hoạt động này hoàn thành các LSR trở thành các đối tượng ngang cấp LDP

 Bản tin phát hành (Advertisement): Dùng để tạo, thay đổi và xoá các

ràng buộc nhãn với các FEC Những bản tin này cũng mang trên TCP Một LSR có thể yêu cầu 1 ánh xạ nhãn từ LSR lân cận bất kỳ khi nào nó cần Nó cũng phát hành các ánh xạ nhãn bất cứ khi nào nó muốn một đối tượng ngang cấp LDP nào đó sử dụng ràng buộc nhãn

 Bản tin thông báo (Notification): Dùng để cung cấp các thông báo lỗi,

thông tin chẩn đoán, và thông tin trạng thái Những bản tin này cũng mang trên TCP

Đa số các bản tin LDP chạy trên giao thức TCP để đảm bảo độ tin cậy của các bản tin (ngoại trừ bản tin thăm dò)

LDP được thiết kế để dễ dàng mở rộng, sử dụng kiểu bản tin đặc biệt để thu thập các đối tượng mã hoá TVL (kiểu, độ dài, giá trị)

 Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lập kết nối TCP đến LSR đó

 Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR Phiên LDP là phiên hai chiều

có nghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi ràng buộc nhãn

Trong trường hợp các LSR không kết nối trực tiếp trong một mạng con, người ta sử dụng một cơ chế bổ sung như sau:

LSR định kỳ gửi bản tin Hello đến cổng UDP đã biết tại địa chỉ IP xác định được khai báo khi lập cấu hình Đầu nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin HELLO khác truyền một chiều ngược lại đến LSR gửi và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên

Thông thường trường hợp này hay được áp dụng khi giữa 2 LSR có một đường LSP cho điều khiển lưu lượng và nó yêu cầu phải gửi các gói có nhãn qua đường LSP đó

Hình 1.3 Thủ tục phát hiện LSR lân cận Tiêu đề bản tin LDP

Mỗi một bản tin LDP được gọi là đơn vị dữ liệu giao thức PDU, được bắt đầu bằng tiêu đề bản tin và sau đó là các bản tin LDP như đã được trình bày ở trên Hình 2.8 chỉ ra các trường chức năng của tiêu đề LDP và các trường này thực hiện các chức năng sau:

 Phiên bản: Chỉ số phiên bản của giao thức, phiên bản đang sử dụng hiện

tại là phiên bản 1

 Độ dài PDU: Tổng độ dài của PDU tính theo octet, ngoại trừ trường

phiên bản và trường độ dài

 Nhận dạng LDP: Nhận dạng không gian nhãn của LSR gửi bản tin này

Bốn octet đầu tiên chứa địa chỉ IP được gán cho LSR (nhận dạng bộ định tuyến) Hai octet cuối nhận dạng không gian nhãn bên trong LSR.Với LSR có không

 gian nhãn lớn, trường chức năng này đặt về giá trị 0

 Trường kiểu qui định các trường mà giá trị được dịch

 Trường độ dài xác định độ dài của trường giá trị

 Trường giá trị có thể chứa các TLV khác

Dựa trên bản tin nhận được, khi bit U có giá trị 0, LSR sẽ gửi thông báo ngược lại tới nơi phát và toàn bộ bản tin sẽ được bỏ qua Nếu U có giá trị 1 thì mặc

dù không nhận ra kiểu LSR không cần gửi thông báo và vẫn xử lý phần còn lại của bản tin như thể là bản tin chưa biết kiểu này không tồn tại

Bit F chỉ được sử dụng khi bit U = 1 và bản tin LDP chứa bản tin chưa biết kiểu này được truyền đi Nếu bít F bằng 0 thì bản tin chưa biết kiểu sẽ không chuyển đi cùng bản tin LDP chứa nó và nếu bit F=1 thì bản tin chưa biết kiểu sẽ chuyển đi cùng bản tin LDP chứa nó

Các khuôn dạng và chức năng của các TLV (vượt khỏi phạm vi đồ án này

nên xin phép không nói đến)

Khuôn dạng bản tin LDP

Hình 1.6 Khuôn dạng các bản tin LDP

 Bit U: bit bản tin chưa biết Nếu bit này bằng 1 thì nó không thể được

thông dịch bởi phía nhận, lúc đó bản tin bị bỏ qua mà không có phản hồi

 Kiểu bản tin: Chỉ ra kiểu bản tin là gì?

