Kiến thức về mạch nhãn đa giao thức

Một điểm truy cập đa dịch vụ (MSAN) là một thiết bị tiêu biểu được đặt trong tổng đài điện thoại (đôi khi đặt trong tổng đài cabinet outdoor), nó kết nối đường dây điện thoại của khách hàng đến mạng lõi để cung cấp dịch vụ điện thoại, ISDN, và dịch vụ băng rộng như DSL từ một thiết bị duy nhất. Khi MSAN chưa được triển khai sử dụng, các nhà cung cấp viễn thông có vô số thiết bị riêng lẻ như DSLAM để cung cấp cho khách hàng nhiều loại dịch vụ khách nhau. Việc tích hợp tất cả các dịch vụ vào một nút đơn, tiêu biểu là cách truyền đa hướng (backhaul) tất cả các dòng dữ liệu qua IP hoặc ATM, có thể cung cấp các dịch vụ mới cho khách hàng nhanh hơn và tiết kiệm chi phí hơn. Tủ MSAN outdoor tiêu biểu bao gồm các dịch vụ băng hẹp (POTS), băng rộng (xDSL), nguồn ắc quy với máy nắn, đơn vị truyền dẫn quang và giá phân phối dây.

Multi Protocol Label Switching

By Lê Quốc Tuyền

Nguyễn Khoa Tuấn Anh

• Giao thức báo hiệu trong MPLS

• Ánh xạ luồng dữ liệu đến vào một LSP

MPLS là gì?

• MPLS = multiprotocol label switching

• IETF công bố vào năm 1997

• Được phát triển và chuẩn hoá từ nhiều giao thức chuyển mạch đa lớp như:

– Tag Switching (của Cisco)

– IP Navigator (của Cascade/Ascend (hiện là Lucent)/Lucent)

• Mục đích chính:

Chuẩn hoá một kiểu chuyển mạch nhãn nh ằm tăng tính phân lớp

và linh hoạt trong định tuyến ở lớp 3 - lớp net work

PPP Physical (Optical — Electrical) 1

Bảng MPLS

(2, 84) (2, 85)

(4,12) (3, 99)

What is MPLS?

MPLS là:

• Một kỹ thuật chuyển mạch (nhãn) có kết nối truớc dựa trên giao thức điều khiển và giao thức định tuyến IP.

• Nằm giữa lớp 2 và 3 nên MPLS có khả năng:

– Tương thích với bất cứ giao thức lớp 2 nào

– Thực thi các thủ tục quản lý, định tuyến, gán địa chỉ của IP

• MPLS là một giao thức “đường hầm”

– “lớp chèn” cung cấp các dịch vụ kết nối với IP ????

Các đặc tính của MPLS

Một cách đơn giản, MPLS là sự kết hợp các ưu điểm của lớp 2 chuyển mạch (khả năng chuyển tiếp đầy hiệu quả) và lớp 3 định tuyến (với các giao thức điều khiển phân lớp, vô cùng linh hoạt).

th ông qua header-chèn đã che dấu head er IP (thích hợp cho VPN v ới địa chỉ private)

TTL Label (20-bits) EXP S

GFC VPI VCI PTI CLP HEC Data

Ethernet Header Label Layer 3 Header Data

Header-chèn MPLS

• Vị trí của header-chèn MPLS phụ thuộcvào lớp data link cụ thể:

• ATM: nhãn nằm ở trường VCI/VPI

• frame relay: nhãn ở trong trường DLCI

• PPP/LAN: sử dụng header chèn chen giữa header lớp 2 và 3

• Chuyển đổi qua lại giữa các loại thuộc lớp data link phải được hỗ trợ

Các khái niệm trong MPLS

• Lớp Forwarding equivalence class (FEC)

– Các gói IP cùng loại được chuyển tiếp qua cùng đường dẫn trên cùng một FEC

– Việc xử lý gói thế nào tùy thuộc vào loại data (linh hoạt)

– FEC được ánh xạ đến một đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP)

HCM

Các khái niệm trong MPLS

• Đường dẫn chuyển mạch nhãn Label switched path (LSP)

– Đơn giản là đường hầm lớp 2 xuyên qua mạng, từ LSR đầu vào đến LSR đầu ra

(LSR = label switch router)

– Là ghép nối của một chuỗi các chặng (hop) chuyển mạch nhãn

– Tương tự như một PVC ATM hay Frame Relay

• Miền MPLS :một tập các node liên tục chạy MPLS có cùng sự quản lý chung

Các khái niệm trong MPLS

• Chuyển đổi nhãn - Label swapping

(1, 22) (1, 24) (1, 25)

(2, 17) (3, 17) (4, 19)

Label Operation

Swap Swap Swap

Port 2

25

IP

19 IP

HCM LSR

LSR

LSR LSR

Các khái niệm trong MPLS

• Label switch router (LSR)

