công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức mpls

Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trêncác tế bào có kích thước cố định nhỏ hơn của IP, kích thước của bảng chuyển tinnhỏ hơn nhiều so với của IP router và việc này

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN

ĐA GIAO THỨC MPLS1.1 Sơ lược lịch sử ra đời của MPLS

1.1.1 Xu hướng phát triển mạng Internet

Thế giới đang bước vào kỷ nguyên thông tin mới, bắt nguồn từ công nghệ đaphương tiện, những biến động xã hội, toàn cầu hóa trong kinh doanh và giải trí pháttriển ngày càng nhiều Biểu hiện đầu tiên của xa lộ thông tin là Internet, sự pháttriển của nó là minh họa sinh động cho những động thái hướng tới xã hội thông tin.Nền tảng cho xã hội thông tin chính là sự phát triển cao của các dịch vụ viễnthông Mềm dẻo, linh hoạt và gần gũi với người sử dụng là mục tiêu hướng tới củachúng Nhiều loại hình dịch vụ viễn thông mới đã ra đời đáp ứng nhu cầu thông tinngày càng cao của khách hàng Dịch vụ ngày nay đã có những thay đổi căn bản sovới các dịch vụ truyền thống trước đây (chẳng hạn như thoại) Lưu lượng thông tincuộc gọi là sự hòa trộn giữa thoại và phi thoại Lưu lượng phi thoại liên tục gia tăng

và biến động rất nhiều Hơn nữa, cuộc gọi số liệu diễn ra trong khoảng thời giantương đối dài so với thoại thông thường chỉ vài phút Chính những điều này gây nênmột áp lực cho mạng viễn thông hiện thời, phải đảm bảo truyền thông tin tốc độ caovới giá thành hạ Ở góc độ khác sự ra đời của những dịch vụ mới này đòi hỏi phải

có công nghệ thực thi tiên tiến Việc chuyển đổi từ công nghệ tương tự sang côngnghệ số đã đem lại sức sống mới cho mạng viễn thông Tuy nhiên, những loại hìnhdịch vụ trên luôn đòi hỏi nhà khai thác phải đầu tư nghiên cứu những công nghệviễn thông mới ở cả lĩnh vực mạng và chế tạo thiết bị Cấu hình mạng hợp lý và sửdụng các công nghệ chuyển giao thông tin tiên tiến là thử thách đối với nhà khaithác cũng như nhà sản xuất thiết bị

Có thể khẳng định giai đoạn hiện nay là giai đoạn chuyển dịch giữa công nghệthế hệ cũ (chuyển mạch kênh) sang dần công nghệ thế hệ mới (chuyển mạch gói),điều đó không chỉ diễn ra trong hạ tầng cơ sở thông tin mà còn diễn ra trong cáccông ty khai thác dịch vụ, trong cách tiếp cận của các nhà khai thác thế hệ mới khi

cung cấp dịch vụ cho khách hàng Sau đây chúng ta sẽ xem xét và đánh giá sự pháttriển của công nghệ chuyển mạch, một điểm trọng yếu trong mạng thông tin, viễnthông tương lai

1.1.2 Tổng quan về các công nghệ chuyển mạch nền tảng

1.1.2.1 Công nghệ chuyển mạch IP

IP là thành phần chính của kiến trúc của mạng Internet Trong kiến trúc này, IPđóng vai trò lớp 3 IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu địnhtuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP) Gói tin IP chứa địa chỉ củabên nhận, địa chỉ là một số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cầncho việc chuyển gói tin tới đích

Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng Dovậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin vềnguyên tắc chuyển tin (như trong BGP) và nó phải có khả năng hoạt động trong môitrường mạng gồm nhiều nút Kết quả tính toán của cơ cấu định tuyến được lưutrong các bảng chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để

có thể gửi gói tin tới hướng đích

Dựa trên các bảng chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói IP hướngtới đích Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một Ở cách này,mỗi nút mạng tính toán bảng chuyển tin một cách độc lập Phương thức này, yêucầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán với nhau

Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn tới việc chuyển gói tin sai hướng, điều nàyđồng nghĩa với việc mất gói tin

Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng Ví dụ, với phươngthức này, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ mà đi qua cùng một nút thìchúng sẽ được truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích Điều này khiến mạngkhông thể thực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo loại dịch

vụ, v.v…Bên cạnh đó, phương thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao độ tincậy cũng như khả năng mở rộng của mạng Giao thức định tuyến động cho phép

mạng phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được sự thayđổi về topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối Với cácphương thức như CIDR (Classless Interdomain Routing), kích thước của bảngchuyển tin được duy trì ở mức chấp nhận được và do việc tính toán định tuyến đều

do các nút tự thực hiện, mạng có thể mở rộng mà không cần thực hiện bất kỳ mộtthay đổi nào

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

1.1.2.2 Công nghệ chuyển mạch ATM

ATM (Asynchronous Transfer Mode) là một kỹ thuật truyền tin tốc độ cao.ATM nhận thông tin ở nhiều dạng khác nhau như thoại, số liệu, video và cắt rathành nhiều phần nhỏ gọi là tế bào Các tế bào này, sau đó, được truyền qua các kếtnối ảo VC ( virtual connection) Vì ATM có thể hỗ trợ thoại, số liệu và video vớichất lượng dịch vụ trên nhiều công nghệ băng rộng khác nhau, nó được coi là côngnghệ chuyển mạch hàng đầu và thu hút được nhiều quan tâm

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

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

1.1.3 Sự ra đời và quá trình phát triển của công nghệ MPLS

Khi mạng Internet phát triển và mở rộng, lưu lượng Internet bùng nổ Các nhàcung cầp dịch vụ (ISP- Internet Service Provider) xử lý bằng cách tăng dung lượngcác kết nối và nâng cấp router nhưng vẫn không tránh khỏi nghẽn mạch Lý do làcác giao thức định tuyến thường hướng lưu lượng vào cùng một số các kết nối nhấtđịnh dẫn đến kết nối này bị quá tải trong khi một số tài nguyên khác không được sửdụng Đây là tình trạng phân bố tải không đồng đều và sử dụng lãng phí tài nguyênmạng Internet

Vào thập niên 90, các ISP phát triển mạng của họ theo mô hình chồng lớp(overlay) bằng cách đưa ra giao thức IP over ATM Tuy nhiên, IP và ATM là haicông nghệ hoàn toàn khác nhau, được thiết kế cho những môi trường mạng khácnhau, khác nhau về giao thức, cách đánh địa chỉ, định tuyến, báo hiệu, phân bổ tàinguyên cho nên khi các ISP càng mở rộng mạng theo hướng IP over ATM, họ càngnhận ra nhược điểm của mô hình này, đó là sự phức tạp của mạng lưới do phải duytrì hoạt động của hai hệ thống thiết bị Xu hướng của các ISP là thiết kế và sử dụngcác router chuyên dụng, dung lượng chuyển tải lớn, hỗ trợ các giải pháp tích hợp,chuyển mạch đa lớp cho mạng trục Internet Nhu cầu cấp thiết trong bối cảnh này làphải ra đời một công nghệ lai có khả năng kết hợp những đặc điểm tốt của chuyểnmạch kênh ATM và chuyển mạch gói IP

Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ra đời trong bối cảnh này đápứng được nhu cầu của thị trường đúng theo tiêu chí phát triển của Internet đã manglại những lợi ích thiết thực, đánh dấu một bước phát triển mới của mạng Internet

trước xu thế tích hợp công nghệ thông tin và viễn thông (ICT - InformationCommunication Technology) trong thời kỳ mới.

