chuyển mạch nhãn mpls và ứng dụng trong mạng ngn

Ứng với tầng vận chuyển Transport Layer trong mô hình OSI, tầng Host to Host thực hiện những kết nối giữa hai máy chủ trên mạng bằng 2 giao thức: giao thức điều khiển trao đổi dữ liệu TC

Mục Lục

CHƯƠNG I 1

CƠ SỞ MẠNG IP 1

1.1 Giới thiệu-IP 1

1.2 Mô hình TCP/IP 1

1.2.1 Mô hình cấu trúc TCP/IP 1

1.2.2 Vai trò và chức năng các tầng trong mô hình TCP/IP 2

1.2.2.1 Tầng ứng dụng (Process/Application Layer): 2

1.2.2.2 Tầng vận chuyển Host to Host 2

1.2.2.3 Tầng mạng (Internet Layer): 3

1.2.2.4.Tầng tầng truy nhập mạng (Network Access Layer): 3

1.2.3 Quá trình đóng gói dữ liệu Encapslation 3

1.2.4 Quá trình phân mảnh dữ liệu Fragrment 4

1.3 Công nhệ IP (IPv4 & IPv6) 5

1.3.1 Chức năng của IP 5

1.3.2.1 Địa chỉ IP 5

1.3.2.2 Cấu trúc gói dữ liệu IP 7

1.3.2.3 Phân mảnh và hợp nhất các gói IP 8

1.3.3 IP phiên bản 6 (IPv6) 8

1.3.3.1 Nguyên nhân ra đời của IPv6 8

1.3.3.2 Đặc điểm của IPv6 9

1.3.3.3 So sánh IPv6 và IPv4 11

1.4 Một số giao thức định tuyến IP 11

1.4.1 Khái niệm về định tuyến 11

1.4.2 Quá trình định tuyến 12

1.4.2.1 Chức năng xác định đường đi: 12

1.4.2.2 Chức năng chuyển mạch: 12

1.4.2.3 Định tuyến tĩnh và định tuyến động 12

1.4.3 Phân loại giao thức định tuyến 13

1.4.4 Giao thức thông tin định tuyến RIP 14

1.4.4.1 Giao thức định tuyến RIP là gì ? 14

1.4.4.2 Bảng định tuyến RIP 14

1.4.4.3 Giải thuật cập nhật RIP 15

1.4.4.4 Hạn chế của RIP 15

1.4.4.5 Giao thức RIP phiên bản 2 (RIP-2) 16

1.4.5 Giao thức định tuyến OSPF 16

1.4.5.1 Giao thức định tuyến OSPF là gì ? 16

1.4.5.2 Bảng định tuyến 18

1.5 Tổng kết chương: 19

CHƯƠNG II: 20

CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS 20

2.1 Tổng quan về chuyển mạch nhãn MPLS 20

2.1.1 Tổng quan 20

2.1.1.1 Tính thông minh phân tán 20

2.1.1.2 MPLS và mô hình tham chiếu OSI 20

2.1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS 21

2.1.2.1. Miền MPLS (MPLS domain) 21

2.1.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) 22

Mục Lục

2.1.2.3 Nhãn và Stack nhãn 22

2.1.2.4 Hoán đổi nhãn (Label Swapping) 23

2.1.2.5 Đường chuyển mạch nhãn LSP ( Label Switched Path) 23

2.1.2.6 Chuyển gói qua miền MPLS 24

2.1.3 Mã hóa nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS 24

2.1.3.1 Mã hóa nhãn Stack nhãn 24

2.1.3.2 Chế độ Frame 25

2.1.3.3 Chế độ Cell 26

2.1.4 Cấu trúc chức năng MPLS 27

2.1.4.1 Kiến trúc một nút MPLS (LER và LSR) 27

2.1.4.2 Mặt phẳng chuyển tiếp (mặt phẳng dữ liệu) 27

2.1.4.3 Mặt phẳng điều khiển 29

2.1.5 Hoạt động chuyển tiếp MPLS 30

2.1.5.1 Hoạt động của mặt phẳng chuyển tiếp 30

2.1.5.2 Gỡ nhãn ở HOP áp cuối PHP ( Penultimate Hop Popping) 30

2.2 Định tuyến và báo hiệu trong MPLS 31

2.2.1 Định tuyến trong MPLS 31

2.2.1.1 Định tuyến ràng buộc 31

2.2.1.2 Định tuyến tường minh 32

2.2.2 Các chế độ báo hiệu trong MPLS 32

2.2.2.1 Chế độ phân phối nhãn 32

2.2.2.2 Chế độ duy trì nhãn 33

2.2.2.3 Chế độ diều khiển LSP 34

2.3 Giao thức phân phối nhãn trong MPLS 35

2.3.1 Giao thức LDP 35

2.3.1.1 Hoạt động của LDP 35

a LDP PDU 36

2.3.1.3 Các bản tin LDP 38

2.3.1.4 LDP điều khiển độc lập và phân phối theo yêu cầu 38

2.3.2 Giao thức CR-LDP ( constrain-based routing LDP) 39

2.3.2.1 Mở rộng cho định tuyến ràng buộc 39

2.3.2.2 Thiết lập một CR-LSP (constrain-based routing LSP) 40

2.3.3 Giao thức RSVP-TE (RSVP traffic Engineering) 41

2.3.3.1 Các bản tin thiết lập dự trữ RSVP 41

2.3.3.2 Các bản tin Tear Down, Error và Hello của RSVP-TE 42

2.3.3.3 Thiết lập tuyến tường minh điều khiển tuần tự theo yêu cầu 42

2.3.3.4 Giảm lượng overhead làm tươi RSVP 43

2.3.4 Giao thức BGP 43

2.3.4.1 BGP v4 và mở rộng cho MPLS 44

2.3.4.2 Kết nối MPLS qua nhiều nhà cung cấp dịch vụ 45

2.4 Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS 46

2.4.1 Mục tiêu của việc triển khai lưu lượng 46

2.4.1.1 Phân loại 46

2.4.1.2 Một số vần đế tắc nghẽn 46

2.4.2 Các lớp dịch vụ dựa trên nhu cầu QoS 46

2.4.3 Bảo vệ và khôi phục đường 47

2.4.3.1 Phân loại các cơ chế bảo vệ và khôi phục 48

2.4.3.2 Một số mô hình 49

Mục Lục

2.5 Ứng dụng MPLS trong VPN 50

2.6 Tổng kết chương 50

CHƯƠNG 3: 52

MẠNG THẾ HỆ SAU NGN 52

3.1 Sự ra đời của mạng NGN 52

3.2 Khái niệm và đặc điểm của mạng NGN 53

3.2.1 Khái niệm 53

3.2.2 Các đặc điểm của NGN 53

3.3 Kiến trúc NGN 54

3.3.1 Kiến trúc chức năng của NGN 54

3.3.2 Cấu trúc vật lý 56

3.4 Các phần tử trong mạng NGN 56

3.4.1 Cổng phương tiện (MG – Media Gateway) 57

3.4.2 Bộ điều khiển cổng phương tiện (MGC) 58

3.4.3 Cổng báo hiệu (SG – Signaling Gateway) 60

3.4.4 Server phương tiện (MS – Media Server) 60

3.4.5 Server ứng dụng/server đặc tính (AS/FS) 60

3.5 Các giao thức báo hiệu và điều khiển trong mạng NGN 61

3.6 Một số giải pháp NGN 63

3.6.1 Giải pháp mạng của Siemens 63

3.6.2 Giải pháp NGN của Alcatel 65

3.6.3 Mô hình và giải pháp mạng của Nortel 66

3.7 Xu hướng phát triển của NGN 69

3.8 Tổng kết chương 70

CHƯƠNG 4 71

CHUYỂN MẠCH MỀM SOFTSWITCH 71

4.1 Khái niệm cơ bản trong chuyển mạch mềm 71

4.2 Vị trí của chuyển mạch mềm trong NGN 72

4.3 Thành phần chính của chuyển mạch mềm 72

4.3.1 Media Gateway Controller 73

4.3.2 Khái quát hoạt động của chuyển mạch mềm Softswitch 75

4.4 Một số giao thức trong chuyển mạch mềm 76

4.4 SIP (Session Initiation Protocol) 77

4.4.1 Tổng quan về SIP 77

4.4.1.1 Các chức năng của SIP: 78

4.4.1.2 Các thành phần của SIP: 78

4.4.1.3 Các phương thức sử dụng 78

4.4.1.4 Các mã đáp ứng của SIP 79

4.4.1.5 Cuộc gọi SIP tiêu biểu 79

4.4.2 MGCP (Media Gateway Controller Protocol) 80

4.4.2.1Tổng quan về MGCP 80

4.4.2.2 Các thành phần của MGCP 80

4.4.2.3 Các khái niệm cơ bản 80

4.5 Ưu điểm và ứng dụng của chuyển mạch mềm 82

4.5.1 Ưu điểm 82

4.5.2 Ứng dụng 83

4.6 Tổng kết chương 84

Mục Lục

CHƯƠNG 5: 85

TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NGN CỦA VNPT 85

5.1 Giải pháp SURPASS của SIEMENS 85

5.2 Cấu trúc thiết bị của SURPASS 88

5.2.1 MGC hiQ9200 88

5.2.1.1 Các thành phần chức năng của Surpass hiQ 9200 88

5.2.1.2 Chức năng của Surpass hiQ 9200 90

5.2.2 MG-hiG1000 91

5.2.2.1 Cấu trúc thiết bị SURPASS hiG1000 91

5.2.2.2 Chức năng của Surpass hiG 1000 92

5.3 Tình hình triển khai và ứng dụng mạng NGN của VNPT 94

5.3.1 Hiện trạng mạng NGN của VNPT 94

5.3.2 Hoạt động NGN của VNPT 99

5.3.3 Định hướng phát triển mở rộng mạng NGN của VNPT: 101

5.4 Tổng kết chương 102

CHƯƠNG 6 103

MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 103

6.1 Giới thiệu về chương trình mô phỏng 103

6.1.1 Phần mềm network simulator ns-2 103

6.1.1.1 Giới thiệu về NS2 103

6.1.1.2 Quá trình cài đặt ns-2 103

6.1.1.3 Kiến trúc của NS2 104

6.1.1.4 Các đặc tính của NS2 109

6.1.1.5 Phần mềm kết hợp với NS2 109

6.1.2 Phần mềm GNS3 110

6.2 Nôi dung mô phỏng 110

6.2.1 Mô phỏng trong IP Domain 110

6.2.1.1 Trường hợp tranh chấp băng thông 110

6.2.1.2 Trường hợp tranh chấp hàng đợi 114

6.2.1.3 Trường hợp mất gói do nhiễu 119

6.2.2 Mô phỏng trong miền MPLS 122

6.2.2.1 Trường hợp tranh chấp băng thông 122

6.2.2.2 Trường hợp tranh chấp hàng đợi 126

6.2.2.3 Trường hợp mất gói 130

Chương 1: cơ sở kỹ thuật mạng IP

1.2 Mô hình TCP/IP

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) là chồng giao thức cùng hoạt động nhằm cung cấp các phương tiện truyền thông liên mạng Năm 1981, TCP/IP phiên bản 4 (IPv4) được hoàn thành và sử dụng phổ biến trên máy tính sử dụng hệ điều hành UNIX, trở thành một trong những giao thức

cơ bản của hệ điều hành Windows 9x Năm 1994, một phiên bản mới IPv6 được hình thành trên cơ sở cải tiến những hạn chế của IPv4