 Độ dài bản tin: Chỉ ra chiều dài của các phần nhận dạng bản tin, các

thông số bắt buộc, và các thông số tuỳ chọn

 Nhận dạng bản tin: là một số nhận dạng duy nhất bản tin Trường này

có thể được sử dụng để kết hợp các bản tin thông báo với một bản tin khác

 Thông số bắt buộc, và Thông số tuỳ chọn tuỳ thuộc vào từng bản tin

LDP

Về mặt nguyên lý, mọi thứ xuất hiện trong bản tin LDP có thể được mã hoá theo TLV, nhưng các đặc tả LDP không phải luôn luôn sử dụng lược đồ TLV Nó không được sử dụng khi nó không cần thiết và sự sử dụng nó khi đó sẽ gây lãng phí

ID bản tinThông số bắt buộcThông số tuỳ chọn

U Kiểu bản tin Độ dài bản tin

không gian Chẳng hạn không cần thiết phải sử dụng khuôn dạng TLV nếu chiều dài của giá trị là cố định hay kiểu của giá trị được biết và không phải chỉ định một nhận dạng kiểu.

Khuôn dạng và chức năng các bản tin LDP

Phần này cung cấp thông tin về khuôn dạng và chức năng của các bản tin LDP bao gồm:

 Bản tin Notification - Bản tin Thông báo

 Bản tin Hello – Bản tin Chào hỏi

 Bản tin Initialization - Bản tin khởi tạo

 Bản tin Keepalive - Bản tin giữ đường

 Bản tin Address - Bản tin Địa chỉ

 Bản tin Address Withdraw – Bản tin Thu hồi địa chỉ

 Bản tin Label Mapping - Bản tin Ràng buộc nhãn

 Bản tin Label Request – Bản tin Yêu cầu nhãn

 Bản tin Label Withdraw - Bản tin Thu hồi nhãn

 Bản tin Label Release – Bản tin Giải phóng nhãn

 Bản tin Label Abort Request - Bản tin Yêu cầu huỷ bỏ nhãn

Bản tin Initialization:

Các bản tin thuộc loại này được gửi khi bắt đầu một phiên LDP giữa 2 LSR

để trao đổi các tham số, các đại lượng tuỳ chọn cho phiên Các tham số này bao gồm:

 Chế độ phân bổ nhãn

 Các giá trị định thời

 Phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa 2 LSR đó

Cả 2 LSR đều có thể gửi các bản tin Initialization và LSR nhận sẽ trả lời bằng KeepAlive nếu các tham số được chấp nhận Nếu có một tham số nào đó không được chấp nhận thì LSR trả lời thông báo có lỗi và phiên kết thúc

Bản tin KeepAlive:

Các bản tin KeeepAlive được gửi định kỳ khi không có bản tin nào được gửi

để đảm bảo cho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDP khác đang hoạt động tốt Trong trường hợp không xuất hiện bản tin KeepAlive hay một số bản tin khác của LDP trong khoảng thời gian nhất định thì LSR sẽ xác định đối phương hoặc kết nối bị hỏng và phiên LDP bị dừng

Bản tin Address:

Một LSR gửi một bản tin địa chỉ đến LSR ngang cấp để thông báo các địa chỉ giao diện của nó Một LSR nhận một thông điệp bản tin địa chỉ sử dụng các địa chỉ nó biết để duy trì cơ sở dữ liệu cho ánh xạ giữa các bộ nhận dạng LDP ngang cấp và các địa chỉ chặng tiếp theo Khi một phiên LDP mới được khởi tạo và trước khi gửi bản tin yêu cầu và gán nhãn, một LSR thông báo các địa chỉ giao diện của

nó với một hay nhiều địa chỉ giao diện Bất cứ khi nào một LSR kích hoạt một địa chỉ giao diện mới, nó cần thông báo địa chỉ mới đó cùng với bản tin địa chỉ Khi nó muốn hủy kích hoạt địa chỉ nào đó, nó cần thu hồi địa chỉ cùng với bản tin thu hồi địa chỉ

Bản tin Label Mapping:

Các bản tin Label Mapping được sử dụng để quảng bá liên kết giữa FEC (tiền tố điạ chỉ) và nhãn Bản tin Label Withdrawal thực hiện quá trình ngược lại:

nó được sử dụng để xoá bỏ liên kết vừa thực hiện Bản tin này được sử dụng khi có

sự thay đổi trong bảng định tuyến (thay đổi tiền tố địa chỉ) hay thay đổi trong cấu hình LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó

Bản tin Lable Realease:

Bản tin này được LSR sử dụng khi nhận được chuyển đổi nhãn mà nó không cần thiết nữa Điều đó thường xảy ra khi LSR giải phóng nhận thấy nút tiếp theo cho FEC đó không phải là LSR quảng bá liên kết nhãn/FEC đó

Ở chế độ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu từ phía trước, LSR sẽ yêu cầu gán nhãn từ LSR lân cận phía trước sử dụng bản tin Label Request Nếu bản tin Label Request cần phải huỷ bỏ trước khi được chấp nhận (do nút kế tiếp trong FEC yêu cầu đã thay đổi), thì LSR yêu cầu sẽ loại bỏ yêu cầu nhờ bản tin Label Request Abort.