Việc hình thành và phát triển công nghệ MPLS xuất phát từ nhu cầu thực tế,được các nhà công nghiệp viễn thông thúc đẩy nhanh chóng Sự thành công vànhanh chóng chiếm lĩnh thị trường mà công nghệ này có được là nhờ vào việcchuẩn hoá công nghệ Quá trình hình thành và phát triển công nghệ, những giảipháp ban đầu của hãng như Cisco, IBM, Toshiba… Những nỗ lực chuẩn hoá của tổchức tiêu chuẩn IETF trong việc ban hành về tiêu chuẩn MPLS sẽ cung cấp chochúng ta những nhận định ban đầu về xu hướng phát triển MPLS

MPLS được đề xuất đầu tiên do hãng Ipsilon một hãng rất nhỏ về công nghệthông tin trong triển lãm về công nghệ thông tin, viễn thông tại Texas Sau đó Cisco

và hàng loạt hãng khác như IBM, Toshiba…công bố các sản phẩm công nghệchuyển mạch của họ dưới những tên khác nhau nhưng đều cùng chung bản chấtcông nghệ chuyển mạch nhãn

Thiết bị định tuyến chuyển mạch tế bào của Toshiba năm 1994 là tổng đài ATMđầu tiên được điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM Tổng đài củaIpsilon cũng là ma trận chuyển mạch ATM được điều khiển bởi khối xử lý sử dụngcông nghệ IP Công nghệ chuyển mạch thẻ của Cisco cũng tương tự nhưng có bổxung thêm một vài kỹ thuật như lớp chuyển tiếp tương đương FEC, giao thức phânphối nhãn Đến năm 1998 nhóm nghiên cứu IETF đã tiến hành các công việc để đưa

ra tiêu chuẩn và khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức

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 lượngdịch vụ theo yêu cầu Có rất nhiều công nghệ xây dựng trên mạng IP

 IP trên nền ATM (IPoA)

 IP trên nền SDH/SONET (IPOS)

 IP qua WDM

 IP qua cáp quang

Mỗi loại có những ưu và nhược điểm riêng Trong đó công nghệ ATM được sửdụng rộng rãi trong các mạng IP đường trục có tốc độ cao và đảm bảo được dịch vụ,điều khiển luồng và một số đặc tính khác mà các mạng định tuyến truyền thốngkhông có được, trong trường hợp đòi hỏi thời gian thực cao thì IpoA là giải pháp tối

ưu MPLS được hình thành dựa trên kỹ thuật đó

MPLS thực hiện một số chức năng sau:

 Hỗ trợ các giải pháp mạng riêng ảo VPN

 Định tuyến tường minh (điều khiển lưu lượng)

 Hỗ trợ cục bộ cho định tuyến IP trong các tổng đài chuyển mạchATM

Khái niệm chuyển mạch nhãn xuất phát từ hai khái niệm: Tổng đài chuyển mạch

và bộ định tuyến Xét trên góc độ chuyển mạch, phương thức điều khiển luồng, tỉ lệgiá cả và chất lượng tổng đài chuyển mạch sẽ tốt hơn bộ định tuyến Song bộ địnhtuyến lại có khả năng định tuyến mềm dẻo mà tổng đài chuyển mạch không cóđược Do đó, chuyển mạch nhãn ra đời là sự kết hợp và kế thừa các ưu điểm trêncũng như khắc phục những nhược điểm của cả tổng đài và bộ định tuyến truyềnthống

1.1.4 Khái niệm về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS - MultiProtocol LabelSwitching) là 1 phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói tin trên mạng dựa vàonhãn được gắn với gói IP, tế bào ATM hoặc Frame lớp 2 MPLS giúp các routerhoặc các chuyển mạch ATM ra quyết định theo nội dung nhãn tốt hơn việc địnhtuyến phức tạp theo địa chỉ IP đích

MPLS kết hợp các đặc điểm tốt nhất của chuyển mạch lớp 2 và định tuyến lớp

3 cho phép chuyển tiếp các gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến tốt ở mạngbiên Mục tiêu chính của MPLS là tạo ra một mạng linh hoạt có khả năng cungcấp hiệu năng cao và ổn định, bao gồm khả năng thực hiện điều khiển lưu lượng,VPN và cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) với đa loại dịch vụ (CoS)

1.1.5 MPLS và mô hình tham chiếu OSI

Hình 1-1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI

MPLS được xem như là một công nghệ lớp đệm, nó nằm trên lớp 2 nhưng dướilớp 3, vì vậy đôi khi người ta còn gọi là lớp 2,5 Nguyên lý của MPLS là tất cả cácgói IP sẽ được gán nhãn và chuyển tiếp theo một đường chuyển mạch nhãn LSP(Label Switched Path) Các Router trên đường dẫn chỉ căn cứ vào nội dung củanhãn để thực hiện quyết định chuyển tiếp gói mà không cần phải kiểm tra HeaderIP

1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS

1.2.1 Miền MPLS

RFC 3031 mô tả miền MPLS là “ một tập hợp các nút mạng thực hiện hoạt độngđịnh tuyến và chuyển tiếp MPLS” Một miền MPLS thường được quản lý và điềukhiển bởi một nhà quản trị

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 (LabelSwitching Router) Các nút ở phần mạng biên được gọi là router biên nhãn LER(Label Edge Router)

Nếu 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 được gọi

là LER lối ra (egress-LER)

Hình 1-2: Miền MPLS

1.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forward Equivalence Class)

Được định nghĩa trong RFC 3031, FEC là một nhóm các gói IP được chuyểntiếp trên cùng 1 đường chuyển mạch nhãn LSP và được router chuyển mạch nhãnLSR đối xử theo cùng 1 cách thức Tất cả các gói trong một nhóm như vậy đượccung cấp cùng cách chọn đường tới đích Khác với chuyển tiếp IP truyền thống,trong MPLS việc gán một gói cụ thể vào một FEC cụ thể chỉ được thực hiện mộtlần khi các gói vào trong mạng MPLS không ra quyết định chuyển tiếp với mỗidatagram lớp 3 mà sử dụng khái niệm FEC FEC phụ thuộc vào một số các yếu tốnhư là phụ thuộc vào địa chỉ IP và có thể là phụ thuộc cả vào kiểu lưu lượng trongdatagram (thoại, dữ liệu, fax…) Sau đó dựa trên FEC, nhãn được thoả thuận giữacác LSR lân cận từ lối vào tới lối ra trong một vùng định tuyến Mỗi LSR xây dựngmột bảng để xác định xem một gói phải được chuyển tiếp như thế nào Bảng nàyđược gọi là cơ sở thông tin nhãn (LIB: Label Information Base), nó là tổ hợp các

ràng buộc FEC với nhãn (FEC-to-label) Và nhãn lại được sử dụng để chuyển tiếplưu lượng qua mạng

Hình 1-3 : Lớp chuyển tiếp tương đương FEC trong MPLS

1.2.3 Nhãn MPLS

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.Nhãn được gắn vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho một FEC mà gói tin được ấnđịnh Thường thì một gói tin được ấn định một FEC dựa trên địa chỉ đích lớp mạngcủa nó Tuy nhiên nhãn không phải là mã hoá của địa chỉ đó

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.Khi gói tin được gán nhãn, các chặng đường còn lại của gói tin thông qua mạngđường trục dựa trên chuyển mạch nhãn Giá trị nhãn chỉ có ý nghĩa cục bộ nghĩa làchúng chỉ liên quan đến các bước chuyển tiếp giữa các LSR

1.2.3.1 Chồng nhãn (Label stack)

Chồng nhãn là một tập hợp có thứ tự các nhãn gắn theo gói để truyền tải thôngtin về nhiều FEC mà gói nằm trong đó để nói về các LSP tương ứng mà gói sẽ điqua chồng nhãn cho phép MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP vàmột nhãn cho IGP) và tổ chức đa LSP trong một trung kế LSP Chồng nhãn được sửdụng khi cung cấp các dịch vụ trên MPLS như MPLS VPN hoặc MPLS TE

1.2.3.2 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 ánh xạ ILM (Incoming Lable Map)

để ánh xạ nhãn này tới một Entry chuyển tiếp nhãn NHLFE (Next Hop LabelForwarding Entry) Sử dụng thông tin trong HNLFE, LSR xác định ra nơi chuyểntiếp gói và thực hiện một tác vụ trên Stack nhãn Rồi nó mã hóa Stack nhãn mới vàogói và chuyển đi

Chuyển tiếp gói chưa có nhãn cũng tương tự nhưng xảy ra ở LER lối vào LERphải phân tích phần mào đầu lớp mạng để xác định FEC rồi sử dụng ánh xạ FTN(FEC to NHLFE) để ánh xạ FEC vào một NHLFE

1.2.3.3 Các thao tác trên nhãn

Có 3 thao tác cơ bản:

 Push : đặt nhãn MPLS vào gói lớp mạng, thực hiện ở LSR lối vào

 Pop : lấy nhãn ra khỏi gói tin, thực hiện ở LSR lối ra.