1.2.1 Mô hình cấu trúc TCP/IP

Network

Access Layer

Truy nhập mạng

Liên kết dữ Data Link Vật lý Physical

Hình 1.1 Tương quan mô hình OSI và mô hình TCP/IP

Chương 1: cơ sở kỹ thuật mạng IP

1.2.2 Vai trò và chức năng các tầng trong mô hình TCP/IP

1.2.2.1 Tầng ứng dụng (Process/Application Layer):

Ứng với các tầng Session, Presentation và Aplication trong mô hình OSI Tầng ứmg dụng hỗ trợ các ứng dụng cho các giao thức tầng Host to Host Cung cấp giao diện cho người sử dụng mô hình TCP/IP Các giao thức ứng dụng gồm TELNET (truy nhập từ xa), FTP (truyền File), SMTP (thư điện tử),

Hình 1.2 Mô hình kiến trúc của TCP/IP

1.2.2.2 Tầng vận chuyển Host to Host

Ứng với tầng vận chuyển (Transport Layer) trong mô hình OSI, tầng Host

to Host thực hiện những kết nối giữa hai máy chủ trên mạng bằng 2 giao thức: giao thức điều khiển trao đổi dữ liệu TCP (Transmission Control Protocol) và giao thức dữ liệu người sử dụng UDP (User Datagram Protocol).Giao thức TCP

là giao thức kết nối hướng liên kết (Connection - Oriented) chịu trách nhiệm đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy cao trong việc trao đổi dữ liệu giữa các thành phần của mạng, tính đồng thời và kết nối song công (Full Duplex) Khái niệm tin độ cậy cao nghĩa là TCP kiểm soát lỗi bằng cách truyền lại các gói tin bị lỗi Giao thức TCP cũng hỗ trợ những kết nối đồng thời Nhiều kết nối TCP có thể được thiết lập tại một máy chủ và dữ liệu có thể được truyền đi một cách đồng

Chương 1: cơ sở kỹ thuật mạng IP

thời và độc lập với nhau trên các kết nối khác nhau TCP cung cấp kết nối song công (Full Duplex), dữ liệu có thể được trao đổi trên một kết nối đơn theo 2 chiều Giao thức UDP được sử dụng cho những ứng dụng không đòi hỏi độ tin cậy cao

1.2.2.3 Tầng mạng (Internet Layer):

Ứng với tầng mạng (Network Layer) trong mô hình OSI, tầng mạng cung cấp một địa chỉ logic cho giao diện vật lý mạng Giao thức thực hiện của tầng mạng trong mô hình DOD là giao thức IP kết nối không liên kết (Connectionless),

là hạt nhân hoạt động của Internet Cùng với các giao thức định tuyến RIP, OSPF, BGP, tầng mạng IP cho phép kết nối một cách mềm dẻo và linh hoạt các loại mạng "vật lý" khác nhau như: Ethernet, Token Ring, X.25 Ngoài ra tầng này còn hỗ trợ các ánh xạ giữa địa chỉ vật lý (MAC) do tầng Network Access Layer cung cấp với địa chỉ logic bằng các giao thức phân giải địa chỉ ARP (Address Resolution Protocol) và phân giải địa chỉ đảo RARP (Reverse Address Resolution Protocol) Các vấn đề có liên quan đến chuẩn đoán lỗi và các tình huống bất thường liên quan đến IP được giao thức ICMP (Internet Control Message Protocol) thống kê và báo cáo Tầng trên sử dụng các dịch vụ do tầng Liên mạng cung cấp

1.2.2.4.Tầng tầng truy nhập mạng (Network Access Layer):

Tưng ứng với tầng Vật lý và Liên kết dữ liệu trong mô hình OSI, tầng truy nhập mạng cung cấp các phương tiện kết nối vật lý cáp, bộ chuyển đổi (Transceiver), Card mạng, giao thức kết nối, giao thức truy nhập đường truyền như CSMA/CD, Tolen Ring, Token Bus ) Cung cấp các dịch vụ cho tầng Internet phân đoạn dữ liệu thành các khung

1.2.3 Quá trình đóng gói dữ liệu Encapslation

Chương 1: cơ sở kỹ thuật mạng IP

Hình 1.3 Đóng gói dữ liệu khi chuyển xuống tầng kế dưới

- Process/Application Layer: Message (Thông điệp )

- Host - To- Host Layer: Segment/ Datagram (Đoạn/Bó dữ liệu)

- Internet Layer: Packet (Gói dữ liệu)

- Network Layer: Frame (Khung dữ liệu)

1.2.4 Quá trình phân mảnh dữ liệu Fragrment

Dữ liệu có thể được truyền qua nhiều mạng khác nhau, kích thước cho phép cũng khác nhau Kích thước lớn nhất của gói dữ liệu trong mạng gọi

là đơn vị truyền cực đại MTU (Maximum Transmission Unit) Trong quá trình

đóng gói Encapsulation, nếu kích thước của một gói lớn hơn kích thước cho

phép, tự động chia thành nhiều gói nhỏ và thêm thông tin điều khiển vào mỗi gói Nếu một mạng nhận dữ liệu từ một mạng khác, kích thước gói dữ liệu lớn hơn MTU của nó, dữ liệu sẽ được phân mảnh ra thành gói nhỏ hơn để chuyển

tiếp Quá trình này gọi là quá trình phân mảnh dữ liệu Fragment

Quá trình phân mảnh làm tăng thời gian xử lý, làm giảm tính năng của mạng và ảnh hưởng đến tốc độ trao đổi dữ liệu trong mạng Hậu quả của nó là các gói bị phân mảnh sẽ đến đích chậm hơn so với các gói không bị phân mảnh Mặt khác, vì IP là một giao thức không liên kết, độ tin cậy không cao, khi một gói dữ liệu bị phân mảnh bị mất thì tất cả các mảnh sẽ phải truyền lại Vì vậy phần lớn các ứng dụng tránh không sử dụng kỹ thuật phân mảnh và gửi các gói

dữ liệu lớn nhất mà không bị phân mảnh, giá trị này là Path MTU

Chương 1: cơ sở kỹ thuật mạng IP

1.3 Công nhệ IP (IPv4 & IPv6)

1.3.1 Chức năng của IP

IP (Internet Protocol) là giao thức không liên kết Chức năng chủ yếu của IP

là cung cấp các dịch vụ Datagram và các khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng để truyền dữ liệu với phương thức chuyển mạch gói IP Datagram, thực hiện tiến trình định địa chỉ và chọn đường IP Header được thêm vào đầu các gói tin và được giao thức tầng thấp truyền theo dạng khung dữ liệu (Frame) IP định tuyến các gói tin thông qua liên mạng bằng cách sử dụng các bảng định tuyến động tham chiếu tại mỗi bước nhảy Xác định tuyến được tiến hành bằng cách tham khảo thông tin thiết bị mạng vật lý và logic như ARP giao thức phân giải địa chỉ IP thực hiện việc tháo rời và khôi phục các gói tin theo yêu cầu kích thước được định nghĩa cho các tầng vật lý và liên kết dữ liệu thực hiện IP kiểm tra lỗi thông tin điều khiển, phần đầu IP bằng giá trị tổng CheckSum

1.3.2 IP phiên bản 4 (IPv4)

1.3.2.1 Địa chỉ IP

Mỗi một trạm (Host) được gán một địa chỉ duy nhất gọi là địa chỉ IP Mỗi địa chỉ IP có độ dài 32 bit được tách thành 4 vùng (mỗi vùng 1 byte), có thể được biểu diễn dưới dạng thập phân, bát phân, thập lục phân hoặc nhị phân Cách viết phổ biến nhất là dưới dạng thập phân có dấu chấm để tách giữa các vùng

Địa chỉ IP được chia thành 5 lớp ký hiệu là A, B, C, D, E với cấu trúc mỗi lớp được xác định Các bit đầu tiên của byte đầu tiên được dùng để định danh lớp địa chỉ (0-lớp A, 10 - lớp B, 110 - lớp C, 1110 - lớp D, 11110 - lớp E)

- Lớp A cho phép định danh tối đa 126 mạng (byte đầu tiên), với tối đa 16 triệu Host (3 byte còn lại) cho mỗi mạng Lớp này được dùng cho các mạng có số trạm cực lớn

- Lớp B cho phép định danh tới 16384 mạng con, với tối đa 65535 Host trên mỗi mạng

Dạng địa chỉ của lớp B: (Network number Network number.Host.Host)

0

31

Chương 1: cơ sở kỹ thuật mạng IP

- Lớp C cho phép định danh tới 2.097.150 mạng và tối đa 254 Host cho mỗi mạng

- Lớp D dùng để gửi IP Datagram tới một nhóm các Host trên một mạng Tất cả các số lớn hơn 233 trong trường đầu là thuộc lớp D