Phát hành và sử dụng nhãn

Có một vài công cụ được sử dụng để phát hành và phân bổ nhãn Các đặc tả kiến trúc MPLS thiết lập các thủ tục đầy đủ cho những hoạt động này Những thủ tục này được tổ chức như sau

Các LSR đường xuống đã định nghĩa 5 thủ tục, trong đó có 4 thủ tục phân bổ

và 1 thủ tục thu hồi Các thủ tục phân bổ là: (a) Đẩy không điều kiện; (b) Đẩy có điều kiện; (c) Kéo không điều kiện; (d) Kéo có điều kiện

Các LSR đường lên đã định nghĩa 9 thủ tục gồm 4 loại đó là:

 Các thủ tục Yêu cầu gồm: (a) thủ tục Không bao giờ yêu cầu, (b) thủ tục Yêu cầu khi cần, (c) thủ tục Yêu cầu theo yêu cầu

 Các thủ tục Không khả dụng gồm: (a) thủ tục Yêu cầu có thử lại, thủ tục Yêu cầu không thử lại

 Các thủ tục Giải phóng gồm: (a) thủ tục Giải phóng khi thay đổi, (b) thủ tục Giải phóng khi không thay đổi

 Các thủ tục Sử dụng nhãn gồm: (a) thủ tục Sử dụng ngay, (b) thủ tục Sử dụng nếu lặp vòng không được phát hiện

Các thủ tục LSR đường xuống (Rd)

Hình 1.7 minh hoạ các thủ tục của LSR đường xuống

Thủ tục Đẩy không điều kiện

Đẩy không điều kiện là trường hợp phân bổ nhãn đường xuống không theo yêu cầu trong chế độ điều khiển LSP độc lập

Giả sử X là tiền tố địa chỉ trong bảng định tuyến của LSR-Rd và LSR-Ru là thực thể ngang cấp phân bổ của Rd Nếu điều kiện này thoả mãn, LSR-Rd phải ràng buộc 1 nhãn với X và gửi ràng buộc này tới LSR-Ru Trách nhiệm của Ru là phải luôn cập nhật ràng buộc này và phải thông báo cho Rd biết mọi sự thay đổi

Hình 1.7 Các thủ tục LSR đường xuống

Thủ tục Đẩy có điều kiện

Đẩy có điều kiện là trường hợp phân bổ nhãn đường xuống không theo yêu cầu trong chế độ điều khiển theo lệnh

Giả sử X là tiền tố địa chỉ trong bảng định tuyến của LSR-Rd; LSR-Ru là lối

ra của LSP; chặng tiếp theo của Rd là Rn Hơn nữa, Rn đã ràng buộc 1 nhãn với X

và phân bổ ràng buộc đó tới Rd Trong tình huống này, Rd nên ràng buộc 1 nhãn với X và gửi nó tới Ru

Sự khác nhau giữa đẩy không có điều kiện và đẩy có điều kiện là ở chỗ: đẩy không có điều kiện thực hiện phân bổ các ràng buộc nhãn cho tất cả các tiền tố địa chỉ trong bảng định tuyến, còn đẩy có điều kiện chỉ thực hiện phân bổ ràng buộc nhãn cho các tiền tố địa chỉ mà Rd đã nhận các ràng buộc từ chặng kế tiếp của LSP

Thủ tục Kéo không điều kiện

Kéo không điều kiện là trường hợp phân bổ nhãn đường xuống theo yêu cầu, bằng việc sử dụng chế độ điều khiển LSP độc lập

Giả sử X là tiền tố địa chỉ trong bảng định tuyến của LSR-Rd LSR-Ru yêu cầu LSR-Rd ràng buộc nhãn với X, và phân bổ ràng buộc nhãn này cho tới nó Rd phải tôn trọng yêu cầu ràng buộc này, và nếu nó không thể (chẳng hạn, nó không là

đối tượng ngang cấp phân bổ nhãn với Ru), thì nó cũng phải thông báo cho Ru biết Nếu Rd đã gửi một ràng buộc, thì nó phải gửi một ràng buộc mới Ràng buộc cũ vẫn giữ nguyên tác dụng Kết quả cuối cùng là 2 nhãn được kết hợp với cùng 1 tiền tố địa chỉ Tại sao nhà điều hành mạng muốn làm điều này? MPLS hiểu rõ điều này Chúng cần nhớ: Nếu các khía cạnh khác của FEC bên cạnh tiền tố địa chỉ được xem xét, nó sẽ cho phép ràng buộc các nhãn khác nhau với các FEC khác nhau có cùng tiền tố địa chỉ.