– Chuyển tiếp gói

– Thực thi các giao thức điều khiển MPLS

– Chia làm hai loại (core và edge router)

Các khái niệm trong MPLS

• Quản lý đường dẫn:

• ER-LSP = explicitly routed

– Các đường dẫn đã được xác định

– Dọc theo đường dẫn là các hop tường minh

– Thường được sử dụng trong kỹ thuật lưu lượng (TE)

• G-LSP = generic

– Đường dẫn sẽ được chọn theo thuật toán đường dẫn tốt nhất trong giao thức IP

– Thường sử dụng trong các ứng dụng VPN

• CR-LSP= constrained routed

– Các thuật toán đường dẫn tốt nhất sẽ được chọn với sự ràng buộc như: băng thông hay độ ưu tiên của gói

– Thường sử dụng trong các ứng dụng kỹ thuật lưu lưọng và QoS

Các khái niệm trong MPLS

• Ingress LSR, also “head-end LSR”, or LER (Label Edge

Router): router đầu vào

– Khởi tạo LSP (thiết lập đường dẫn, báo hiệu)

– xử lý lưu lượng khi vào miền MPLS

• Kiểm tra các gói IP đề phòng loop vòng

• Phân loại đến FEC khác nhau

• Tạo header MPLS và thiết lập nhãn

– Là ngõ vào của tất cả các router còn lại trong mạng

HNI

HCM Ingress

LSR

Các khái niệm trong MPLS

• Transit LSR, hay LSR

– hỗ trợ LSP signaling

– xử lý lưu lượng trong miền MPLS

– Trong trường hợp stack, chỉ có nhãn trên cùng mới được chuyển đổi

• Không phân loại lại gói

HNI

HCM Transit

LSR

Transit LSR

Các khái niệm trong MPLS

• Egress LSR, hay LER : router đầu ra

– hỗ trợ LSP signaling

– xử lý lưu lượng khi gói rời miền MPLS:

• removes header MPLS (“label pop”)

• Xác định hop kế theo kỹ thuật định tuyến IP

– Là ngõ ra của các router trong đường hầm

HNI

HCM Ingress LSR

• Giao thức báo hiệu trong MPLS

• Ánh xạ luồng dữ liệu đến vào một LSP

Chuyển tiếp gói MPLS — Ví dụ

Ingress Routing Table

Destination Next Hop

134.5/16

200.3.2/24

LSP3 LSP5

LSP3 LSP5

2 3

Ingress Routing Table Destination Next Hop

134.5/16 200.3.2/24

134.5.6.1 200.3.2.1

Chuyển tiếp MPLS vs IP Routing

Examine IP header Assign to FEC Forward

Ingress LSR

MPLS domain

Truy tìm hop kế thích hợp nhất cho địa chỉ đích bằng IP

Tra bảng để lấy nhãn chuyển tiếp trong miền MPLS

Examine IP header Assign to FEC Forward

Examine IP header Assign to FEC Forward

LSP 1 LSP 2 Trunk LSP

1

5 6 2 5 3

(3, 35) (2, Push [42])

In Out

MPLS Table

(6, 18 ) (5, 42)

In Out

MPLS Table

(5, PoP ) (2, 18)

In Out

MPLS Table

(2, 56) (4, 25)

(4, 35) (5, 17)

1 8 25

IP

4 2 25

2

1 3

2 5 4

25

IP

• Giao thức báo hiệu trong MPLS

• Ánh xạ luồng dữ liệu đến vào một LSP

Xác định đường dẫn vật lý LSP

• Hai phương pháp xác định đường dẫn:

– Tính toán đường dẫn offline cho ER-LSP tường minh ví dụ…

• manually

• automated tools hỗ trợ

– Tính toán đường dẫn online cho G-LSP or CR-LSP ví dụ như…

• Không ràng buộc (theo OSPF)

• Có ràng buộc (định tuyến dựa trên ràng buộc)

• Phương pháp phối hợp thường được sử dụng:

– Thiết lập online một LSP mới

– post-factum optimization offline

Ingress

Egress LSR

Tính toán đường dẫn Offline

• Xem xét đồng thời

– Tất cả các link ràng buộc

– Tất cả các trung kế từ ngõ vào đến ngõ ra

• Ưu điểm

– Tương tự cơ chế overlay

– Tối ưu hóa toàn bộ tài nguyên mạng

– Dự đoán sắp xếp các LSP

– Ổn định

– Hoạch định mạng

Tính toán đường dẫn Offline

R3

Egress LSR

Explicite Route = {R1, R4, R8, R9}

Ingress LSR

Egress LSR

Tính toán đường dẫn Online

• Định tuyến ràng buộc ở IP networks

– Nhà khai thác cấu hình LSP ràng buộc ở router ngõ vào

• Dành riêng băng thông

• Bao gồm hay loại trừ một số tuyến tường minh

• Bao gồm một số node

• Chủ động lựa chọn đường dẫn, đáp ứng các ràng buộc

Định tuyến ràng buộc: Thuật toán CSPF

Tính toán đường dẫn vật lý

• Cho LSP = ưu tiên cao nhất đến ưu tiên thấp nhất

– Loại trừ những đường dẫn không đủ băng thông

– Loại trừ những đường dẫn không có “màu” đính kèm

– Loại trừ đường dẫn ngăn chặn một màu nào đó

– Tính toán đường dẫn ngắn nhất từ ngõ vào đến ngõ ra

– Chọn những đường dẫn có lợi nhất

– Đưa ra đường dẫn tường minh để giao thức báo hiệu xử lý

Explicit route

User constraints

Constrained Shortest Path First (CSPF)