- Lớp E dự phòng để dùng trong tương lai

Bảng 1.1 cấu trúc các lớp địa chỉ IP

Lớp Bit đặc

trưng

Số lượng Mạng

Số lượng Host

Biểu diễn bằng số Thập phân

CHƯƠNG 1 : CƠ SỎ KỸ THUẬT MẠNG IP

1.3.2.2 Cấu trúc gói dữ liệu IP

Các gói dữ liệu IP được gọi là các Datagram Mỗi Datagram có phần tiêu

đề (Header) chứa các thông tin điều khiển Nếu địa chỉ IP đích cùng mạng với trạm nguồn thì các gói dữ liệu sẽ được chuyển thẳng tới đích, nếu địa chỉ IP đích không cùng mạng IP với máy nguồn thì các gói dữ liệu sẽ được gửi đến một máy trung chuyển IP Gateway để chuyển tiếp IP Gateway là một thiết bị mạng IP đảm nhận việc lưu chuyển các gói dữ liệu IP giữa hai mạng IP khác nhau Hình 3.3 mô tả cấu trúc gói IP

Hình 1.4: Cấu trúc gói dữ liệu IP

- VER (4 bits): Version hiện hành của IP được cài đặt

- IHL(4 bits): Internet Header Length của Datagram, tính theo đơn vị word (32 bits)

- Type of service(8 bits): Thông tin về loại dịch vụ và mức ưu tiên của gói IP:

- Total Length (16 bits): Chỉ độ dài Datagram,

- Identification (16bits): Định danh cho một Datagram trong thời gian sống của

nó

- Flags(3 bits): Liên quan đến sự phân đoạn (Fragment) các Datagram:

- Fragment Offset (13 bits): Chỉ vị trí của Fragment trong Datagram

- Time To Live (TTL-8 bits): Thời gian sống của một gói dữ liệu

- Protocol (8 bits): Chỉ giao thức sử dụng TCP hay UDP

CHƯƠNG 1 : CƠ SỎ KỸ THUẬT MẠNG IP

- Header Checksum (16 bits): Mã kiểm soát lỗi CRC(Cycle Redundancy Check)

- Source Address (32 bits): địa chỉ của trạm nguồn

- Destination Address (32 bits): Địa chỉ của trạm đích

- Option (có độ dài thay đổi): Sử dụng trong trường hợp bảo mật, định tuyến đặc biệt

- Padding (độ dài thay đổi): Vùng đệm cho phần Header luôn kết thúc ở 32 bits

- Data (độ dài thay đổi): Độ dài dữ liệu tối đa là 65.535 bytes, tối thiểu là 8 bytes

1.3.2.3 Phân mảnh và hợp nhất các gói IP

Các gói IP được nhúng trong khung dữ liệu ở tầng liên kết dữ liệu tương ứng trước khi chuyển tiếp trong mạng Một gói dữ liệu IP có độ dài tối đa 65.536 byte, trong khi hầu hết các lớp liên kết dữ liệu chỉ hỗ trợ các khung dữ liệu nhỏ hơn độ lớn tối đa của gói dữ liệu IP nhiều lần (ví dụ độ dài lớn nhất của một khung

dữ liệu Ethernet là 1500 byte) Vì vậy cần thiết phải có cơ chế phân mảnh khi phát

và hợp nhất khi nhận đối với các gói dữ liệu IP

Độ dài tối đa của một gói liên kết dữ liệu là MTU (Maximum Transmit Unit) Khi cần chuyển một gói dữ liệu IP có độ dài lớn hơn MTU của một mạng

cụ thể, cần phải chia gói số liệu IP đó thành những gói IP nhỏ hơn để độ dài của nó nhỏ hơn hoặc bằng MTU gọi là mảnh (Fragment) Trong phần tiêu đề của gói dữ liệu IP có thông tin về phân mảnh và xác định các mảnh có quan hệ phụ thuộc để hợp thành sau này

Quá trình hợp nhất diễn ra ngược lại với quá trình phân mảnh Khi IP nhận được một gói phân mảnh, nó giữ phân mảnh đó trong vùng đệm, cho đến khi nhận được hết các gói IP trong chuỗi phân mảnh có cùng trường định danh Khi phân mảnh đầu tiên được nhận, IP khởi động một bộ đếm thời gian (giá trị ngầm định là 15s) IP phải nhận hết các phân mảnh kế tiếp trước khi đồng hồ tắt Nếu không IP phải huỷ tất cả các phân mảnh trong hàng đợi hiện thời có cùng trường định danh Khi IP nhận được hết các phân mảnh, nó thực hiện hợp nhất các gói phân mảnh thành các gói IP gốc và sau đó xử lý nó như một gói IP bình thường IP thường chỉ thực hiện hợp nhất các gói tại hệ thống đích của gói

1.3.3 IP phiên bản 6 (IPv6)

1.3.3.1 Nguyên nhân ra đời của IPv6

- Internet phát triển mạnh, nhu cầu sử dụng địa chỉ IP tăng dẫn đến không gian địa chỉ ngày càng bị thu hẹp và tình trạng thiếu hụt địa chỉ tất yếu sẽ xảy ra

CHƯƠNG 1 : CƠ SỎ KỸ THUẬT MẠNG IP

trong vài năm tới

- Việc phát triển quá nhanh của mạng Internet dẫn đến kích thước các bảng định tuyến trên mạng ngày càng lớn

- Cài đăt IPv4 bằng thủ công hoặc bằng giao thức cấu hình địa chỉ trạng thái DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), khi mà nhiều máy tính và các thiết bị kết nối vào mạng thì cần thiết phải có một phương thức cấu hình địa chỉ tự động và đơn giản hơn

- Trong quá trình hoạt động IPv4 đã phát sinh một số vấn đề về bảo mật

và QoS Khi kết nối thành mạng Intranet cần nhiều địa chỉ khác nhau và truyền thông qua môi trường công cộng Vì vậy đòi hỏi phải có các dịch vụ bảo mật để bảo vệ dữ liệu ở mức IP

- Mặc dù có các chuẩn đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS trong IPv4 trường IPv4 TOS (Type of Service), nhưng hạn chế về mặt chức năng, cần thiết hỗ trợ tốt hơn cho các ứng dụng thời gian thực

Vì vậy việc cần thiết phải thay thế giao thức IPv4 là tất yếu Thiết kế IPv6 nhằm mục đích tối thiểu hóa ảnh hưởng qua lại giữa các giao thức lớp trên và lớp dưới bằng cách tránh việc bổ sung một cách ngẫu nhiên các chức năng mới

1.3.3.2 Đặc điểm của IPv6

IPv6 được chọn thay thế cho giao thức IPv4 không chỉ do IPv4 không còn phù hợp với yêu cầu phát triển hiện tại của mạng Internet mà còn vì những ưu điểm của giao thức IPv6:

- Đơn giản hoá Header: Một số trường trong Header của IPv4 bị bỏ hoặc chuyển thành các trường tuỳ chọn Giảm thời gian xử lý và tăng thời gian truyền

- Không gian địa chỉ lớn: Độ dài địa chỉ IPv6 là 128 bit, gấp 4 lần độ dài địa chỉ IPv4 Gian địa chỉ IPv6 không bị thiếu hụt trong tương lai

- Khả năng địa chỉ hoá và chọn đường linh hoạt: IPv6 cho phép nhiều lớp địa chỉ với số lượng các node Cho phép các mạng đa mức và phân chia địa chỉ thành các mạng con riêng lẻ Có khả năng tự động trong việc đánh địa chỉ Mở rộng khả năng chọn đường bằng cách thêm trường “Scop” vào địa chỉ quảng bá (Multicast)

- Tự động cấu hình địa chỉ: Khả năng tự cấu hình của IPv6 được gọi là khả năng cắm và chạy (Plug and Play) Tính năng này cho phép tự cấu hình địa chỉ cho giao diện mà không cần sử dụng các giao thức DHCP

CHƯƠNG 1 : CƠ SỎ KỸ THUẬT MẠNG IP

- Khả năng bảo mật: IPsec bảo vệ và xác nhận các gói tin IP:

+ Mã hóa dữ liệu: Phía gửi sẽ tiến hành mã hóa gói tin trước khi gửi

+ Toàn vẹn dữ liệu: Phía nhận có thể xác nhận gói tin nhận được để đảm bảo rằng dữ liệu không bị thay đổi trong quá trình truyền

+ Xác nhận nguồn gốc dữ liệu: Phía nhận có thể biết được phía gửi gói tin Dịch vụ này phụ thuộc vào dịch vụ toàn vẹn dữ liệu

+ Antireplay: Phía nhận có thể phát hiện và từ chối gói tin gửi lại

- Chất lượng dịch vụ QoS (Quanlity Of Service): Chất lượng dịch vụ QoS trong IPv4 không cao.Trong Header IPv4 chứa địa chỉ nguồn và địa chỉ đích, truyền có độ tin cậy không cao IPv6

Header có thêm một số trường mới để xử lý và xác định lưu lượng trên mạng Do cơ chế xác nhận gói tin ngay trong Header nên việc hỗ trợ QoS có thể thực hiện được ngay cả khi gói tin được mã hóa qua IPsec

- Giao thức phát hiện lân cận NDP (Neighbor Discovery Protocol) của IPv6

là một dãy các thông báo ICMPv6 cho phép quản lý tương tác giữa các node lân cận, thay thế ARP trong IPv4 Các thông báo ICMPv4 Router Discovery và ICMPv4 Redirect được thay bởi các thông báo Multicast, Unicast Neighbor Discovery

- Khả năng mở rộng: Thêm vào trường Header mở rộng tiếp ngay sau Header, IPv6 có thể được mở rộng thêm các tính năng mới một cách dễ dàng

- Tính di động: IPv4 không hỗ trợ cho tính di động, IPv6 cho phép nhiều thiết bị di động kết nối vào Internet theo chuẩn của PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) qua mạng công cộng nhờ sóng vô tuyến

CHƯƠNG 1 : CƠ SỎ KỸ THUẬT MẠNG IP

1.3.3.3 So sánh IPv6 và IPv4

Bảng 1.2: so sánh IPv6 với IPv4

Độ dài địa chỉ là 32 bit (4 byte) Độ dài địa chỉ là 128 bit (16 byte)

IPsec chỉ là tùy chọn IPsec được gắn liền với IPv6

Header của địa chỉ IPv4 không có

trường xác định luồng dữ liệu của

gói tin cho các Router để xử lý QoS

Trường Flow Label cho phép xác định luồng gói tin để các Router có thể đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS

Việc phân đoạn được thực hiện

rộng Giao thức ARP sử dụng ARP

Request quảng bá để xác định địa

Khung ARP Request được thay thế bởi các thông báo Multicast Neighbor

Sử dụng giao thức IGMP để quản lý

đến tất cả các node trong một mạng

Trong IPv6 không tồn tại địa chỉ quảng

bá, thay vào đó là địa chỉ Multicast Thiết lập cấu hình bằng thủ công

hoặc sử

Cho phép cấu hình tự động, không sử dụng nhân công hay cấu hình qua DHCP Địa chỉ máy chủ được lưu trong

DNS với mục đích ánh xạ sang địa

Địa chỉ máy chủ được lưu trong DNSvới mục

Con trỏ địa chỉ được lưu trong

IN – ADDR ARPA DNS để ánh

xạ địa chỉ IPv4 sang tên máy chủ

Con trỏ địa chỉ được lưu trong Ipv6 –INT DNS để ánh xạ địa chỉ từ IPv4 sang tên máy chủ

Hỗ trợ gói tin kích thước 576

bytes (có thể phân đoạn)

Hỗ trợ gói tin kích thước 1280 bytes (không cần phân đoạn)

1.4 Một số giao thức định tuyến IP

1.4.1 Khái niệm về định tuyến

Định tuyến là hành động di chuyển thông tin trong liên mạng, từ nguồn đến đích Nó là một chức năng được thực hiện ở tầng mạng Chức năng này

CHƯƠNG 1 : CƠ SỎ KỸ THUẬT MẠNG IP

cho phép router đánh giá các đường đi sẵn có tới đích Để đánh giá đường đi, định tuyến sử dụng các thông tin tôpô mạng

1.4.2 Quá trình định tuyến

Khi định tuyến dữ liệu từ nguồn đến đích, router thường chuyển tiếp gói từ một liên kết dữ liệu (mạng) này đến một liên kết dữ liệu khác, sử dụng hai chức năng cơ bản:

− Xác định đường đi (path determination)

− Chuyển mạch (switching)

1.4.2.1 Chức năng xác định đường đi:

chọn ra một đường đi tối ưu đến đích theo một tiêu chí nào đó (chẳng hạn chiều dài đường đi) Để trợ giúp cho quá trình xác định đường đi, các giải thuật định tuyến khởi tạo và duy trì bảng định tuyến, bảng này chứa thông tin về các tuyến tới đích

Khi đường đi tối ưu được xác định, bước nhảy tiếp theo gắn với đường đi này cho router biết phải gửi gói đi đâu để nó có thể đến đích theo đường đi tối ưu

1.4.2.3 Định tuyến tĩnh và định tuyến động

Các tuyến tĩnh được người quản trị cập nhật và quản lý nhân công Trong trường hợp tôpô mạng thay đổi, người quản trị phải cập nhật lại các tuyến tĩnh một cách thủ công

Định tuyến động hoạt động khác với định tuyến tĩnh Sau khi người quản trị nhập các lệnh cấu hình để khởi tạo định tuyến động, thông tin về tuyến sẽ được cập nhật tự động mỗi khi nhận được một thông tin mới từ liên mạng Các thay đổi về tôpô mạng được trao đổi giữa các router

CHƯƠNG 1 : CƠ SỎ KỸ THUẬT MẠNG IP

1.4.3 Phân loại giao thức định tuyến

Hầu hết các giải thuật định tuyến đều thuộc một trong 3 loại sau:

− Giải thuật vectơ khoảng cách (distance vector)

− Giải thuật trạng thái liên kết (Link State)

− Giải thuật lai

Vector khoảng cách được thiết kế để giảm tối đa sự liên lạc giữa các Router cũng như lượng dữ liệu trong bảng định tuyến Bản chất của định tuyến vector khoảng cách là một Router không cần biết tất cả các đường đi đến các phân đoạn mạng, nó chỉ cần biết phải truyền một datagram được gán địa chỉ đến một phân đoạn mạng đi theo hướng nào Khoảng cách giữa các phân đoạn mạng được tính bằng số lượng Router mà datagram phải đi qua khi được truyền

từ phân đoạn mạng này đến phân đoạn mạng khác Router sử dụng thuật toán vector khoảng cách để tối ưu hoá đường đi bằng cách giảm tối đa số lượng Router mà datagram đi qua Tham số khoảng cách này chính là số chặng phải qua (bước nhảy count)

Định tuyến vector khoảng cách sẽ không còn phù hợp đối với một mạng

lớn gồm rất nhiều Router Khi đó mỗi Router phải duy trì một mục trong bảng định tuyến cho mỗi đích, và các mục này chỉ đơn thuần chứa các giá trị vector và bước nhảy count Router cũng không thể tiết kiệm năng lực của mình khi đã biết nhiều về cấu trúc mạng Hơn nữa, toàn bộ bảng giá trị khoảng cách

và bước nhảy count phải được truyền giữa các Router cho dù hầu hết các thông tin này không thực sự cần thiết trao đổi giữa các Router

Định tuyến trạng thái liên kết ra đời là đã khắc phục được các nhược điểm

của định tuyến vector khoảng cách

Bản chất của định tuyến trạng thái liên kết là mỗi Router xây dựng bên trong

nó một sơ đồ cấu trúc mạng Định kỳ, mỗi Router cũng gửi ra mạng những thông điệp trạng thái Những thông điệp này liệt kê những Router khác trên mạng kết nối trực tiếp với Router đang xét và trạng thái của liên kết Các Router sử dụng bản tin trạng thái nhận được từ các Router khác để xây dựng sơ đồ mạng Khi một Router chuyển tiếp dữ liệu, nó sẽ chọn đường đi đến đích tốt nhất dựa trên những điều kiện hiện tại

Giao thức trạng thái liên kết đòi hỏi nhiều thời gian xử lí trên mỗi Router, nhưng giảm được sự tiêu thụ băng thông bởi vì mỗi Router không cần gửi toàn bộ bảng định tuyến của mình Hơn nữa, Router cũng dễ dàng theo dõi

CHƯƠNG 1 : CƠ SỎ KỸ THUẬT MẠNG IP

lỗi trên mạng vì bản tin trạng thái từ một Router không thay đổi khi lan truyền trên mạng (ngược lại, đối với phương pháp vector khoảng cách, giá trị bước nhảy count tăng lên mỗi khi thông tin định tuyến đi qua một Router khác)

Giải thuật lai kết hợp các khía cạnh của giải thuật vectơ khoảng cách và

trạng thái liên kết Các phần tiếp theo trình bày về các thủ tục và những vấn đề gặp phải của mỗi loại giải thuật và những kỹ thuật hiện được sử dụng để tối thiểu

hóa những vấn đề đó

1.4.4 Giao thức thông tin định tuyến RIP

1.4.4.1 Giao thức định tuyến RIP là gì ?

RIP (Router Information Protocol – Giao thức thông tin định tuyến) là một giao thức định tuyến miền trong được sử dụng bên trong hệ thống tự trị Đây là một giao thức rất đơn giản dựa trên định tuyến vectơ khoảng cách, sử dụng giải

thuật Bellman-Ford để tính toán bảng định tuyến Khi được sử dụng trong những

mạng cùng loại nhỏ, RIP là một giao thức hiệu quả và sự vận hành của nó là khá đơn giản RIP duy trì tất cả bảng định tuyến trong một mạng được cập nhật bởi truyền những bản tin cập nhật bảng định tuyến sau mỗi 30s Sau một thiết bị RIP nhận một cập nhật, nó so sánh thông tin hiện tại của nó với những thông tin được chứa trong thông tin cập nhật

1.4.4.2 Bảng định tuyến RIP

Hình 1.6: Định tuyến trong mạng sử dụng RIP

Mỗi router có một bảng định tuyến trong đó chứa các mục tương ứng cho mỗi mạng đích mà router biết Mục này gồm địa chỉ IP của mạng đích, khoảng cách ngắn nhất để tới đích (tính theo số bước nhảy) và bước nhảy tiếp theo (router tiếp theo) Bước nhảy tiếp theo là nơi cần giửi gói dữ liệu đến để có thể tới được

CHƯƠNG 1 : CƠ SỎ KỸ THUẬT MẠNG IP

đích cuối cùng Số bước nhảy là số mạng mà một gói dữ liệu phải đi qua để tới được mạng đích

Bảng 1.3: Bảng định tuyến vectơ khoảng cách

Đích Node sau Hop Đích Node sau Hop Đích Node sau Hop

N3 Trực tiếp 1 N3 Trực tiếp 1 N3 R3 2 N4 R3 2 N4 Trực tiếp 1 N4 Trực tiếp 1

1.4.4.3 Giải thuật cập nhật RIP

Bảng định tuyến RIP được cập nhật khi router nhận được các thông báo RIP Dưới đây chỉ ra giải thuật cập nhật định tuyến được RIP sử dụng

Nhận một thông báo RIP trả lời

1 Cộng 1 vào số bước nhảy tiếp theo cho mỗi đích được quảng cáo

2 Lặp lại các bước tiếp theo cho mỗi đích được quảng cáo:

v Nếu đích không có trong bảng định tuyến thì thêm thông tin được quảng cáo vào bảng định tuyến

v Ngược lại nếu đích có trong bảng định tuyến thì sẽ:

- Nếu số bước nhảy tiếp theo giống nhau thì sẽ thay thế mục trong bảng bằng mục được quảng cáo

- Nếu số bước nhảy được quảng cáo nhỏ hơn số bước nhảy trong bảng định tuyến thì thay thế mục trong bảng bằng mục được quảng cáo nếu không thì bỏ qua

3 Kết thúc

1.4.4.4 Hạn chế của RIP

Giới hạn độ dài tuyến đường: Trong RIP, giá có giá trị lớn nhất được đặt là

16 Do đó, RIP không cho phép một tuyến đường có giá lớn hơn 15 Tức là,

CHƯƠNG 1 : CƠ SỎ KỸ THUẬT MẠNG IP

những mạng có kích thước lớn hơn 15 bước nhảy phải dùng thuật toán khác Lưu lượng cần thiết cho việc trao đổi thông tin định tuyến lớn

- Tốc độ hội tụ khá chậm

- Không hỗ trợ mặt nạ mạng con có độ dài thay đổi (VLSM): Khi trao đổi thông tin về các tuyến đường, RIP không kèm theo thông tin gì về mặt nạ mạng con Do đó, mạng sử dụng RIP không thể hỗ trợ mặt nạ mạng con có độ dài thay đổi