Thủ tục Kéo có điều kiện

Kéo có điều kiện là trường hợp phân bổ nhãn đường xuống theo yêu cầu, bằng việc sử dụng chế độ điều khiển LSP theo lệnh

Giả sử X là tiền tố địa chỉ trong bảng định tuyến của LSR-Rd Ru yêu cầu Rd ràng buộc 1 nhãn với X và phân bổ ràng buộc này tới Ru Rn là lối ra của LSP, hay chặng kế tiếp lớp 3 của Rd của X là Rn và Rn đã ràng buộc 1 nhãn với X và phân

bổ ràng buộc đó tới Rd Nếu những điều kiện này thoả mãn, Rd phải ràng buộc 1 nhãn với X và phân bổ ràng buộc đó tới Ru

Thủ tục Thu hồi nhãn

Nếu một LSR quyết định phá vỡ ràng buộc nhãn và tiền tố địa chỉ, bản tin huỷ ràng buộc nhãn LDP phải được phân bổ tới tất cả các LSR mà ràng buộc nhãn này đã đi qua lúc đầu

Các thủ tục LSR đường lên (Ru)

Các hoạt động LSR đường lên là đơn giản hơn những hoạt động LSR đường xuống như đã nói ở trên Những hoạt dộng này được tóm tắt ngắn gọn dựa vào phần 5.1.2 của RFC 3031

Các thủ tục Yêu cầu

Thủ tục Không bao giờ yêu cầu

LSR không bao giờ yêu cầu 1 ràng buộc nhãn Chẳng hạn, trong hình 2.11a

và 2.11b, LSR đường xuống thực hiện các hành động cần thiết để ràng buộc các nhãn với các tiền tố địa chỉ LSR đường lên không cần thiết phải thực hiện những nhiệm vụ này Thủ tục này có thể áp dụng khi 1 LSR sử dụng phân bổ nhãn đường xuống không theo yêu cầu và trong chế độ duy trì nhãn đầy đủ, nhưng không nên được sử dụng nếu Rd sử dụng các thủ tục Kéo không có điều kiện hay Kéo có điều kiện

Thủ tục Yêu cầu khi cần

Khi một router tìm một tiền tố địa chỉ mới hay khi 1 tiền tố mới được cập nhật, thì thủ tục này được thực hiện - nếu 1 ràng buộc nhãn không tồn tại Thủ tục này được thực hiện bởi 1 LSR nếu chế độ duy trì nhãn hạn chế được sử dụng.

Thủ tục Yêu cầu khi có yêu cầu

Hoạt động này sinh ra một yêu cầu bất cứ khi nào nhận được một yêu cầu, điều này là khác với sinh ra yêu cầu khi cần Nếu Ru là không có khả năng như một LSR lối vào, nó có thể sinh ra một yêu cầu chỉ khi nó nhận được 1 yêu cầu từ router đường lên Nếu Rd nhận được 1 yêu cầu như vậy từ Ru về tiền tố địa chỉ mà Rd đã phân bổ nhãn tới Ru, lúc đó Rd ấn định một nhãn mới, ràng buộc nó với X, và phân

bổ ràng buộc đó

Các thủ tục không khả dụng

Thủ tục không khả dụng xác định Rd phản ứng như thế nào với tình huống sau:

1 Ru và Rd tương ứng là các thực thể đồng cấp phân bổ nhãn với tiền tố địa chỉ X

2 Rd là chặng kế tiếp lớp 3 của Ru với tiền tố địa chỉ X

3 Ru yêu cầu 1 ràng buộc với X từ Rd

4 Rd trả lời rằng nó không thể cung cấp 1 ràng buộc tại thời điểm này bởi vì

nó không có chặng kế tiếp của X

Có 2 thủ tục điều khiển hành vi của Ru đó là: Thủ tục Yêu cầu có thử lại và Thủ tục Yêu cầu không thử lại

Thủ tục Yêu cầu có thử lại

Ru phân tán lại yêu cầu tại một thời điểm Sau đó thủ tục này nên được sử dụng khi phân bổ nhãn theo yêu cầu đường xuống được sử dụng

Thủ tục Yêu cầu không thử lại

Ru không bao giờ phân tán lại yêu cầu, thay vào đó nó thừa nhận rằng Rd sẽ cung cấp ràng buộc một cách tự động khi nó có thể Điều này là có ích nếu Rd sử dụng thủ tục đẩy không có điều kiện, nghĩa là nếu phân bổ nhãn đường xuống không theo yêu cầu được sử dụng

dụng chặng kế tiếp của Ru với tiền tố địa chỉ X, lúc đó Ru đang không sử dụng nhãn, và nó không có lý do gì mà duy trì nhãn trừ khi có khả năng là sự ràng buộc này xảy ra sau đó Có 2 thủ tục để điều khiển hành vi của Ru: Thủ tục Giải phóng khi thay đổi và thủ tục Không giải phóng khi thay đổi.