 Swap : hoán đổi nhãn, dựa vào LFIB thay đổi nhãn cũ bằng nhãn mới,thực hiện ở LSR trung gian

1.3 Các thành phần của MPLS

1.3.1 Router chuyển mạch nhãn (LSR-Label Switching Router)

LSR là một thiết bị thực hiện điều khiển và chuyển tiếp MPLS LSR chuyển tiếpgói dựa trên giá trị nhãn trong gói

LSR là các router hỗ trợ MPLS hoặc chuyển mạch ATM hỗ trợ MPLS sử dụngnhãn để chuyển tiếp lưu lượng Một bước cơ bản trong chuyển mạch nhãn là cácrouter thỏa thuận các nhãn mà nó sử dụng để chuyển tiếp nhãn Điều này được thựchiện dựa trên các giao thức phân phối nhãn như CR-LDP, RSVP hoặc LDP

Có 2 loại LSR:

 LSR lõi hay LSR quá giang (core hay transit LSR): nằm bên trongmạng MPLS và thực hiện chức năng chuyển tiếp gói Chúng sẽ không

kiểm tra header của gói tin mà chỉ thực hiện hoán đổi nhãn và chuyểntiếp gói dựa trên hoạt động tìm kiếm nhãn đơn giản.

 Router chuyển mạch nhãn biên (LER): là các nút ở biên của miềnMPLS Các nút này có thể đặt ở ngõ vào và ngõ ra của mạng MPLS.LSR lối vào nhận gói IP, thực hiện tìm kiếm trong bảng định tuyếnlớp 3, sau đó phân loại gói bằng cách nhóm các gói vào trong cácFEC, chỉ định nhãn và chuyển tiếp gói tin được dán nhãn đến routerlõi LSR lối ra gỡ bỏ nhãn và chuyển tiếp gói IP đến đích dựa trên địachỉ đích trong gói IP

1.3.2 Đường chuyển mạch nhãn (LSP – Label Switched Path)

Đường chuyển mạch nhãn LSP là một đường nối giữa router ngõ vào và routerngõ 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 trịnhãn ở các LSR dọc theo LSP bằng cách dùng thủ tục hoán đổi nhãn

Hình 1-5 : Đường chuyển mạch nhãn LSP

LSP được cung cấp bởi các giao thức như LDP, RSVP-TE,CR-LDP hoặc BGP.LSP có thể xem như là con đường bao gồm một tập các router mà các gói thuộc

về 1 FEC nào đó đi qua để đến đích

LSP cho phép sử dụng chồng nhãn Vì vậy có thể có các LSP khác nhau tại cácmức nhãn khác nhau để 1 gói đến đích LSP là đơn hướng (các gói tin không thể đingược trở lại) Để xây dựng LSP, LSR phải sử dụng các giao thức định tuyến và cáctuyến được học từ các giao thức này

Thiết lập LSP : thiết lập LSP có thể thực hiện theo 2 cách:

 Điều khiển độc lập:

LSR tự chọn một nhãn trong số các nhãn chưa được sử dụng trong bảng LIB chomột FEC cụ thể và cập nhật LFIB Sau đó, thông tin kết nhãn cục bộ này sẽ đượcgửi đến các LSR láng giềng của nó sử dụng giao thức phân phối nhãn LDP Cácláng giềng sau khi nhận thông tin này sẽ kiểm tra sự hiện diện của kết nhãn cục bộtrong bảng LFIB Nếu có, nó sẽ gán nhãn ngõ ra cho chỉ mục đó bằng giá trị nhãnnhận được Lúc này bảng LFIB đã sẵn sàng cho việc chuyển tiếp gói Nếu không,

nó có 2 lựa chọn: loại bỏ hoặc là giữ lại thông tin

Hình 1-6 : Thiết lập LSP điều khiển độc lập

 Điều khiển theo thứ tự:

Hình 1-7: Thiết lập LSP điều khiển theo thứ tự

Việc gán nhãn được thực hiện theo thứ tự từ LSR lối ra đến LSR lối vào củaLSP Việc thiết lập LSP có thể bắt nguồn từ LSR lối vào hoặc LSR lối ra Điểmthiết lập này sẽ lựa chọn LSR và các LSR dọc theo LSP đó cũng phải sử dụng cùngFEC Phương pháp điều khiển này yêu cầu các thông tin ràng buộc nhãn lan truyềnqua tất cả các LSR trước khi thiết lập LSP Điều này dẫn đến thời gian hội tụ chậmhơn nhưng lại có khả năng ngăn ngừa vòng lặp tốt hơn phương pháp điều khiển độclập

1.4 Kiến trúc nút MPLS

Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB

Cơ sở thông tin nhãn (LIB) Bảng định tuyến IP (RIB)

Hình 1-8 : Kiến trúc cơ bản của một nút MPLS

Nút MPLS bao gồm 2 mặt phẳng kiến trúc: mặt phẳng chuyển tiếp MPLS vàmặt phẳng điều khiển MPLS Các nút MPLS có khả năng thực hiện chức năng địnhtuyến lớp 3 cũng như chuyển mạch lớp 2 cùng với chức năng chuyển mạch góiđược dán nhãn

1.4.1 Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS

Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS chịu trách nhiệm chuyển tiếp gói dựa trên cácgiá trị chứa trong nhãn đính kèm Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng 1 cơ sở thông tinchuyển tiếp nhãn LFIB (Label Forwarding Information Base) để chuyển tiếp gói tinđược dán nhãn Mỗi nút MPLS duy trì 2 bảng liên quan đến việc chuyển tiếpMPLS là cơ sở thông tin nhãn LIB (Label Information Base) và cơ sở thông tinchuyển tiếp nhãn LFIB LIB chứa tất cả các nhãn được gán bởi nút MPLS đó và ánh

xạ các nhãn đó với nhãn nhận được từ các nút MPLS lân cận LFIB sử dụng 1 nhómnhỏ các nhãn chứa trong LIB để thực hiện chức năng chuyển tiếp gói

1.4.1.1 Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB.

Trong mạng IP, quyết định chuyển tiếp gói được xác lập bằng cách thực hiện tracứu địa chỉ đích trong bảng FIB để xác định Hop kế và giao diện ra Trong mạngMPLS, mỗi LSR duy trì một bảng LFIB riêng rẽ và tách biệt với FIB Bảng LFIB

có hai loại Entry là ILM (Incoming Lable Map) và FTN (FEC-To-NHLFE)

Hình 1 -9: FTN, ILM và NHLFE.

NHLFE (Next Hop Lable Forwarding Entry) là Subentry chứa các trường nhưđịa chỉ Hop kế, các tác vụ Stack nhãn, giao diện ra và thông tin mào đầu lớp 2 ILMánh xạ một nhãn đến một hoặc nhiều NHLFE Nhãn trong gói đến sẽ dùng để chọnmột Entry ILM cụ thể nhằm xác định NHLFE Còn FTN ánh xạ mỗi FEC vào mộthoặc nhiều NHLFE Nhờ các Entry FTN, gói chưa có nhãn được chuyển thành gói

có nhãn

Như vậy, khi một gói không nhãn thuộc một FEC đi vào miền MPLS, LER lốivào sẽ sử dụng một entry LFIB loại FTN để chuyển gói không nhãn thành gói cónhãn Sau đó, tại các Transit-LSR sử dụng một loại entry LFIB loại ILM để hoánđổi nhãn vào bằng nhãn ra Cuối cùng, tại LER lối ra sử dụng một entry LFIB loạiILM để gỡ bỏ nhãn đến và chuyển vào gói không nhãn đến router kế tiếp

1.4.1.2 Thuật toán chuyển tiếp nhãn.

Các nút MPLS sử dụng giá trị nhãn trong các gói đến làm chỉ mục (entry) để trabảng LFIB Khi tìm thấy chỉ mục tương ứng với nhãn đến, nút MPLS thay thế nhãntrong gói bằng nhãn ra và gửi gói đi giao diện ra để đến Hop kế được đặc tả trongSubentry NHLFE Nếu Subentry có chỉ định hàng đợi ra, nút MPLS sẽ đặt gói trênhàng đợi đã chỉ định Trường hợp nút MPLS duy trì một LFIB riêng cho mỗi giaodiện, nó sẽ dùng LFIB của giao diện mà gói đến để tra cứu chuyển tiếp gói.

Hình 1-10: Thuật toán chuyển tiếp nhãn.

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

1.4.1.3 NHLFE (Next Hop Lable Forwarding Entry)

NHLFE là Subentry 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 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

1.4.2 Mặt phẳng điều khiển MPLS

Mặt phẳng điều khiển chịu trách nhiệm tạo ra và lưu trữ LFIB Tất cả các nútMPLS phải chạy cùng 1 giao thức định tuyến IP để trao đổi thông tin định tuyến vớitất cả các nút trong mạng Các giao thức trạng thái liên kết (link-state) như OSPF vàIS-IS được chọn vì chúng cung cấp cho mỗi nút MPLS thông tin của toàn mạng.Trong các router thông thường, bảng định tuyến IP được sử dụng để xây dựng cơ sởthông tin chuyển tiếp được sử dụng bởi Cisco Express Forwarding (CEF) Tuynhiên, trong MPLS bảng định tuyến IP cung cấp thông tin về mạng đích và subnetprefix được sử dụng để hoán đổi nhãn.