Traffic engineering database (TED) Routing table

Extended IGP

Online CSPF Tính toán Off-line

Phản hồi sự thay đổi của mạng

• Cách tốt nhất là phối hợp cả ofline và online

– off-line — ưu tiên cho tối ưu hoá tổng thể

– CSPF — điều chỉnh thích hợp giữa các giải pháp offline

• Giao thức báo hiệu trong MPLS

• Ánh xạ luồng dữ liệu đến vào một LSP

Cách thức thiết lập một LSP?

• Đường dẫn chuyển mạch nhãn tĩnh được thiết lập hoàn toàn bằng thủ công bởi cách định nghĩa các đường dẫn qua mạng MPLS và ánh xạ nhãn, khai báo các thông số đến từng hop Trường hợp này, giao thức báo hiệu và định tuyến là không cần thiết

• Ngược lại, để tạo một đường LSP động thì cần phải có các giao thức báo hiệu để:

– Định tuyến tường minh các tuyến trong LSP, quản lý và duy trì chúng

– Phối hợp phân phối nhãn dọc theo tuyến đường

– Dành riêng băng thông (optional)

– Phân loại dịch vụ (CoS, DiffServ)

– Xác nhận lại tài nguyên khi mạng nghẽn hay lỗi (ttránh được lặp vòng)

– Sẵn sàng xoá LSP đã tồn tại (chính sách điều khiển) để dành LSP khi có luồng dữ liệu quan trong hơn.

Giao thức báo hiệu MPLS (label distribution

protocols)

• Extended Resource Reservation

Protocol with Traffic Engineering

Extention (RSVP-TE)

– RSVP-TE dùng cho MPLS khi kỹ thuật

lưu lượng và chất lượng dịch vụ được

yêu cầu

– RSVP-TE cũng hỗ trợ best-effort LSP

thông thường.

– Giao thức “soft state” với các thông

điệp làm tươi refresh thường xuyên

• Label Distribution Protocol (LDP)

– LDP hỗ trợ MPLS thực thi các traffic

thông thường như best-effort,

hop-by-hop.

– Chọnđường dẫn như IGP

– LDP không hỗ trợ khả năng

traffic-engineering cũng như quality of

service

RSVP: The path-request and reservation messages continue for as long as the data is flowing.

Ingress LSR

Egress LSR

Explicit route = {R1, R4, R8, R9}

PATH

Resource Reservation Protocol (RSVP)

• Là chuẩn internet về dự trữ, dành riêng tài nguyên

• Các thông số trong những thông điệp của RSVP:

– Cho phép xác định, phân biệt các đường hầm

– Cho phép thực thi các tuyến tường minh

– Cho phép phân phối nhãn

– Không ảnh hưởng đến các ứng dụng ban đầu của RSVP nguyên thủy

• Giao thức “Soft state” với thông điệp refresh

– extended RSVP sẽ thông báo đường kết nối bị rớt

• Giao thức báo hiệu trong MPLS

• Ánh xạ luồng dữ liệu đến vào một LSP

Ánh xạ lưu lượng IP đến vào LSP?

Constrained Shortest Path First

Extended IGP

Link State Database Traffic engineering database (TED) Constraints User

Shortest Path First

• Lưu lượng được ánh xạ đến một LSP sử dụng IGP nexthop cũng như IBGP

nexthop

Ánh xạ lưu lượng IP đến vào LSP?

• Sử dụng IBGP next hop

• FEC = {Tất cả các BGP đích qua router LSR ngõ ra}

Ingress LSR

Egress LSR

How is Incoming IP Traffic Mapped to an LSP?

• Ánh xạ LSP đến các IGP (OSPF hay ISIS) đích

• FEC = {Tất cả các IGP đích qua router LSR ngõ ra}

Technical Wrap-Up

Tóm tắt quá trình

• Phân phối thông tin

– Thông qua IGP extension (max BW đường dẫn, max BW dự trữ,

BW dành riêng hiện thời, “màu” đường dẫn) để xây dựng một database kỹ thậut phân phối lưu lượng ở mạng IP

tuyến với việc chuyển tiếp dựa trên các

nhãn khiến MPLS là lựa chọn thích hợp

nhất cho sự phát triển các dịch vụ trong

dịch vụ)