Thủ tục Giải phóng khi thay đổi

Ru giải phóng ràng buộc và thông báo với Rd rằng nó đã giải phóng Thủ tục này được sử dụng để thực hiện chế độ duy trì nhãn hạn chế

Thủ tục Không giải phóng khi thay đổi

Ru duy trì ràng buộc nhãn để nó có thể sử dụng lại nếu sau đó Rd trở thành chặng kế tiếp của Ru với tiền tố địa chỉ X Thủ tục này được sử dụng để thực hiện chế độ duy trì nhãn đầy đủ

Ru có thể bắt đầu sử dụng ràng buộc nhãn này tại thời điểm sau đó nếu Rd trở thành chặng kế tiếp của Ru Ru có thể sử dụng 2 thủ tục: Sử dụng ngay lập tức và Sử dụng nếu lặp vòng không được phát hiện

Thủ tục Sử dụng nếu lặp vòng không được phát hiện

Thủ tục này là giống như thủ tục Sử dụng ngay lập tức, trừ khi Ru đã phát hiện 1 vòng lặp trong LSP Nếu 1 vòng lặp được phát hiện, Ru sẽ không tiếp tục sử dụng nhãn L để chuyển tiếp gói tới Rd Thủ tục này được sử dụng khi phát hiện lặp vòng được sử dụng

và sẽ tiếp tục cho đến khi chặng kế tiếp của X thay đổi hay cho đến khi lặp vòng không còn được phát hiện.

b Giao thức RSVP

Như tên gọi của nó, giao thức dành trước tài nguyên (RSVP) dùng để dành trước các tài nguyên cho một phiên làm việc (dòng lưu lượng) trong mạng Internet Khía cạnh này của Internet là một điều khá đặc biệt vì hơi khác những gì chúng ta được biết – Internet cung cấp các dịch vụ nỗ lực cao nhất, không liên quan đến những yêu cầu xác định trước cho ứng dụng người dùng

RSVP cung cấp sự đảm bảo hiệu năng bằng cách phục vụ các tài nguyên cần thiết tại mỗi thiết bị nằm trên đường kết nối để hỗ trợ cho luồng lưu lượng (chẳng hạn như hội nghị video hay audio) Cần nhớ rằng IP là giao thức không hướng kết nối, nó không thiết lập trước đường đi cho các dòng lưu lượng, trong khi đó RSVP thiết lập trước những đường đi này và đảm bảo cung cấp đủ băng tần cho đường đi đó

RSVP không cung cấp các hoạt động định tuyến nhưng nó ứng dụng IPv4 hoặc IPv6 như một kĩ thuật truyền tải theo cùng một cách giống như cách mà giao thức bản tin điều khiển Internet (ICMP) và giao thức bản tin nhóm Internet (IGMP) hoạt động

Hình 1.8 Thủ tục báo hiệu trong RSVP.

RSVP là giao thức cho phép các ứng dụng thông báo các yêu cầu về QoS với mạng và mạng sẽ đáp ứng bằng những thông báo thành công hoặc thất bại, sau khi phân tích các yêu cầu RSVP gửi tới tất cả các node trên tuyến cần truyền các thông tin về thực tế của luồng, bản tin RSVP chứa các thông tin sau:

• Thông tin phân loại, nhờ nó mà các luồng lưu lượng với các yêu cầu QoS

cụ thể có thể được nhận biết trong mạng Thông tin này bao gồm địa chỉ

IP phía gửi và phía nhận, số cổng UDP

• Chỉ tiêu kĩ thuật của luổng lưu lượng và các yêu cầu QoS, theo khuân dạng Tspec và Rspec, bao gồm các dịch vụ yêu cầu (có bảo đảm hoặc tải điều khiển)

Rõ ràng là RSVP phải mang những thông tin này từ các máy chủ tới tất cả các tổng đài chuyển mạch và các bộ định tuyến dọc theo đường truyền từ bộ gửi đến

bộ nhận Vì vậy tất cả các thành phần mạng phải tham gia vào việc đảm bảo các yêu cầu QoS của ứng dụng

RSVP mang các thông tin trong hai loại bản tin cơ bản là: PATH và RESV Các bản tin PATH truyền từ bộ gửi tới một hoặc nhiều bộ nhận có chứa TSpec và các thông tin phân loại do bộ gửi cung cấp Một lý do cho phép có nhiều bộ nhận là RSVP được thiết kế để hỗ trợ đa hướng Một bản tin PATH bao giờ cũng được gửi tới một địa chỉ được gọi là địa chỉ phiên, nó có thể là địa chỉ unicast hoặc multicast Chúng ta thường xem phiên đại diện cho một ứng dụng đơn, nó được xác nhận bằng một địa chỉ đích và số cổng đích sử dụng riêng cho ứng dụng

Khi máy nhận nhận được bản tin PATH, nó có thể gửi bản tin RESV trở lại cho máy gửi Bản tin RESV xác nhận phiên có chứa thông tin về số cổng dành riêng

và RSpec xác nhận mức QoS mà bộ nhận yêu cầu Nó cũng bao gồm một số thông tin xem xét những bộ gửi nào được phép sử dụng tài nguyên đang được cấp phát Hình 2.12 biểu diễn trình tự bản tin trao đổi giữa bộ gửi và bộ nhận Ở đây chúng ta lưu ý rằng các cổng dành riêng là đơn công Nếu cần sử dụng các cổng dành riêng sóng công (ví dụ như phục vụ cho thoại truyền thống) thì phải có các bản tin bổ sung theo chiều ngược lại Cũng chú ý rằng các bản tin được nhận và chuyển tiếp bởi tất cả các bộ định tuyến dọc theo đường truyền thông tin, nên việc cấp phát tài nguyên có thể được thực hiện tại tất cả các nút mạng cần thiết