1.4.4.5 Giao thức RIP phiên bản 2 (RIP-2)

Tổ chức IETF đưa ra hai phiên bản RIP-2 để khắc phục những hạn chế của RIP-1 RIP-2 có những cải tiến sau so với RIP-1:

- Hỗ trợ CIDR và VLSM: RIP-2 hỗ trợ siêu mạng và mặt nạ mạng con có chiều dài thay đổi Đây là một trong những lý do cơ bản để thiết kế chuẩn mới này Cải tiến này làm cho RIP-2 phù hợp với các cách thức địa chỉ hoá phức tạp không có trong RIP-1

- Hỗ trợ chuyển gói đa điểm: Đây là cải tiến để RIP có thể thực hiện kiểu chuyển gói đa điểm chứ không đơn thuần chỉ có kiểu quảng bá như trước Điều này làm giảm tải cho các trạm không chờ đợi các bản tin RIP-2 Để tương thích với RIP-1, tuỳ chọn này sẽ được cấu hình cho từng giao diện mạng

- Hỗ trợ nhận thực: RIP-2 hỗ trợ nhận thực cho tất cả các node phát thông tin định tuyến Điều này hạn chế những thay đổi có ảnh hưởng xấu đối với bảng định tuyến

- Hỗ trợ RIP-1: RIP-2 tương thích hoàn toàn với RIP-1

v Những hạn chế của RIP-2:

RIP-2 đã được phát triển để khắc phục những hạn chế trong RIP-1 Tuy nhiên những hạn chế của RIP-1 như giới hạn về số bước nhảy hay khả năng hội tụ

chậm vẫn còn tồn tại trong RIP-2

1.4.5 Giao thức định tuyến OSPF

1.4.5.1 Giao thức định tuyến OSPF là gì ?

Giao thức ưu tiên đường đi ngắn nhất (OSPF – Open Shortest Path First) là một giao thức định tuyến cổng trong khác đang được sử dụng rất rộng rãi Phạm

vi hoạt động của nó cũng là một hệ thống tự trị (AS) Các router đặc biệt được gọi

là router biên AS có trách nhiệm ngăn thông tin về các AS khác vào trong hệ

CHƯƠNG 1 : CƠ SỎ KỸ THUẬT MẠNG IP

thống hiện tại Để định tuyến hiệu quả, OSPF chia hệ thống tự trị thành nhiều vùng nhỏ

Hình 1.7: Các khu vực trong một hệ thống tự trị

Sau đây sẽ liệt kê các tính năng đã tạo nên thành công của giao thức này:

- Cân bằng tải giữa các tuyến cùng giá: Việc sử dụng cùng lúc nhiều tuyến cho phép tận dụng có hiệu quả tài nguyên mạng

- Phân chia mạng một cách logic: điều này làm giảm bớt các thông tin phát

ra trong những điều kiện bất lợi Nó cũng giúp kết hợp các thông báo về định tuyến, hạn chế việc phát đi những thông tin không cần thiết về mạng

- Hỗ trợ nhận thực: OSPF hỗ trợ nhận thực cho tất cả các node phát thông tin quảng cáo định tuyến Điều này hạn chế được nguy cơ thay đổi bảng định tuyến với mục đích xấu

- Thời gian hội tụ nhanh hơn: OSPF cho phép truyền các thông tin về thay đổi tuyến một cách tức thì Điều đó giúp rút ngắn thời gian hội tụ cần thiết để cập nhật thông tin cấu hình mạng

- Hỗ trợ CIDR và VLSM: Điều này cho phép nhà quản trị mạng có thể phân phối nguồn địa chỉ IP một cách có hiệu quả hơn

OSPF là một giao thức dựa theo trạng thái liên kết Giống như các giao thức trạng thái liên kết khác, mỗi bộ định tuyến OSPF đều thực hiện thuật toán SPF để xử lý các thông tin chứa trong cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết Thuật toán

CHƯƠNG 1 : CƠ SỎ KỸ THUẬT MẠNG IP

tạo ra một cây đường đi ngắn nhất mô tả cụ thể các tuyến đường nên chọn dẫn tới mạng đích

1.4.5.2 Bảng định tuyến

Mỗi router sử dụng cây đường đi ngắn nhất để xây dựng bảng định tuyến của mình Bảng định tuyến chỉ ra giá để tới mỗi mạng trong khu vực Để tìm giá tới mạng bên ngoài khu vực, các router sử dụng các quảng cáo liên kết tóm tắt tới mạng, liên kết tóm tắt tới router biên AS và liên kết ngoài

Hình 1.8: Ví dụ mô hình cây đường đi ngắn nhất Bảng 1.4: Bảng định tuyến trạng thái liên kết của Router A

CHƯƠNG 1 : CƠ SỎ KỸ THUẬT MẠNG IP

1.5 Tổng kết chương:

Trong chương này người làm đồ án trình bày những khái niệm tổng quát về mạng

IP : kiến trúc mạng IP, một số giao thức định tuyến sử dụng trong mạng IP Từ đó

có cách nhìn rõ thêm về mạng IP nhằm hỗ trợ tốt hơn cho những chương trọng tâm sẽ được trình bày trong đồ án

MPLS là viết tắt của “Multi-Protocol Label Switching” Thuật ngữ multi-protocol

để nhấn mạnh rằng công nghệ này áp dụng được cho tất cả các giao thức lớp mạng chứ không chỉ riêng có IP MPLS cũng hoạt động tốt trên bất kỳ các giao thức lớp lien kết Đây là một công nghệ lai kết hợp những đặc tính tốt nhất của

định tuyến lớp 3 (Layer 3 routing) và chuyển mạch lớp 2 (Layer 2 switching)

2.1.1.1 Tính thông minh phân tán

Trong mạng chuyển mạch kênh, tính thông minh chủ yếu tập trung ở mạng lõi (core) Tất cả những thiết bị thông minh nhất đều đặt trong mạng lõi như các tổng đài toll, transit, MSC… Các thiết bị kém thông minh hơn thì đặt ở mạng biên (edge), ví dụ như các tổng đài nội hạt, truy nhập…

Trong mạng gói IP, tính thông minh gần như chia đều cho các thiết bị trong mạng Tất cả các router đều phải làm hai nhiệm vụ là định tuyến và chuyển mạch Đây là

ưu điểm nhưng cũng là nhược điểm của IP

Quan điểm của MPLS là tính thông minh càng đưa ra biên thì mạng càng hoạt động tốt Lý do là những thành phần ở mạng lõi phải chịu tải rất cao Thành phần mạng lõi nên có độ thông minh thấp và năng lực chuyển tải cao MPLS phân tách hai chức năng định tuyến và chuyển mạch: Các router ở biên thực hiện định tuyến

và gắn nhãn (label) cho gói Còn các router ở mạng lõi chỉ tập trung làm nhiệm vụ chuyển tiếp gói với tốc độ cao dựa vào nhãn Tính thông minh được đẩy ra ngoài biên là một trong những ưu điểm lớn nhất của MPLS

2.1.1.2 MPLS và mô hình tham chiếu OSI

Hình 2.1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI

MPLS được xem như là một công nghệ lớp đệm (shim layer), nó nằm trên lớp 2 nhưng dưới lớp 3, vì vậy đôi khi người ta còn gọi nó là lớp 2,5

CHƯƠNG 2: Chuyển mạch nhãn MPLS

Hình 3.2: So sánh giữa chuyển tiếp IP và chuyển tiếp MPLS

Nguyên lý của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được gắn nhãn (label) và chuyển tiếp theo một đường dẫn LSP (Label Switched Path) Các router trên đường dẫn chỉ căn cứ vào nội dung của nhãn để thực hiện quyết định chuyển tiếp gói mà không cần phải kiểm tra header IP

2.1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS

2.1.2.1 Miền MPLS (MPLS domain)

RFC 3031 mô tả miền MPLS là “một tập hợp các nút mạng thực hiện hoạt

động định tuyến và chuyển tiếp MPLS” Một miền MPLS thường được quản lý và

điều khiển bởi một nhà quản trị

Hình 2.3: Miền MPLS

Miền MPLS được chia thành 2 phần: phần mạng lõi (core) và phần mạng biên (edge).Các nút thuộc miền MPLS được gọi là router chuyển mạch nhãn LSR (Label Switch Router) Các nút ở phần mạng lõi được gọi là transit-LSR hay core-LSR (thường được gọi tắt là LSR) Các nút ở biên được gọi là router biên nhãn LER (Label Edge Router)

Nếu một LER là nút đầu tiên trên đường đi của một gói xuyên qua miền MPLS thì nó được gọi là LER lối vào (ingress-LER), còn nếu là nút cuối cùng thì nó

CHƯƠNG 2: Chuyển mạch nhãn MPLS

được gọi là LER lối ra (egress-LER) Lưu ý là các thuật ngữ này được áp dụng tùy theo chiều của luồng lưu lượng trong mạng, do vậy một LER có thể là ingress-LER vừa là egress- LER tuỳ theo các luồng lưu lượng đang xét

Hình 2.4: Upstream và downstream LSR

Thuật ngữ upstream-LSR và downstream-LSR cũng được dùng, phụ thuộc vào chiều của luồng lưu lượng Các tài liệu MPLS thường dùng ký hiệu Ru để biểu thị cho upstream-LSR và dùng ký hiệu Rd để biểu thị cho downstream-LSR

2.1.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC)

Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class) là một tập hợp các gói được đối xử như nhau bởi một LSR Như vậy, FEC là một nhóm các gói IP được chuyển tiếp trên cùng một đường chuyển mạch nhãn LSP, được đối xử theo cùng một cách thức và có thể ánh xạ vào một nhãn bởi một LSR cho

dù chúng có thể khác nhau về thông tin header lớp mạng Hình dưới cho thấy cách

xử lý này

Hình 2.5: Lớp chuyển tiếp tương đương trong MPLS

2.1.2.3 Nhãn và Stack nhãn

Nhãn là “một bộ nhận dạng có độ dài ngắn và cố định, mang ý nghĩa cục bộ

dùng để nhận biết một FEC” Nhãn được “dán” lên một gói để báo cho LSR biết

gói này cần đi đâu Phần nội dung nhãn có độ dài 20 bit không cấu trúc, như vậy

số giá trị nhãn có thể có là (hơn một triệu giá trị) Giá trị nhãn định nghĩa chỉ mục (index) để dùng trong bảng chuyển tiếp