1.4.3 Hoạt động của MPLS

Khi một gói tin vào mạng MPLS, các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn khôngthực hiện chuyển tiếp theo từng gói mà thực hiện phân loại gói tin vào trong các lớptương đương chuyển tiếp FEC, sau đó các nhãn được ánh xạ vào trong các FEC.Một giao thức phân bổ nhãn LDP được xác định và chức năng của nó là để ấn định

và phân bổ các ràng buộc FEC/nhãn cho các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR.Khi LDP hoàn thành nhiệm vụ của nó, một đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP đượcxây dựng từ lối vào tới lối ra Khi các gói vào mạng, LSR lối vào kiểm tra nhiềutrường trong tiêu đề gói để xác định xem gói thuộc về FEC nào Nếu đã có một ràngbuộc nhãn/FEC thì LSR lối vào gắn nhãn cho gói và định hướng nó tới giao diệnđầu ra tương ứng Sau đó gói được hoán đổi nhãn qua mạng cho đến khi nó đếnLSR lối ra, lúc đó nhãn bị loại bỏ và gói được xử lý tại lớp 3 Hiệu năng đạt được ởđây là nhờ việc đưa quá trình xử lý lớp 3 tới biên của mạng và chỉ thực hiện 1 lầntại đó thay cho việc xử lý tại từng nút trung gian như của IP Tại các nút trung gianviệc xử lý chỉ là tìm sự phù hợp giữa nhãn trong gói và thực thể tương ứng trongbảng kết nối LSR và sau đó hoán đổi nhãn - quá trình này thực hiện bằng phầncứng

Bước 1: nhận gói

IP tại biên LSR

Bước 2: kiểm tra lớp 3, gắn nhãn, chuyển gói IP đến LSR lõi 1

Bước 3: kiểm tra nhãn, chuyển đổi nhãn, chuyển gói

IP đến LSR lõi 3

Bước 4: kiểm tra nhãn, chuyển đổi nhãn, chuyển gói

Hỡnh 1-12: Giao thức LDP

Giao thức phõn phối nhón được sử dụng trong quỏ trỡnh gỏn nhón cho cỏc gúitin, là giao thức điều khiển tỏch biệt được cỏc LSR sử dụng để trao đổi và điều phốiquỏ trỡnh gỏn nhón trờn một FEC Giao thức này là một tập hợp thủ tục trao đổi cỏcnhón bản tin cho phộp cỏc LSR sử dụng giỏ trị nhón thuộc FEC nhất định để truyền gúi

tin

Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tinLDP được truyền theo đúng thứ tự Các bản tin LDP có thể xuất phát từ bất kỳmột LSR hay từ LSR biên lối ra và chuyển từ LSR phía trước đến LSR phía sau cận

kề Việc trao đổi các bản tin LDP có thể được khởi phát bởi sự xuất hiện của luồng

số liệu đặc biệt, bản tin lập dự trữ RSVP hay cập nhật thông tin định tuyến Khi mộtcặp LSR đã trao đổi bản tin LDP cho một FEC nhất định thì một đường chuyển mạchLSP từ đầu vào đến đầu ra được thiết lập sau khi mỗi LSR ghép nhãn đầu vào vớiđầu ra tương ứng trong LIB của nó

1.5.2 Hoạt động của LDP

LDP có 4 chức năng chính là:

 Discovery: Thông báo và duy trì sự tồn tại của một LSR trên mạng

 Session: Thiết lập, duy trì và xóa các phiên làm việc giữa cácngang cấp LDP

 Advertisement: Tạo, thay đổi và xóa các ánh xạ nhãn cho các FEC

 Notification: Cung cấp thông tin trạng thái, chẩn đoán và thông tin lỗi

Phát hiện LSR lân cận :

Thủ tục phát hiện LSR lân cận của LDP chạy trên UDP và thực hiện như sauMột LSR định kỳ gửi bản tin Hello tới tất cả giao diện của nó Những bản tinnày được gửi trên UDP, với địa chỉ multicast của tất cả router trên mạng con Tất cảcác LSR tiếp nhận bản tin Hello này trên cổng UDP Như vậy, tại một thời điểm nào

đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có thể kết nối trực tiếp Khi LSR nhậnbiết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lập kết nối TCP đếnLSR đó.Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR Phiên LDP là phiên hai chiều cónghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi ràng buộc nhãn

Trong trường hợp các LSR không kết nối trực tiếp trong một mạng con, người ta

sử dụng một cơ chế bổ sung như sau:

LSR định kỳ gửi bản tin Hello trên UDP đến điạ chỉ IP đã được khai báo khi lậpcấu hình Phía nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin Hello khác truyềnngược lại đến LSR gửi và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên

UDP Hello

UDP Hello TCP Open

Initialization Label Request

1.5.3 Các bản tin LDP

1.5.3.1 Mào đầu bản tin LDP

Mỗi một bản tin LDP được gọi là đơn vị dữ liệu giao thức PDU, được bắt đầubằng tiêu đề bản tin và sau đó là các bản tin LDP

 Phiên bản (Version): Số phiên bản của giao thức, hiện tại là phiên bản 1

 Độ dài PDU(PDU Length): Tổng độ dài của PDU tính theo octet,không tính trường phiên bản và trường độ dài

 Nhận dạng LDP (LDP Indentifier): Nhận dạng không gian nhãn củaLSR gửi bản tin này Bốn octet đầu tiên chứa địa chỉ IP được gán choLSR: nhận dạng bộ định tuyến Hai octet cuối nhận dạng không giannhãn bên trong LSR.Với LSR có không gian nhãn lớn, trường này cógiá trị bằng 0

Hình 1-15: Khuôn dạng bản tin LDP

 Bit U: bit bản tin chưa biết Nếu bit này bằng 1 thì nó không thể đượcthông dịch bởi phía nhận, lúc đó bản tin bị bỏ qua mà không có phảnhồi

 Kiểu bản tin (Message Type): Chỉ ra kiểu bản tin là gì

 Chiều dài bản tin (Message Length): Chỉ ra chiều dài của các phầnnhận dạng bản tin, các thông số bắt buộc, và các thông số tuỳ chọn

 Nhận dạng bản tin (Message ID): là một số nhận dạng duy nhất bảntin Trường này có thể được sử dụng để kết hợp các bản tin thông báovới một bản tin khác

 Các tham số bắt buộc, và tham số tuỳ chọn tuỳ thuộc vào từng bản tinLDP

Về mặt nguyên lý, mọi thứ xuất hiện trong bản tin LDP có thể được mã hoá theo

TLV, nhưng các đặc tả LDP không phải luôn luôn sử dụng lược đồ TLV Nó khôngđược sử dụng khi nó không cần thiết và sự sử dụng của nó sẽ gây lãng phí không gian.Chẳng hạn không cần thiết phải sử dụng khuôn dạng TLV nếu chiều dài của giá trị

là cố định hay kiểu của giá trị được biết và không phải chỉ định một nhận dạng kiểu

1.5.3.3 Các bản tin và chức năng của bản tin trong LDP

Bao gồm các bản tin LDP:

- Bản tin thông báo (Notification Message) : Bản tin này được sử dụng bởi một LSR để thông báo với các LSR đồng cấp khác về trạng thái mạng là đangtrong điều kiện bình thường hay bị lỗi Khi LSR nhận được một bản tinthông báo về một lỗi, nó sẽ ngắt phiên truyền ngay lập tức bằng việc đóngphiên kết nối TCP lại và xoá bỏ các trạng thái liên quan đến phiên truyền này

- Bản tin Hello : Bản tin này dùng để trao đổi giữa 2 LDP đồng cấp

- Bản tin Initilization : Các bản tin thuộc loại này được gửi khi bắt đầu mộtphiên LDP giữa 2 LSR để trao đổi các tham số, các đại lượng tuỳ chọn chophiên Các tham số này bao gồm:

 Chế độ phân phối nhãn

 Các giá trị định thời

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

Cả hai LSR đều có thể gửi các bản tin Initilization và LSR nhận sẽ nhận trảlời bằng Keep Alive nếu các tham số được chấp nhận Nếu có một tham sốnào đó không được chấp nhận thì LSR trả lời thông báo và phiên kết thúc