Khi các cổng dành riêng được thiết lập, các bộ định tuyến nằm giữa bộ gửi

và bộ nhận sẽ xác định các gói tin thuộc cổng dành riêng nào nhờ kiểm tra 5 trường trong phần mào đầu của IP và giao thức truyền tải đó là: địa chỉ đích, số cổng đích,

số giao thức (ví dụ UDP), địa chỉ nguồn và cổng nguồn Chúng ta gọi tập các gói tin được nhận dạng theo cách này gọi là luồng dành riêng Các gói tin trong luồng dành riêng thường bị khống chế (đảm bảo cho luồng không phát sinh lưu lượng vượt quá

so với thông báo trong Tspec) và xếp vào hàng đợi phù hợp với yêu cầu về QoS Ví

dụ một cách để có dịch vụ bảo đảm là sử dụng các hàng đợi có trọng số (WFQ), ở đây mỗi cổng dành riêng khác nhau được xem như một luồng đối với các hàng đợi,

và trọng số được ấn định cho mỗi luồng phù hợp với tốc độ dịch vụ yêu cầu trong Rspec của nó

Đối với các luồng đơn hướng thì RSVP khá đơn giản Nó phức tạp hơn trong môi trường đa hướng, bởi vì có thể có rất nhiều bộ nhận dành riêng cổng cho một phiên đơn và các bộ phận khác nhau có thể yêu cầu các mức QoS khác nhau Hiện

nay MPLS chủ yếu tập trung vào các ứng dụng đơn hướng của RSVP, chúng ta sẽ không đi sâu vào khía cạnh đa hướng của RSVP

Các bản tin PATH và RESV điền đầy các thông tin nhận dạng luồng và các yêu cầu chất lượng dịch vụ của luồng, các yêu cầu này chỉ thị các dịch vụ đảm bảo như là tốc độ đỉnh của luồng tin, kích thước lớn nhất khi bùng nổ lưu lượng, tốc độ gáo dò…vv Thay vì một dịch vụ đảm bảo, một điều hành tải điều khiển có thể được thực hiện Với tiếp cận này, mạng cố gắng duy trì để điều chỉnh từng luồng lưu lượng mà không ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ của các dòng lưu lượng khác

Điểm cuối cùng phải chú ý về RSVP vì đây là giao thức “trạng thái mềm” Đặc tính để phân biệt giao thức trạng thái mềm với các giao thức loại khác là trạng thái sẽ tự động hết hiệu lực sau một thời gian trừ khi nó được làm tươi liên tục theo chu kỳ Điều đó có nghĩa là RSVP sẽ định kỳ gửi đi các bản tin PATH và RESV để làm tươi các cổng dành riêng Nếu chúng không được gửi trong một khoảng thời gian xác định thì các cổng dành riêng tự động bị huỷ bỏ

MPLS hỗ trợ RSVP

Mục tiêu đầu tiên của việc bổ xung hỗ trợ RSVP vào MPLS là cho phép các LSR dựa vào việc phân loại gói tin theo nhãn chứ không phải theo mào đầu IP nhận biết các gói tin thuộc các luồng của cổng dành riêng Nói cách khác, cần phải tạo và kết hợp phân phối giữa các luồng và các nhãn cho các luồng có các cổng dành riêng RSVP Chúng ta có thể xem một tập hợp các gói tin tạo ra bởi cổng dành riêng RSVP như là một trường hợp riêng khác của FEC

Điều này trở nên khá dễ dàng để kết hợp các nhãn với các luồng dành riêng trong RSVP, ít nhất là với unicast (đơn hướng) Chúng ta định nghĩa một đối tượng RSVP mới là đối tượng LABEL được mang trong bản tin RSVP RESV Khi một LSR muốn gửi bản tin RESV cho một luồng RSVP mới, LSR cấp phát một nhãn từ trong tập nhãn rỗi, tại một lối vào trong LFIB của nó với nhãn lối vào được đặt cho nhãn cấp phát, và gửi đi bản tin RESV có chứa nhãn này Chú ý là các bản tin RESV truyền từ bộ nhận tới bộ gửi là dưới dạng cấp phát nhãn xuôi

