cách thức định tuyến và báo hiệu trong mạng GMPLS.

LER Label Edge Router Bộ định tuyến nhãn biênLSP Lable Switched Path Đường chuyển mạch nhãn LMP Link Management Protocol Giao thức quản lý liên kết LSA Link State Advertisements Thông bá

( Của giảng viên hướng dẫn)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm: ……….(bằng chữ:……… )

………., ngày tháng năm 2013

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

( Kí, họ tên)

( Của giảng viên phản biện)

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm: ……….(bằng chữ:……… )

………., ngày tháng năm 2013

GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

( Kí, họ tên)

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GMPLS 2

1.1.Công nghệ IP 2

1.2.Công nghệ ATM 3

1.3 Công nghệ MPLS 4

1.3.1 Các khái niệm cơ bản trong MPLS 5

1.3.2 Thành phần cơ bản của MPLS 7

1.3.4 Cơ chế hoạt động của MPLS 18

1.4 Sự phát triển GMPLS từ MPLS 19

1.5 Khác biệt giữa GMPLS và MPLS 21

1.6 Kết luận chương 22

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ GMPLS 23

2.1 Giới thiệu về công nghệ GMPLS 23

2.2 Nhãn tổng quan của GMPLS 23

2.3 Bộ giao thức trong GMPLS 24

2.4 Các thành phần cơ bản trong GMPLS 25

2.4.1 Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển 25

2.4.2 Nhãn (Label) 26

2.4.3 Bộ định tuyến chuyển mạnh nhãn LSR 26

2.4.4 Tuyến chuyển mạch nhãn (Label Switching Path) 26

2.5 Các đặc tính trong mạng GMPLS 27

2.5.1 Tính chuyển hướng đa dạng 27

2.5.2 Tính năng chuyển tiếp đa dạng (Forwarding Diversity) 27

2.5.3 Cấu hình (configuration) 28

2.5.4 Nhãn đề xuất ( Suggested Label ) 28

2.5.5 LSP hai hướng ( Bidirectional LSP ) 28

2.5.6 Tính mở rộng ( Scalability ) 28

2.5.7 Cấu trúc LSP 29

2.5.8 Cơ chế bó đường ( Link Bundling ) 30

2.5.9 Độ tin cậy ( Reliability ) 31

2.5.10 Sử dụng tài nguyên hiệu quả 32

2.6 Lợi ích và một số vấn đề tồn tại trong mạng GMPLS 32

2.7 Tổng kết Chương II 34

CHƯƠNG III: ĐỊNH TUYẾN TRONG GMPLS 35

3.1.Tổng quan về định tuyến trong mạng IP và sự khác biệt với định tuyến miền quang 35

3.1.1 Định tuyến trong mạng IP 35

3.1.2 Sự khác nhau giữa định tuyến IP và định tuyến trong miền Quang 35

3.2 Tổng quan về giao thức định tuyến IP 36

3.3 Thông tin định tuyến trong GMPLS (GMPLS Routing Information) 37

3.4 Cải tiến định tuyến trong GMPLS 38

3.4.1 Hỗ trợ các liên kết (lưu lượng và thành phần) không được đánh số 38

3.4.2 Quảng bá thông tin về kiểu bảo vệ cho liên kết lưu lượng 39

3.4.3 Quảng bá thông tin về nhóm liên kết có cùng mức độ rủi ro SRLG 39

3.4.4 Quảng bá thông tin về khả năng chuyển mạch giao diện ISC (Interface Switchin Capability) 40

3.5 Các giao thức định tuyến trong GMPLS 40

3.5.1 Giao thức định tuyến OSPF-TE và IS-IS-TE 40

3.5.2 Giao thức báo hiệu RSVP–TE, CR–LDP 41

3.5.3 Giao thức quản lý liên kết LMP 41

3.6 Các kỹ thuật định tuyến trong GMPLS 41

3.6.1 Định tuyến đường ngắn nhất 41

3.6.2 Kỹ thuật định tuyến lại nhanh 44

3.6.3 Dự phòng trong GMPLS 45

3.6.4 Định tuyến khôi phục đảm bảo chất lượng 46

3.7 Tổng kết Chương III 51

CHƯƠNG IV: BÁO HIỆU TRONG GMPS 52

4.1 Tổng quan về Báo hiệu 52

4.2 Những khái niệm sử dụng trong mạng báo hiệu GMPLS 53

4.2.1 Phiên, đường hầm và LSP 53

4.2.2 Tuyến đường LSP (LSP Routes) 54

4.2.3 Nhãn tổng quát (General Label) 54

4.3 Những cải tiến trong báo hiệu GMPLS 55

4.3.1 Bản tin yêu cầu nhãn tổng quát 55

4.3.2 Nhãn tổng quát 55

4.3.3 Báo hiệu cho chuyển mạch dãy bước sóng (waveband): 56

4.3.4 Nhãn đề nghị 56

4.3.6 Báo hiệu về thông tin bảo vệ của LSP 57

4.3.7 Báo hiệu thông tin trạng thái quản trị 57

4.3.8 Tách biệt giữa kênh điều khiển và kênh dữ liệu 58

4.3.9 Báo hiệu định danh giao diện (interface) 58

4.3.10 Xử lý sự cố đối với kênh điều khiểu 59

4.4 Quá trình báo hiệu trong GMPLS 59

4.4.1 RSVP-TE và tiến trình thiết lập kết nối trong GMPLS 60

4.4.2 Thủ tục thiết lập LSP 62

4.4.3 Duy trì LSP 63

4.4.5 Thủ tục hủy LSP 64

4.4.6 Chỉnh sửa LSP 64

4.4.7 Thủ tục báo lỗi 65

4.4.8 Thiết lập các LSP song hướng 65

4.5 Tổng kết chương IV 67

KẾT LUẬN 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ATM Asynchronous Transfer mode Kiểu truyền tải đồng bộ

BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên

CBR Constraint Based Routing Định tuyến dựa trên cơ sở ràng buộcCR-LDP Constrant Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn ràng

CSPF Contrant Shortest Path Find Thuật toán tìm đường ngắn nhất ràng

buộcDWDM Dense Wave Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng

với mật độ cao

FA Forwarding Adjacency Chuyển tiếp kế cận

FA-LSP FA-Label Switching Path Đường chuyển mạch nhãn chuyển

tiếp kế cậnGMPLS Generalized Multiprotocol Label

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IS-IS Intermediate System to Intermediate

System

Hệ thống trung gian đến hệ thống trung gian

FSC Frame Check Sequence Trường kiểm tra khung

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn

LER Label Edge Router Bộ định tuyến nhãn biên

LSP Lable Switched Path Đường chuyển mạch nhãn

LMP Link Management Protocol Giao thức quản lý liên kết

LSA Link State Advertisements Thông báo trạng thái liên kết

LSR Label Switching Router Router chuyển mạch nhãn

MPLS Multi-Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thứcOSPF Open Shortest Path First Mở đường ngắn nhất đầu tiên

OSPF-TE OSPF- Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng OSPF

OXC Optical Cross-connector Bộ đấu nối chéo quang

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyếnRFC Request For Comment Đề nghị duyệt thảo và bình luậnRIB Routing Information Database Cơ sở dữ liệu định tuyến

RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành riêng tài nguyênRSVP-TE RSVP Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng RSVP

SPF Shortest Path First Đường đi ngắn nhất đầu tiên

TE Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượng

TED Traffic Engineering Database Cơ sở dữ liệu kỹ thuật lưu lượngTLV Type-Length-Value Thành phần quy định giá trị, độ dài,

loại trong các bản tin

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫnWDM Wave Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước sóng.SDH Synchronous Digital Hierrachy Hệ thống phân cấp số đồng bộ

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình chuyển mạch nhãn 4

Hình 1.2 Dạng nhãn MPLS chung 5

Hình 1.3 Vị trí giao thức LDP trong bộ giao thức MPLS 9

Hình 1.4 Tiêu đề LDP 10

Hình 1.5 Mã hóa TLV 10

Hình 1.6 Khuôn dạng bản tin LDP 11

Hình 1.7 Thủ tục phát hiện LSR lân cận 13

Hình 1.8 Các thực thể hoạt động RSVP 14

Hình 1.9 Các bản tin PATH và RESV 15

Hình 1.10 Phân phối nhãn trong bản tin RESV 16

Hình 1.11 Cấu trúc phân lớp 20

Hình 2.1 Phân bổ trong giao thức GMPLS 25

Hình 2.2 Cơ chế chuyển tiếp kế cận 29

Hình 2.3 Cấu hình mạng 30

Hình 2.4 Quá trình thực hiện quản lý hư hỏng trong mạng GMPLS 31

Hình 2.5 Cơ chế phục hồi hỗ trợ bởi mạng GMPLS 32

Hình 3.1 Các thiết bị cho DBR framework cơ sở 43

Hình 3.2 Nguyên lý định tuyến trên cơ sở ràng buộc 50

Hình 4.1 Mô hình truyền tín hiệu điều khiển và chuyển mạch dữ liệu 52

Hình 4.2 Bản tin báo hiệu RSVP được mang trong gói tin IP 60

Hình 4.3 Quá trình trao đổi bản tin cho thủ tục thiết lập LSP 63

DANH MỤC BẢNG BIỂU Error! Not a valid heading level in TOC entry on page 1 Bảng 1.1 Các chức năng được thực hiện trong GMPLS 21

Bảng 2.1 Các giao thức và các mở rộng của GMPLS 24

Bảng 3.1 Các thông tin trong định tuyến GMPLS 37

LỜI NÓI ĐẦUHiện nay để đáp ứng được nhu cầu băng thông cho các ứng dụng dịch vụ thìmạng truyền tải chủ yếu sẽ là các hệ thống truyền dẫn trên sợi quang Sự đa dạng vàphức tạp trong quản lý các phần tử mạng tại các phân lớp mạng khác nhau là nhân tố

cơ bản thúc đẩy việc nghiên cứu giao thức GMPLS (Generalized Multi-Protocol LabelSwitching) để thống nhất quản lý giữa các thực thể mạng không chỉ ở phương thứcchuyển mạch gói mà trong lĩnh vực chuyển mạch thời gian, không gian quản lý đồngthời mở rộng chức năng hỗ trợ giao thức IP để thiết lập hoặc giải phóng các đườngchuyển mạch nhãn LSP cho mạng hỗn hợp bao gồm cả chuyển mạch gói, chuyểnmạch kênh, mạng quang

Sự phát triển từ MPLS (Multi-Protocol Label Switching) thành GMPLS đã mởrộng thêm các giao thức báo hiệu (RSVP-TE, CR-LDP) và giao thức định tuyến(OSPF-TE, IS-IS-TE) Đó cũng là lý do em chọn đề tài này để tìm hiểu về cách thứcđịnh tuyến và báo hiệu trong mạng GMPLS

Nội dung đồ án gồm 4 phần chính sau:

Chương 1 : Tổng quan về công nghệ GMPLS

Chương 2 : Công nghệ GMPLS

Chương 3 : Định tuyến trong mạng GMPLS

Chương 4 : Báo hiệu trong mạng GMPLS

Do thời gian và hiểu biết còn hạn chế nên chắc chắn đồ án không tránh khỏinhiều thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ dẫn của các thầy cô giảng viên trongtrường và góp ý của các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn

Em xin cảm ơn các thầy cô giảng viên tại Học Viện công nghệ Bưu Chính ViễnThông cùng các thầy cô tại Viện khoa học kỹ thuật Bưu điện đã giảng dạy và giúp đỡ

em trong quá trình học tập cũng như thực hiện đồ án

Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn ThS Bùi Thị Thu Thủy – Viện Khoa Học

Kỹ Thuật Bưu Điện đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2013

Sinh viên

Ngô Tuấn Việt

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ GMPLSTrong suốt thời kỳ phát triển của mạng internet, kỹ thuật chuyển mạch gói đã trởthành một kỹ thuật có tiềm năng và vai trò quan trọng trong việc khai thác nguồn tàinguyên hiệu quả nhất đặc biệt là công nghệ IP và ATM Tuy công nghệ IP được pháttriển sau công nghệ ATM nhưng không vì thế mà nó hoàn hảo hơn người tiền nhiệm,mỗi một công nghệ có những điểm mạnh và điểm yếu riêng Vì vậy các nhà phát triển

đã tập trung nghiên cứu để kết hợp hai công nghệ mới này thành một và MPLS ra đời

Sự ra đời của MPLS đóng một vai trò quan trọng trong việc định tuyến, chuyểnmạch và chuyển tiếp các gói qua mạng thế hệ sau cũng như giải quyết các vấn đề liênquan tới khả năng mở rộng mạng.Bản thân MPLS là một công nghệ kết hợp từ côngnghệ chuyển mạch IP và ATM nên nó có thể hoạt động với các mạng Frame Relay vàchế độ truyền tải không đồng bộ ATM hiện nay để đáp ứng các nhu cầu dịch vụ củangười sử dụng Tuy nhiên, với một mạng chuyển mạch quang, ý tưởng về “gắn nhãn”lên các bước sóng hoặc các sợi quang là điều không thể Do vậy, GMPLS ra đời nhằm

mở rộng khả năng hoạt động của MPLS như hỗ trợ chuyển mạch gói, chuyển mạchbước sóng, chuyển mạch sợi quang Khi đó, với lớp quang, hệ thống sẽ có dunglượng truyền dẫn lớn và khả năng cấu hình mềm dẻo các chuyển mạch quang OXC(Optical cross-connect)

GMPLS vốn là sự phát triển lên từ MPLS nên trong chương này sẽ chú trọng nhấnmạnh các tính năng cũng như đặc điểm, cơ chế hoạt động của chuyển mạch nhãn làmtiền đề nghiên cứu nội dung các chương sau

1.1.Công nghệ IP

Sự phát triển đột biến của IP, sự tăng trưởng theo cấp số nhân của thuê baoInternet đã là một thực tế không ai có thể phủ nhận Hiện nay, lượng dịch vụ lớn nhấttrên các mạng đường trục trên thực tế đều là từ IP Trong công tác tiêu chuẩn hoá cácloại kĩ thuật, việc đảm bảo tốt hơn cho IP đã trở thành trọng điểm của công tác nghiêncứu

IP là giao thức liên mạng phi kết nối Việc chuyển gói tin thực hiện theo cơ chếphi kết nối IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và cácchức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP) Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận địa chỉ

là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tớiđích Từ khi giao thức này ra đời, nó nhanh chóng trở thành giao thức liên mạng thôngdụng nhất Ngày nay gần như các liên mạng công cộng sử dụng giao thức IP Mạng IP

có mặt ở khắp mọi nơi, mạng Internet toàn cầu hiện nay cũng đang sử dụng giao thứcIP

Bên cạnh những ưu điểm tuyệt vời của giao thức IP (như khả năng định tuyến),

nó cũng có không ít những nhược điểm (như khả năng quản lý chất lượng dịch vụ), cácnhà cung cấp mạng trong quá trình phát triển đã liên tục bổ sung các giao thức, thuậttoán mới (chẳng hạn các giao thức QoS như: RSVP, IntServ, DiffServ, giao thức

IPSec, RTP/RTCP hay các thuật toán tăng tốc độ tìm kiếm địa chỉ trong bảng địnhtuyến) để có thể khắc phục các nhược điểm của mạng IP Nhưng cái gì cũng có giớihạn của nó, khi nhu cầu sử dụng dịch vụ của người sử dụng tăng lên cả về loại hình lẫnchất lượng dịch vụ thì mọi sự bổ sung là không đủ và cần có những công nghệ mạngmới có bản chất khác (không là giải pháp phi kết nối) đáp ứng yêu cầu QoS tốt hơn.

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 thức địnhtuyến theo từng chặng Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ

1.2.Công nghệ ATM

Cùng với sự phát triển của Internet và tăng tốc độ xử lý của bộ định tuyến là sựphát triển mạnh trong lĩnh vực chuyển mạch ATM có thể mang mọi luồng thông tinnhư thoại, dữ liệu, video, phân mảnh nó thành các gói có kích thước cố định (gọi làcell), và sau đó truyền tải các cell trên đường dẫn đã được thiết lập trước, gọi là kết nốiảo

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

ATM có hai đặc điểm quan trọng:

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

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

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 khi thôngtin được gửi đi ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng tay hoặc thiết lập mộtcách tự động thông qua báo hiệu Mặt khác, ATM không thực hiện định tuyến tại cácnút trung gian Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu vàđược giữ cố định trong suốt thời gian kết nối

Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng đài ATM trung gian cung cấp cho kếtnối một nhãn Việc này nhằm thực hiện hai điều: dành cho kết nối một số tài nguyên

và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổng đài Bảng chuyển tế bào có tính cục bộ

và chỉ chứa thông tin về các kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài Điều này khác vớithông tin về toàn mạng chứa trong bảng chuyển tin của router dùng IP

Quá trình chuyển tiếp tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự việc chuyển góitin qua router.ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên cell có kích thước

cố định, kích thước bảng chuyển tin nhỏ hơn nhiều so với của IP router và việc này

được thực hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng Do vậy, thông lượng của tổngđài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP router truyền thống.

Do có khả năng hỗ trợ truyền dữ liệu, thoại, và video với chất lượng cao trênmột số các công nghệ băng tần cao khác nhau, ATM từng được xem như là công nghệchuyển mạch hứa hẹn và thu hút nhiều sự quan tâm Tuy nhiên, hiện nay cũng nhưtrong tương lai hệ thống toàn ATM sẽ không phải là sự lựa chọn phù hợp nhất

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

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

 Cải thiện hiệu năng định tuyến

 Cải thiện tính mềm dẻo của định tuyến trên các mô hình xếp chồng truyềnthống

 Tăng tính mềm dẻo trong quá trình đưa và phát triển các loại hình dịch vụ mới.MPLS là một mô hình lai được thông qua bởi IETF kết hợp các đặc tính tốt nhất trong

cả hai gói tin định tuyến và chuyển mạch Cụ thể MPLS có hiệu quả trong việc cungcấp các dịch vụ IP qua mạng chuyển mạch ATM Nó hỗ trợ các tuyến đường khácnhau giữa một nguồn và một đích đến trên mộ định tuyền hoàn toàn dựa trên mạnginternet xương sống

Hình 1.1 Mô hình chuyển mạch nhãn

Mạng MPLS có khả năng chuyển các gói tin tại lớp 3 bằng việc sử dụng xử lýtừng gói và chuyển tiếp gói tin tại lớp 2 sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn MPLS dựa trên

mô hình ngang cấp, vì vậy mỗi một thiết bị MPLS chạy một giao thức định tuyến IP,trao đổi thông tin định tuyến với các thiết bị lân cận, và chỉ duy trì một không gian cấuhình mạng và một không gian địa chỉ

MPLS chia bộ định tuyến làm hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin(Forwarding) và chức năng điều khiển (control) Phần chức năng chuyển gói tin vớinhiệm vụ gửi gói tin giữa các bộ định tuyến IP, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tựnhư của ATM.Trong MPLS nhãn là một thực thể có độ dài cố định và không phụthuộc vào lớp mạng Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm chặng kế tiếp củagói tin trong một bảng chuyển tiếp nhãn, sau đó thay thế giá trị nhãn của gói rồichuyển ra cổng ra của bộ định tuyến Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lýgói tin thông thường và do vậy cải tiến khả năng của thiết bị

1.3.1 Các khái niệm cơ bản trong MPLS

a) Nhãn (Label)

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

Thường thì một gói được ấn định cho một FEC (hoàn toàn hoặc một phần) dựađịa chỉ đích lớp mạng của nó Tuy nhiên nhãn không bao giờ là mã hoá của địa chỉ đó.Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương tiện truyền mà gói tin được đóng gói Ví dụ cácgói ATM (tế bào) sử dụng giá trị VPI/ VCI như nhãn, Frame Relay sử dụng DLCI nhưnhãn, một đoạn đệm được chèn thêm sử dụng cho nhãn Khuôn dạng đoạn đệm gồm 4byte có cấu trúc như hình sau

Hình 1.2 Dạng nhãn MPLS chung

Đối với các khung PPP hay Ethernet giá trị nhận dạng giao thưc P-ID (hoặcEthertype) được chèn thêm vào mào đầu khung tương ứng để thông báo khung làMPLS unicast hay multicast

b) Ngăn xếp nhãn (Label stack)

Đó là một tập hợp có thứ tự các nhãn gắn theo gói để truyền tải thông tin vềnhiều FEC mà gói nằm trong và về các LSP tương ứng mà gói đi qua Ngăn xếp nhãncho phép MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và một nhãn cho IGP)

và tổ chức đa LSP trong một trung kế LSP Mỗi mức trong ngăn xếp nhãn gắn liền vớimức phân cấp nào đó Điều này tạo thuận lợi cho chế độ hoạt động đường hầm trongMPLS

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

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

d) Các lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Classes)

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

e) Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn

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

f) Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switching Path)

Là tuyến tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để chuyển tiếp góicủa một FEC nào đó sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn LSP được thiết lập trước khitruyền dữ liệu MPLS cung cấp hai lựa chọn cho việc thiết lập LSP

Định tuyến theo chặng : Mỗi LSR lựa chọn chặng tiếp theo một cách độc lập

cho một FEC nhất định Phương pháp này giống với hiện nay đã được sử dụng trongmạng IP LSR sử dụng giao thức định tuyến có sẵn nào đó như OSPF, giao diện mạng

- mạng riêng ATM (PNNI)

Định tuyến tường minh (explicit): Định tuyến tường minh giống như định tuyến

nguồn LSR lối vào (tức là LSR mà dữ liệu bắt đầu truyền) xác định danh sách các nút

mà ER-LSP truyền qua Đường dẫn đã xác định có thể không tối ưu cũng được Dọcđường đi tài nguyên có thể được đặt trước để đảm bảo QoS cho lưu lượng dữ liệu.Điều này làm giảm nhẹ kỹ thuật lưu lượng khắp mạng, và các dịch vụ phân biệt đượccung cấp bằng việc sử dụng các luồng dựa trên các chính sách hoặc phương thức quản

lý mạng

g) Cơ sở dữ liệu nhãn(Label Database)

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

h) Gói tin dán nhãn

Gói tin dán nhãn là gói tin mà nhãn được mã hoá trong đó Trong một vàitrường hợp, nhãn nằm trong mào đầu của gói tin dành riêng cho mục đích dán nhãn.Trong các trường hợp khác, nhãn có thể được đặt chung vào trong mào đầu lớp mạng

và lớp liên kết dữ liệu miễn là ở đây có trường có thể dùng cho mục đích dán nhãn.Công nghệ mã hoá được sử dụng phải phù hợp với cả thực thể mã hoá và thực thể giảimã

i) Ấn định và phân phối nhãn

Trong mạng MPLS, quyết định để kết hợp nhãn L cụ thể với một FEC M cụ thể

là do LSR phía trước thực hiện LSR phía trước sau khi kết hợp sẽ thông báo với LSRphía sau về kết hợp đó Do vậy, các nhãn được LSR phía trước ấn định và các kết hợpnhãn được phân phối theo hướng từ LSR phía trước tới LSR phía sau

1.3.2 Thành phần cơ bản của MPLS

1.3.2.1 Các thiết bị trong mạng

a)LSR (Label Switching Router)

LSR là thành phần quan trọng cơ bản của mạng MPLS LSR là một thiết bị địnhtuyến tốc độ cao trong lõi của một mang MPLS, nó tham gia vào việc thiết lập cácđường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP) bằng cách sử dụng giao thức báo hiệu nhãn thíchứng và thực hiện chuyển mạch tốc độ cao, lưu lượng số liệu dựa trên các đường dẫnđược thiết lập

b) LER (Label Edge Router)

LER là một thiết bị hoạt động tại biên của mạng truy nhập và mạng lõi MPLS.Các LER hỗ trợ đa cổng được kết nối tới cá mạng khác nhau ( chẳng hạn như FrameRelaym ATM và Ethernet ) LER đóng vai trò quan trọng trong việc chỉ định và hủy

bỏ nhãn khi lưu lượn vào trong hay đi ra khỏi mạng MPLS Sau đó tại lối vào nó thựchiện việc chuyển tiếp lưu lượng vào mạng MPLS sau khi đã thiết lập LSP nhờ các giaothức báo hiệu nhãn và phân bổ lưu lượng trở lại mạng truy nhập tại lối ra

1.3.2.2 Đường chuyển mạch nhãn LSP

LSP: là một đường đi để gói tin qua mạng chuyển mạch nhãn trọn vẹn từ điểm

bắt đầu dán nhãn đến điểm nhãn bị loại bỏ khỏi gói tin Các LSP được thiết lập trướckhi truyền dữ liệu

Đường hầm LSP: LSP từ đầu tới cuối được gọi là đường hầm LSP, nó là chuỗi

liên tiếp các đoạn LSP giữa hai node kề nhau Các đặc trưng của đường hầm LSP,chảng hạn như phân bổ băng tần, được xác định bởi sự thỏa thuận giữa các node,nhưng sau khi đã thỏa thuận, node lối vào ( bắt đầu của LSP ) xác định dòng lưu lượngbằng việc chọn lựa nhãn của nó Khi lưu lượng được được gửi qua đường hầm, cácnode trung gian không kiểm tra nội dung của tiêu đề mà chỉ kiểm tra nhãn Do đó,

phần lưu lượng còn lại được xuyên hầm qua LSP mà không phải kiểm tra Tại cuốiđường hầm LSP, node lối ra loại bỏ nhãn và chuyển lưu lượng IP tới node IP.

Có thể sử dụng các đường hầm LSP để thực hiện các chính sách kỹ thuật lưulượng liên quan tới việc tối ưu hiệu năng mạng Chẳng hạn, các đường hầm LSP có thểđược di chuyển tự động hay thủ công ra khỏi vùng mạng bị lỗi và tắc nghẽn Ngoài ra,nhiều đường hầm LSP song song có thể được thiết lập giữa hai node và lưu lượng giữahai node đó có thể được chuyển vào trong các đường hầm này theo các chính sách cục

bộ Trong mạng MPLS các LSP được thiết lập bằng một trong ba cach đó là địnhtuyến từng chặng, định tuyến rõ ràng và định tuyến cưỡng bức

1.3.3 Các giao thức được sử dụng trong chuyển mạch nhãn

Tham gia vào quá trình truyền thông tin trong mạng MPLS có một số giao thứcnhư LDP, RSVP, CR-LDP, MPLS-BGP Trong phần này chỉ đề cập đến hai giao thức

cơ bản được sử dụng trong MPLS là CR-LDP và RSVP

1.3.3.1 Giao thức phân phối nhãn LDP

Giao thức phân phối nhãn được nhóm nghiên cứu MPLS của IETF xây dựng vàban hành dưới tên RFC 3036 Phiên bản mới nhất được công bố năm 2001 đưa ranhững định nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao thức LDP

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

a) Cơ chế hoạt động

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

Hình 1.3 Vị trí giao thức LDP trong bộ giao thức MPLS

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

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

của một LSR trong mạng Theo định kỳ, LSR gửi bản tin Hello qua cổngUDP với địa chỉ multicast tới tất cả các bộ định tuyến trên mạng con

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

LSR Hoạt động này yêu cầu gửi các bản tin Initialization trên TCP Saukhi hoạt động này hoàn thành các LSR trở thành các đối tượng ngangcấp LDP

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

ràng buộc nhãn với các FEC Những bản tin này cũng được mang trênTCP Một LSR có thể yêu cầu một liên kết nhãn từ LSR lân cận bất kỳkhi nào nó cần Nó cũng phát hành các liên kết nhãn bất cứ khi nào nómuốn tới một đối tượng ngang cấp LDP nào đó sử dụng liên kết nhãn

- Bản tin xác nhận (Notification): Dùng để cung cấp các thông báo lỗi,

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

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

b)Thành phần bản tin LDP

Tiêu đề 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 như đã được trình bày ở trên Chỉ racác trường chức năng của tiêu đề LDP và các trường này thực hiện các chức năng sau:

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

là phiên bản 1

- Độ dài PDU: Tổng độ dài của PDU tính theo byte, ngoại trừ trường phiên bản

và trường độ dài

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

byte đầu tiên chứa địa chỉ IP được gán cho LSR để nhận dạng bộ định tuyến.Hai byte cuối nhận dạng không gian nhãn bên trong LSR.Với LSR có khônggian nhãn lớn, trường chức năng này đặt về giá trị 0

Hình 1.4 Tiêu đề LDP

Mã hóa TLV

LDP sử dụng lược đồ mã hoá kiểu-độ dài-giá trị TLV (Type-Length-Value) để

mã hoá các thông tin mang trong bản tin LDP Như chỉ ra trên TVL được mã hoáthành một trường 2 byte trong đó sử dụng 14 bít để đặc trưng cho kiểu, và 2 bit (U, F)cho trường hợp LSR không nhận ra được kiểu, 2 byte tiếp theo là trường độ dài vàtrường giá trị có độ dài thay đổi

 Bit U (Unknown TLV): TLV không biết;

 Bit F (Forward Unknown TLV): chuyển tiếp TLV không biết;

 Trường kiểu: qui định các trường mà giá trị được dịch;

 Trường độ dài: xác định độ dài của trường giá trị;

 Trường giá trị: có thể chứa các TLV khác

Hình 1.5 Mã hóa TLV

Dựa trên bản tin nhận được, khi bit U có giá trị 0, LSR sẽ gửi thông báo ngượclại tới nơi phát và toàn bộ bản tin sẽ được bỏ qua Nếu U có giá trị 1 thì mặc dù khôngnhận ra kiểu, LSR không cần gửi thông báo phản hồi lại phía phát và vẫn xử lý phầncòn lại của bản tin như thể là bản tin chưa biết kiểu này không tồn tại.

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

Khuôn dạng chung

Hình 1.6 Khuôn dạng bản tin LDP

- Bit U: bit bản tin chưa biết, liên quan đến bản tin chưa biết kiểu Nếu U=0 thì

một thông báo sẽ được phản hồi lại cho phía gửi, còn nếu U=1 thì bản tinkhông thể được thông dịch bởi phía nhận, lúc đó bản tin bị bỏ qua mà không

có phản hồi

- Kiểu bản tin: Chỉ ra kiểu bản tin là gì.

- Độ dài bản tin: Chỉ ra chiều dài của các phần nhận dạng bản tin, các thông số

bắt buộc và các thông số tuỳ chọn

- Nhận dạng bản tin: là một số nhận dạng duy nhất bản tin Trường này có thể

được sử dụng để kết hợp các bản tin Thông báo với một bản tin khác

- Thông số bắt buộc,và Thông số tuỳ chọn tuỳ thuộc vào từng bản tin LDP.

Về mặt nguyên lý, mọi thứ xuất hiện trong bản tin LDP có thể được mã hoátheo TLV, nhưng các đặc tả LDP không phải luôn luôn sử dụng lược đồ TLV Nókhông được sử dụng khi nó không cần thiết và sự sử dụng nó khi đó sẽ gây lãng phíkhông gian Chẳng hạn không cần thiết phải sử dụng khuôn dạng TLV nếu chiều dàicủa giá trị là cố định hay kiểu của giá trị đã được biết và không phải chỉ định một nhậndạng kiểu

c) Một số bản tin LDP

Bản tin Hello

Bản tin Hello (Chào hỏi) được trao đổi giữa hai LSR ngang cấp trong một phiênphát hiện LDP Một LSR lưu giữ bản ghi của các bản tin Hello được gửi từ các LSRngang cấp khác Các cặp LSR thương lượng thời gian lưu giữ dùng cho bản tin Hello

Mỗi cặp đề nghị một thời gian lưu giữ và thời gian lưu giữ được dùng là sẽ là giá trịnhỏ nhất được đề nghị trong các bản tin

Bản tin Initialization (Khởi tạo)

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

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

 Chế độ phân bổ nhãn

 Các giá trị định thời

 Phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa hai LSR đó

Bản tin Label Mapping và Label Withdraw

Các bản tin Label Mapping (Liên kết nhãn) được sử dụng để quảng bá liên kếtgiữa FEC (tiền tố điạ chỉ) và nhãn Bản tin Label Withdraw (Thu hồi nhãn) thực hiệnquá trình ngược lại: nó được sử dụng để xoá bỏ liên kết vừa thực hiện Bản tin nàyđược sử dụng khi có sự thay đổi trong bảng định tuyến (thay đổi tiền tố địa chỉ) haythay đổi trong cấu hình LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó

Bản tin Label Request (Yêu cầu nhãn)

Trong chế độ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu, LSR đường lên sẽ yêu cầu LSRđường xuống gán và quảng bá nhãn bằng cách sử dụng bản tin Label Request

Bản tin Label Request Abord

Nếu bản tin Label Request cần phải hủy bỏ trước khi được chấp nhận (do nút kếtiếp trong FEC yêu cầu đã thay đổi) thì LSR yêu cầu sẽ hủy bỏ yêu cầu với bản tinLabel Request Abord (Hủy bỏ yêu cầu nhãn)

Bản tin Label Release

Bản tin này được LSR sử dụng khi nó nhận được liên kết nhãn không còn cầnthiết nữa Điều này thường xảy ra khi LSR nhận thấy nút tiếp theo cho FEC khôngphải là LSR quảng bá liên kết nhãn tương ứng

d) Thủ tục thăm dò LSR lân cận

Thủ tục phát hiện LSR lân cận của LDP chạy trên UDP thực hiện như sau :

- Một LSR định kỳ gửi bản tin Hello tới các cổng UDP đã biết trong tất cảcác bộ định tuyến trong mạng con của nhóm multicast

- Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin Hello này trên cổng UDP Như vậy, tạimột thời điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có kếtnối trực tiếp

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

- Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa hai LSR Phiên LDP là phiên haichiều có nghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửiràng 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 địa chỉ IP đã được khai báo khi lậpcấu hình Phía nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin HELLO khác truyền mộtchiều ngược lại đến LSR gửi và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên

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

UDP Hello

UDP Hello TCP Open

Initialization Label Request

Label Mapping IP

Hình 1.7 Thủ tục phát hiện LSR lân cận

1.3.3.2 Giao thức CR-LDP

Giao thức CR-LDP được sử dụng để điều khiển cưỡng bức LDP Giao thức này

là phần mở rộng của LDP cho quá trình định tuyến cưỡng bức của LSP Cũng giốngnhư LDP, nó sử dụng các phiên TCP giữa các LSR đồng cấp để gửi các bản tin phânphối nhãn

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

và trạng thái thuộc tính của đường liên kết phải được cập nhật liên tục Như vậy, để hỗtrợ định tuyến cưỡng bức ngoài một số điều kiện khống chế về băng thông, khoảngcách quản lý còn cần có khả năng định tuyến hiện (hoặc định tuyến nguồn)

Để xác nhận thông tin tài nguyên dành riêng theo LSR, CR-LDP tạo thêm đốitượng mới “tham số điều khiển lưu lượng” gồm 6 tham số: Tốc độ số liệu đỉnh, kíchthước số liệu bùng phát, tốc độ số liệu ngẫu nhiên, kích thước lớn quá hạn, tần số vàtrọng số Hai tham số đầu định nghĩa về số lượng lớn nhất của lưu lượng trong LSP.Hai tham số sau định nghĩa về số lượng lưu lượng Tần số chỉ ra khoảng thời gian LSP

đạt được cung cấp độ rộng băng của LSR và trọng số được dùng để xác định độ rộngbăng trên CDR, phân chia theo LSP.

Có hai lý do để sử dụng MPLS Trước hết MPLS cho phép tách các thông tin sửdụng để chuyển tiếp (nhãn) từ các thông tin có trong mào đầu của gói IP Thứ hai làviệc chuyển đổi giữa FEC và LSP chỉ được giới hạn trong LSR tại một đầu của LSP.Nói một cách khác, việc quyết định gói IP nào sẽ được định tuyến hiện ra sao hoàntoàn do LSR tính toán xác định tuyến Và như đã trình bày ở trên, đây chính là chứcnăng cần thiết để hỗ trợ định tuyến cưỡng bức

1.3.3.3 Giao thức dành trước tài nguyên RSVP

Giao thức dành trước tài nguyên RSVP được mô tả chi tiết trong các RFC2205/3209 Như tên gọi của nó, giao thức dành trước tài nguyên (RSVP) dùng để dànhtrước các tài nguyên cho một phiên làm việc (dòng lưu lượng) trong mạng Internet.Khía cạnh này của Internet là một điều khá đặc biệt vì hơi khác những gì chúng tađược biết – Internet cung cấp các dịch vụ nỗ lực cao nhất, không liên quan đến nhữngyêu cầu xác định trước cho ứng dụng người dùng

Cần nhớ rằng IP là giao thức phi kết nối, nó không thiết lập trước đường đi chocác dòng lưu lượng, trong khi đó RSVP thiết lập trước những đường đi này và đảmbảo cung cấp đủ băng thông cho chúng RSVP không cung cấp các hoạt động địnhtuyến mà sử dụng IPv4 hay IPv6 như là cơ chế truyền tải giống như cách mà các giaothức bản tin điều khiển Internet ICMP và giao thức bản tin nhóm Internet IGMP hoạtđộng

a) Cơ chế hoạt động

RSVP yêu cầu phía thu đưa ra tham số QoS cho dòng lưu lượng Các ứng dụngphía thu phải xác định bản ghi QoS và chuyển tới RSVP Sau khi phân tích các yêucầu này, RSVP gửi các yêu cầu tới tất cả các nút tham gia trong việc vận chuyển dònglưu lượng Chất lượng dịch vụ của một dòng lưu lượng nào đó được thực hiện bằng

các kỹ thuật: Phân loại gói, điều khiển chấp nhận kết nối, lập lịch gói và điều khiển

chính sách.

Hình 1.8 Các thực thể hoạt động RSVP

Bộ phân loại xác định lớp QoS (và có thể là đường đi) cho mỗi gói, dựa trên sự

kiểm tra tiêu đề lớp vận chuyển và lớp IP Với mỗi giao diện đầu ra, bộ lập lịch gói

hay một cơ chế phụ thuộc lớp liên kết dữ liệu nào khác sẽ đảm bảo đạt được giá trịQoS như đã cam kết Bộ lập lịch gói thực hiện các mô hình dịch vụ QoS được địnhnghĩa bởi nhóm làm việc dịch vụ tích hợp IntServ

Như đã chỉ ra trong hình trên, quá trình RSVP chuyển các yêu cầu QoS tới hai

khối quyết định tại chỗ là Điều khiển chấp nhận và Điều khiển chính sách Điều khiển

chấp nhận xác định xem nút có đủ tài nguyên để cung cấp cho dòng lưu lượng với mứcQoS được yêu cầu hay không Điều khiển chính sách xác định xem một dòng lưulượng có được cho phép theo các quy tắc quản lý hay không, chẳng hạn như địa chỉ IPhay nhận dạng giao thức nào đó được hay không được phép dành trước băng thông

Trong quá trình thiết lập việc dành trước tài nguyên, nếu xảy ra trường hợp mộttrong hai hoạt động điều khiển chấp nhận và điều khiển chính sách không thành côngthì sự dành trước tài nguyên sẽ bị hủy bỏ và quá trình RSVP trả lại bản tin thông báolỗi tới phía nhận tương ứng

b) Các bản tin chính của RSVP

RSVP sử dụng hai bản tin cơ bản là bản tin PATH và RESV

Hình 1.9 Các bản tin PATH và RESV

Các hoạt động RSVP được bắt đầu bằng bản tin PATH Nó được sử dụng bởiphía gửi để thiết lập đường đi cho phiên (dòng lưu lượng) Một phiên RSVP được xácđịnh bởi địa chỉ IP đích (DestAddress), nhận dạng giao thức IP (ProtocolIP) và nhậndạng cổng đích

Các bản tin RESV được gửi bởi phía nhận và chúng cho phép phía gửi cũngnhư các nút trung gian biết các yêu cầu của phía nhận Đường đi của bản tin RESVgiống với đường đi của bản tin PATH nhưng theo chiều ngược lại

c) MPLS hỗ trợ RSVP

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

Điều này trở nên khá dễ dàng để kết hợp các nhãn với các luồng dành riêngtrong RSVP, ít nhất là với unicast (đơn hướng) Chúng ta định nghĩa một đối tượng

RSVP mới là đối tượng LABEL được mang trong bản tin RSVP RESV Khi một LSRmuốn gửi bản tin RESV cho một luồng RSVP mới, LSR cấp phát một nhãn từ trongtập nhãn rỗi, tại một lối vào trong LFIB của nó với nhãn lối vào được đặt cho nhãn cấpphát, và gửi đi bản tin RESV có chứa nhãn này Chú ý là các bản tin RESV truyền từ

bộ nhận tới bộ gửi là dưới dạng cấp phát nhãn xuôi

Khi nhận được bản tin RESV chứa đối tượng LABEL, một LSR thiết lập LFIBcủa nó với nhãn này là nhãn lối ra Sau đó nó cấp phát một nhãn để sử dụng như lànhãn lối vào và chèn nó vào bản tin RESV trước khi gửi nó đi Rõ ràng là, khi các bảntin RESV truyền đến LSR ngược thì LSP được thiết lập dọc theo tuyến đường Cũngchú ý là, khi các nhãn được cung cấp trong các bản tin RESV, mỗi LSR có thể dễ dàngkết hợp các tài nguyên QoS phù hợp với LSP Minh hoạ quá trình trao đổi này Trongtrường hợp này chúng ta giả sử các máy chủ không tham dự vào việc phân phối nhãn.LSR-R3 cấp phát nhãn L cho cổng dành riêng này và thông báo nó với LSR-R2 LSR-R2 cấp phát nhãn M cũng cho cổng dành riêng này và thông báo nó tới LSR-R1 Bâygiờ đã có một LSP cho luồng dành riêng từ LSR-R1 tới LSR-R3 Khi các gói tin tươngứng với cổng dành riêng này (ví dụ gói tin gửi từ H1 tới H2 với số cổng nguồn, đíchthích hợp và số giao thức giao vận thích hợp) tới R1, R1 phân biệt nó bằng các thôngtin mào đầu IP và lớp truyền tải để tạo ra QoS thích hợp cho cổng dành riêng ví dụ nhưđặc điểm và hàng đợi các gói tin trong hàng đợi lối ra Nói cách khác, nó thực hiện cácchức năng của một bộ định tuyến tích hợp dịch vụ sử dụng RSVP Hơn nữa, LSR-R1đưa mào đầu nhãn vào các gói tin và chèn giá trị nhãn lối ra là M trước khi gửi chuyểntiếp gói tin tới LSR-R2

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

Hình 1.10 Phân phối nhãn trong bản tin RESV

Lưu ý rằng, do việc tạo ra nhãn kết hợp được điều khiển bởi các bản tin RSVP

vì vậy việc kết hợp được điều khiển như trong các môi trường khác của MPLS Đâycũng là một ví dụ chứng tỏ việc mang thông tin kết hợp nhãn trên một giao thức có sẵnkhông cần một giao thức riêng như LDP

Một kết quả quan trọng của việc thiết lập một LSP cho một luồng với cổngdành riêng RSVP là chỉ có bộ định tuyến đầu tiên trong LSP mà trong ví dụ trên làLSR-R1 liên quan tới việc xem xét các gói tin thuộc luồng dành riêng nào Điều nàycho phép RSVP được áp dụng trong môi trường MPLS theo cách mà nó không thểthực hiện được trong mạng IP truyền thống Theo qui ước, các cổng dành riêng RSVP

có thể chỉ tạo cho những luồng ứng dụng riêng lẻ, tức là những luồng được xác địnhnhờ các trường mào đầu Tuy nhiên, có thể đặt cấu hình LSR-R1 để lựa chọn các góitin dựa trên một số các tiêu chuẩn Ví dụ, LSR-R1 có thể lấy tất cả các gói tin có cùngmột tiền tố ứng với một đích và đẩy chúng vào LSP Vì vậy thay vì có một LSP chomỗi luồng ứng dụng riêng, một LSP có thể cung cấp QoS cho nhiều luồng lưu lượng.Một ứng dụng của khả năng này là có thể cung cấp “đường ống” với băng thông đảmbảo từ một điểm này tới một điểm khác Khả năng này cũng hữu ích cho mục đíchđiều khiển lưu lượng, ở đây một lưu lượng lớn cần được gửi dọc theo các LSP vớibăng thông đủ để tải lưu lượng

Để hỗ trợ một số cách sử dụng RSVP mở rộng, MPLS định nghĩa một đốitượng RSVP mới có thể mang trong bản tin PATH là: đối tượng LABEL_REQUEST.Đối tượng này thực hiện hai chức năng Thứ nhất, nó được sử dụng để thông báo chomột LSR tại phía cuối của LSP gửi RESV trở về để thiết lập LSP Điều này hữu íchcho việc thiết lập các LSP Site-to-Site Thứ hai, khi LSP được thiết lập cho một tậpcác gói tin, không chỉ là một luồng ứng dụng riêng, đối tượng chứa một trường để xácđịnh giao thức lớp cao hơn sẽ sử dụng LSP Trường này được sử dụng tương tự như

mã phân kênh để xác định giao thức lớp cao hơn (IPv4, IPX, v.v ), vì vậy sẽ không cótrường phân kênh trong mào đầu MPLS nữa Do vậy, một LSP có thể cần được thiếtlập cho mỗi giao thức lớp cao hơn nhưng ở đây không giới hạn những giao thức nàođược hỗ trợ Đặc biệt, không yêu cầu các gói tin mang trong LSP được thiết lập sửdụng RSVP phải là các gói tin IP

d) RSVP và khả năng mở rộng

Một trong những điều chắc chắn về RSVP là nó có thể chịu tổn thất về khảnăng mở rộng ở một mức nào đấy Trong thực tế, đặc tính này không chính xác hoàntoàn RSVP khởi đầu được thiết kế để hỗ trợ dự trữ tài nguyên cho các luồng ứng dụngriêng và đây là nhiệm vụ với những thách thức về khả năng mở rộng vốn có

Nói chung thuật ngữ này được sử dụng để chỉ giới hạn sử dụng tài nguyên tăngnhanh như thế nào khi mạng tăng trưởng Ví dụ, trong mạng IP quy mô lớn như mạngxương sống, chúng ta có thể quan tâm đến việc liệu một bảng định tuyến sẽ chiếm bộnhớ của bộ định tuyến lớn đến mức nào, khả năng bộ xử lý và băng thông liên kết rasao Vì thế, bảng định tuyến tăng chậm hơn nhiều so với số người sử dụng kết nối vàomạng

Dự trữ tài nguyên cho các luồng ứng dụng riêng rõ ràng là ảnh hưởng xấu đếnkhả năng mở rộng Chúng ta có thể cho rằng mỗi người sử dụng sẽ dự trữ tài nguyêntại một vài tốc độ trung bình, vì thế số tài nguyên dự trữ được tạo ra trên mạng quy mô

lớn có khả năng tăng nhanh bằng số người sử dụng của mạng Điều này sẽ dẫn đến chiphí lớn nếu mỗi bộ định tuyến phải lưu trữ trạng thái và tiến trình một vài bản tin chocho luồng ứng dụng riêng.

Nói tóm lại, sẽ chính xác hơn nếu nói rằng mức dự trữ tài nguyên cho các luồngứng dụng là kém hơn so với RSVP Sự khác nhau này đặc biệt quan trọng khi chúng taxem xét rằng RSVP không những cần thiết cho việc dự trữ tài nguyên cho các luồngứng dụng riêng mà còn cần để dự trữ tài nguyên cho lưu lượng tổng hợp

1.3.4 Cơ chế 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 Mộtgiao 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 LSPđược xây 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 diện đầu

ra tương ứng Sau đó gói được hoán đổi nhãn qua mạng cho đến khi nó đến LSR lối ra,lúc đó nhãn bị loại bỏ và gói được xử lý tại lớp 3

Hiệu năng đạt được ở đây là nhờ việc đưa quá trình xử lý lớp 3 tới biên củamạng và chỉ thực hiện một lần tại đó thay cho việc xử lý tại từng node trung gian nhưcủa IP Tại các node trung gian việc xử lý chỉ là tìm sự phù hợp giữa nhãn trong gói vàthực thể tương ứng trong bảng kết nối LSR và sau đó hoán đổi nhãn- quá trình nàythực hiện bằng phần cứng

Mặc dù hiệu năng và hiệu quả là 2 kết quả quan trọng, song chúng không phải

là các lợi ích duy nhất mà MPLS cung cấp Trong mắt của những nhà cung cấp cácmạng lớn, thì khả năng để thực hiện kỹ thuật lưu lượng tiên tiến mà không phải trả giá

về hiệu năng của MPLS được quan tâm đặc biệt

MPLS thực hiện các chức năng sau:

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

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

- Cung cấp phương pháp ánh xạ địa chỉ IP với các nhãn đơn giản, có độ dài cố địnhđược sử dụng bởi các công nghệ chuyển tiếp gói và chuyển mạch gói khác nhau

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

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

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

1.4 Sự phát triển GMPLS từ MPLS

Trong những năm trở lại đây, công nghệ WDM ( ghép kênh phân chia theobước sóng) cho phép truyền thông tin dung lượng lớn sử dụng nhiều bước sóng thôngqua một đường truyền dẫn cáp quan duy nhất đã được mở rộng và nâng cao rất nhiều.Tuy nhiên để mạng được hoạt động thông suốt cũng như ổn định thì việc kết hợp vớiIP/MPLS là việc các nhà nghiên cứu đã hướng đến

Xuất phát từ yêu cầu đưa ra một giải pháp mặt phẳng điều khiển cho mạngtruyền tải, một trong những phương pháp giải quyết vấn đề này là phát triển một tậpcác giao thức mới ngay từ đầu cho tất cả kiểu mạng truyền tải Ưu điểm nổi bật củaphương pháp tiếp cận này là mỗi mặt phẳng điều khiển được thiết kế rất hiệu quả chomỗi tiêu chí mạng

Nhược điểm dễ nhận thấy của các mặt phẳng điều khiển được thiết kế riêng đómất rất nhiều công sức để phát triển tập mới cho báo hiệu, định tuyến, các giao thức vàứng dụng kỹ thuật lưu lượng Một nhược điểm nữa là thực tế các dịch vụ có xu hướngphân tách mạng thành các kiểu khác nhau : một số phần được xây dựng từ các router

và switch IP lớp 2, một phần khác được xây dựng từ các thiết bị chuyển mạchSONET/SDH, trong khi các mạng lõi có thể liên kết các bộ tách-ghép quang và kết nốichéo

Và tổ chức IETF đã tập trung hướng phát triển các giao thức MPLS hỗ trợ cácphần tử mạng chuyển mạch hoạt động bởi các phương thức khác nhau như theo thờigian, theo bước sóng (DWDM), không gian (OXC) thành các chuẩn của giao thứcGMPLS Nó cho phép mạng GMPLS xác định và cung ứng kết nối trên mạng mộtcách tối ưu theo yêu cầu lưu lượng của người sử dụng và có khả năng truyền tải thôngsuốt trên mạng IP và sau đó là truyền xuống các tiện ích truyền dẫn quang ở lớp dướinhư là SDH, bước sóng trong hệ thống DWDM trên một sợi quang cụ thể nào đó

Mỗi mạng IP/MPLS được xây dựng trên một mạng sợi quang xác định và trênmỗi một sợi lại có một công nghệ ghép bước sóng được áp dụng Thông thường nhiềuSDH/SONET được phân bổ riêng cho một bước sóng Hình 1.11 cho thấy cấu trúcphân lớp của mạng lưới này Cho đến nay, phân lớp giống như hình 1.11 (a) mạng có

một cấu trúc bởi một lớp quang, lớp TDM và một lớp Packet Khi nhu cầu lưu lượnggiữa các nút trở nên lớn hơn và số lượng bước sóng được ghép tăng lên, hiệu quả sửdụng mạng có thể được cái thiện bằng cách sử dụng một bước sóng với băng thông lớnhơn so với SDH/SONET sau đó chỉ định các nút thực hiện trên mỗi bước sóng đó

Nếu sử dụng kiến trúc như hình1.11 (b) có thể tiết kiệm được chi phí của mạngbằng cách sử dụng một lớp bước sóng chèn giữa lớp TDM và lớp Fiber Các nút thựchiện việc chuyển đổi đơn vị bước sóng, đơn vị sợi trong các đường dẫn TDM được gọilần lượt là OXC ( kết nối quang chéo) và DXC ( kết nối kỹ thuật số chéo) Khi có mộtđơn vị lưu lượng truyền tải rất lớn được xử lý, các OXC có lợi thế hơn DXC về chi phí

và ngược lại nếu lưu lượng IP tăng lên và việc xử lý gói tin IP trở thành vấn đề ưu tiênhơn thì một cấu trúc đơn giản hơn bằng cách loại bỏ các lớp TDM như hình 1.11 (c) 3

mô hình dưới đây sẽ được xây dựng phụ thuộc trên nhu cầu của mạng lưới

Hình 1.11 Cấu trúc phân lớp

Người ta nhận thấy rằng các hoạt động chuyển mạch cơ bản trong mạng WDMrất giống về mặt logic với hoạt động chuyển mạch trong thiết bị MPLS Đó là, chuyểnmạch được yêu cầu phải chuyển đổi một bước sóng đầu vào trên một giao diện ra, điềunày tương tự như ánh xạ MPLS (nhãn đầu vào, giao diện đến) thành (nhãn đầu ra, giaodiện đi) Từ những quan sát ban đầu này, chuyển mạch Lambda đa giao thức (MPƛS)được hình thành MPƛS đã được mở rộng ra trở thành không chỉ có chuyển mạchlambda, mà còn có công nghệ chuyển mạch sợi quang, TDM, chuyển mạch lớp 2 vàchuyển mạch gói/khung/tế bào Các khái niệm đã thực sự được tổng quát hóa và hìnhthành nên GMPLS GMPLS có những chức năng vượt trội để có thể xử lý tốt trongmiền quang

Bảng 1.1 Các chức năng được thực hiện trong GMPLS

Bộ định tuyến

IP, chuyển mạch ATM

Khả năng chuyển mạch gói (PSC)

Thời gian TDM/SONET Khe thời gian

lặp theo chu kỳ

Hệ thống đấu chéo số (DCS), ADM

Khả năng ghép kênh TDM

Chiều dài

Khả năng chuyển mạch Lambda LSCKhông gian

Ví dụ, lưu lượng theo nhiều loại hình truy nhập khác nhau của nhiều người sử dụngđược tập trung tích hợp tại một nút mạng truy nhập hoặc nút mạng biên và sau đó đượctruyền tải vào nút mạng đô thị theo công nghệ SDH hoặc công nghệ ATM Các luồnglưu lượng từ mạng đô thị này này lại được tập trung tích hợp một lần nữa để đưa tớimạng đường trục bằng bước sóng mang lưu lượng, trên hướng truyền ngược lại cũngthực hiện với phương thức tương tự Như vậy việc thực hiện truyền tải lưu lượng như

đã nói ở trên qua rất nhiều các tiện ích truyền tải khác nhau, sử dụng các công nghệkhác nhau, do vậy nếu như thống nhất được về mặt điều khiển, quản lý, xử lý lưulượng thì sẽ là một ưu điểm tuyệt đối trong việc truyền tải lưu lượng và quản lý sửdụng tài nguyên hiệu quả, cung ứng dịch vụ mạng nhanh chóng Đồng thời, đó lànhững mục tiêu thực hiện mà GMPLS hướng tới

1.5 Khác biệt giữa GMPLS và MPLS

Như chúng ta đã thấy ở trên, MPLS và GMPLS có mối quan hệ rất mật thiết.Tuy nhiên, nếu xét một cách tổng thể, mảng điều khiển MPLS và GMPLS vẫn có sựkhác biệt Mặc dù GMPLS là sự mở rộng của MPLS nhưng cách sử dụng của chúnglại khác

Ưu điểm vượt trội so với định tuyến truyền thống của MPLS đó là nó có thểcung cấp chức năng thiết kế lưu lượng, điều này không thể thực hiện đối với hệ thốngđịnh tuyến thông thường, GMPLS hỗ trợ nhiều loại chuyển mạch hơn, hỗ trợ tốt choTDM, bước sóng và chuyển đổi cổng quang Sự hỗ trợ cho các loại chuyển đổi bổsung đã thúc đẩy GMPLS mở rộng một số chức năng cơ bản cảu MPLS truyền thống

ví dụ như thay đổi các đặc tính cơ bản của LSP

Bên cạnh đó, chỉ tiêu phát chuyển của GMPLS tốt hơn rất nhiều so với các hệthống định tuyến truyền thống Một trong các điểm khác biệt chính giữa MPLS vàGMPLS là ở mục đích thiết kế MPLS chủ yếu dành cho mảng số liệu (lưu lượng sốliệu thực) trong khi đó GMPLS lại tập trung vào mảng điều khiển, thực hiện quản lýkết nối cho mảng số liệu gồm cả chuyển mạch gói (Giao diện chuyển mạch gói- PSC)

và chuyển mạch kênh (như TDM, Chuyển mạch bước sóng LSC, Chuyển mạch FSC)

sợi-Một điểm khác nữa giữa MPLS và GMPLS đó là MPLS yêu cầu luồng chuyểnmạch nhãn (LSP) thiết lập giữa các bộ định tuyến biên, trong khi đó GMPLS mở rộngkhái niệm LSP ngoài các bộ định tuyến đó LSP trong GMPLS có thể thiết lập giữa bất

kỳ kiểu bộ định tuyến chuyển mạch nhãn như nhau nào ở biên của mạng Ví dụ, nó cóthể thiết lập LSP giữa các bộ ghép kênh ADM SDH tạo nên TDM LSP; hoặc có thểthiết lập giữa hai hệ thống chuyển mạch để tạo nên LSC LSP hoặc giữa các hệ thốngnối chéo chuyển mạch sợi để tạo nên FSC LSP

1.6 Kết luận chương

Trên đây là các vấn đề cơ bản của chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS baogồm các khái niệm cơ bản, thành phần của MPLS, hoạt động của MPLS và các giaothức được sử dụng trong mạng MPLS Từ đó rút ra được rằng việc sử dụng nhãn ngắn,đơn giản đã làm cho việc chuyển tiếp gói tin một cách nhanh chóng, hiệu quả Kỹthuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS đã kết hợp những đặc điểm nổi bật củachuyển mạch lớp 2 và lớp 3 một cách tốt nhất

Tuy nhiên, với một mạng chuyển mạch quang, ý tưởng về “gắn nhãn” lên cácbước sóng hoặc các sợi quang là điều không thể Do vậy, GMPLS ra đời nhằm mởrộng khả năng hoạt động của MPLS như hỗ trợ chuyển mạch gói, chuyển mạch bướcsóng, chuyển mạch sợi quang Đây sẽ là cơ sở để tìm hiểu công nghệ phát triển hơncủa MPLS đó là GMPLS trong chương tiếp theo

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ GMPLS

Ở chương một chúng ta đã tìm hiểu khá chi tiết về các thành phần và khái niệmtrong MPLS và quá trình phát triển lên GMPLS qua đó biết được sự khác biệt căn bảngiữa hai công nghệ Chương 2 sẽ tìm hiểu về nhãn tổng quan của GMPLS, các bộ giaothức được sử dụng và các thành phần trong một mạng GMPLS

2.1 Giới thiệu về công nghệ GMPLS

GMPLS được IETF đề xuất và thiết kế để đơn giản hóa việc tạo hay quản lýmạng dịch vụ IP/MPLS trên các mạng quang, Tiêu chuẩn này sẽ tạo ra một mặt phẳngđiều khiển duy nhất kéo dài từ IP ở tầng 3 xuống đến tầng truyền tải quang học ở tầngthứ nhất GMPLS loại bỏ các chức năng chồng chéo giữa các lớp bằng cách thu hẹpcác lớp mạng Nó không phải là một giao thức đơn hay tập không đổi các giao thức,

mà đó là phương thức để kết hợp nhiều kỹ thuật trên cùng một kiến trúc đơn và quản

lý chúng với một tập đơn các giao thức quản lý Mặt phẳng chung này đơn giản hóa sựhoạt động và quản lý mạng bằng việc cung cấp các kết nối điểm – điểm, quản lý tàinguyên mạng một cách tự động, cung cấp mức QoS mới và các ứng dụng phức tạphơn.Điều này cho phép mạng dựa trên GMPLS tìm và cung cấp đường đi tối ưu dựatrên những yêu cầu lưu lượng người sử dụng cho luồng khởi tạo trên mạng IP, sau đóđược truyền tải bởi mạng đồng bộ SONET và tiếp theo được chuyển mạch sang mộtbước sóng cụ thể trên một sợi vật lý cụ thể

Thách thức cơ bản với giao thức điều khiển chung là việc thiết lập, bảo trì vàquản lý các đường kỹ thuật lưu lượng để cho phép mặt phẳng dữ liệu truyền tải dữ liệungười sử dụng một cách hiệu quả từ nguồn tới đích Luồng người sử dụng có thểtruyền qua một số nhịp mạng, ví dụ như một mạng lối vào hoặc mạng biên tập hợp cácluồng từ nhiều người sử dụng ( ví dụ như các ứng dụng doanh nghiệp) để đưa vàomạng trung tâm mà dựa trên SONET hoặc ATM Các mạng này lại được kết hợp nhiềuluồng từ các mạng biên khác nhau để đưa và cự ly dài Đường đi đặt trước được sửdụng để đưa dữ liệu tới đích

Hiện nay, nhiều công ty hiện đang triển khai mạng GMPLS để đơn giản việcquản lý mạng và tạo ra một mặt phẳng điều khiển tập trung Điều này cho phép tạo ranhiều dịch vụ hơn cho khách hàng trong khi đó giá thành hoạt động lại thấp GMPLScũng hứa hẹn sẽ mang lại chất lượng dịch vụ tốt hơn và thiết kế lưu lượng trêninternet, một xu hướng hiện tại và cũng là mục tiêu chính của bất cứ nhà cung cấp dịch

vụ nào Trong phần này chúng ta sẽ tìm hiểu sâu hơn những khái niệm mới, thànhphần cơ bản và các vấn đề trong mạng GMPLS

2.2 Nhãn tổng quan của GMPLS

Để có thể hỗ trợ các thiết bị chuyển mạch trong các miền khác nhau, GMPLSđưa vào những bổ sung mới cho khuôn dạng các nhãn Khuôn dạng nhãn mới gọi là “nhãn tổng quát”, nó chứa thông tin cho phép các thiết bị thu lập chương trình chuyểnmạch và chuyển tiếp dữ liệu bất kể cấu trúc của nó (gói, TDM, Lambda…) Nhãn tổng

quát có thể biểu diễn cho một bước sóng đơn, một sợi quang hoặc một khe thời gian.

Nó cũng thể hiện các nhãn MPLS truyền thống, ví dụ như ATM, VCC hoặc shim IP.Thông tin được gắn vào nhãn tổng quát gồm :

1 Kiểu mã hóa LSP mà thể hiện loại nhãn đang được mang (gói, bước sóngSONET…)

2 Loại chuyển mạch thể hiện nút có khả năng chuyển mạch hoặc gói, khe thờigian, bước sóng hoặc sợi quang

3 Bộ nhận dạng tải trọng chung để thể hiện loại tải đang được mang bởi LSP.Giống như MPLS, sự phân bổ nhãn bắt đầu từ LSR phía trước yêu cầu một nhãn từLSR phía sau GMPLS thực hiện điều này tốt hơn bằng việc cho phép LSR phía trước

đề nghị nhãn cho LSP mà có thể được ưu tiên bởi LSR phía sau

2.3 Bộ giao thức trong GMPLS

Sự thể hiện chuyển đổi từ MPLS sang GMPLS đó là các giao thức mở rộng chochức năng báo hiệu (RSVP–TE, CR– LDP) và chức năng định tuyến (OSPF–TE, IS–IS–TE) Những giao thức mở rộng này là sự bổ sung thêm các chức năng cho các phần

tử mạng TDM/SDH và mạng truyền tải quang nói chung

Một giao thức mới đó là giao thức quản lý liên kết LMP (Link-ManagementProtocol) đã được xây dựng để thực hiện quản lý và duy trì tình trạng điều khiển cũngnhư trình trạng truyền tải lưu lượng giữa hai nút kế cận trong mạng GMPLS LMP làmột giao thức thực hiện trên IP, nó bao gồm các chức năng thực hiện RSVP-TE vàCR-LDP

IS-Giao thức định tuyến dùng cho việc khám phá một cách tựđộng về poto mạng, hiện thị các tài nguyên khả dụng Một sốtăng cường chính gồm :

1, Cho biết loại bảo vệ tuyến (1+1, 1:1, không bảo vệ)

2, Nhận và thông báo các liên kết không có địa chỉ IP-IDlink

3, Giao diện ID vào, ra

4, Khám phá tuyến khác nhau cho dự phòngBáo hiệu RSVP-

TE,CR-LDP

Giao thức báo hiệu dùng cho quá trình thiết lập các LSRmang lưu lượng Các tăng cường chính gồm:

1, Trao đổi nhãn, bao gồm cả các mạng không phải chuyểnmạch gói

2, Thiết lập các LSR 2 hướng

3, Báo hiệu để thiết lập đường dự phòng

4, Thúc đẩy việt gán nhãn thông qua các nhãn được đề xuất

4, Hỗ trợ chuyển mạch băng tân – tập các bước sóng gầnnhau được chuyển mạch với nhau

Quản lý

kết nối

LMP Quản lý kênh điều khiển : được thiết lập bởi các tham số

tuyến và đảm bảo sự an toàn cho cả tuyến

Kiểm tra việc kết nối tuyến : Đản bảo kết nối vật lý tuyếngiữa các nút lân cận, sử dụng một PING – như một bản tinkiểm tra

Liên kết các đặc tính tuyến : Xác định các đặc tính tuyến củacác nút gần kề

Cô lập lỗi : Cô lập các lỗi đơn hoặc lỗi kép trong miền quang

Trong ngăn xếp, giao thức định tuyến IS-IS-TE tương tự với OSPF-TE nhưngthay vì dùng IP, giao thức mạng phi kết nối (CLNP) sử dụng để mang các thông tin IS-IS-TE

Hình 2.1 Phân bổ trong giao thức GMPLS

2.4 Các thành phần cơ bản trong GMPLS

2.4.1 Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển

Mặt phẳng điều khiển: là một tập hợp phần mềm hoặc phần cứng trong một

thiết bị, như router, được dùng để điều khiển nhiều hoạt động thiết yếu trong mạngnhư phân phối nhãn, tìm tuyến mới, khắc phục lỗi… Nhiệm vụ chính của mặt phẳngđiều khiển là cung cấp dịch vụ cho mặt phẳng dữ liệu

Mặt phẳng dữ liệu: có nhiệm vụ chuyển tiếp lưu lượng của người sử dụng qua

router Trong môi trường chuyển mạch gói, các bản tin điều khiển và các bản tin chứa

dữ liệu có thể truyền chung trên cùng một liên kết Tuy nhiên, xét về mặt truyền tải, tạicác node, các thiết bị chuyển mạch sẽ chuyển tiếp toàn bộ hoặc một khe thời gian,hoặc một (nhiều) bước sóng, hoặc một sợi quang để có thể vận chuyển được lượngthông tin nhiều nhất Các gói tin điều khiển đều bị bỏ qua và không xét tới Do đó, mặtphẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển hoạt động tách rời với nhau Các bản tin điều

khiển này có thể được vận chuyển nhờ một kênh dữ liệu của mặt phẳng dữ liệu hoặc

có thể được vận chuyển thông qua một mạng độc lập khác

2.4.2 Nhãn (Label)

Cũng như trong MPLS, nhãn là một khung nhận dạng ngắn, có chiều dài cốđịnh và không có cấu trúc Mục đích chính của nhãn là xác định LSP mà gói tin đượcchuyển tiếp Nhãn trong GMPLS không như nhãn trong MPLS Trong MPLS, nhãnđược gán trực tiếp vào gói tin khi chuyển trong mạng Sau đó, các LSR sẽ xử lý cácnhãn này khi gói tin tới LSR Với GMPLS, nhãn không thể làm điều này vì dữ liệutrong mạng gồm nhiều loại được quy định khác nhau như bước sóng, khe thời gianhoặc đơn giản là các cổng của các sợi quang Do đó, nhãn trong GMPLS được hiểungầm giữa hai LSR gần nhau và tất nhiên các LSR này phải hiểu và xử lý các nhãnnày

2.4.3 Bộ định tuyến chuyển mạnh nhãn LSR

Là các node mạng có chức năng xử lý nhãn, gỡ nhãn cũ và gắn nhãn mới chogói Các giao diện của LSR được chia thành các loại giao diện riêng để có thể thựchiện chuyển mạch các gói tin, bước sóng hay các khe thời gian…

 Packet Switch Capable (PSC) interfaces: giao diện có khả năng chuyểnmạch gói

 Layer 2 switch Capable (L2SC) interfaces: giao diện có khả năng chuyểnmạch lớp 2

 Time-Division Multiplex Capable (TDM) interfaces: giao diện có khảnăng ghép kênh thời gian

 Lambda Switch Capable (LSC) interfaces: giao diện có khả năng chuyểnmạch bước sóng

 Fiber-switch Capable (FSC) interfaces: giao diện có khả năng chuyểnmạch sợi quang

2.4.4 Tuyến chuyển mạch nhãn (Label Switching Path)

Là con đường mà thông tin truyền qua mạng LSP được bắt đầu bởi một LSRngõ vào (ingress node) và kết thúc ở một LSR ngõ ra (egress node) LSP trongGMPLS sử dụng kiến trúc phân cấp tương tự như trong MPLS Với MPLS, các gói tindựa vào các stack label để phân cấp trên LSP của mình Với GMPLS, việc gán cácnhãn này là không thể Tuy nhiên, GMPLS vẫn có kiến trúc phân cấp

Với mô hình phân cấp như trên, một LSP có thể đi qua nhiều giao diện chuyểnmạch khác nhau của các giao tiếp tại LSR Ví dụ một LSP được thiết lập với yêu cầuchuyển các gói tin có thể đi qua một giao diện khác được thiết lập TDM LSP của giaodiện TDM này có thể được đi nhờ qua một giao diện LSC Tới lượt LSP lại được ghépvới một giao diện của một liên kết chuyển mạch quang FSC

2.5 Các đặc tính trong mạng GMPLS

2.5.1 Tính chuyển hướng đa dạng

GMPLS được phát triển mở rộng để có khả năng hỗ trợ các phần tử mạngtruyền tải thông tin từ đầu cuối tới đầu cuối thông qua nhiều mạng với các công nghệkhác nhau với tốc độ xử lý truyền tải nhanh Để thực hiện được điều này trong côngnghệ GMPLS, người ta chèn thêm thông tin trong các nhãn MPLS Định dạng mới nàycủa nhãn được gọi là "nhãn tổng quát" (Generalized Label) cho phép các thiết bị thunhận dữ liệu ở các dạng nguồn khác nhau (như là gói tin trong mạng chuyển mạch gói,các khung ghép kênh dự liệu trong mạng TDM, bước sóng mang dữ liệu trong mạngtruyền tải quang ) Một nhãn tổng quát có thể đại diện cho một bước sóng, sợi quangđơn lẻ hoặc một time-slot, ngoài ra nó còn đại diện cho dữ liệu của các nguồn lưulượng khác đã thực hiện với nhãn MPLS như là VCC trong ATM, phần gắn thêm(shim) trong gói tin IP Các thông tin sau đây gắn liền với nhãn tổng quát:

- Dạng của mã LSP để chỉ thị loại nhãn mang lưu lượng ( ví dụ: gói tin,bước sóng, SDH )

- Loại hình chuyển mạch, chỉ thị cho nút mạng khi nào sẽ thực thi các loạihình chuyển mạch khác nhau: chuyển mạch gói, chuyển mạch kênh,chuyển mạch bước sóng, chuyển mạch sợi quang

Tương tự như MPLS, sự phân bố nhãn được khởi đầu từ việc yêu cầu phân bốnhãn từ đường lên đối với đường xuống của LSR GMPLS thực hiện bằng cách chophép đường lên của LSR đề xuất trước giá trị của nhãn cho một LSP và giá trị nhãnnày có thể được thay thế bằng giá trị nhãn gửi trả lại từ đường xuống của LSR

2.5.2 Tính năng chuyển tiếp đa dạng (Forwarding Diversity)

Các thiết bị MPLS có khả năng nhận biết nội dung thông tin chuyển tiếp qua,nghĩa là thông tin chưa trong mào đầu của tế bào tin (Cell) hoặc gói tin Đồng thờichúng cần phải phân tích các nhãn (các mào đầu Shim) để xác định cửa ra và cửa vàocho các gói tin được gắn nhãn Quá trình trao đổi nhãn là độc lập về mặt logic giữamặt phẳng truyền tải dữ liệu và điều khiển

GMPLS thực hiện mở rộng tính năng này để các thiết bị GMPLS có thể nhậnbiết mọi loại mào đầu mà chúng thu được Trường hợp này GMPLS cho phép mặtphẳng điều khiển và truyền tải có thể tách rời nhau không những về mặt lô gics mà còn

có thể tách rời về mặt vật lý.Ví dụ, thông tin điều khiển đường điều khiển giữa nútmạng có thể truyền theo kênh kết nối Ethernet hoặc qua các tiện ích truyền dẫn khác

mà nó không cần quan tâm việc thông tin quản lý giữa hai nút mạng được truyền tảibằng cách nào

Việc lựa chọn tiện ích truyền tải thông tin điều khiển giữa các nút mạngGMPLS là rất có ý nghĩa về mặt kinh tế Rõ ràng là không nên sử dụng sợi quangriêng biệt để truyền thông tin điều khiển giữa các ADM trong một mạng ring SDH nào

đó Thay vào đó chúng ta có thể tiếp cận giải quyết vấn đề theo một cách khác, mộttrong những cách đó là sử dụng những byte thông tin mào đàu còn trống trong khung

SDH để truyền các thông tin về điều khiển Với mào đầu trống trong khung STM-1chúng ta có thể tận dụng được một dung lượng kênh truyền tải 768 kbit/sec để trao đổithông tin điều khiển giữa các nút mạng Phương pháp này có rất nhiều ưu điểm và cótính khả thi cao.

2.5.3 Cấu hình (configuration)

Khi một LSP cần được tạp lập khởi đầu từ phạm vi mạng truy nhập, nó yêu cầu thiếtlập một vài LSP khác dọc theo tuyến từ nút đầu tới nút cuối Các LSP trung gian cóthể được tạo lập thông qua các thiết bị TDM và LSC Các thiết bị này có thể có nhữngđặc điểm riêng khác nhau do vậy chức năng GMPLS cần phải thống nhất được các đặctính khác nhau đó để tạo lập các LSP từ đầu cuối tới đầu cuối

2.5.4 Nhãn đề xuất ( Suggested Label )

Một đường lên tại nút mạng có thể lựa lựa chọn một nhãn đề xuất với đườngxuống của nó Đường xuống có quyền từ chối các tham số kiến tạo LSP do nhãn đềxuất đưa ra và đề xuất các tham số của mình Nhãn đề xuất trong trường hợp này cònđược sử dụng để tìm đường bên trong từ cửa vào tới cửa ra một cách nhanh chóng.Nhãn đề xuất cho phép các DCS tự định cấu hình của mình bằng nhãn đề nghị(Proposed Label) thay vì chờ nhãn đưa lại từ hướng ngược lại trên đường xuống Nhãn

đề xuất đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập các đường dự phòng LSP trongtrường hợp có sự hư hỏng tuyến Tuy nhiên, nếu trong trường hợp thiết bị đườngxuống từ chối nhãn đề nghị và đưa ra đề nghị riêng của nút về tham số kiến tạo LSPthì thiết bị đường xuống phải định lại cấu hình với nhãn mới

2.5.5 LSP hai hướng ( Bidirectional LSP )

Bảo vệ mạng chống lại những hư hỏng của mạng, chẳng hạn như đứt sợi cáp quang trong mạng quang sẽ cung cấp chức năng tìm sợi quang thay thế trong các cấu cấu trúc mạng cụ thể Cũng tương tự như vậy, các LSP được thiếtlập trong mạng quang cũng cần phải được bảo vệ Vấn đề này được giải quyết bằng cách thực hiện các LSP hai chiều đơn hướng, mỗi LSP một hướng sẽ là sựphòng cho LSP hướng kia LSP hai hướng sẽ thực hiện kỹ thuật lưu lượng và

cơ chế phục hồi giống nhau trên mỗi hướng GMPLS thực hiện chức năng kiến tạo các LSP hai hướng thông qua các một tập bản tin giao thức báo hiệu (ví dụ các bản tin RSVP/PATH và RESV)

2.5.6 Tính mở rộng ( Scalability )

Chức năng chuyển tiếp LSP cận kề (FA–LSP)

Chức năng FA-LSP này được thực hiện trên cơ sở các LSP của mạng GMPLS để truyền tải các LSP khác Một FA-LSP được thực hiện giữa hai nút mạng GMPLS được xem như là một đường kết nối ảo có những đặc tính kỹ thuật lưu lượng riêng biệt và được thông báo cho chức năng OSPF/IS-IS như một đường thông giống như bất kỳ một đường thông vật lý nào Một FA-LSP

có thể được lưu vào trong dữ liệu định tuyến để định tuyến đường Đồng thời,

một FA-LSP có thể được đánh số hoặc không đánh số tùy thuộc vào việc xem FA-LSP đó là một đường thông bình thường hay không

Hình trên mô tả cơ chế hoạt động của một TDM LSP (LSPtdm), nó được xem như là một đường thông kết nối giữa hai thiết bị LSR định tuyến gói trong mạng PSC thay vì đó là một đường thông kết nối vật lý như trong mạng TDM

Hình 2.2 Cơ chế chuyển tiếp kế cận

2.5.7 Cấu trúc LSP

Cấu trúc mạng (bao gồm các lớp truy nhập, lớp lõi và lớp mạng trục) Giả thiếtrằng khi nhu cấu kết nối trên mạng tăng lên, nghĩa là xuất hiện những kết nối dòng lưulượng từ đầu cuối tới đầu cuối của các doanh nghiệp từ lớp mạng truy nhập yêu cầu.Nếu như các nút mạng không có cơ chế định băng thông một cách mềm dẻo, nghĩa làchỉ có các băng thông cố định kết nối gắn với các đường thông vật lý thì vần đề là rấtkhó giải quyết Trong trường hợp như vậy, một luồng băng thông kết nối vật lý STM-

64 giữa hai chuyển mạch OXC của mạng đường trục cũng không thể truyền tải mộtdòng lưu lượng yêu cầu với tốc độ 100 Mbps từ lớp truy nhập

Hình 2.3 Cấu hình mạng

2.5.8 Cơ chế bó đường ( Link Bundling )

Trong tương lai có thể sự phát triển của mạng quang sẽ là rất dày đặc Mộtmạng cáp quang có cần phải quản lý có thể lên tới hoàng chục tới hàng trăm sợi quangtrên cùng một tuyến, mỗi một sợi quang lại có thể truyền tải hàng trăm tới hàng ngànbước sóng quang, việc quản lý đường, quản lý tuyến sẽ trở lên rất phức tạp nếu nhưkhông có một cách thức hợp lý.GMPLS đã đưa ra một phương thức quản lý đường vàtuyến trong mạng quang tương đối hợp lý đó là phương thức bó đường

Phương thức bó đường cho phép ghép một vài đường vào làm một và thông báo

về đường đó cho các giao thức định tuyến, chẳng hạn như OSPF, hoặc IS-IS Thôngtin truyền tải theo phương thức này có thể là mang tính chất rút gọn và không đầy đủnhưng ưu điểm là dung lượng xử lý sẽ giảm đi rất nhiều nếu như sử dụng phương pháplưu trữ cơ sở dữ liệu định tuyến

Kỹ thuật bó đường chỉ cần một đường điều khiển, điều đó cho phép giảm sốlượng bản tin báo hiệu điều khiển cần phải xử lý

GMPLS có thể cho phép bó đường một cách mềm dẻo theo phương thức điểm –điểm (PTP) thực hiện cho các LSP và thông báo thông tin bó đường này cho các giaothức OSPF (chuyển tiếp cận kề)

Tuy vậy, phương thức bó đường này cũng bộc lộ một số hạn chế như:

- Toàn bộ các đường trong cùng một bó phải bắt đầu và kết thúc trong cùngmột cặp LSR

- Toàn bộ các đường trong cùng một bó phải có cùng chung một loại (ví dụnhư PTP hoặc quảng bá)

- Toàn bộ các đường trong cùng một bó phải có cùng một dạng cho cơ chếchuyển mạch - PSC, TDMC, LSC, hoặc FSC

2.5.9 Độ tin cậy ( Reliability )