- Bản tin Keep Alive : Bản tin này dùng để trao đổi giữa các thực thể đồng cấp

để giám sát tính ổn định và liên tục của việc hỗ trợ của một kết nối TCP trongmột phiên LDP Các bản tin này được gửi định kỳ khi không có bản tin nàođược gửi để đảm bảo cho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDPkhác đang hoạt động tốt Trong trường hợp không xuất hiện bản tin KeepAlive hay một số bản tin khác của LDP trong khoảng thời gian nhất định thìLSR sẽ cho rằng kết nối bị hỏng và phiên truyền sẽ bị dừng

- Bản tin Address : Bản tin này được gửi đi bởi một LSR tới các LDP đồng cấp

để thông báo các địa chỉ giao diện của nó Một LSR khác nhận bản tin mangđịa chỉ này để duy trì cơ sở dữ liệu, để ánh xạ trường nhận dạng và các địachỉ chặng tiếp theo giữa các LDP đồng cấp

- Bản tin Address Withdraw (Bản tin huỷ bỏ địa chỉ ): Bản tin này dùng để xoá địa chỉ đã được thông báo trước đó Danh sách địa chỉ TLV chứa một loạt cácđịa chỉ đang được yêu cầu cần xoá bỏ bởi LSR

- Bản tin Label Mapping (Bản tin ánh xạ nhãn) : Các bản tin ánh xạ nhãn được

sử dụng để quảng bá liên kết giữa FEC và nhãn giữa các thực thể đồngcấp.Bản tin này được sử dụng khi có sự thay đổi trong bảng định tuyến( thay đổi tiền tố địa chỉ ) hay thay đổi trong cấu hình và LSR tạm dừngviệc chuyển nhãn các gói trong FEC đó

Nếu một LSR phân phối một ánh xạ đối với một FEC tới nhiều thực thểđồng cấp LDP, vấn đề cục bộ được đặt ra là liệu nó ánh xạ một nhãn đơn tớiFEC này và phân phối sự ánh xạ này tới tất cả các thực thể LDP đồng cấpcủa nó hay sử dụng các ánh xạ khác nhau cho từng LDP khác nhau

- Bản tin Label Withdraw (Bản tin xóa nhãn): Bản tin này có nhiệm vụ ngược lại so với bản tin ánh xạ địa chỉ, được sử dụng để xoá bỏ các liên kết giữacác FEC và các nhãn vừa thực hiện Bản tin này được gửi tới một thực thểđồng cấp để thông báo rằng nút không còn tiếp tục sử dụng các liên kết nhãn-FEC mà LSR đã gửi trước đó

- Bản tin Label Request (Bản tin yêu cầu nhãn ) : bản tin nàyđược LSR sử dụng

để yêu cầu một LDP đồng cấp cung cấp một sự kết hợp nhãn ( Binding ) chomột FEC Một LSR có thể phát bản tin yêu cầu nhãn dưới bất kỳ một trongnhững trường hợp sau:

 LSR nhận ra một FEC mới thông qua bảng chuyển tiếp và hoptiếp theo là một thực thể LDP đồng cấp nhưng LSR không cóánh xạ từ hop tiếp theo đối với FEC đã cho

 Có sự thay đổi FEC của chặng tiếp theo nhưng LSR không có

sự ánh xạ từ chặng tiếp theo đối với FEC đã cho

 LSR nhận một yêu cầu nhãn đối với một FEC từ một LDPđồng cấp lên FEC hop tiếp theo là một LDP đồng cấp vàLSR không ánh xạ nhãn cho chặng tiếp theo

- Bản tin giải phóng nhãn (Label Release Message): Bản tin này được LSR sử dụng khi nhận được chuyển đổi nhãn mà nó không cần thiết nữa LSR phảiphát bản tin giải phóng nhãn này dưới bất kỳ một trong những trường hợp sau:

 LSR gửi ánh xạ nhãn không thuộc Hop tiếp theo đối với mộtFEC đã được ánh xạ và LSR được cấu hình để duy trì cho quátrình hoạt động

- Bản tin Label Abort Request ( Bản tin bỏ dở nhãn ): Bản tin này được sử dụng để loại bỏ các bản tin yêu cầu nhãn bất thường

1.5.4 Các chế độ phân phối nhãn

1.5.4.1 Chế độ xuôi dòng tự nguyện (Downstream unsolicated)

Hình 1-16: Chế độ xuôi dòng tự nguyện

LSR xuôi dòng phân phối các gán kết nhãn đến LSR ngược dòng mà không cần

có yêu cầu thực hiện việc kết nhãn Nếu LSR xuôi dòng chính là hop kế đối vớiđịnh tuyến IP cho một FEC cụ thể thì LSR ngược dòng này có thể sử dụng kiểu

nhãn này để chuyển tiếp các gói trong FEC đó đến LSR xuôi dòng

1.5.4.2 Chế độ xuôi dòng theo yêu cầu

LSR ngược dòng phải yêu cầu rõ ràng 1 gán kết nhãn cho 1 FEC cụ thể thìLSR xuôi dòng mới phân phối Trong phương pháp này LSR xuôi dòng không nhấtthiết phải là hop kế đối với định tuyến IP cho FEC đó, điều này rất quan trọng đốivới các LSP định tuyến tường minh

Hình 1-17: Chế độ xuôi dòng theo yêu cầu

1.5.5 Các chế độ duy trì nhãn

1.5.1.1 Duy trì nhãn tự do

Phía ngược dòng (LSR1) lưu giữ tất cả các kết nhãn nhận được, bất chấp việcLSR xuôi dòng có phải là hop kế đối với định tuyến IP hay không Ưu điểm chínhcủa duy trì nhãn tự do là có thể phản ứng nhanh với sự thay đổi định tuyến vì các gánkết nhãn đã có sẵn Nhược điểm là LSR phải duy trì nhiều kết nhãn không sử dụng

và có thể gây vòng lặp định tuyến tạm thời khi thay đổi định tuyến

Hình 1-18: Chế độ duy trì nhãn tự do

1.5.5.2 Duy trì nhãn bảo thủ

LSR ngược dòng hủy tất cả các kết nhãn khác, chỉ giữ lại các kết nhãn gửi từLSR xuôi dòng đang là hop kế hiện thời Chế độ này có ưu điểm là duy trì số gán kết

FEC nhãn ít hơn nhưng đáp ứng chậm khi có thay đổi định tuyến vì gán kết nhãn mớiphải được yêu cầu và phân phối lại

 VPN: sử dụng MPLS, các nhà cung cấp dịch vụ có thể tạo ra các mạngriêng ảo VPN sử dụng hạ tầng mạng của mình để cung cấp cho nhiều kháchhàng cùng lúc và không cần phải mã hóa các ứng dụng đầu cuối của ngườidùng

 Kĩ thuật lưu lượng : Cung cấp khả năng thiết lập 1 hoặc nhiều con đường

cụ thể để chuyển tiếp lưu lượng qua mạng đồng thời cũng cung cấp khảnăng thiết lập các đặc tính hoạt động cho một loại lưu lượng và tối ưu hóakhả năng tận dụng băng thông

 Chất lượng dịch vụ (QoS): Với QoS MPLS, nhà cung cấp có khả năngcung cấp nhiều loại dịch vụ với tiêu chuẩn QoS nghiêm ngặt cho các kháchhàng VPN của mình

- Kết hợp IP và ATM : hầu hết các mạng của các nhà cung cấp dịch vụ đềutriển khai mô hình chồng phủ trong đó ATM được sử dụng ở lớp 2 và IPđược sử dụng ở lớp 3 Giải pháp này gặp phải khó khăn trong vấn đề mở rộng

Sử dụng MPLS, các nhà cung cấp dịch vụ có thể sử dụng các chức năng củamặt phẳng điều khiển của ATM cho lớp 3 vì vậy giảm thiểu độ phức tạp củamạng cũng như đơn giản hóa quá trình quản lí Kĩ thuật này cung cấp khảnăng mở rộng lớn và loại bỏ vấn đề cell tax của ATM khi mang gói tin IP

- MPLS kết hợp hiệu năng và khả năng chuyển mạch của lớp 2 với khả năng mởrộng đã được chứng minh của định tuyến lớp 3 Điều này cho phép các nhàcung cấp dịch vụ đáp ứng được yêu cầu thông tin bùng nổ trong khi vẫn cókhả năng phân biệt các loại dịch vụ mà không cần phải hi sinh hạ tầng mạngđang tồn tại Kiến trúc MPLS rất linh hoạt và có khả năng triển khai với bất kìcông nghệ lớp 2 nào