Khi nhận được bản tin RESV chứa đối tượng LABEL, một LSR thiết lập LFIB của nó với nhãn này là nhãn lối ra Sau đó nó cấp phát một nhãn để sử dụng như là nhãn lối vào và chèn nó vào bản tin RESV trước khi gửi nó đi Rõ ràng là, khi các bản tin RESV truyền đến LSR ngược thì LSP được thiết lập dọc theo tuyến đường Cũng chú ý là, khi các nhãn được cung cấp trong các bản tin RESV, mỗi LSR có thể dễ dàng kết hợp các tài nguyên QoS phù hợp với LSP Hình 2.13 minh

hoạ quá trình trao đổi này Trong trường hợp này chúng ta giả sử các máy chủ không tham dự vào việc phân phối nhãn LSR-R3 cấp phát nhãn L cho cổng dành riêng này và thông báo nó với LSR-R2 LSR-R2 cấp phát nhãn M cũng cho cổng dành riêng này và thông báo nó tới LSR-R1 Bây giờ đã có một LSP cho luồng dành riêng từ LSR-R1 tới LSR-R3 Khi các gói tin tương ứng với cổng dành riêng này (ví

dụ gói tin gửi từ H1 tới H2 với số cổng nguồn, đích thích hợp và số giao thức giao vận thích hợp) tới R1, R1 phân biệt nó bằng các thông tin mào đầu IP và lớp truyền tải để tạo ra QoS thích hợp cho cổng dành riêng ví dụ như đặc điểm và hàng đợi các gói tin trong hàng đợi lối ra Nói cách khác, nó thực hiện các chức năng của một bộ định tuyến tích hợp dịch vụ sử dụng RSVP Hơn nữa, LSR-R1 đưa mào đầu nhãn vào các gói tin và chèn giá trị nhãn lối ra là M trước khi gửi chuyển tiếp gói tin tới LSR-R2

Khi LSR-R2 nhận gói tin mang nhãn M, nó tìm kiếm nhãn đó trong LFIB và tìm tất cả các trạng thái liên quan đến QoS để xem kiểm soát luồng, xếp hàng đợi gói tin, v.v như thế nào Điều này tất nhiên không cần kiểm tra tiêu đề lớp IP hay lớp truyền tải Sau đó R2 thay thế nhãn trên gói tin với một nhãn lối ra từ LFIB của

nó (mang giá trị L) và gửi gói tin đi

Hình 1.9 Nhãn phân phối trong bảng tin RESV

Lưu ý rằng, do việc tạo ra nhãn kết hợp được điều khiển bởi các bản tin RSVP vì vậy việc kết hợp được điều khiển như trong các môi trường khác của MPLS Đây cũng là một ví dụ chứng tỏ việc mang thông tin kết hợp nhãn trên một giao thức có sẵn không cần một giao thức riêng như LDP

Một kết quả quan trọng của việc thiết lập một LSP cho một luồng với cổng dành riêng RSVP là chỉ có bộ định tuyến đầu tiên trong LSP mà trong ví dụ trên là LSR-R1 liên quan tới việc xem xét các gói tin thuộc luồng dành riêng nào Điều này cho phép RSVP được áp dụng trong môi trường MPLS theo cách mà nó không thể thực hiện được trong mạng IP truyền thống Theo qui ước, các cổng dành riêng RSVP có thể chỉ tạo cho những luồng ứng dụng riêng lẻ, tức là những luồng được xác định nhờ các trường mào đầu Tuy nhiên, có thể đặt cấu hình LSR-R1 để lựa chọn các gói tin dựa trên một số các tiêu chuẩn Ví dụ, LSR-R1 có thể lấy tất cả các

gói tin có cùng một tiền tố ứng với một đích và đẩy chúng vào LSP Vì vậy thay vì

có một LSP cho mỗi luồng ứng dụng riêng, một LSP có thể cung cấp QoS cho nhiều luồng lưu lượng Một ứng dụng của khả năng này là có thể cung cấp “đường ống” với băng thông đảm bảo từ một điểm này tới một điểm khác Khả năng này cũng hữu ích cho mục đích điều khiển lưu lượng, ở đây một lưu lượng lớn cần được gửi dọc theo các LSP với băng thông đủ để tải lưu lượng

Để hỗ trợ một số cách sử dụng tăng cường RSVP, MPLS định nghĩa một đối tượng RSVP mới có thể mang trong bản tin PATH là: đối tượng LABEL_REQUEST Đối tượng này thực hiện hai chức năng Thứ nhất, nó được sử dụng để thông báo cho một LSR tại phía cuối của LSP gửi RESV trở về để thiết lập LSP Điều này hữu ích cho việc thiết lập các LSP Site-to-Site Thứ hai, khi LSP được thiết lập cho một tập các gói tin, không chỉ là một luồng ứng dụng riêng, đối tượng chứa một trường để xác định giao thức lớp cao hơn sẽ sử dụng LSP Trường này được sử dụng tương tự như mã phân kênh để xác định giao thức lớp cao hơn (IPv4, IPX, v.v ), vì vậy sẽ không có trường phân kênh trong mào đầu MPLS nữa

Do vậy, một LSP có thể cần được thiết lập cho mỗi giao thức lớp cao hơn nhưng ở đây không giới hạn những giao thức nào được hỗ trợ Đặc biệt, không yêu cầu các gói tin mang trong LSP được thiết lập sử dụng RSVP phải là các gói tin IP