Một gói lại có thể được “dán chồng” nhiều nhãn, các nhãn này chứa trong một nơi gọi là stack nhãn (label stack) Stack nhãn là một tập hợp gồm một hoặc nhiều entry nhãn tổ chức theo nguyên tắc LIFO Tại mỗi hop trong mạng chỉ xử lý nhãn hiện hành trên đỉnh stack Chính nhãn này sẽ được LSR sử dụng để chuyển tiếp gói

2.1.2.4 Hoán đổi nhãn (Label Swapping)

Hoán đổi nhãn là cách dùng các thủ tục để chuyển tiếp gói Để chuyển tiếp gói có nhãn, LSR kiểm tra nhãn trên đỉnh stack và dùng ánh xạ ILM (Incoming Label Map) để ánh xạ nhãn này tới một entry chuyển tiếp nhãn NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry) Sử dụng thông tin trong NHLFE, LSR xác định ra nơi để chuyển tiếp gói và thực hiện một tác vụ trên stack nhãn Rồi nó mã hóa stack nhãn mới vào gói và chuyển gói đi Chuyển tiếp gói chưa có nhãn cũng tương tự nhưng xảy ra ở ingress-LER LER phải phân tích header lớp mạng để xác định FEC rồi sử dụng ánh xạ FTN (FEC-to- NHLFE) để ánh xạ FEC vào một NHLFE

2.1.2.5 Đường chuyển mạch nhãn LSP ( Label Switched Path)

Đường chuyển mạch nhãn LSP là một đường nối giữa router ngỏ vào và router ngỏ ra, được thiết lập bởi các nút MPLS để chuyển các gói đi xuyên qua mạng Đường dẫn của một LSP qua mạng được định nghĩa bởi sự chuyển đổi các giá trị nhãn ở các LSR dọc theo LSP bằng cách dùng thủ tục hoán đổi nhãn Khái niệm LSP tương tự như khái niệm mạch ảo (VC) trong ATM

Hình 2.7: Đường chuyển mạch nhãn LSP

Label –stack Entry

Label –stack Entry Label –stack Entry

Label –stack Entry

CHƯƠNG 2: Chuyển mạch nhãn MPLS

Kiến trúc MPLS cho phép phân cấp các LSP, tương tự như ATM sử dụng VPI và VCI để tạo ra phân cấp kênh ảo (VC) nằm trong đường ảo (VP) Tuy nhiên ATM chỉ có thể hỗ trợ 2 mức phân cấp, trong khi với MPLS thì số mức phân cấp cho phép rất lớn nhờ khả năng chứa được nhiều entry nhãn trong stack nhãn Về lý thuyết, giới hạn số lượng nhãn trong stack phụ thuộc giá trị MTU (Maximum Transfer Unit) của các giao thức lớp liên kết được dùng dọc theo một LSP

2.1.2.6 Chuyển gói qua miền MPLS

Sau đây là một ví dụ đơn giản minh họa quá trình truyền gói IP đi qua miền MPLS Gói tin IP khi đi từ ngoài mạng vào trong miền MPLS được router A đóng vai trò là một ingress-LER sẽ gán nhãn có giá trị là 6 cho gói IP rồi chuyển tiếp đến router B Router B dựa vào bảng hoán đổi nhãn để kiểm tra nhãn của gói tin

Nó thay giá trị nhãn mới là 3 và chuyển tiếp đến router C Tại C, việc kiểm tra cũng tương tự như ở B và sẽ hoán đổi nhãn, gán cho gói tin một nhãn mới là 9 và tiếp tục được đưa đến router D

Hình 2.8: Gói IP đi qua mạng MPLS

Router D đóng vai trò egress-LER sẽ kiểm tra trong bảng hoán đổi nhãn và gỡ bỏ nhãn 9 ra khỏi gói tin rồi định tuyến gói IP một cách bình thường đi ra khỏi miền MPLS Với kiểu làm việc này thì các LSR trung gian như router B và C sẽ không phải thực hiện kiểm tra toàn bộ header IP của gói tin mà nó chỉ việc kiểm tra các giá trị của nhãn, so sánh trong bảng và chuyển tiếp Vì vậy tốc độ xử lý trong miền MPLS sẽ nhanh hơn nhiều so với định tuyến IP truyền thống Đường đi từ router A đến router D được gọi là đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path)

2.1.3 Mã hóa nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS

2.1.3.1 Mã hóa nhãn Stack nhãn

Khi nhãn được gắn lên gói, bản thân giá trị nhãn 20 bit sẽ được mã hoá cùng

vớimột số thông tin cộng thêm để phụ trợ trong quá trình chuyển tiếp gói để hình thànhmột entry nhãn Hình 10 minh họa định dạng một entry nhãn trong stack nhãn

CHƯƠNG 2: Chuyển mạch nhãn MPLS

Hình 2.9: Định dạng một entry trong stack nhãn MPLS

Nhóm 32 bit ở hình trên là một entry trong stack nhãn, trong đó phần giá trị nhãn thực sự chỉ có 20 bit Tuy nhiên người ta thường gọi chung cho cả entry 32 bit nói trên là một nhãn Vì vậy khi thảo luận về nhãn cần phân biệt là đang xem xét giá trị nhãn 20 bit hay nói về entry 32 bit trong stack nhãn Phần thông tin 12 bit cộng thêm gồm các trường sau đây:

• EXP (một số tài liệu gọi là CoS - Class of Service ) – Gồm 3 bit, có thể là một hàm của trường TOS (Type of Service) hoặc Diffserv trong gói IP Đa

số các nhà sản xuất sử dụng các bit này để mang chỉ thị QoS, thường là copy trực tiếp từ các bit TOS trong gói IP Khi gói MPLS vào hàng đợi, có thể sử dụng các bit EXP theo cách giống như các bit ưu tiên trong IP

• S – Gồm 1 bit, chỉ thị đáy của stack nhãn Khi một nhãn nằm ở đáy stack nhãn, thì bit S đặt lên 1; còn các nhãn khác có bit S đặt về 0 Bit S là phương tiện để xác định đáy của stack nhãn nằm ở đâu

• TTL – Gồm 8 bit, thường là copy trực tiếp từ trường TTL của header IP, được giảm đi 1 qua mỗi hop để chặn loop định tuyến giống như IP Tuy nhiên, các bit TTL cũng có thể được đặt khác với TTL trong gói IP, thường dùng khi nhà khai thác mạng muốn che giấu topology mạng MPLS MPLS

có thể hoạt động ở các chế độ: chế độ frame và chế độ cell

2.1.3.2 Chế độ Frame

Các kỹ thuật lớp 2 như Ethernet, Token Ring, FDDI, PPP không có trường

nào phù hợp trong header của frame có thể mang nhãn Vì vậy, stack nhãn sẽ được chứa trong header chêm (shim header) Shim header được “chêm” vào giữa header lớp liên kết và header lớp mạng, như trong hình 11 Đỉnh stack nằm liền sau header lớp 2 và đáy stack nằm liền trước header lớp mạng

Hình 2.10: Shim header được “chêm” vào giữa header lớp 2 và lớp 3

CHƯƠNG 2: Chuyển mạch nhãn MPLS

Router gởi frame phải có cách để báo cho router nhận biết rằng frame này có chứa shim header, cách thức này khác nhau giữa các kỹ thuật lớp 2 Ethernet sử dụng cặp giá trị ethertype 0x8847 và 0x8848 để chỉ thị frame đang mang gói MPLS unicast và multicast tương ứng PPP sử dụng NCP (Network Control Program) sửa đổi gọi là MPLSCP (MPLS Control Protocol) và đánh dấu tất cả các gói có chứa shim header bằng giá trị 0x8281 trong trường PPP Protocol

2.1.3.3 Chế độ Cell

Chế độ Cell được dùng khi ta có một mạng gồm các ATM-LSR (là các chuyển

mạch ATM có hỗ trợ MPLS), trong đó nó sử dụng các giao thức phân phối nhãn MPLS để trao đổi thông tin VPI/VCI thay cho báo hiệu ATM Nhãn được mã hoá trong trường gộp VPI/VCI, trong VPI hoặc VCI của header cell ATM (RFC 3035)

Hình 2.11: Nhãn trong chế độ cell ATM

Cell ATM gồm có 5 byte header và 48 byte payload Để chuyển tải gói tin có kích thước lớn hơn 48 byte từ lớp trên đưa xuống (ví dụ gói IP), ATM phải chia gói tin thành nhiều phần nhỏ hơn, việc này gọi là phân đoạn (fragmentation) Quá trình phân đoạn do lớp AAL (ATM Adaptation Layer) đảm trách Cụ thể, AAL5 PDU

sẽ được chia thành nhiều đoạn 48 byte, mỗi đoạn 48 byte này được thêm header 5 byte để tạo ra một cell ATM

Hình 2 12: Đóng gói (encapsulation) gói có nhãn trên link ATM

Khi đóng gói có nhãn MPLS trên ATM, toàn bộ stack nhãn được đặt trong AAL5 PDU Giá trị thực sự của nhãn đỉnh được đặt trong trường VPI/VCI, hoặc đặt trong trường VCI nếu 2 ATM-LSR kết nối nhau qua một đường ảo ATM (VP) Entry đỉnh stack nhãn phải chứa giá trị 0 (coi như entry “giữ chỗ”) và được bỏ qua khi nhận Lý do các nhãn phải chứa ở cả trong AAL5 PDU và header ATM là để

mở rộng độ sâu stack nhãn Khi các cell ATM đi đến cuối LSP, nó sẽ được tái hợp lại Nếu có nhiều nhãn trong stack nhãn, AAL5 PDU sẽ bị phân đoạn lần nữa và

CHƯƠNG 2: Chuyển mạch nhãn MPLS

nhãn hiện hành trên đỉnh stack sẽ được đặt vào trường VPI/VCI

2.1.4 Cấu trúc chức năng MPLS

2.1.4.1 Kiến trúc một nút MPLS (LER và LSR)

Hình 2.13 minh họa mặt phẳng điều khiển và chuyển tiếp của LSR và

LER Mặt phẳng điều khiển có chức năng định tuyến IP dùng để giao tiếp với các LSR, LERkhác hoặc các router IP thông thường bằng các giao thức định tuyến IP Kết quả làmột cơ sở thông tin định tuyến RIB (Routing Information Base) được tạo lập gồm các thông tin miêu tả các các route khả thi để tìm đến các prefix địa chỉ IP LER sẽ sử dụng các thông tin này để xây dựng cơ sở thông tin chuyển tiếp FIB (Forwarding Information Base) trong mặt phẳng chuyển tiếp