- MPLS cho phép vận chuyển hiệu quả các dịch vụ IP qua mạng ATM MPLS

hỗ trợ tạo ra nhiều con đường khác nhau từ nguồn đến đích trong mạngbackbone Bằng cách kết hợp mạng MPLS trong kiến trúc mạng của mình, cácnhà cung cấp dịch vụ có thể cắt giảm được chi phí, tăng lợi nhuận cũng nhưcung cấp các dịch vụ khác nhau để tăng tính cạnh tranh với các nhà cung cấpdịch vụ khác

1.6.2 Nhược điểm

- Hỗ trợ đồng thời nhiều giao thức sẽ gặp phải những vấn đề phức tạp trongkết nối

- Khó hỗ trợ QoS xuyên suốt

- Hợp nhất VC cần phải được nghiên cứu sâu hơn để giải quyết vấn đề chèngói tin khi trùng nhãn (interleave)

1.7 Tổng kết chương

Trong các giao thức lớp mạng truyền thống, khi một gói tin đi từ một routerđến router kế tiếp thì quyết định chuyển tiếp phải được đưa ra độc lập tại mỗirouter Việc lựa chọn router kế tiếp dựa trên kết quả phân tích mào đầu (header) củagói tin kết quả của giải thuật định tuyến

Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức cho phép thay thế kĩ thuật chuyểntiếp gói tin truyền thống theo kiểu hop-by-hop dựa trên địa chỉ đích bằng kĩ thuật

chuyển tiếp hoán đổi nhãn giúp đơn giản hóa việc chuyển tiếp gói, cho phép khảnăng mở rộng, cung cấp các loại dịch vụ mới, đảm bảo yêu cầu dịch vụ và hỗ trợ kĩthuật lưu lượng.

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CỦA MPLS 2.1 Khả năng ứng dụng MPLS trong mạng thế hệ sau NGN

Những ưu việt của MPLS đã tăng cường khả năng cạnh tranh của các nhà khaithác dịch vụ Các sản phẩm MPLS đã được triển khai trên phạm vi toàn cầu Tuyvẫn còn nhiều vấn đề về mặt công nghệ cần giải quyết nhưng MPLS hiện đang đượccoi là giải pháp tốt cho mạng thế hệ sau của các nhà cung cấp dịch vụ hàng đầu trênthế giới

Công nghệ MPLS được triển khai không chỉ trong lớp lõi mà còn trong lớp biên.Các thiết bị MPLS lớp biên đóng vai trò như những LSR lối vào, lối ra Các mạngInternet quốc gia, mạng truyền số liệu, mạng quản lý đều được kết nối với các LSRbiên Việc chuyển tiếp các thông tin này được thực hiện qua mạng MPLS và đếncác LSR biên lối ra

Cấu hình này hứa hẹn khả năng điều khiển định tuyến, chuyển mạch đơn giảndựa trên các nhãn của MPLS, khả năng cung cấp chất lượng dịch vụ xuyên suốt bảođảm Tuy nhiên còn rất nhiều vấn đề kỹ thuật phải quan tâm phân tích khi xây dựngcấu hình chi tiết để bảo đảm khả năng tương thích giữa các thiết bị và hoạt động củamạng Một trong những vấn đề quan trọng cần quan tâm đó là cần xác định nguyêntắc tổ chức của những nút LSR trong mạng, cần phân định rõ ràng giao diện vàchức năng của từng thành phần thiết bị trong mạng lõi, mạng biên

Các dịch vụ có thể cung cấp trong mạng MPLS đề xuất bao gồm:

 Tải tin cho các mạng số liệu, Internet và thoại quốc gia Lưu lượngthoại được chuyển dần sang mạng trục MPLS quốc gia Mạng này sẽthay thế dần mạng trục TDM quốc gia đang hoạt động

 Cung cấp dịch vụ truy nhập Internet tốc độ cao tại một số địa phươngtrọng điểm trên toàn quốc Bước đầu hình thành mạng trục quốc giatrên cơ sở công nghệ gói

 Cung cấp dịch vụ truyền số liệu tốc độ cao cho các doanh nghiệp nhưNgân hàng, các hãng thông tấn báo chí.

 Cung cấp dịch vụ mạng riêng ảo VPN cho các công ty xuyên quốc gia

và các doanh nghiệp lớn Đây đang được coi như dịch vụ quan trọngnhất tác động đến việc thay đổi cơ cấu kinh doanh và tăng khả năngcạnh tranh của các nhà khai thác

 Các khách hàng có thể sử dụng địa chỉ IP trùng nhau (overlapaddresses) MPLS VPN backbone và các site khách hàng trao đổithông tin định tuyến lớp 3

MPLS VPN gồm các vùng sau:

 Mạng khách hàng: thường là miền điều khiển của khách hàng gồmcác thiết bị hay các router trải rộng trên nhiều site của cùng một kháchhàng Các router CE là những router trong mạng khách hàng giao tiếpvới mạng của nhà cung cấp

 Mạng của nhà cung cấp: là miền thuộc điều khiển của nhà cung cấpgồm các router biên (edge) và lõi (core) để kết nối các site thuộc vàocác khách hàng trong một hạ tầng mạng chia sẻ Các router PE là cácrouter trong mạng của nhà cung cấp giao tiếp với router biên của

khách hàng Các router P là router trong lõi của mạng, giao tiếp vớicác router lõi khác hoặc router biên của nhà cung cấp.

Trong mạng MPLS VPN, router lõi cung cấp chuyển mạch nhãn giữa các routerbiên của nhà cung cấp và không biết đến các tuyến VPN Các router CE trong mạngkhách hàng không nhận biết được các router lõi, do đó cấu trúc mạng nội bộ củamạng nhà cung cấp trong suốt đối với khách hàng

- An toàn mạng: với tính năng mã hóa và tạo đường hầm của công nghệ VPNgiúp MPLS đạt được mức độ an toàn cao như trong môi trường mạng riêng

- Chất lượng dịch vụ: đảm bảo phân biệt thứ tự ưu tiên cho các lọai dữ liệukhác nhau như: số liệu, hình ảnh, âm thanh

2.3 Kỹ thuật lưu lượng (MPLS - TE)

Kỹ thuật lưu lượng đề cập đến khả năng điều khiển của những luồng lưu lượngtrong mạng, với mục đích giảm thiểu tắc nghẽn và tạo ra mức sử dụng hiệu quả nhấtcho các phương tiện sẵn có Lưu lượng IP truyền thống định tuyến theo Hop by Hop

cơ bản và theo IGP luôn sử dụng kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất để truyền lưu lượng.Lưu lượng đường dẫn IP có thể không đạt tối ưu vì nó phụ thuộc vào thông tin Link

Metric tĩnh không cùng với bất kỳ một hiểu biết nào của tài nguyên mạng sẵn cóhoặc các yêu cầu của lưu lượng cần thiết để mang trên đường dẫn đó Sử dụng kỹthuật đường dẫn ngắn nhất có thể gây ra các vấn đề sau :

 Đường dẫn ngắn nhất từ các tài nguyên khác nhau chồng lẫn lên một

số link, gây ra tắc nghẽn trên các link đó

 Lưu lượng từ một nguồn đi tới một đích có thể vượt quá dung lượngcủa kỹ thuật đường dẫn ngắn nhất, trong khi một đường dẫn dài hơngiữa hai Router đó được được sử dụng không đúng mức

Kỹ thuật lưu lượng trong phạm vi MPLS phát sinh từ nhu cầu khai thác mạng đểcung cấp một cơ sở hạ tầng mạng đáng tin cậy và đưa ra sự thực hiện nhất quán chomạng Kỹ thuật lưu lượng cho phép người khai thác mạng khả năng định tuyến lạiluồng lưu lượng từ đường dẫn cost thấp nhất “least cost” được tính toán bởi cácgiao thức định tuyến và những đường dẫn vật lý ít bị tắc nghẽn trong mạng đó Vàkết quả là có sự gia tăng rất mạnh mẽ trong nhu cầu về tài nguyên mạng và sự cạnhtranh giữa các nhà cung cấp Kỹ thuật lưu lượng đã trở thành ứng dụng hàng đầucho MPLS Mục đích của kỹ thuật lưu lượng là phải sử dụng hiệu quả vào tàinguyên mạng giới hạn