RSVP và khả năng mở rộng

Một trong những điều chắc chắn về RSVP là nó có thể chịu tổn thất về khả năng mở rộng ở một mức nào đấy Trong thực tế, đặc tính này không chính xác hoàn toàn RSVP khởi đầu được thiết kế để hỗ trợ dự trữ tài nguyên cho các luồng ứng dụng riêng và đây là nhiệm vụ với những thách thức về khả năng mở rộng vốn có.Nói chung thuật ngữ này được sử dụng để chỉ giới hạn sử dụng tài nguyên tăng nhanh như thế nào khi mạng tăng trưởng Ví dụ, trong mạng IP quy mô lớn như mạng xương sống nhà cung cấp dịch vụ Internet, chúng ta có thể quan tâm đến việc liệu một bảng định tuyến sẽ chiếm bộ nhớ của bộ định tuyến lớn đến mức nào, khả năng bộ xử lý và băng thông liên kết Vì thế, bảng định tuyến tăng chậm hơn nhiều

so với số người sử dụng kết nối vào mạng

Dự trữ tài nguyên cho các luồng ứng dụng riêng rõ ràng là ảnh hưởng xấu đến khả năng mở rộng Chúng ta có thể cho rằng mỗi người sử dụng sẽ dự trữ tại nguyên tại một vài tốc độ trung bình, vì thế số tài nguyên dự trữ được tạo ra qua mạng lớn có khả năng tăng nhanh bằng số người sử dụng của mạng Điều này sẽ dẫn đến chi phí lớn nếu mỗi bộ định tuyến phải lưu trữ trạng thái và tiến trình một vài bản tin cho mỗi tài nguyên dự trữ cho luồng ứng dụng riêng

Nói tóm lại, sẽ chính xác hơn nếu nói rằng mức dự trữ tài nguyên cho các luồng ứng dụng là kém hơn so với RSVP Sự khác nhau này đặc biệt quan trọng khi chúng ta xem xét rằng RSVP không những đòi hỏi cho việc dự trữ tài nguyên cho các luồng ứng dụng riêng mà còn dự trữ tài nguyên cho lưu lượng tổng hợp.

C Giao thức CR-LDP

Giao thức CR-LDP được sử dụng để điều khiển cưỡng bức LDP Giao thức này là phần mở rộng của LDP cho quá trình định tuyến cưỡng bức của LSP Cũng giống như LDP, nó sử dụng các phiên TCP giữa các LSR đồng cấp để gửi các bản tin phân phối nhãn

Một hệ thống hỗ trợ định tuyến cưỡng bức cần đảm bảo các yêu cầu sau: thứ nhất, nút nguồn cần biết cấu hình mạng Thứ hai, nguồn cần biết các thuộc tính của liên kết trong mạng Thứ ba, hệ thống có hỗ trợ định tuyến hiện Thứ tư, giống như tuyến được thiết lập giữa nút nguồn và nút đích, sự dành riêng tài nguyên có thể xảy

ra và trạng thái thuộc tính của đường liên kết phải được cập nhật liên tục Như vậy,

để hỗ trợ định tuyến cưỡng bức ngoài một số điều kiện khống chế về băng thông, khoảng cách quản lý còn cần có khả năng định tuyến hiện (hoặc định tuyến nguồn)

Để xác nhận thông tin tài nguyên dành riêng theo LSR, CR-LDP tạo thêm đối tượng mới “tham số điều khiển lưu lượng” gồm 7 tham số: Tốc độ số liệu đỉnh, kích thước số liệu bùng phát, tốc độ số liệu ngẫu nhiên, kích thước lớn quá hạn, tần

số và trọng số Hai tham số đầu định nghĩa về số lượng lớn nhất của lưu lượng trong LSP Hai tham số sau định nghĩa về số lượng lưu lượng Tần số chỉ ra khoảng thời gian LSP đạt được cung cấp độ rộng băng của LDR và trọng số được dùng để xác định độ rộng băng trên CDR, phân chia theo LSP

Có hai lý do để sử dụng MPLS Trước hết MPLS cho phép tách các thông tin

sử dụng để chuyển tiếp (nhãn) từ các thông tin có trong mào đầu của gói IP Thứ hai

là việc chuyển đổi giữa FEC và LSP chỉ được giới hạn trong LSR tại một đầu của LSP Nói một cách khác, việc quyết định gói IP nào sẽ định tuyến hiện như thế nào hoàn toàn do LSR tính toán xác định tuyến Và như đã trình bày ở trên, đây chính là chức năng cần thiết để hỗ trợ định tuyến cưỡng bức

Cũng như các chức năng khác của MPLS, chức năng định tuyến hiện của MPLS cũng được chia làm hai phần: điều khiển và chuyển tiếp Phần tử điều khiển chịu trách nhiệm thiết lập trạng thái chuyển tiếp nhãn dọc theo tuyến hiện Phần tử chuyển tiếp sử dụng trạng thái chuyển tiếp được thiết lập bởi phần tử điều khiển