Hình 2.13: Cấu trúc của LER và transit-LSR

Mặt phẳng điều khiển còn có chức năng báo hiệu MPLS dùng để giao tiếp với các LSR khác bằng một giao thức phân phối nhãn Kết quả là một cơ sở thông tin nhãn LIB (Label Information Base) gồm các thông tin liên quan đến các gán kết nhãn đã được thương lượng với các router MPLS khác Thành phần báo hiệu MPLS nhận thông tin từ chức năng định tuyến IP và LIB để xây dựng cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB (Label Forwarding Information Base) trong mặt phẳng chuyển tiếp Một LER có thể có thể chuyển tiếp các gói IP, gắn nhãn vào gói (label push), hoặc gỡ nhãn ra khỏi gói (label pop), trong khi đó một transit-LSR chỉ có khả năng chuyển tiếp gói có nhãn, thêm hoặc bỏ bớt nhãn

2.1.4.2 Mặt phẳng chuyển tiếp (mặt phẳng dữ liệu)

Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS chịu trách nhiệm chuyển tiếp dữ liệu của

user Nó sử dụng LFIB để thực hiện chuyển tiếp các gói có gắn nhãn căn cứ vào giá trị của nhãn nằm trên đỉnh stack nhãn

a Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB

CHƯƠNG 2: Chuyển mạch nhãn MPLS

Trong mạng IP, quyết định chuyển tiếp gói được xác lập bằng cách thực

hiện tra cứu địa chỉ đích trong bảng FIB để xác định hop kế và giao diện ra Trong mạng MPLS, mỗi LSR duy trì một bảng LFIB riêng rẽ và tách biệt với FIB Bảng LFIB có hai loại entry là ILM (incoming label map) và FTN (FEC-to-NHLFE) NHLFE (next hop label forwarding entry) là subentry chứa các trường như địa chỉ hop kế, các tác vụ stack nhãn, giao diện ra và thông tin header lớp 2 ILM ánh xạ một nhãn đến một hoặc nhiều NHLFE Nhãn trong gói đến sẽ dùng để chọn ra một entry ILM cụ thể nhằm xác định NHLFE Còn FTN ánh xạ mỗi FEC vào một hoặc nhiều NHLFE Nhờ các entry FTN, gói chưa có nhãn được chuyển thành gói

có nhãn

Hình 2.14: FTN, ILM và NHLFE

Như vậy, khi một gói không nhãn thuộc một FEC đi vào miền MPLS, LER sẽ sử dụng một entry LFIB loại FTN để chuyển gói không nhãn thành gói có nhãn Sau đó, tại các transit-LSR sử dụng một entry LFIB loại ILM để hoán đổi nhãn vào bằng nhãn ra Cuối cùng, tại egress-LER sử dụng một entry LFIB loại

ingress-ILM để gỡ bỏ nhãn đến và chuyển tiếp gói không nhãn đến router kế tiếp

b Thuật toán chuyển tiếp nhãn

Các nút MPLS sử dụng giá trị nhãn trong các gói đến làm chỉ mục để tra

bảng LFIB Khi tìm thấy entry tương ứng với nhãn đến, nút MPLS thay thế nhãn trong gói bằng nhãn ra và gởi gói đi qua giao diện ra để đến hop kế được đặc tả trong subentry NHLFE Nếu subentry có chỉ định hàng đợi ra, nút MPLS sẽ đặt gói trên hàng đợi đã chỉ định Trường hợp nút MPLS duy trì một LFIB riêng cho mỗi giao diện, nó sẽ dùng LFIB của giao diện mà gói đến để tra cứu chuyển tiếp gói

CHƯƠNG 2: Chuyển mạch nhãn MPLS

Hình 2.15: Quá trình chuyển tiếp một gói đến hop kế

Nút MPLS có thể lấy định vị được các thông tin chuyển tiếp cần thiết trong LFIB chỉ trong một lần truy xuất bộ nhớ, tốc độ thực thi rất cao nhờ các chip ASIC

c NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry)

NHLFE là subentry của ILM hoặc FTN, nó chứa các thông tin sau:

- Hop kế (chặng tiếp theo) của gói

- Tác vụ sẽ được tiến hành trên stack nhãn của gói như sau:

• Swap: Thay nhãn ở đỉnh của stack nhãn bằng một nhãn mới được chỉ định

• Pop: Bóc một nhãn ra khỏi stack

• Push: Chồng thêm một nhãn vào trong stack nhãn

Hình 2.16: Một ví dụ NHLFE

Ngoài ra, NHLFE cũng có thể chứa những thông tin sau:

- Đóng gói lớp datalink để sử dụng khi truyền gói

- Cách thức mã hóa stack nhãn khi truyền gói

- Bất kỳ các thông tin khác cần thiết để xử lý gói một cách chính xác

2.1.4.3 Mặt phẳng điều khiển

Nhiệm vụ của các giao thức trong mặt phẳng điều khiển là phân phối các

thông tin cần thiết cho mỗi LER và LSR để cấu hình bảng FIB và LFIB Trong hình 14, một giao thức định tuyến sử dụng bảng thông tin định tuyến RIB hoạt động kết hợp với một giao thức báo hiệu MPLS sử dụng bảng thông tin nhãn LIB

để phân phối các nhãn Việc phân tách mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng chuyển tiếp cho phép cài đặt một giao thức điều khiển MPLS trên một ATM switch

Tại sao MPLS cần giao thức báo hiệu, trong khi các router IP cổ điển chỉ cần định tuyến IP? Một lý do quan trọng phải dùng giao thức báo hiệu MPLS kết hợp với một giao thức định tuyến xuất phát từ sự cần thiết phải thực hiện định tuyến ràng buộc củađường chuyển mạch nhãn MPLS

Kiểm tra gói của nhãn

NHLFE Hóp k

Không có Không có đường ra nhãn

CHƯƠNG 2: Chuyển mạch nhãn MPLS

2.1.5 Hoạt động chuyển tiếp MPLS

2.1.5.1 Hoạt động của mặt phẳng chuyển tiếp

FEC là một tập con các gói căn cứ theo một số thông tin trong header IP được

dùng bởi FIB Một FEC được dùng thường dựa theo luật “longest prefix match”

trên địa chỉ IP đích Ví dụ: các địa chỉ IP so trùng 16 bit đầu có dạng “a.b.*.*” (trong đó * đại diện cho giá trị hợp lệ bất kỳ) được biểu diễn là “a.b/16” cho entry

FEC đầu tiên trong bảng FIB FEC còn có thể căn cứ bổ sung theo các trường khác trong header IP như ToS hay Diffserv FIB sử dụng FEC để xác định ra giao tiếp đi đến hop kế cho các gói IP, cách thực hiện giống như các router cổ điển

Hình 2.17: Bên trong mặt phẳng chuyển tiếp MPLS

Cho các ví dụ từng hoạt động LFIB ở hình 18 Phần ILM (incoming label map) của LFIB thao tác trên một gói có nhãn và ánh xạ một nhãn vào (incoming label) tới một tập các entry NHLFE ILM được thể hiện trong hình bởi các cột IN-IF và IN-LBL, nhưng cũng có thể là một bảng riêng rẽ cho một giao tiếp FTN (FEC-to-NHLFE) của FIB ánh xạ một FEC tới một tập hợp gồm một hoặc nhiều NHLFE

Như ví dụ trong hình, nhãn A được gắn (push) lên các gói IP thuộc FEC “d.e/16”

Lưu ý là ILM hoặc FTN có thể ánh xạ tới nhiều NHLFE, chẳng hạn để dùng trong

cân bằng tải

2.1.5.2 Gỡ nhãn ở HOP áp cuối PHP ( Penultimate Hop Popping)

Một tối ưu hóa quan trọng mà MPLS hỗ trợ là tránh việc tra cứu nhãn (label lookup) phải xử lý ở egress-LER trong trường hợp một gói đi trên một LSP

mà yêu cầu tra cứu IP (IP lookup) tiếp ngay sau đó Ở trong hình 18, một gói đến

có nhãn A được gỡ nhãn (pop) và chuyển sang FIB để tra cứu tiếp trên header IP

Để tránh việc xử lý phát sinh thêm này, MPLS định nghĩa một tiến trình gọi là gỡ

CHƯƠNG 2: Chuyển mạch nhãn MPLS

nhãn ở hop áp cuối PHP (penultimate hop popping), trong đó router áp cuối trên LSP sẽ gỡ nhãn thay vì egress-LER phải làm việc đó Nhờ vậy cắt giảm được việc

xử lý ở router cuối cùng trên LSP

2.2 Định tuyến và báo hiệu trong MPLS

2.2.1 Định tuyến trong MPLS

MPLS hỗ trợ cả hai kỹ thuật định tuyến: định tuyến từng chặng

(hop-by-hop) và định tuyến ràng buộc (constrain-based routing) Định tuyến từng chặng

cho phép mỗi nút nhận dạng các FEC và chọn hop kế cho mỗi FEC một cách độc lập, giống như định tuyến trong mạng IP Tuy nhiên, nếu muốn triển khai kỹ thuật lưu lượng với MPLS, bắt buộc phải sử dụng kiểu định tuyến ràng buộc

2.2.1.1 Định tuyến ràng buộc

Định tuyến ràng buộc là một phương tiện để thực hiện xử lý tự động hóa

kỹ thuật lưu lượng, khắc phục được các hạn chế của định tuyến theo đích (destination-based routing) Nó xác định các route không chỉ dựa trên topology mạng (thuật toán chọn đường ngắn nhất SPF) mà còn sử dụng các metric đặc thù khác như băng thông, trễ, cost và biến động trễ Giải thuật chọn đường có khả năng tối ưu hóa theo một hoặc nhiều metric này, thông thường người ta dùng metric dựa trên số lượng hop và băng thông

Để đường được chọn có số lượng hop nhỏ nhất nhưng phải đảm bảo băng thông khả dụng trên tất cả các chặng liên kết, quyết định cơ bản như sau: chọn đường ngắn nhất trong số tất cả các đường có băng thông khả dụng thỏa mãn yêu cầu