2.4 QoS MPLS

Chất lượng dịch vụ (QoS) chính là một trong những yếu tố quan trọng nhất đểthúc đẩy MPLS và nó luôn là một vấn đề lớn đối với kỹ thuật định tuyến không chỉtrong mạng MPLS

MPLS giải quyết bài toán QoS tương tự như mô hình phân biệt dịch vụ (Differs)trong IP, bằng cách hỗ trợ chất lượng dịch vụ trên cơ sở phân loại các luồng lưulượng tại biên mạng Các tham số ràng buộc về QoS của kết nối thường được đánhgiá qua mức độ đảm bảo băng thông tối thiểu, độ trễ/trượt và tỉ lệ mất thông tin.Mục tiêu cơ bản của kỹ thuật định tuyến QoS là tìm ra một đường có khả năng đảmbảo các điều kiện ràng buộc của đấu nối và thậm chỉ để loại bỏ một số đấu nối khác.Một trong các khía cạnh then chốt của kỹ thuật định tuyến trong MPLS là hỗ trợcác đường dẫn tường minh dựa trên kỹ thuật chuyển tiếp nhãn, vì vậy thuật toán

định tuyến trong MPLS cho phép lựa chọn các đường dẫn và các tham số chấtlượng dịch vụ QoS để có được các kết quả tốt nhất Yêu cầu chất lượng dịch vụ(QoS) của kết nối có thể được đưa ra như một tập các điều kiện ràng buộc, các điềukiện này có thể thể hiện rõ ràng như các yêu cầu về băng thông tối thiểu từ phíakhách hàng, hoặc không tường minh như các yêu cầu về độ đàn hồi của mạng Định tuyến ràng buộc đảm bảo chất lượng dịch vụ trong MPLS sử dụng một tậpthuộc tính của trung kế lưu lượng, tập thuộc tính này liên quan tới tài nguyên và cácthông tin trạng thái khác của mạng Dựa trên các thông tin này, một tiến trình địnhtuyến ràng buộc trên mỗi nút tự động tính toán tuyến hiện cho mỗi trung kế lưulượng từ nút đó đi Trong trường hợp chung, giải pháp để tìm đường dẫn khả dụngnếu nó tồn tại thường được tiến hành theo hai bước: Đầu tiên là loại bỏ toàn bộ cáctài nguyên mà không thoả mãn các yêu cầu của trung kế lưu lượng (kết nối), sau đóchạy thuật toán tìm đường ngắn nhất trên đồ thị còn lại hoặc ngược lại.

CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MPLS

3.1 Giới thiệu

Trong mạng định tuyến lớp 3, các gói được chuyển tiếp theo từng chặng Tạimỗi hop địa chỉ đích được tìm kiếm trong bảng định tuyến được tạo ra bởi giao thứcđịnh tuyến nội IGP Giao thức này tìm ra tuyến đường có phí tổn thấp nhất dựa trênmetric của nó

Trong nhiều mạng phương pháp này hoạt động tốt tuy nhiên trong một sốmạng định tuyến dựa trên địa chỉ đích sẽ dẫn đến một số liên kết bị sử dụng quámức trong khi đó số khác lại ít được sử dụng Sự mất cân bằng này có thể do có nhiềutuyến cùng đi đến 1 đích khi đó IGP sẽ chọn con đường có phí tổn thấp nhất để đếnđích Kết quả là có quá nhiều lưu lượng chảy trên tuyến tốt nhất đó và một số gói cóthể bị hủy trong khi đó các liên kết khác hầu như không hoạt động

Một giải pháp cho vấn đề này là điều chỉnh băng thông trên liên kết đến giá trịthích hợp: tăng ở các liên kết được sử dụng quá mức và giảm ở những liên kết ítđược sử dụng Tuy nhiên giải pháp này không phải lúc nào cũng thực hiện được,đặc biệt khi xảy ra lỗi trên liên kết chính, liên kết dự phòng phải chuyển tiếp toàn

bộ lưu lượng thay cho liên kết chính Chi phí để xây dựng mạng như vậy cũng sẽ tốnkém hơn

Để nâng cao hiệu quả của mạng, nhà quản trị mạng di chuyển 1 phần lưu lượng

từ liên kết bị sử dụng quá mức sang liên kết ít được sử dụng Việc này dẫn đến tỉ lệgói rớt được giảm bớt và tốc độ truyền cũng nhanh hơn Tuy nhiên khi xảy ra lỗilưu lượng vẫn chảy trên liên kết dự phòng dẫn đến quá tải Giải pháp này cũng khônghiệu quả khi nghẽn mạng xảy ra do tài nguyên không đủ đáp ứng

Kĩ thuật lưu lượng được sử dụng khi vấn đề ở đây là việc ánh xạ không hiệu quảgiữa luồng dữ liệu và tài nguyên mạng Trong những mạng như vậy, một phần củamạng chịu tắc nghẽn trong 1 thời gian dài trong khi các phần khác thì không

3.1.1 Khái niệm kỹ thuật lưu lượng (Traffic Engineering)

Kỹ thuật lưu lượng (TE) là quá trình điều khiển cách thức các luồng lưu lượng

đi qua mạng sao cho tối ưu hoá việc sử dụng tài nguyên và hiệu năng của mạng Nóứng dụng các nguyên lý khoa học công nghệ để đo lường, mô hình hoá, đặc trưnghoá và điều khiển lưu lượng nhằm đạt được các mục tiêu khác nhau

Thuật ngữ TE được sử dụng rộng rãi trong thế giới thoại TE có nghĩa là lưulượng được đo đạc và phân tích Sau đó một mô hình thống kê được sử dụng đểthực hiện ước lượng lưu lượng mạng Nếu mô hình lưu lượng được dự đoán trướckhông phù hợp với tài nguyên mạng, nhà quản trị sẽ thay đổi mô hình này để đạtđược việc sử dụng tối ưu tài nguyên đồng thời giảm chi phí đến mức thấp nhất

Trong mạng truyền số liệu, kĩ thuật lưu lượng cung cấp 1 giải pháp tích hợp đểđiều khiển lưu lượng ở lớp 3 của mô hình OSI Phương pháp này thay đổi việcchuyển tiếp gói dựa trên địa chỉ đích sang di chuyển lưu lượng từ nơi bị tắc nghẽnđến nơi không bị nghẽn Việc chuyển đổi này có thể được thực hiện bởi mô hìnhchồng phủ

3.1.2 Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng

3.1.2.1 Phân loại

Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng có thể phân theo hai hướng:

 Hướng lưu lượng (traffic oriented)

 Hướng tài nguyên (resource oriented)

Các mục tiêu hướng lưu lượng liên quan đến việc tăng cường QoS cho cácluồng lưu lượng Trong mô hình đơn lớp, các mục tiêu này gồm: giảm thiểu mất gói

và trễ, tăng tối đa thông lượng và tuân thủ các hợp đồng mức dịch vụ (LSA)…cácmục tiêu hướng lưu lượng bị chặn thống kê cũng rất hữu ích cho mô hình dịch vụphân biệt (diffserv)

Các mục tiêu hướng tài nguyên liên quan đến việc tối ưu hoá sử dụng tàinguyên.Băng thông là một tài nguyên cốt yếu của mạng, do đó chức năng trọng tâmcủa kỹ thuật lưu lượng là quản lý tài nguyên băng thông hiệu quả

3.1.2.2 Bài toán nghẽn

Nghẽn thường xảy ra theo hai cách như sau:

 Khi bản thân các tài nguyên mạng không đủ để cấp cho tải yêu cầu

 Khi các dòng lưu lượng được ánh xạ không hiệu quả lên các tàinguyên làm cho một số tập con tài nguyên trở nên quá tải trong khi sốkhác nhàn rỗi

Có thể giải quyết tắc nghẽn bằng các cách:

 Tăng dung lượng hoặc ứng dụng các kỹ thuật điều khiển nghẽn cổđiển (giới hạn tốc độ, điều khiển luồng, quản trị hàng đợi, điều khiểnlịch trình…)

 Dùng kỹ thuật lưu lượng nếu nghẽn là cấp phát tài nguyên chưa hiệuquả

Đối tượng giải quyết của kỹ thuật lưu lượng là nghẽn kéo dài chứ không phảinghẽn nhất thời do bùng phát lưu lượng

3.1.3 Mô hình chồng phủ

Hình 3-1: Mô hình chồng phủ

Trong mô hình chồng phủ, các router (thiết bị lớp 3) không biết về cấu trúc vật

lí cũng như băng thông sẵn có trên từng liên kết Các giao thức định tuyến nội IGPcoi các PVC (Permanent Vitual Circuit)hoặc SVC (Switches Vitual Circuit) như làcác liên kết điểm-điểm và thực hiện chuyển tiếp 1 cách phù hợp

Nếu mạng lớp 2 cung cấp full mesh giữa các router, IGP sẽ thấy tất cả các routernhư được kết nối trực tiếp và các router này sẽ sử dụng các liên kết logic này

để chuyển tiếp gói tin Full mesh cũng giúp quản lí đầy đủ ở lớp 2 việc phân phốilưu lượng Việc cấu hình thủ công các PVC cũng như các tham số của giao thức PNNI(Private Network - to - Network Interface) cho phép quản lí chính xác việc lưu lượng

sử dụng băng thông sẵn có như thế nào

3.1.3.1 Các đặc tính của mô hình chồng phủ

Trong mô hình chồng phủ, PVC và SVC mang lưu lượng qua mạng

Trong trường hợp của mạng Frame Relay, 1 công cụ quản lí thường được sửdụng để thiết lập SVC Nó giúp nhà quản trị tính toán con đường tối ưu nhất qua mạnglớp 2 tương ứng với băng thông sẵn có và các yêu cầu ràng buộc khác có thể được

áp dụng với từng liên kết riêng

ATM có thể sử dụng công cụ giống như Frame Relay hoặc có thể sử dụngphương pháp SVC Phương pháp này cho phép các router sử dụng 1 giao thức để thiếtlập động SVC Router chỉ cần yêu cầu thiết lập 1 SVC với các thuộc tính nào đó đếncác router sử dụng giao thức PNNI Giao thức này, tại chuyển mạch ATM lối vào, sửdụng thông tin trạng thái liên kết để tính toán trước 1 danh sách quá giang định rõ(DTL-Designated Transit List), trong đó gồm các đường đi được đề xuất qua mạngATM Tuyến đề nghị này sau đó được thông qua bởi các chuyển mạch trong mạngATM cấp SVC đó

Hình 3-2: Ví dụ về ưu điểm của mô hình chồng phủ

Trong ví dụ trên hình, lưu lượng từ R2 đến R3 sử dụng 1 PVC theo tuyến ngắn

nhất trong khi lưu lượng từ R1 đến R3 lại sử dụng 1 PVC không theo tuyến ngắnnhất Kĩ thuật lưu lượng tại lớp 2 được áp dụng cho phép PVC sử dụng các liên kết

ít được sử dụng và vì vậy giúp tránh việc sử dụng quá mức đường ở trên

3.1.3.2 Nhược điểm của mô hình chồng phủ

 Các router không được kết nối trực tiếp với nhau, đồng thời cũng cầnthêm chi phí cho các thiết bị ở lớp 2 như các chuyển mạch ATM hoặcFrame Relay

 Cả hai mạng ở lớp 2 và lớp 3 đều cần được quản lí do đó cần phải cóthêm các nhân viên

 Mạng lớp 3 cần phải ở dạng mắt lưới để lợi dụng các lợi ích củamạng lớp 2 Điều này gây ra vấn đề về mở rộng cho IGP do số lượngcác nút láng giềng lớn

 Mạng chồng phủ yêu cầu 1 lớp phụ để đóng gói Một header FrameRelay sẽ được thêm vào gói IP, hoặc trong mạng ATM gói IP sẽ bịphân thành các cell, mỗi cell lại mang 1 header ATM Điều này làmlãng phí băng thông trong mạng

 Các thiết bị lớp 2 không có hiểu biết về lớp 3 Một khi router truyềngói IP qua liên kết vật lí đến switch đầu tiên thì mọi thông tin về IP sẽmất đi Khi đó nếu xảy ra nghẽn trong mạng lớp 2, các switch không cókhả năng loại bỏ gói IP có lựa chọn hoặc sắp xếp lại Mạng lớp 2 cũngkhông có khả năng phân biệt dịch vụ ở lớp IP

3.2 MPLS và kỹ thuật lưu lượng

3.2.1 Khái niệm trung kế lưu lượng (Traffic Trunk)

MPLS giới thiệu khái niệm trung kế lưu lượng để thực hiện các mục tiêu kỹthuật lưu lượng Trung kế lưu lượng đơn giản là một tập hợp các luồng dữ liệu chia

sẽ một số thuộc tính chung nào đó

 Thuộc tính này có thể là lưu lượng chia sẻ cùng một điểm vào và mộtđiểm ra

 Các đặc tính phức tạp của luồng dữ liệu như băng thông, các yêu cầu

về độ trễ…

 Các thuộc tính này có thể được tăng lên bằng cách xác định các trung

kế riêng rẽ cho các loại dịch vụ khác nhau

 Trung kế lưu lượng là đơn hướng

Hình 3-3: Các trung kế lưu lượng

Một khi trung kế lưu lượng được xác định, công nghệ sử dụng để gửi dữ liệuqua mạng là MPLS Dữ liệu đi vào trung kế lưu lượng được chỉ định một đườngchuyển mạch nhãn MPLS để xác định con đường đi qua mạng Tuy nhiên trung kếlưu lượng khác với LSP MPLS ở 2 điểm:

 Không cần thiết phải có 1 ánh xạ 1-1 giữa trung kế lưu lượng và LSP.Hai trung kế có thể được xác định giữa 2 điểm và có thể đi trêncùng con đường qua mạng Vì vậy chúng có cùng nhãn MPLS

 Trung kế lưu lượng cũng không cần sử dụng 1 con đường cố định

để đi qua mạng Khi tài nguyên trong mạng lõi thay đổi hoặc xảy ralỗi, trung kế lưu lượng có thể được định tuyến lại đi trên 1 đườngchuyển mạch nhãn khác

Cấu hình trung kế lưu lượng bao gồm việc xác định các thuộc tính và đặc tính

mà nó yêu cầu Việc xác định các yêu cầu này có lẽ là khía cạnh quan trọng nhấtcủa kĩ thuật lưu lượng

3.2.2 Đồ hình nghiệm suy (Induced Graph)

Đồ hình nghiệm suy gần giống như topology ảo trong mô hình chồng phủ Nóđược ánh xạ trên mạng vật lý thông qua việc lựa chọn các LSP cho các trung kế lưu

lượng Một đồ hình nghiệm suy gồm một nhóm các nút LSR được kết nối luận lývới nhau bằng các LSP Khái niệm này rất quan trọng vì bài toán quản lý băngthông cơ bản trong một miền MPLS đặt ra chính làm thế nào để ánh xạ hiệu quả đồhình nghiệm suy trên topology mạng vật lý Đồ hình nghiệm suy được công thứchoá như sau:

Đặt G = (V, E, C) là một đồ hình mô tả topology của mạng.Trong đó, V là tậphợp các nút mạng, E là tập hợp các đường link, C là tập hợp các khả năng và ràngbuộc cho E và V.Ta coi G là topology cơ sở

Đặt H = (U, F, D) là đồ hình MPLS nghiệm suy Trong đó, U là tập con thuộc Vgồm một nhóm các LSR tại các đầu của LSP, F là tập hợp các LSP Tham số D làtập hợp các yêu cầu và chế tài cho F Như vậy, H là một đồ hình trực tiếp và phụthuộc vào các đặc tính chuyển tải của G

3.2.3 Bài toán cơ bản của kỹ thuật lưu lượng trên MPLS

Có 3 vấn đề cơ bản liên quan đến kỹ thuật lưu lượng trên MPLS là:

 Ánh xạ các gói trên các lớp chuyển tiếp tương đương

 Ánh xạ các FEC lên các trung kế lưu lượng

 Ánh xạ các trung kế lưu lượng lên các topology mạng vậy lý thôngqua các LSP

Các phần sau của chương sẽ tập trung vào vấn đề thứ ba, tức là tính toán đường

đi ngắn nhất qua mạng cho các trung kế lưu lượng sao cho mạng hoạt động hiệuquả và tin cậy Đây chính là bài toán ánh xạ đồ hình nghiệm suy H lên topologymạng cơ sở G

3.3 Trung kế lưu lượng và các thuộc tính

Để xây dựng và duy trì trung kế lưu lượng, người ta tìm cách mô hình hoá nóbằng các tham số.Một thuộc tính là một tham số được gán và có ảnh hưởng đến cácđặc trưng hành vi của trung kế lưu lượng Các thuộc tính có thể được gán cụ thểthông qua hành động quản trị hoặc được gán ngầm ẩn bởi các giao thức bên dưới