kĩ thuật lưu lượng MPLS với RSVPTE

Chương 1: Tổng quan mạng MPLS: giới thiệu một cách tổng quan về mạng MPLS và một số phương pháp định tuyến cải tiến giúp MPLS thích hợp kĩ thuật lưu lượng. Chương 2: MPLS với RSVPTE: tìm hiểu giao thức MPLS và một số đối tượng liên quan thiết lập LSP tạo đường hầm lưu lượng, cũng như một số kĩ thuật liên quan đến bảo vệ đường. Chương 3: Mô phỏng: xây dựng một số kịch bản so sánh kết quả của việc điều khiển lưu lượng với báo hiệu RSVPTE giảm tắc nghẽn mạng.

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ATM Asynchnorous Tranfer Mode Truyền dẫn không đồng bộ

AToM Any Transport over MPLS Truyền tải qua MPLS

BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên

CBR Constraint-based routing Định tuyến ràng buộc

CEF Cisco Express Forwarding Chuyển tiếp nhanh của Cisco

CR Constraint-based routing Định tuyến ràng buộc

DiffServ Differentiated Services Dịch vụ khác biệt

DSCP DiffServ Code Point Mã điểm dịch vụ khác biệt

DS-TE DiffServ-aware MPLS Traffic

Engineering

Công nghệ điều khiển luồng MPLS quan tâm tới DiffiServ

FEC Forwarding Equivalency Class Lớp chuyển tiếp tương đươngFIB Forward Information base Bảng thông tin chuyển tiếp

FTP File Tranfer Protocol Giao thức truyền file

HDLC High Data Link Control Điều khiển kết nối dữ liệu tốc độ

caoIETF Internet Engineering Task Force Ủy ban tư vấn kỹ thuật InternetIGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong phạm vi

miền

IntServ Integrated Services Dịch vụ tích hợp

IS-IS Intermediate System to

Intermediate System Protocol

Giaot thức hệ thống trung gian tới

hệ thống trung gianITU-T International Telecommunication

Union-Telecommunication

Hiệp hội viễn thông quốc tễ

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn

LER Label Edge Router Bộ định tuyến nhãn biên ra

LFIB Label Forwarding Information

Base

Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn

LIB Label Information Base Bảng cơ sở dữ liệu nhãn

LSR Label Switch Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãnMAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trườngMPLS Multiprotool Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thứcMP-BGP MPLS Border Gateway Protocol Đa giao thức cổng biên

NHLFE Next Hop Lable Forwarding

Entry

Mục chuyển tiếp chặng kế tiếp

OSPF Open Shortest Path First Giao thức OSPF

PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm - điểm

PVC Permanent Virtual Circuit Mạch ảo cố định

RFC Request for comment Các tài liệu chuẩn do IETF đưa raRIP Routing Information Protocol Giao thức định tuyến RIP

RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành sẵn tài nguyênRSVP-TE RSVP Traffic engineering RSVP kĩ thuật lưu lượng

SE Share Explicit Chia sẻ hiện

SLA Service Level Agreements Thỏa thuận cấp độ dịch vụ

SONET Synchronous Optical Networking Mạng quang đồng bộ

SVC Switch Virtual Connection Chuyển mạch kết nối ảo

TCP Tranmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫnTDP Tag Distribution Protocol Giao thức phân phối tag

TE Traffic Engineering Kỹ thuật điều khiển lưu lượng

UDP User Datagram Protocol Giao thức UDP

VCI Virtual Channel Identifier Định danh kênh ảo

VPI Virtual Packet Indentifier Định danh gói ảo

VPN Virtual Pravite network Mạng riêng ảo

LỜI MỞ ĐẦU

Mạng viễn thông ngày nay không ngừng phát triển Số lượng khách hàng khôngngừng tăng cùng với không ngừng tăng về lưu lượng mạng Nhiều loại dịch vụ ra đờicùng với yêu cầu chất lượng dịch vụ cao hơn Mạng truyền thống Internet đã rất thành

công bước đầu nhờ kiến trúc mở cùng với dịch vụ IP cách thức nỗ lực tối đa đang dầnkhông đáp ứng các yêu cầu.

Mạng IP đã phát triển một cách rộng khắp việc thay thế là điều khó có thể xảy

ra Vì vậy các nhà nghiên cứu đã tìm ra giải pháp phát triển trên nền IP MPLS ra đờiđang đáp ứng nhu cầu MPLS ra đời đã hỗ trợ rất nhiều mạng IP tạo ra mạng miềnmạng chuyển phát nhanh, kết nối có hướng đảm bảo dịch vụ bằng khả năng điềukhiển lưu lượng

MPLS hoạt động cùng với mạng IP, hoạt động song song với định tuyến đangtồn tại chuyển mạch lớp hai tạo ra tốc độ dữ liệu cao giữa các bộ định tuyến

Đề tài kĩ thuật lưu lượng MPLS với RSVP-TE với hướng tìm hiểu cơ bản vềmạng MPLS, khả năng điều khiển lưu lượng mạng MPLS so với IP, và phần tiếp tìmhiểu hoạt động giao thức RSVP-TE Luận văn tốt nghiệp “kĩ thuật lưu lượng MPLSvới RSVP-TE” bao gồm các nội dung:

Chương 1: Tổng quan mạng MPLS: giới thiệu một cách tổng quan về mạngMPLS và một số phương pháp định tuyến cải tiến giúp MPLS thích hợp kĩ thuật lưulượng

Chương 2: MPLS với RSVP-TE: tìm hiểu giao thức MPLS và một số đối tượngliên quan thiết lập LSP tạo đường hầm lưu lượng, cũng như một số kĩ thuật liên quanđến bảo vệ đường

Chương 3: Mô phỏng: xây dựng một số kịch bản so sánh kết quả của việc điềukhiển lưu lượng với báo hiệu RSVP-TE giảm tắc nghẽn mạng

Do thời gian hoàn thành đồ án có giới hạn và không có điều kiện tiếp xúc thực

tế và còn thiếu kinh nghiệm nghiên cứu giao thức với kĩ thuật lưu lượng nên khôngtránh khỏi nhiều thiếu sót Em rất mong nhận được nhiều sự góp ý và sửa chữa từ thầy

cô và bạn bè và những cùng nghiên cứu

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy giáo Nguyễn Đình Long, người đã

tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận án này Em xin chân thành cảm

ơn các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông đã giúp đỡ em trong thời gian qua để hoàn thành đồ án này

Em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và người thân giúp đỡ động viên để tôi hoàn thành luận án này

Hà nội, ngày 29 tháng 11 năm 2010

Sinh viên

Trịnh Quốc Thái

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG MPLS

1.1 Giới thiệu về MPLS

Giới thiệu tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS).Trong chương này trình bày về khái niệm về MPLS, sự ra đời của MPLS dựa trên kếthợp hoàn hảo các ưu điểm của công nghệ IP, công nghệ ATM Tìm hiểu cơ bản thànhphần MPLS cũng như các ưu điểm và ứng dụng chính của MPLS cũng được đề cậpđến Các giao thức định tuyến giúp khả năng điều khiển lưu lượng của MPLS

1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển MPLS

Sau khi ra đời vào những năm thập niên 70, công nghệ IP đã phát triển mộtcách nhanh chóng rộng khắp toàn cầu IP hiện nay đã cung cấp nhiều loại dịch vụ đápứng nhu cầu người sử dụng mạng trên khắp thế giới từ truy nhập mạng internet truyềnthống đến dịch vụ thoại, video tốc độ cao Sự bùng nổ mạng internet đang đặt ra tháchthức khả năng đáp ứng của các nhà cung cấp dịch vụ

Điểm thành công của Internet ở chỗ các công nghệ của Internet được triển khai

và phát triển theo nhu cầu của thị trường Internet không đưa ra các tiêu chuẩn theokiểu Recommendation như của ITU-T mà đưa ra các RFC (Request For Comments)với mục đích công bố các giải pháp công nghệ đã đạt được và thu thập những đónggóp thêm nhằm hoàn thiện, phát triển sản phẩm đó chứ không bắt buộc phải tuân thủ

Khi mạng Internet phát triển và mở rộng, lưu lượng Internet bùng nổ Các cácnhà cung cấp dịch vụ xử lý bằng cách tăng dung lượng các kết nối và nâng cấp bộ địnhtuyến nhưng vẫn không tránh khỏi nghẽn mạch Lý do khác là các giao thức địnhtuyến thường hướng lưu lượng vào cùng một số các kết nối nhất định dẫn đến kết nốinày bị quá tải trong khi một số tài nguyên khác không được sử dụng Đây là tình trạngphân bố tải không đồng đều và sử dụng lãng phí tài nguyên mạng Internet

Giao thức định tuyến TCP/IP khả năng với định tuyến mềm dẻo Nhưng IPkhông hoàn toàn đảm bảo lượng dịch vụ chỉ là best-effort, tốc độ truyền tin theo yêucầu Trong khi đó công nghệ ATM có tốc độ truyền tin cao, đảm bảo thời gian thực vàchất lượng dịch vụ theo yêu cầu định trước Hơn nữa các dịch vụ thông tin thế hệ sauđược chia thành hai xu hướng phát triển đó là: Hoạt động kết nối định hướng và hoạtđộng không kết nối Hai xu hướng phát triển này dần tiệm cận và hội tụ với nhau tiến

tới ra đời công nghệ IP/ATM Sự kết hợp IP với ATM đã từng giải pháp kỳ vọng chomạng viễn thông.

Để đáp ứng nhu cầu có được mạng internet vừa đảm bảo chất lượng vừa đảmbảo tốc độ cần phải có một giao thức mới đảm bảo điều đó và MPLS đã ra đời có khảnăng kết hợp những đặc điểm tốt của chuyển mach kênh ATM và chuyển mạch gói IP

Công ty mạng máy tinh Ipsilon là người đầu tiên phát triển giao thức mạngMPLS Nhưng do vấn đề tài chính công ty đã bán lại cho Nokia và không thể pháttriển giao thức này nữa Nhiều công ty khác tiếp tục phát triển nó Sau đó Cisco vàhàng loạt hãng khác như IBM, Toshiba…công bố các sản phẩm công nghệ chuyểnmạch của họ dưới những tên khác nhau nhưng đều cùng chung bản chất công nghệchuyển mạch nhãn

Sự ra đời của MPLS được dự báo là tất yếu khi nhu cầu và tốc độ phát triển rấtnhanh của mạng Internet đòi hỏi phải có một giao thức mới đảm bảo chất lượng dịch

vụ theo yêu cầu Nhiều công nghệ đã được xây dựng và phát triển trên nền tảng mạngIP

Đối với công nghệ chuyển mạch mới, việc tiêu chuẩn hoá là một khía cạnhquan trọng quyết định khả năng chiếm lĩnh thị trường nhanh chóng của công nghệ đó.Các tiêu chuẩn thường được xây dựng và hoàn thiện trong một thời gian tương đối dài.Giống như IP, các tiêu chuẩn về MPLS chủ yếu được IETF phát triển và hoàn thiện

ITEF hoàn thiện tiêu chuẩn MPLS và đưa ra các tài liệu RFC năm 1999 Saunăm 1999 liên tục ban hành các tiêu chuẩn MPLS như về quản lý, bảo mật, tính tươngthích với các công nghệ khác

Như vậy có thể thấy rằng MPLS đã phát triển nhanh chóng và hiệu quả Điềunày cũng chứng minh những yêu cầu cấp bách trong công nghiệp cho một công nghệmới Hầu hết các tiêu chuẩn MPLS hiện tại đã được ban hành dưới dạng RFC Sau khitoàn bộ các RFC được hoàn thiện, chúng sẽ được tập hợp lại để xây dựng một hệthống tiêu chuẩn MPLS

tiếp trên chuyển mạch ATM Sự tích hợp này cần phải đặt định tuyến IP vàphần mềm phân bổ nhãn trực tiếp trên chuyển mạch ATM Do tích hợp hoàntoàn IP trên chuyển mạch ATM, MPLS cho phép chuyển mạch ATM hỗ trợ tối

ưu các dịch vụ IP như IP đa hướng, lớp dịch vụ IP, RSVP giao thức hỗ trợ tàinguyên và mạng riêng ảo

 Dịch vụ mạng riêng ảo IP (VPN) - VPN thiết lập cơ sở hạ tầng cho mạngintranet và extranet, đó là các mạng IP mà các công ty kinh doanh sẽ thiết lậptrên cơ sở toàn bộ cấu trúc kinh doanh của họ Dịch vụ VPN là dịch vụ mạngIntranet và Extranet mà các mạng đó được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụđến nhiều tổ chức khách hàng MPLS kết hợp với giao thức cổng biên (BGP)cho phép một nhà cung cấp mạng hỗ trợ hàng nghìn VPN của khách hàng Nhưvậy, mạng MPLS cùng với BGP tạo ra cách thức cung cấp dịch vụ VPN trên cảATM và các thiết bị dựa trên gói tin rất linh hoạt, dễ mở rộng quy mô và dễquản lý Thậm chí trên các mạng của nhà cung cấp khá nhỏ, khả năng linh hoạt

và dễ quản lý của các dịch vụ MPLS BGP VPN là ưu điểm chủ yếu

 Điều khiển lưu lượng và định tuyến IP rõ ràng - vấn đề quan trọng trong cácmạng IP liên tục là thiếu khả năng điều khiển linh hoạt các luồng lưu lượng IP

để sử dụng hiệu qủa dải thông mạng có sẵn Do vậy, thiếu hụt này liên quan đếnkhả năng gửi các luồng được chọn xuống các đường được chọn ví dụ như chọncác đường trung kế được bảo đảm cho các lớp dịch vụ riêng MPLS sử dụngcác đường chuyển mạch nhãn (LSPs), mà có thể được thiết lập trên cả ATM vàthiết bị dựa trên gói tin Khả năng điều khiển lưu lượng IP của MPLS sử dụngthiết lập đặc biệt các LSP để điều khiển một cách linh hoạt các luồng lưu lượngIP

1.1.3 Một số ưu nhược điểm của MPLS

Khi mạng chạy MPLS, nhà cung cấp có thể thu được một số lợi ích

Một số nhược điểm trong ứng dụng MPLS VPN

• Cần phải thêm một lớp Thêm tiêu đề Shim trong ethernet

• Các bộ định tuyến phải hỗ trợ MPLS

Sau đây là ột số ưu nhược điểm của ứng dụng MPLS VPN

MPLS VPN có một số ưu điểm khi lựa chọn cho dịch vụ VPN:

• Tính kết nối WAN – Công nghệ này sử dụng cho kết nối nhiều địa điểm cáchbiệt về vật lý, được triển khai như dịch vụ thay thế hoặc kết hợp với dịch vụVPN truyền thống

• Tính động và mềm dẻo – Những thay đổi trong sơ đồ kết nối có thể thực hiệntrên VPN mà không cần cấu hình thủ công trên thiết bị mạng phía khách hàng

• Tính tương thích MPLS VPN có thể được triển khai trên các dịch vụ truy nhậptruyền thống như Frame relay, đường riêng, ATM Bên cạnh đó, các dịch vụhiện tại dễ dàng nâng cấp lên mạng VPN mà không phải thay đổi về mặt cấutrúc

• Tích hợp dễ dàng – VPN có thể được tích hợp dễ dàng các dịch vụ IP khác nhưtruy nhập internet, web, IPSec VPN

• Tính mở rộng và độ tin cậy MPLS VPN mở rộng dễ dàng, khả năng mở rộngtối đa chỉ giới hạn bởi BGP và đạt độ tin cậy cao dựa trên BGP

Tuy nhiên, BGP MPLS VPN có một số giới hạn:

• Chỉ mạng IP- Chúng chỉ điều khiển lưu lượng IP, không điều khiển lưu lượng trênmạng khác nếu chúng không được đóng gói trong gói tin IP Mặc dù phần lớnkhách hàng đang chuyển qua cơ sở hạ tầng IP duy nhất, tuy nhiên vẫn còn nhiềuứng dụng chạy trên các mạng khác

• Chia sẻ định tuyến VPN yêu cầu khách hàng chia sẻ thông tin về miền định tuyếntrong mạng của họ với router PE Điều này không được nhiều khách hàng chấpnhận vì tiết lộ hoạt động cũng như cấu trúc trong mạng của họ

• Router CE – Để chia sẻ thông tin định tuyến, thiết bị CE tại khách hàng phải làmột router chứ không được là thiết bị đơn giản như Switch Điều này tương ứngkhách hàng phải tốn thêm chi phí trang bị thiết bị cho mỗi điểm kết nối

• Phụ thuộc các router PE – Do yêu cầu lưu trữ bảng định tuyến, thực hiện nhiềuchức năng nên router PE phải có cấu hình cao, thậm chí đắt hơn bộ định tuyến lõi

• Mạng phức tạp - Số lượng định tuyến động nhiều làm gia tăng tải, làm giảm khảnăng xử lý của PE Nếu số lượng khách hàng cá nhân tăng thì mạng cần mở rộng,

bổ sung các router PE

• Tính ổn định và toàn vẹn mạng – BGP MPLS VPN có thể làm ảnh hưởng đến tính

ổn định và toàn vẹn của mạng Nếu thiết bị CE tại một khách hàng hoạt độngkhông ổn định và tác động đến router PE, thì các kênh dịch vụ VPN của kháchhàng khác có thể bị ảnh hưởng

LER LSR

LER LSR LSR

IP

MPLS IP

Internet

LSR

• Quản lý mạng phức tạp – Cấu hình và quản lý dịch vụ phức tạp, mỗi khách hàng

có một hồ sơ riêng trên router PE Cần phải quản lý bảng định tuyến riêng trên PEđối với mỗi khách hàng Quản lý cấu hình CE là router cũng phức tạp hơn so vớithiết bị Switch

• Thêm cấu hình phía khách hàng – Khách hàng phải cấu hình, quản lý thêm việcđịnh tuyến đến PE thay vì định tuyến đến các router trong mạng của họ

1.2 Kiến trúc MPLS

Miền MPLS được miêu tả là một nhóm các nút liên tiếp mà chạy định tuyến vàchuyển tiếp MPLS Miền MPLS chia thành MPLS lõi có bộ định tuyến chuyển mạchnhãn và MPLS biên có bộ định tuyến biên nhãn

Hình 1.1 Kiến trúc mạng MPLS

Như trên hình vẽ mạng MPLS hay miền MPLS bao gồm các bộ định tuyếnchuyến mạch nhãn lõi gọi là LSR, các bộ định tuyến biên miền gọi là LER các bộ địnhchính là kết nối đến các mạng ngoài khác như internet, ATM, IP

Thuật ngữ chính của MPLS được giải thích như sau

• LSR- Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn: Là bất kì bộ định tuyến nào mànằm trong miền MPLS và chuyển tiếp gói tin dựa trên nhãn chuyểnmạch Khi LSR nhận một gói tin nó sẽ kiểm tra bảng và quyết định trạm

kế tiếp Trước khi chuyển tiếp đến bộ định tuyến kế tiếp, nó tháo nhãn

cũ và gắn nhãn mới

MPLS

• LER - Bộ định tuyến biên: Một gói tin đi vào mạng MPLS phải quaLER hay còn gọi là bộ định tuyến đầu vào Gói tin đi ra khỏi miềnMPLS qua LER gọi là bộ định tuyến đầu ra LER có khả năng xử lý lớp

ba và gỡ bỏ nhãn khỏi gói tin khi nó đi vào hay đi ra khỏi miền MPLS.LER biến một gói tin IP thành MPLS hoặc vẫn đối xử với nó là IP tùythuộc vào chính sách điều khiển

• LDP - Giao thức phân bổ nhãn: Là giao thức lớp ứng dụng cho việcphân bổ thông tin gán nhãn tới các các bộ định tuyến nhãn

• FEC - Lớp chuyển tiếp tương đương: Nó nhiệm vụ là nhóm gói tin mà

có cùng đặc tính và chuyển tiếp giống nhau trong cùng một đường.Nhóm tin này được gắn cùng một nhãn MPLS Mỗi gói tin MPLS chỉgán nhãn với FEC duy nhất một lần ở bộ định tuyến đầu vào FEC phânloại gói tin vào địa chỉ nguồn đích, cổng nguồn đích, loại dịch vụ, giaothức truyền tải

• LSP- Đường chuyển mạch nhãn: Là đường mà được thiết lập bởi giaothức báo hiệu trong MPLS Trong miền MPLS tồn tại nhiều LSP màkhởi tạo từ bộ định tuyến đầu vào và đi qua một hay nhiều LSR lõi vàrời khỏi ở bộ định tuyến đầu ra

• Upstream và downstream: Tương ứng là những bộ định tuyến gần và xa

so với gói tin nguồn hơn so với các bộ định tuyến khác

Trong mạng IP, chức năng chính của IP là gửi dữ liệu từ nguồn tới đích Dữliệu là ở dạng gói Các gói tin này sẽ phải được định tuyến qua một chuỗi các bộ địnhtuyến và nhiều mạng để có thể tới đích Trên Internet, từng bộ định tuyến sẽ phải tựquyết định hướng đi của gói tin dựa theo địa chỉ đích ở trong tiêu đề và chuyển tiếpgói tin đến hop kế tiếp theo bảng chuyển tiếp

Trong MPLS các gói tin được chuyển tiếp dựa vào nhãn qua các nút Mỗi núttrong MPLS được thành hai mặt phẳng: mặt phẳng chuyển tiếp MPLS và mặt phẳngđiều khiển MPLS Nút MPLS có thể thực hiện định tuyến lớp ba và chuyển mạch lớphai Hình sau mô tả cấu trúc cơ bản của một nút MPLS Quá trình định tuyến này đượcthực hiện đến khi gói tin đến đích

Hình 1.2 dưới đây chỉ ra bộ định tuyến MPLS hoạt động dựa trên hai khối chức năng chính:

• Mặt phẳng điều khiển

Mặt phẳng điều khiển duy trì và điều khiển bảng chuyển tiếp Mặt phẳng điều

khiển chịu trách nhiêm cho xây dựng định tuyến MPLS bằng cập nhật nhãn mà các bộđịnh tuyến trao đổi.

Với bộ định tuyến thông thường, bảng định tuyến IP dùng để xây dựng bộ lưutrữ chuyển mạch nhanh hoặc FIB Tuy nhiên với MPLS, bảng định tuyến IP cung cấpthông tin của mạng đích và tiền tố subnet sử dụng cho liên kết nhãn Các giao thứcđịnh tuyến trạng thái như OSPF gửi thông tin định tuyến giữa một tập các bộ đinh

Mặt phẳng điều khiển Thông tin định tuyến

trao đổi giữa các

Cập nhật bảng chuyển

Mặt phẳng chuyển tiếp

tuyến không nhất thiết liền kề nhau, trong khi thông tin liên kết nhãn chỉ được phân bốgiữa các bộ định tuyến liền kề bằng giao thức phân phối nhãn LDP hoặc TDP Điềunày làm giao thức định tuyến trạng thái không thích hợp với sự phân phối thông tinliên kết nhãn Tuy nhiên sự mở rộng các giao thức định tuyến như BGP có thể được sửdụng để phân phối thông tin liên kết nhãn Điều này làm cho việc phân phối thông tinliên kết nhãn phù hợp với việc phân phối thông tin định tuyến Điều này cũng tránh ítxảy ra hiện tượng tại một nút MPLS có thể nhận thông tin liên kết nhãn và không cóthông tin định tuyến thích hợp Các nhãn trao đổi giữa các nút MPLS liền kề được sửdụng để xây dựng LFIB MPLS sử dụng một mô hình chuyển tiếp dựa trên trao đổinhãn mà có thể được kết nối với một phạm vi các mô đun điều khiển khác nhau Mỗi

mô đun điều khiển chịu trách nhiệm đánh dấu, phân phối một tập các nhãn, cũng nhưchịu trách nhiệm dự trữ thông tin điều khiển khác có liên quan Các giao thức cổngđịnh tuyến trong phạm vi miền IGP được dùng để xác nhận khả năng đến được, sự liênkết và ánh xạ giữa FEC và địa chỉ trạm kế Thông tin liên kết nhãn chỉ được phân phốigiữa các bộ định tuyến nối trực tiếp với nhau bằng cách dùng giao thức phân phốiLDP

Mặt phẳng điều khiển phụ thuộc nhiều vào cấu trúc mạng IP trong việc thiết lập

và duy trì đường Mỗi bộ định tuyến duy trì bảng bằng cập nhật bảng chuyển tiếp.Việc chuyển tiêp dựa trên thông tin trong bảng này Trong MPLS, mặt phẳng điềukhiển và mặt phẳng dữ liệu hay mặt phẳng chuyển tiếp là các thực thể tách biệt Điềunày cho phép triển khai từng thuật toán đơn lẻ cho nhiều loại dịch vụ và lưu lượng

Mô đun chức năng như định tuyến Unicast (Unicast Routing), định tuyến Multicast(Multicast Routing), kỹ thuật lưu lượng (Traffic Engineer), mạng riêng ảo (VPN –Virtual private Network)

1.2.2 Mặt phẳng chuyển tiếp

Mặt phẳng chuyển tiếp có trách nhiệm chuyển tiếp gói dựa trên giá trị chứatrong nhãn Khi một gói tin đến bộ định tuyến, quyết định chuyển tiếp thông qua thamvấn bảng chuyển tiếp được lưu trữ bởi mặt phẳng chuyển tiếp Mỗi nút MPLS có haibảng liên quan đến việc chuyển tiếp là cơ sở thông tin nhãn LIB và LFIB LIB chứa tất

cả các nhãn được nút MPLS cục bộ đánh dấu và ánh xạ của các nhãn này đến các nhãnđược nhận từ láng giềng của nó LFIB chứa nhãn cục bộ đến nhãn trạm kế tiếp ánh xạvới giao tiếp ngõ ra, được dùng để chuyển tiếp các gói được gán nhãn

1.2.2.1 Nhãn

Nhãn là một thực thể có độ dài ngắn và cố định không có cấu trúc bên trong.Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng như địa chỉ mạng Nhãnđại diện cho một FEC nào đó, sự tương ứng giữa nhãn và FEC gọi là ánh xạ

Hình 1.3 Vị trí nhãn

Nhãn trong dạng đơn giản nhất xác định đường đi mà gói tin có thể truyền qua.Nhãn được mang hay được đóng gói trong tiêu đề lớp 2 cùng với gói tin Bộ địnhtuyến kiểm tra các gói tin qua nội dung nhãn để xác định các bước chuyển kế tiếp Giátrị nhãn chỉ có ý nghĩa cục bộ nghĩa là chúng chỉ liên quan đến các bước chuyển tiếpgiữa các LSR

Hình 1.4 Cấu trúc nhãn

LABLE=20 bits

EXP (EXPERIMENTAL)=3 bits

BS (BOTTOM OF STACK)=1 bit

TTL (TIME TO LIVE)=8 bits

Trong đó:

 EXP: dành cho thực nghiệm Khi các gói tin xếp hàng có thể dùng cácbít này tương tự như các bit IP ưu tiên (IP Precedence)

 BS: đáy của ngăn xếp BS thiết lập nếu không có nhãn

 TTL: thời gian sống là bản sao của IP TTL Giá trị của nó được giảm tạimỗi chặng để tránh lặp như IP

MPLS được thiết kế để xây dựng ở bất kì môi trường và hình thức đóng gói lớphai nào Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương thức truyền tin mà gói tin được đónggói

Tiêu đề gói PPP trên SDH

Tiêu đề MAC LAN

Kiểu khung:

Hầu hết các hình thức đóng gói lớp 2 đều dựa trên khung MPLS chỉ đơn giảnthêm vào 32 bit giữa mào đầu lớp 2 và lớp 3 gọi là tiêu đề shim Một nhãn được mãhoá với 20 bỉt, nghĩa là có thể có 2 mũ 20 giá trị khác nhau Một gói có nhiều nhãn gọi

là chồng nhãn (Lable stack)

Kiểu tế bào:

Chế độ tế bào là thuật ngữ dùng khi mạng có chứa các đường LSR mà đườngnày sử dụng MPLS trong mặt phẳng điều khiển để trao đổi VPI/VCI thay cho sử dụngbáo hiệu ATM

ATM là một trường hợp đặc biệt sử dụng tế bào có chiều dài cố định Do đónhãn không thể được thêm vào trong mỗi tế bào MPLS sử dụng các giá trị VPI/VCItrong mào đầu ATM để làm nhãn Phương thức đóng gói này được gọi là kiểu tế bàoMPLS

Hình 1.6 Nhãn mã hóa trong ATM

GFC Điều khiển luồng chung

PTI Chỉ thị loại tải

CLP Mức độ yêu tin của tế bào

HEC Kiểm tra lỗi tiêu đề giống tổng kiểm tra

DATA Tải

Trong chế độ tế bào, nhãn được mã hóa trong phần VPI/VCI của một tế bào.Sau khi trao đổi nhãn xong ở phần mặt phẳng điều khiển thì bộ định tuyến đầu vào cắtmảnh gói tin thành các tế bào ATM, gán giá trị VPI/VCI thích hợp và truyền cell này.Các LSR trung gian xử lý giống như các chuyển mạch ATM bình thường Tế bàochuyển tiếp dựa vào VPI/VCI và thông tin cổng đến Cuối cùng bộ định tuyến đầu ratái tạo lại các tế bào thành một gói

Các loại nhãn đặc biệt

• Untagged: gói MPLS đến được chuyển thành một gói IP và chuyển tiếp đếnđích Nó được dùng trong thực thi MPLS VPN

Hinh 1.7 Các loại nhãn đặc biệt

• Nhãn Implicit-null hay POP: nhãn này được gán khi nhãn trên cùng (top label)của gói MPLS đến bị bóc ra và gói MPLS hay IP được chuyển tiếp tới trạm kếxuôi dòng Giá trị của nhãn này là 3 (trường nhãn 20 bit) Nhãn này được dùngtrong mạng MPLS cho những trạm kế cuối

• Nhãn Explicit-null: được gán để giữ giá trị EXP cho nhãn trên cùng của góiđến Nhãn trên được hoán đổi với giá trị 0 và chuyển tiếp như một gói MPLStới trạm kế xuôi dòng Nhãn này sử dụng khi thực hiện QoS với MPLS

• Nhãn Aggregate: với nhãn này, khi gói MPLS đến nó bị bóc tất cả nhãn trongchồng nhãn ra để trở thành một gói IP và thực hiện tra cứu trong FIB để xácđịnh giao tiếp ngõ ra cho nó

1.2.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương FEC

Giả sử các gói tin vào mạng MPLS và được gửi đến cùng một mạng ở một bộđịnh tuyến đầu vào thì các gói tin được phân loại giống nhau dựa trên thuật toán trabảng longest-match trong FIB Ví dụ trong FIB có đầu vào của FIB là 171.68.0.0/ 16

LSR đầu ra LSR

LSR đầu vào Router bình

thường

untagged

IP tiêu đề + tải Nhãn IP tiêu đề + tải

IP tiêu đề + tải Nhãn L2

IP tiêu đề + tải Nhãn 0 Nhãn L2 IP tiêu đề + tải POP/ implicit-null

Nhãn L1 Nhãn L2

Aggragate

Explicit-Null IP tiêu đề + tải

IP tiêu đề + tải IP tiêu đề + tải

label EXP 0 TTL

………

với địa chỉ next hop 12.12.12.12 khi nhận được hai gói tin có dịa chỉ đích 171.68.1.1

và 171.68.23.5 cả hai gói tin này sẽ chuyển đến cung hop kế tiếp là 12.12.12.12 Nhưvậy cả hai gói tin với địa chỉ đích 171.68.1.1 và 171.68.23.5 có cùng FEC

Tuy nhiên việc phân loại FEC không chỉ giới hạn ở địa chỉ địch của địa chỉ IPnhận được, FEC cũng có dựa vào giao diện gói tin đến, địa chỉ cổng của gói tin đếnhay bất kì một kĩ thuật nào mà bạn có ấn định Tất cả gói tin có cùng FEC có cùngcách hành xử

1.2.2.3 Ngăn xếp nhãn

Là một tập hợp thứ tự các nhãn gán theo gói để chuyển tải thông tin về nhiềuFEC và về các LSP tương ứng mà gói đi qua Ngăn xếp nhãn cho phép MPLS hỗ trợđịnh tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và một nhãn cho IGP) và tổ chức đa LSPtrong một trung kế LSP Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho chế độ hoạt động đườnghầm

Hình 1.8 Ngăn xếp nhãn

Ngăn xếp nhãn cũng là chỉ thị độ sâu khi gói tin thâm nhập vào mạng MPLS.Thông thường, một gói tin có thể có nhiều nhãn được gọi là chồng nhãn Các nhãntrong chồng nhãn được tổ chức theo kiểu chồng nhãn vào sau ra trước LIFO Một góitin không có gắn nhãn được xem là có chiều sâu chồng nhãn bằng 0 Chiều sâu d củachồng nhãn tương ứng với trình từ của nhãn trong chồng nhãn <1,2,3 ,d-1,d> vớinhãn 1 ở đáy chồng nhãn và nhãn d ở đỉnh của chồng nhãn Ví dụ khi đang ở mạngMPLS thứ nhất gói tin này sử dụng nhãn là 10 giá trị ngăn xếp 1, khi nó đi tiếp sangmạng thứ hai thì nhãn này không thể xóa bỏ vì chưa ra khỏi miền MPLS nên nó có thểthêm nhãn thứ hai là 20 để đi qua mạng này

1.2.2.4 Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn

LFIB được duy trì bởi một nút MPLS chứa một chuỗi các entry (mục nhập).Như hình dưới đây, mỗi đường nhập vào chứa một nhãn tới và một hoặc vài mục phụ.LFIB được lập bảng chứa các giá trị trong nhãn tới

Hình 1.9 Ví dụ cấu trúc của LFIB

Mỗi mục phụ bao gồm một nhãn ra, giao diện ra và địa chỉ nút nhảy tiếp theo.Các mục phụ với đường vào riêng biệt có thể giống hoặc khác nhãn vào Chuyển tiếpMulticast yêu cầu mục phụ với đa nhãn ra, tức là ở đó một nhãn vào được đưa đến tạimột giao diện cần được gửi tới nhiều giao diện ra Thêm vào gói ra, giao diện ra vàthông tin bước nhảy tiếp theo, một đường vào trong bảng chuyển tiếp có thể bao gồmthông tin liên quan đến nguồn của gói có thể sử dụng, như hàng đợi ra mà gói phảiđược đặt vào

Một nút MPLS có thể duy trì một bảng chuyển tiếp đơn Trong trường hợp cónhiều bảng chuyển tiếp, chuyển tiếp gói được thực hiện bởi giá trị của nhãn tới cũngnhư giao diện vào mà ở đó gói đến

1.2.2.5 Cách thức phân bổ và điều khiển nhãn

Quảng bá nhãn đường xuống theo yêu cầu: một LSR sẽ yêu cầu hop kế tiếp gánnhãn cho một FEC Tức là LSR đường lên yêu cầu ánh xạ nhãn LSR đường xuốnggán nhãn cho FEC được yêu cầu

Quảng bá nhãn đường xuống tự do: một LSR phân bố gán nhãn mà không cần

có yêu cầu LSR đường xuống quảng bá ánh xạ nhãn tới LSR đường lên

Điều khiển LSP tuần tự: Một LSR nhận được nhãn từ LSR đường xuống, có thểtruyền nhãn tới LSR đường lên LSP thiết lập từ đầu ra tới đầu vào Điều khiển này ápdụng cho LSP định tuyến ràng buộc

Điều khiển độc lập: LSR gán nhãn và phân bố nhãn cho các đối tác phân bốnhãn ngang hàng Mỗi LSR tự quyết định việc phân bố nhãn

Duy trì nhãn chặt: Hoạt động theo kiểu quảng bá đường xuống tự do, LSR cóthể nhận nhãn từ các LSR ngang hàng và nó chỉ chấp nhận những nhãn từ các hop kếtiếp có giá trị Nếu phân bố nhãn đường xuống theo yêu cầu, duy trì nhãn chặt được áp

Duy trì nhãn tự do: nhận tất các nhãn ánh xạ từ LSR ngang hàng Dễ thấynhược điểm phương pháp này là phải duy trì nhiều nhãn không sử dụng

1.2.2.6 Thuật toán chuyển tiếp gói

Chuyển mạch nhãn sử dụng thuật toán chuyển tiếp dựa trên việc trao đổi nhãn.Nút MPLS mà duy trì một LFIB đơn lấy giá trị nhãn từ trường nhãn tìm thấy trong góitới và sử dụng giá trị này như chỉ số trong LFIB Sau khi một nhãn tới nút thực hiện trabảng, nút MPLS thay thế nhãn này trong gói với một nhãn ra từ mục phụ và gửi góiqua giao diện ra cụ thể tới nút tiếp cụ thể theo bởi mục phụ Nếu mục phụ chỉ ra mộthàng đợi ra, nút MPLS đặt gói trong hàng đợi cụ thể

Hình 1.10 Sơ đồ thuật toán chuyển tiếp gói

Nếu nút MPLS duy trì nhiều LFIB cho mỗi giao diện của nó, nó sử dụng giaodiện vật lý nơi gói đến để chọn một LFIB cụ thể phục vụ để chuyển tiếp gói Thôngthường, thuật toán chuyển tiếp sử dụng nhiều loại thuật toán để chuyển tiếp unicast,multicast Tuy nhiên, MPLS chỉ sử dụng một thuật toán chuyển tiếp dựa trên trao đổinhãn Một nút MPLS có thể lấy ra tất cả thông tin nó cần để chuyển tiếp nhãn cũngnhư để xác định tài nguyên dành riêng cần thiết bằng việc truy nhập bộ nhớ Tra cứutốc độ cao và khả năng chuyển tiếp làm cho chuyển mạch nhãn (label switching) thành

kỹ thuật chuyển mạch có tính thực thi cao MPLS cũng có thể được sử dụng để vận

Chưa có nhãn

Kiểm tranhãn của gói

chuyển giao thức lớp ba khác như IPv6 Đặc tính này giúp MPLS có thể tương thíchtốt với việc chuyển đổi các mạng từ IPv4 sang IPv6.

NHLFE (Next Hop Lable Forwarding Entry)

NHLFE là mục phụ của ILM hoặc FTN, nó chứa các thông số sau:

• Hop kế (chặng tiếp theo của gói)

• Tác vụ sẽ được tiến hành trên stack nhãn của gói

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

• Đóng góp lớp liên kết dữ liệu để sử dụng khi truyền gói

• Cách thức mã hóa ngăn xếp nhãn khi truyền gói

1.2.2.7 Minh họa truyền gói tin qua mạng MPLS

Hình 1.11 Minh họa truyền gói tin trong mạng MPLS

Để xem cách MPLS hoạt động như thế nào Coi miền MPLS gồm có năm LSR(A, B, C, D, và E) và tất cả các đường liên kết là điểm điểm Giả sử gói tin đi từ A tới

E qua B và D Hop kế tiếp của A là B cho gói tin này, hop kế tiếp của B là D, hop kếtiếp của D là E Cũng vậy gói cùng địa chỉ mạng đi từ C đến E qua D Hop kế tiếp của

C là D cho gói tin này, hop kế tiếp của D là E

Khi LSR xác định FEC liên kết với phần địa chỉ mạng mới này <x.0.0.0,y.0.0.0> nó sẽ lựa chọn một nhãn có sẵn và tạo một mục nhập trong bảng chuyển tiếpnhãn –LFIB Bảng này có thông tin nhãn đầu vào và nhãn đầu ra liên kết với FEC vàgiao diện đầu ra LSR cũng lưu nhãn này trong bảng FIB trong mục nhập liên kết vớiFEC

If1If1

Miền IP 1

BA

If0If0

If0If1

If2If1

<x.0.0.0y.0.0.0>

Nhãn đầu vào là nhãn mà LSR mong muốn nó gán đối với các gói tin IP đầuvào có cùng FEC Ví dụ trên LSR B muốn tất cả gói tin đầu vào thuộc FEC gắn vớimạng <x.0.0.0, y.0.0.0> sẽ được gán nhãn là 62 Việc gán nhãn sẽ được thực hiện bởicác LSR là đường lên của B Trong ví dụ này LSP duy nhất là đường xuống của B là

A Trong trường hợp của bộ định tuyến D, cả B và C là đường lên LSR

LSR Nhãn đầu vào Nhãn đầu ra Hop kế tiếp Giao diên đầu

B nên không sử dụng thông tin trong LFIB Nhưng sẽ lưu nó cho sử dụng sau này Ví

dụ từ C –D bị đứt thì có thể tạo B là hop kế tiếp cho FEC này Trong trường hợp này C

sử dụng nhãn này để quảng bá B để cập nhật mục nhập trong LFIB

D gửi thông tin đến B, C và E Vì B và C là đường lên của D nên sử dụng thôngtin này để cập nhật lại LFIB Cuối cùng E gửi thông tin này đến D để cập nhật Kếtquả là bảng LSR được chỉnh sửa như hình sau:

LSR Nhãn đầu vào Nhãn đầu ra Hop kế tiếp Giao diên đầu

Đối với E, hop kế tiếp là chính nó nên nó chuyển tiếp qua giao diện if0

Khi nhãn đã được phân bố và các mục được cập nhật trong LFIB thì gói tin IPthuộc FEC gắn với mạng <x.0.0.0, y.0.0.0> thì là nhãn độc quyền Giả sử A nhậnđược gói tin từ mạng không hỗ trợ MPLS thì với mạng là <x.0.0.0, y.0.0.0> A xácđịnh gói tin này thuộc vào FEC và tra trong LFIB để có giá trị nhãn và giao diện đầu

ra Nó thiết lập nhãn là 62, đóng gói nó như hình 1.3 và chuyển tiếp gói tin ra ngoàiqua giao diện if0 Khi LSR B nhận được gói tin nó sẽ tách nhãn và tra trong bảngLFIB của B Nhãn cũ bị thay thế bằng nhãn mới là 15 và gói tin này được chuyển tiếpqua giao diện if0 của LSR B LSR D làm giống như thế và thay thế nhãn đầu vào

thành 60 và chuyển qua giao diện if2 Cuối cùng E chuyển gói tin tới địa chỉ đíchtrong mạng của nó

Điểm khác nhau chính giữa định tuyến IP truyền thống và định tuyến cưỡngbức đó là: thuật toán định tuyến IP truyền thống chỉ tìm ra đường tối ưu ứng với mộttiêu chí (ví dụ như số nút nhỏ nhất), trong khi đó thuật toán định tuyến cưỡng bức vừatìm ra một đường tối ưu theo một tiêu chí nào đó đồng thời phương án đó phải không

vi phạm điều kiện cưỡng bức Yêu cầu không vi phạm các điều kiện cưỡng bức làđiểm khác nhau cơ bản để phân biệt giữa định tuyến cưỡng bức và định tuyến thôngthường

Một điều kiện cưỡng bức phải là điều kiện giúp tìm ra một đường có các tham

số hoạt động nhất định Ví dụ như muốn tìm một đường với độ rộng băng tần khảdụng nhỏ nhất Trong trường hợp đó điều kiện cưỡng bức sẽ được đưa vào thuật toánđịnh tuyến để tìm đường và số liệu đầu vào ít nhất phải có là độ rộng băng tần khảdụng của tất cả các kênh dọc theo đường Đặc điểm của liên kết cần quan tâm ở đây là

độ rộng băng tần khả dụng

Một điều kiện cưỡng bức khác có thể sử dụng chính sách Ví dụ như một nhàquản trị mạng muốn ngăn không cho một lưu lượng loại nào đó không được đi quamột số kênh nhất định trong mạng, trong đó các kênh được xác định bởi các đặc điểm

cụ thể Trong trường hợp đó điều kiện cưỡng bức sẽ được đưa vào thuật toán địnhtuyến để xác định đường cho lưu lượng đó không được đi qua các kênh đã được loại

ra Hoặc nhà quản trị mạng lại muốn một lưu lương loại nào đó chỉ được đi qua cáckênh nhất định trong mạng và các kênh cũng được xác định bằng các đặc điểm cụ thể

Khi đó điều kiện cưỡng bức sẽ được đưa vào thuật toán định tuyến để xác định đường

đi cho lưu lượng chỉ có thể đi qua các kênh có đặc điểm thoả mãn điều kiện Lưu ýrằng, điều kiện cưỡng bức là chính sách ứng với các đường khác nhau cũng có thể cócác điều kiện cưỡng bức là quản trị khác nhau Ví dụ như đối với một cặp nút, đường

từ nút thứ nhất trong cặp tới nút thứ hai có thể bao gồm một tập hợp kênh có một sốđặc điểm nhất định bị loại ra, trong khi đối với một cặp khác thì lại có một tập kênhkhác bị loại ra

Hiển nhiên là phương pháp định tuyến IP đơn giản không hỗ trợ yêu cầu này;các giao thức định tuyến truyền thồng dựa vào trạng thái kênh (ví dụ như OSPF, IS-IS)chỉ truyền đi các thông tin (bận/rỗi) của từng kênh và cost của từng kênh

Định tuyến cưỡng bức có thể kết hợp cả hai điều kiện cưỡng bức là quản lý vàtính năng của kênh chứ không nhất thiết là chỉ một trong hai điều kiện Ví dụ như địnhtuyến cưỡng bức phải tìm ra đường vừa phải có một độ rộng băng tần nhất định vừaphải loại trừ một số kênh có đặc điểm nhất định

Như vậy để triển khai định tuyến hiện

• Phía nguồn cần biết đủ các thông tin và xác định đường như vậy giao thức cần

có khả năng phân phối thông tin về cấu trúc mạng và đặc điểm kênh liên kết tớitất cả các nút mạng

hiện tại đối với tám mức yêu tiên, metric kĩ thuật lưu lượng ngầm định và lớp tàinguyên hay màu của tài nguyên.

Giả sử tuyến đường đi từ LSR 1 đến LSR 6 nếu dùng SPF thì tuyến sẽ là(LSR1, LSR2, LSR4, LSR6) còn dùng SPF ràng buộc tuyến chọn sẽ là (LSR1, LSR3,LSR5, LSR4, LSR6)

1.4 Định tuyến hiện

Định tuyến hiện tương tự định tuyến nguồn trong IP Phương pháp định tuyếnnày không phải từng nút lựa chọn chặng kế tiếp mà chỉ có một nút lựa chọn đường đithường đó là LER lối vào hoặc LER đầu ra Các LER này sẽ xác định danh sách cácnút mà đường LSP định tuyến hiện này sẽ đi qua Đường này không nhất thiết phải làđường tối ưu Dọc đường này có sử dụng dành trước tài nguyên để đảm bảo yêu cầuchất lượng dịch vụ Đường hiện này giúp kĩ thuật lưu lượng được thực hiện dễ dàng

Trong định tuyến có hai tuyến là định tuyến hiện lỏng và chặt Trong đó tuyếnhiện chặt là tuyến chứa danh sách các nút mà các nút đều được xác định Còn trongtuyến lỏng thì tập các nút có một phần trong đó được xác định

Tổng kết chương 1

Chương 1 tập trung vào giới thiệu các định nghĩa cơ bản của liên quan đếnMPLS MPLS chứng tỏ khả năng chuyển tiếp vượt trội so với IP truyền thống nhờ vàochuyển tiếp nhãn Các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn không xử lý gói tin theo địachỉ đích mà xử lý theo nhãn MPLS cũng giảm khối lượng xử lý của mạng lõi bằngviệc đẩy xử lý phức tạp nhất ra biên mạng Các bộ định tuyến biên là thành phần quantrọng nhất trọng nhất trọng mạng MPLS MPLS không chỉ hỗ trợ chuyển tiếp mà nângcấp một số giao thức sử dụng trong IP truyền thống như OSPF các bản tin trao đổikhông còn chỉ là trạng thái liên kết đơn giản, độ dài liên kết nữa MPLS chứng tỏ khảnăng có thể hỗ trợ kĩ thuật lưu lượng tốt Chương 2 trình bày về giao thức RSVP-TEtrong hỗ trợ lưu lượng

CHƯƠNG 2: MPLS-TE SỬ DỤNG RSVP -TE

2.1 Kĩ thuật lưu lượng

Kĩ thuật lưu lượng là vấn đề khó khăn trong IP truyền thống Bằng sử dụngMPLS, kĩ thuật lưu lượng được giải quyết thông qua công nghệ chuyển mạch mới, cảitiến thông tin trao đổi trong giao thức định tuyến, sử dụng giao thức phân bổ nhãn phùhợp

2.1.1 Kĩ thuật lưu lượng

Kĩ thuật lưu lượng là phương pháp cân bằng tải giữa các kết nối, các bộ địnhtuyến khác nhau trong mạng để không có kết nối hay bộ định tuyến nào sử dụng quámức hay không được sử dụng Mục đích kĩ thuật lưu lượng là chuyển lưu lượng vàotopo mạng sao cho tối ưu nguồn tài nguyên mạng Điều này cho phép nhà cung cấp sửdụng băng thông hiệu quả hơn trong mạng

Khi đối diện với sự phát triển và mở rộng mạng có hai vấn để kỹ thuật cần quantâm là kĩ thuật mạng-NE và kỹ thuật lưu lượng-TE Kỹ thuật mạng là tổ chức mạngphù hợp với lưu lượng Ban đầu phải có sự dự đoán tốt nhất về lưu lượng trên mạng để

sử dụng các mạch và các thiết bị mạng như router, switch cho thích hợp Kỹ thuậtmạng phải đảm bảo hiệu quả về sau này vì thời gian lắp đặt mạng có thể diễn ra lâudài Kỹ thuật lưu lượng là tối ưu hiệu năng mạng hay nghĩa là thao tác trên lưu lượng

để phù hợp với mạng Dù có cố gắng dến đâu thì lưu lượng mạng cũng không bao giờđược đáp ứng hoàn toàn so với dự tính Giữa thập niên 90 sự tăng trưởng lưu lượngvượt quá mọi dự tính và không thể nâng cấp mạng kịp thời được Đôi khi sự kiện nổibật làm đầy lưu lượng trên mạng, điều này không thể tính toán trước được Do đó cóthể tại một nơi nhu cầu băng thông quá nhiều nhưng đồng thời co các đường liên kếtkhác chưa được sủ dụng Kỹ thuật lưu lượng là một “nghệ thuật” chuyển lưu lượng từcác liên kết bị đầy sang các liên kết rỗi Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS nhằm đạt đến

kỹ thuật diều khiển lưu lượng hướng kết nối tốt nhất và kết hợp với định tuyến IP

Mục đích khác của kĩ thuật lưu lượng là cân bằng QoS với chi phí hoạt động vàbảo dưỡng Các tham số khi đề cập đến QoS là:

• Tỷ lệ mất gói: tham số này cho biết tỷ lệ phần trăm số gói IP bị mất trên tổng sốtoàn bộ số gói IP đầu gửi đã chuyển vào mạng cho phía đầu nhận

• Độ trễ gói: tham số này cho biết khoảng thời gian gói IP được chuyển từ đầugửi đến đầu nhận

• Độ biến thiên trễ (jitter): tham số này cho biết sự dao động về độ lớn của độ trễgói

• Khả năng đáp ứng của dịch vụ: tham số này cho biết xác suất sử dụng thànhcông dịch vụ

Như vậy QoS là đảm bảo chất lượng dịch vụ với yêu cầu như Còn kĩ thuật lưulượng là tận dụng tài nguyên mạng hoạt động càng nhiều càng tốt và cũng hỗ trợ dịchtốt hơn Đây cũng là mục đích chính sách của các nhà cung cấp mạng

2.1.2 Kĩ thuật lưu lượng trong IP

Trong mạng IP trong suốt hay mạng IP truyền thống sẽ không thấy kĩ thuật lưulượng bởi vì trong mạng IP truyền thống chỉ đơn giản là best-effort nỗ lực tối đa Nóchỉ hứa hẹn sẽ làm hết sức mình để chuyển gói tin đến đích mà thôi Và nó thêm vàocác tham số chất lượng dịch vụ để đảm bảo chất lượng dịch vụ Trong IP các gói tinvẫn được truyền đi theo con đường chủ quan mà các giao thức định tuyến đã tính toántức là giao thức càng hoàn thiện thì con đường đó càng tốt Vì vậy kĩ thuật lưu lượng

IP là tạo ra đường khác bằng cách điều khiển chủ yếu của IP là thay đổi chi phí trênmột liên kết cụ thể Việc điều khiển lưu lượng chỉ dựa trên một con đường nó sẽ dẫntới không hợp lý

Vì các liên kết này có cùng cost = 15, theo chuyển tiếp đích thông thường, tất

cả các gói đến từ R1 và R7 được ra ở cùng giao tiếp của R2 đến R5, vì chi phí củađường phía trên thấp hơn ở dưới Tất cả các liên kết trong hình có băng thông 150Mbps, R1 gửi 90 Mbps và R7 gửi 100 Mbps Lúc này nảy sinh vấn đề: R2 cố gắngchuyển 190 Mbps qua đường 150 Mbps Nghĩa là R2 phải huỷ 40 Mbps cho phù hợpvới đường truyền Việc chuyển tiếp hướng đích không thể giải quyết vấn đề này, chỉ

có thể huỷ bỏ liên kết hoặc chuyển cost liên kết để con dường ngắn lẫn con dường dàidều có cùng cost nhằm giảm nhẹ vấn đề

2.1.3 Kĩ thuật lưu lượng trong MPLS

MPLS TE kết hợp khả năng điều khiển lưu lượng của ATM với sự mềm dẻocủa IP và sự khác nhau của các lớp dịch vụ MPLS cho phép xây dựng các con đườngchuyển nhãn trong mạng để giảm lưu lượng chuyển tiếp MPLS TE dùng một đườnghầm TE điều khiển lưu lượng trên đường đến một đích cụ thể Phương pháp này mềmdẻo hơn kỹ thuật lưu lượng chuyển tiếp chỉ dựa trên địa chỉ đích MPLS TE sử dụng

cơ chế gọi là định tuyến động để xây dựng bảng định tuyến bằng MPLS TE LSP màkhông cần mạng lưới đầy đủ các tuyến láng giềng MPLS TE dự trữ băng thông khixây dựng LSP Ở đây giới thiệu khái niệm tài nguyên tiêu thụ.Khi LSP được thêm vàomạng chúng có thể tìm ra con đường có băng thông được lưu trữ sẵn MPLS bắt buộc

có sự dự trữ của mặt phẳng điều khiển, nghĩa là nếu một LSP dự trữ 10Mb và gửi đến

nó 100Mb trên LSP đó, mạng sẽ thử phân chia 100Mb đó trừ khi lưu lượng ở nguồn đã

bị kỹ thuật QoS ràng buộc

Khi nghiên cứu về kỹ thuật lưu lượng quan tâm đến ba vấn đề chính:

• Sự phân phối thông tin cách các bộ định tuyến nhận ra mạng và các tàinguyên nào đã sẵn sàng Bài toán này thực hiện thông qua trao đổi thôngtin định tuyến giữa các bộ định tuyến như OSPF

• Tính toán và thiết lập tuyến:Cách các bộ định tuyến quyết định tạo cácđường hầm TE, và cách xây dựng và duy trì các đường hầm TE này mộtcách chính xác Tính toán dựa trên thông tin trao đổi và giao thức địnhtuyến ràng buộc Thiết lập xây dựng đường hầm và duy trì chúng dựa vàogiao thức CR-LDP và RSVP-TE

• Chuyển tiếp lưu lượng vào một đường hầm Có thể thực hiện chuyển lưulượng lên một đường hầm bằng phương pháp: định tuyến tĩnh, chính sách,

tự định tuyến, chuyển tiếp lân cận

Hình 2.2 MPLS TE

MPLS –TE cho phép các bộ định tuyến là đầu cuối đường LSP có thể tính toánđường phù hợp qua mạng tới đuôi của đường LSP Và đầu cuối cần biết băng thônghiện có trên tất cả các liên kết trên mạng Thiết lập LSP đầu cuối IP truyền thống thìquyết định về định tuyến dựa theo địa chỉ đích nhưng trong MPLS có thể định tuyếndựa theo nguồn Như hình vẽ MPLS TE sử dụng hai đường LSP khác nhau để chuyểnhai lưu lượng Điều này không thể thực hiện được như ý muốn trong IP Luận văn sẽchỉ để cập việc thiết lập đường, duy trì bảo vệ đường sử dụng giao thức RSVP-TE

2.2 Giao thức dành trước tài nguyên- kĩ thuật lưu lượng

Trong phần này, em sẽ trình bày về hiểu biết cơ bản nhất về giao thức dànhtrước tài nguyên Cách thức hoạt động giao thức này trong hỗ trợ giải quyết vấn đề lưulượng trong mạng MPLS sử dụng của giao thức này

2.2.1 Giới thiệu chung

RSVP-TE là giao thức mở rộng hay giao thức được nâng cấp từ giao thứcRSVP cũ để hỗ trợ phân bổ nhãn và định tuyến hiện trong mạng MPLS, thiết lậpđường hầm lưu lượng qua mạng

RSVP-TE không phải là giao thức định tuyến nó chỉ thiết kế để hoạt động cùngvới giao thức định tuyến mọi quyết định liên quan đến chọn đường do giao thức IGPquyết định Trong MPLS TE, RSVP yêu cầu băng thông ở mặt phẳng điều khiển,không có chính sách lưu lượng ở mặt phẳng chuyển tiếp

RSVP-TE sử dụng để thiết lập LSP LSP có hai loại LSP là LSP hiện và LSPràng buộc LSP hiện cần các nút trung gian cần được thiết lập bởi người quản trị CònLSP ràng buộc các nút trung gian do giao thức ràng buộc tính toán

RSVP-TE sử dụng ấn định nhãn theo đường xuống để thiết lập LSP Điều nàyđược thực hiện bằng sử dụng bản tin Path và Resv với đối tượng mới LSP có thể đượcthiết lập bằng sử dụng thông tin trong bảng kế tiếp RSVP-TE có thể thiết lập LSPbằng định tuyến hiện bằng sử dụng đối tượng mới là EXPLICIT_ROUTE tạo nênđường hiện Từng hop trong đường có thể là một nút hay là một nhóm nút

Để thiết lập LSP thì nút đầu vào sẽ gửi bản tin Path với đối tượng LABELREQUEST, yêu cầu các bộ định tuyến trung gian gán nhãn cho đường LSP Chỉ thịviệc gán nhãn cho đường xuống yêu cầu Nếu đường hiện được yêu cầu thì đối tượngEXPLICIT_ROUTE được chèn vào bản tin Path Nếu LSP thiết lập bằng thông tinchặng kế tiếp thì đối tượng này không sử dụng

Bản tin được chuyển tới chặng kế tiếp được chỉ trong bản định tuyến với địa chỉ

IP cụ thể của bên nhận hay chặng kế tiếp trong đối tượng EXPLICIT_ROUTE Nút màkhông chấp nhận yêu cầu LSP thì gửi trở lại bản tin PathErr

Bên nhận cuối đường LSP hay là bộ định tuyến đầu ra gửi bản tin Resv theohướng ngược lại tới bên gửi Nút mà nhận bản tin Resv có đối tượng LABEL thì sửdụng nhãn này cho lưu lượng đầu ra gắn với đường LSP Nút gán nhãn mới thay thếtrong đối tượng LABEL của bản tin Resv

2.2.2 Những thuật ngữ cần biết trong RSVP-TE

• Tập nút : Là nhóm nút mà mô hình trong mạng kết nối trực tiếp nút nguồn Nó

có thể chỉ chứa một nút

• LSP định tuyến hiện: LSP có đường được thiết lập bằng các cách khác so với IPthông thường Nghĩa là LSP sẽ đi qua một số nút để đến đích nhưng có thể conđường đến đích không phải là ngắn nhất LSP này được tính bằng giao thứcđịnh tuyến ràng buộc

• Đường hầm LSP: Là LSP được dùng để tạo đường hầm thông qua giao thứcđịnh tuyến của IP LSP gọi là đường hầm LSP vì lưu lượng đi qua nó trong suốtđối với các nút trung gian dọc đường đi chuyển mạch nhãn

• Đường hầm kĩ thuật lưu lượng: Là một hay nhiều đường hầm LSP mà mangtrung kế lưu lượng “traffic trunk”

• Trung kế lưu lượng: Là nhóm luồng có cùng lớp dịch vụ và đặt luồng này lênLSP Các luồng lưu lượng trong trung kế này có cùng nhãn và cùng ba bit dịch

vụ trong EXP Trung kế lưu lượng là tập các luồng nhỏ của các gói tin luồngUDP hay TCP

• Đường hầm RSVP-TE: Mục đích của đường hầm RSVP là hỗ trợ hai bộ kết nốiđịnh tuyến sử dụng RSVP kết nối qua một đám mây có bộ định tuyến khôngRSVP Nếu đám mây này không hỗ trợ RSVP thì không đảm bảo QoS nhưng

nếu nó có đủ tài nguyên thì có thể cung cấp dịch vụ có thể chấp nhận được vathời gian thực Đường hầm yêu cầu bộ định tuyến có RSVP và không có RSVPchuyển tiếp gói tin dựa vào địa chỉ đích thông qua bản định tuyến

• Trạng thái mềm: Là giao thức trạng thái mềm tức là nó cần tạo lại việc dànhtrước tài nguyên một cách định kì bằng các báo hiệu lại Điều này khác với giaothức trạng thái cứng nghĩa là nó chỉ cần báo hiệu một lần và yêu cầu đó tồn tạiđến khi có yêu cầu xóa bỏ Trong RSVP xóa bỏ đường do nó tự xóa bỏ hay dohết thời gian sống Trạng thái mềm giúp định tuyến lại dễ dàng hơn

2.2.3 Thiết lập và điểu khiển đường hầm lưu lượng của RSVP-TE

Quá trình thiết lập đường được thông qua trình tự Mô đun điều khiển lưu lượng

sẽ định kì kiểm tra cơ sở dữ liệu cấu trúc và các thuộc tính tài nguyên để tính toán conđường tốt nhất hiện tại để đến đích Khi đường đã được tính toán thì mô đun sẽ chuyểnđường này đến mô đun RSVP để báo hiệu thiết lập đường Nếu quá trình báo hiệuthành công, cuối cùng bản tin báo hiệu sẽ trở lại thiết bị và RSVP sẽ thông báo ngượctrở lại mô đun điều khiển rằng việc thiết lập đã hoàn tất Sau đó mô đun điều khiển sẽthông báo cho mô đun định tuyến nội miền đường hầm đã sẵn sàng Mô đun địnhtuyến nội miền sẽ thêm thông tin của đường hầm vào bảng định tuyến của nó LSP donút nguồn khởi tạo

Hình 2.3 Bước thiết lập đường