Hình 2.18: Một ví dụ định tuyến ràng buộc

Để minh họa hoạt động của định tuyến ràng buộc, xét cấu trúc mạng “con cá” kinh điển như hình trên Giả sử rằng định tuyến ràng buộc sử dụng số hop (hop-count) và băng thông khả dụng làm các metric Lưu lượng 600 Kbps được định tuyến trước tiên, sau đó là lưu lượng 500 Kbps và 200 Kbps Cả 3 loại lưu lượng này đều hướng đến cùng một egress-router Ta thấy rằng:

Ø Vì lưu lượng 600 Kbps được định tuyến trước nên nó đi theo đường ngắn nhất là R8-R2-R3-R4-R5.Vì băng thông khả dụng là như nhau trên tất cả các chặng kênh (1 Mbps), nên lưu lượng 600 Kbps chiếm 60% băng thông

Ø Sau đó, vì băng thông khả dụng của đường ngắn nhất không đủ cho cả 2 lưu lượng 600Kbps và 500 Kbps, nên lưu lượng 500 Kbps được định tuyến

chọn

2.2.1.2 Định tuyến tường minh

Định tuyến tường minh (Explicit Routing) là một tập con của định tuyến ràng

buộc, trong đó sự ràng buộc là đối tượng tuyến tường minh ER (explicit route) Tuyến tường minh ER là một danh sách các “nút trừu tượng” (abstract node) mà một đường chuyển mạch nhãn ràng buộc CR-LSP phải đi qua Nút trừu tượng có thể là một nút (địa chỉ IP) hoặc một nhóm nút (như IP prefix hoặc một AS) Nếu

ER chỉ quy định một nhóm trong số các nút mà CR-LSP đi qua thì nó được gọi là tuyến tường minh thả lỏng (loose ER) Ngược lại, nếu ER quy định toàn bộ các nút trên CR-LSP thì được gọi là tuyến tường minh nghiêm ngặt (strict ER) CR-LSP được mã hóa như là một chuỗi các ER-Hop (chặng tường minh) chứa trong một cấu trúc Type-Length-Value ràng buộc (constraint-based route TLV) Mỗi ER-Hop có thể xác định một nhóm các nút CR-LSP khi đó bao gồm tất cả các nhóm nút đã được xác định theo thứ tự xuất hiện trong cấu trúc TLV

2.2.2 Các chế độ báo hiệu trong MPLS

2.2.2.1 Chế độ phân phối nhãn

MPLS cho phép hai chế độ hoạt động của các LSR để phân phối các ánh xạ

nhãn, đó là phân phối không cần yêu cầu (Downstream Unsolicited) và phân phối

theo yêu cầu (Downstream on Demand) Thuật ngữ downstream ở đây ngụ ý rằng

phía downstream sẽ thực hiện gán kết nhãn và thông báo gán kết đó cho phía upstream

a Phân phối nhãn theo yêu cầu (Downstream on Demand)

Upstream-LSR phải yêu cầu rõ ràng một gán kết nhãn cho một FEC cụ thể

thì downstream-LSR mới phân phối Trong phương thức này, downstream-router không nhất thiết phải là hop kế đối với định tuyến IP cho FEC đó, điều này rất quan trọng đối với các LSP định tuyến tường minh

Hình 2.20: Phân phối nhãn theo yêu cầu

b Phân phối nhãn không cần yêu cầu (Downstream Unsolicited)

Downstream-LSR phân phối các gán kết nhãn đến upstream-LSR mà không cần có yêu cầu thực hiện việc kết nhãn Nếu downstream-LSR chính là hop

Một upstream-LSR có thể nhận các gán kết nhãn cho cùng một FEC X từ

nhiều downstream LSR Có hai chế độ duy trì các gán kết nhãn nhận được là duy trì nhãn tựdo (liberal label retention) và duy trì nhãn bảo thủ (conservative label retention)

a Duy trì nhãn tự do (liberal label retention

Phía upstream (LSR1) lưu giữ tất cả các gán kết nhãn nhận được, bất chấp việc downstream-LSR có phải là hop kế đối với định tuyến IP hay không Ưu điểm chính của duy trì nhãn tự do là có thể phản ứng nhanh với sự thay đổi định tuyến vì các gán kết nhãn đã có sẵn Nhược điểm là LSR phải duy trì nhiều gán kết nhãn không dùng và có thể gây ra loop định tuyến tạm thời khi thay đổi định tuyến

Hình 2.22: Duy trì nhãn tự do

b Duy trì nhãn bảo thủ (conservative label retention)

Upstream-LSR hủy tất cả các gán kết nhãn khác, chỉ giữ lại gán kết nhãn gởi

từ downstream-LSR đang là hop kế hiện hành Chế độ này có ưu điểm là LSR chỉ cần duy trì số gán kết FEC-nhãn ít hơn, nhưng đáp ứng chậm khi thay đổi định tuyến vì gán kết nhãn mới phải được yêu cầu và phân phối lại Đây là chế độ thích hợp cho các LSR chỉ hỗ trợ một số lượng nhãn hạn chế (như các chuyển mạch ATM)

CHƯƠNG 2: Chuyển mạch nhãn MPLS

Hình 2.23: Duy trì nhãn bảo thủ

2.2.2.3 Chế độ diều khiển LSP

Khi một FEC ứng với một prefix địa chỉ được phân phối bởi định tuyến

IP, việc thiết lập mối kết hợp giữa các gán kết nhãn tại một LSR có thể thực hiện theo hai cách sau đây:

a Điều khiển độc lập

Khi mỗi LSR nhận dạng ra một FEC thì nó quyết định gán kết ngay một

nhãn cho FEC đó và công bố luôn gán kết đó cho các đối tác phân phối nhãn (label distribution peers) Điều này tương tự như định tuyến IP thông thường, ở đó mỗi router ra quyết định độc lập về nơi cần chuyển gói đi Điều khiển độc lập có

ưu điểm là thiết lập LSP nhanh vì việc kết nhãn diễn ra song song giữa nhiều cặp LSR và dòng lưu lượng có thể bắt đầu truyền mà không cần đợi cho tất cả các gán kết nhãn thiết lập xong

Hình 2.24: Điều khiển độc lập

b Điều khiển tuần tự (odered control)

Một downstream-LSR thực hiện kết nhãn cho một FEC và thông báo gán

kết đó chỉ nếu nó là LSR lối ra hoặc nếu nó đã nhận được một gán kết nhãn cho FEC đó từ router hướng downstream của nó Việc thiết lập LSP tuần tự bắt đầu ở LSR lối ra và diễn ra nối tiếp theo hướng ngược về LSR lối vào Các LSP định tuyến tường minh bắt buộc phải sử dụng kiểu điều khiển tuần tự và quá trình phân phối nhãn theo chuỗi có thứ tự sẽ tạo ra thời gian trễ trước khi dòng lưu lượng đi trên LSP có thể bắt đầu Tuy nhiên, điều khiển tuần tự cung cấp phương tiện tránh loop và đạt được mức độ thu gom chắc chắn hơn

Hình 2.25: Điều khiển tuần tự

CHƯƠNG 2: Chuyển mạch nhãn MPLS

2.3 Giao thức phân phối nhãn trong MPLS

Giao thức phân phối nhãn là một tập các thủ tục mà nhờ nó một LSR có

thể thông báo cho một LSR khác biết về các mối gán kết nhãn-FEC mà nó đã tiến hành Kiến trúc MPLS không chỉ định một giao thức phân phối nhãn duy nhất nào, do đó có thể có nhiều lựa chọn, mỗi giao thức có ưu và nhược điểm riêng Trong các phần tiếp theo giới thiệu một số giao thức phân phối nhãn được dùng phổ biến

Bảng 2.2: các giao thức phân phối nhãn

2.3.1 Giao thức LDP

LDP được chuẩn hóa trong RFC 3036, nó được thiết kế để thiết lập và duy

trì các LSP định tuyến không ràng buộc (unconstraint routing) Vùng hoạt động của LDP có thể là giữa các LSR láng giềng (neighbor) trực tiếp hoặc gián tiếp

Hình 2.26: Vùng hoạt động của LDP

2.3.1.1 Hoạt động của LDP

LDP có 4 chức năng chính là phát hiện LSR láng giềng (Neighbor discovery),

thiết lập và duy trì phiên, quảng bá nhãn (label advertisement) và thông báo (Notification) Tương ứng với các chức năng trên, có 4 lớp thông điệp LDP sau đây:

Ø Discovery: Để trao đổi định kỳ bản tin Hello nhằm loan báo và kiểm tra

một LSR kết nối gián tiếp hoặc trực tiếp

CHƯƠNG 2: Chuyển mạch nhãn MPLS

Ø Session: Để thiết lập, thương lượng các thông số cho việc khởi tạo, duy trì

và chấm dứt các phiên ngang hàng LDP Nhóm này bao gồm bản tin Initialization, KeepAlive

Ø Advertisement: Để tạo ra, thay đổi hoặc xóa các ánh xạ FEC tới nhãn

Nhóm này bao gồm bản tin Label Mapping, Label Withdrawal, Label Release, Label Request, Label Request Abort

Ø Notification: Để truyền đạt các thông tin trạng thái, lỗi hoặc cảnh báo Các

thông điệp Discovery được trao đổi trên UDP Các kiểu thông điệp còn lại đòi hỏi phân phát tin cậy nên dùng TCP Trường hợp hai LSR có kết nối lớp 2 trực tiếp thì thủ tục phát hiện neighbor trực tiếp như sau:

• Một LSR định kỳ gửi đi bản tin Hello tới các cổng UDP 646 địa chỉ multicast (tất cả các router trong subnet)

• Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin Hello này trên cổng UDP Đến một thời điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có kết nối trực tiếp

• 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 song hướng nên mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi liên kết nhãn

A B CHình 2.27: Trao đổi thông điệp LDP

Trong trường hợp hai LSR không có kết nối lớp 2 trực tiếp (neighbor gián tiếp) thì 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 và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên

2.3.1.2 Cấu trúc của thông điệp LDP

Trao đổi thông điệp LDP thực hiện bằng cách gởi các LDP-PDU (Protocol

Data Unit) thông qua các phiên LDP trên kết nối TCP Mỗi LDP-PDU có thể mang một hoặc nhiều thông điệp, và các thông điệp này không nhất thiết phải có

liên quan với nhau

a LDP PDU

Mỗi PDU của LDP bao gồm một header LDP và theo sau là một hoặc nhiều thông điệp LDP Phần header LDP có dạng như sau: