Báo cáo chuyên đề chuyển mạch

Nhóm 16 Trang7 Hình 2-1 Một miền MPLS tiêu biểu 2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương FEC Lớp chuyển tiếp tương đương Forwarding Equivalence Class: mô tả sự kết hợp các gói tin có cùng địa c

Nhóm 16 Trang1

LỜI NÓI ĐẦU

Khi mạng Internet phát triển mở rộng, các nhu cầu về sử dụng mạng Internet vào mục đích học tập, giải trí, làm việc ngày càng cao Dẫn đến lưu lượng truyền tải trong mạn tăng cao Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ra đời đã đáp ứng được nhu cầu phát triển của mạng hiện nay

Kỹ thuật định tuyến MPLS là một kỹ thuật khá mới, trong quá trình nghiên cứu

đè tài này không tránh khỏi sai sót, mong thầy thông cảm

Sau đây em xin trình bày nội dung của đề tài gồm 4 phần

Nhóm 16 Trang2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Nhóm 16 Trang3

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 2

1 Tổng quan về MPSL 5

2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS 6

2.1 Miền MPLS 6

2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) 7

2.3 Nhãn (Label), Stack nhãn (Label stack) 8

2.4 Đường chuyển mạch nhãn LSP 9

2.5 Đường hầm 9

2.6 Các LSR ngược dòng (upstream) và xuôi dòng (downstream) 10

3 Các cấu trúc dữ liệu 10

3.1 Mục chuyển tiếp nhãn chặng tiếp theo (NHLFE) 11

3.2 Mục FEC to NHLFE (FTN) 11

3.3 Ánh xạ nhãn đưa đến (ILM) 12

3.4 Chuyển đổi nhãn 12

4 Giao thức phân phối nhãn: 12

4.1 Các định danh LDP và các địa chỉ chặng tiếp theo 13

4.1.1 Các định danh LDP 13

4.1.2 Tìm địa chỉ cho chặng tiếp theo 13

4.2 Cơ chế hoạt động của LDP 14

4.2.1 Phát hiện phiên LDP 14

4.2.2 Khởi động ,thiết lập và duy trì phiên LDP 15

4.2.3 Cấu trúc thông điệp LDP 16

4.2.3.1 LDP-PDU 17

4.2.3.2 Định dạng thông điệp LDP 17

Nhóm 16 Trang4

4.2.3.3 Các bản tin LDP 18

4.2.4 Các kiểu công bố nhãn 24

4.2.4.1 Công bố nhãn xuôi dòng theo yêu cầu 24

4.2.4.2 Công bố nhãn xuôi dòng không theo yêu cầu 24

4.2.5 Các kiểu điều khiển LSP 25

4.2.5.1 Điều khiển phân bố nhãn độc lập 25

4.2.5.2 Điều khiển phân bố nhãn theo kiểu tuần tự 25

4.2.6 Các kiểu duy trì nhãn 27

4.2.6.1 Kiểu duy trì nhãn bảo toàn 27

4.2.6.2 Duy trì nhãn kiểu tự do 27

4.3 Hoạt động định tuyến và duy trì tuyến LSP 28

4.3.1 Hoạt động định tuyến 28

4.3.1.1 Định tuyến từng chặng 28

4.3.1.2 Định tuyến tường minh 29

4.4 Thiết lập và duy trì tuyến LSP 29

IP là chuyển theo từng chặng một Mỗi nút mạng tính toán bản chuyển tin 1 cách độc lập Điều này có điểm lợi là làm cho giao thức này đáng tin cậy vì các router định tuyến độc lập nên có thể phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi định tuyến khi router biết được sự thay đổi topo mạng thông qua việc cập nhập thông tin về trạng thái kết nối Tuy nhiên việc này làm cho việc chuyển mạch xảy ra chậm vì các gói tin sẽ bị kiểm tra trên từng chặng

Giao thức ATM là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin gởi đi Giao thức ATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu và giữ cố định trong thời gian kết nối Điều này giúp ATM chuyển mạch nhanh hơn với lưu lượng lớn hơn

Nhóm 16 Trang6

Công nghệ MPLS sử dụng cơ chế chuyển gói tin của ATM để tăng tốc độ truyền tin mà không cần thay đổi giao thức định tuyến của IP MPLS tách chức năng của IP router ra làm 2 phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển:

- Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệu vụ gởi gói tin giữa các IP router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như của ATM Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn mới của nó Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin theo kiểu thông tương do vậy cải thiện khả năng của thiết bị Các Router sử dụng thuật này gọi là LSR (Label Switching Router)

- Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch

2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS

Nhóm 16 Trang7

Hình 2-1 Một miền MPLS tiêu biểu

2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC)

Lớp chuyển tiếp tương đương (Forwarding Equivalence Class): mô tả sự kết hợp các gói tin có cùng địa chỉ đích thành các lớp để có chính sách xử lý tương ứng, nghĩa là chúng được chuyển tiếp cùng giao tiếp với cùng chặng tiếp theo và được ấn định cùng lớp phục vụ Giá trị FEC trong gói tin có thể thiết lập mức độ ưu tiên cho việc điều khiển gói nhằm hỗ trợ hiệu quả hoạt động của QoS (Quality of Service) Khi một gói đi vào miền MPLS tại node ngõ vào, nó được ánh xạ đến 1 FEC Việc ánh xạ một gói vào FEC có thể nhờ các thông số sau :

- IP nguồn, IP đích

- Cổng nguồn, cổng đích

Hình 2-2: Lớp chuyển tiếp tương đương FEC

Nhóm 16 Trang8

2.3 Nhãn (Label), Stack nhãn (Label stack)

Nhãn là một bộ phận nhận dạng gói tin có độ dài ngắn nhất định, mạng ý nghĩa

cục bộ để nhận biết 1 FEC Nhãn được gán lên một gói tin để báo cho LSR biết gói này này cần đi đâu.Một gói được ấn định đến 1 FEC dựa trên cơ sở địa chỉ đích lớp mạng của nó nhưng nhãn không được mã hóa trực tiếp các thông tin từ header lớp mạng Nhãn có thể nằm trong header đóng gói gọi là header chèn Nó cũng có thể ở trong khung lớp tuyến dữ liệu nòa đó, miễn là một trường sẵn sàng cho mục đích này

Ví dụ 1 header chèn gồm các trường:

- Trường nhãn Label: 20bits, mang các giá trị nhãn xác thực

- Trường thực nghiệm: 3bits, chưa được định nghĩa

- Trường S: 1bit, stack hỗ trợ phân cấp stack nhãn

- TTL: 8bits, Time-to-Live kết hợp với chức năng IP

Hình 2-3: Header chèn Stack nhãn là một tập hợp các thứ tự các nhãn gắn theo các gói tin để truyền tải

thông tin về nhiều FEC và về các LSP tương ứng mà các gói sẽ đi qua Ngăn xếp nhãn được đại diện bằng một chuỗi “các chỉ số của ngăn xếp nhãn” xuất hiện sau header lớp tuyến dữ liệu nhưng trước header lớp mạng Các chỉ số có thể đẩy vào hay lấy ra khỏi stack

Hình 1-6 Stack nhãn

Nhóm 16 Trang9

2.4 Đường chuyển mạch nhãn LSP

Đường chuyển mạch nhã được thiết lập từ router LER đầu vào (dữ liệu đầu vào

là gói IP truyền thống, LSR đầu vào sẽ ấn định nhã cho gói thông tin này) đến LER đầu cuối (sẽ gỡ bỏ nhãn cho gói dữ liệu khi đi ra khỏi miền MPLS) LSP được xây dựng bằng các giao thức LDP (Label Distributed Protocol)

Một LSP nối từ đầu đến cuối gọi là đường hầm liên kết các đoạn LSP giữa các nút

Nhóm 16 Trang10

và đưa vào một nhãn được xác nhận bởi R21 Nhãn mới này có độ sâu là 2 để chuyển mạch cho R21, R22,R23 Khi P đến R23, nhãn đỉnh sẽđược đẩy ra khỏi stack và stack nhãn chỉ có độ sâu bằng 1 Nhãn này sẽ được xác nhậnbởi R3 và sử dụng nó để chuyển gói đến R4 Quá trình xếp chồng nhãn cho phép LSP đào hầm để có thể xuất hiện ở mọi độ sâu của stack

2.6 Các LSR ngược dòng (upstream) và xuôi dòng (downstream)

Giả sử Ru và Rd là các LSR (Label Switching Router) và Ru và Rd đã thỏa thuận dán nhãn L với FEC F cho các gói được gởi từ Ru tới Rd thì Ru là LSR ngược dòng và Rd là LSR xuôi dòng

Hình 2-6 Các LSR ngược dòng và xuôi dòng

3 Các cấu trúc dữ liệu

Hình 3-1Chuyển tiếp các gói trong miền MPLS

Phần này mô tả các cấu trúc dữ liệu mà được yêu cầu để thiết lập và duy trì các LSP gồm có

- Mục chuyển tiếp nhãn chặng tiếp theo (NHLFE)

- FEC tới NHLFE

- Ánh xạ nhãn đưa đến (ILM)

Nhóm 16 Trang11

3.1 Mục chuyển tiếp nhãn chặng tiếp theo (NHLFE)

Mục chuyển tiếp nhãn chặng tiếp theo NHLFE (Next Hop LabelForwarding Entry) được sử dụng khi chuyển tiếp một gói được đóng gói trong một khung MPLS, nghĩa là gói được dán nhãn Nó chứa các thông tin sau:

• Chặng tiếp theo của gói

• Thao tác để tiến hành trên gói

• Thay nhãn ở đỉnh bằng một nhãn mới

• Đẩy ra một nhãn

• Thay thế nhãn đỉnh bằng một nhãn mới và ấn vào một hay nhiều nhãn mới

trong stack

• Đóng gói tuyến dữ liệu để sử dụng khi truyền gói

• Cách mã hoá stack nhãn khi truyền gói

• Gán một giá trị cho LSP gọi là LSP ID

• Các thông tin hỗ trợ cần để kết thúc thuộc tính của gói

Hình 3-2Bảng NHLFE

3.2 Mục FEC to NHLFE (FTN)

Một bảng FTN được sử dụng để chuyển tiếp các gói không dán nhãn,

nó ánh xạ nhãnđưa đến với một tập hợp các NHLFE để xác định một LERtrong đó nó

cung cấp một nhãn khởi đầu cho bước đầu tiên Bảng 1-11 cho thấy các mục trong

một FTN tiêu biểu

Hình 3-3 FTN

Nhóm 16 Trang12

3.3 Ánh xạ nhãn đưa đến (ILM)

Ánh xạ nhãn đưa đến ILM (Incoming Label Map) ánh xạ mỗi nhãn đưa đến tới một tập hợp các NHLFE Nó được sử dụng khi chuyển tiếp gói đưa đến như các gói được dán nhãn

3.4 Chuyển đổi nhãn

Chuyển đổi nhãn là các dùng các thử tục để chuyển tiếp gói Để chuyển tiếp gói có nhãn, LSR kiểm tra nhãn trên đỉnh stack và ánh xạ ILM để ánh xạ nhãn này tới một Entry của chuyển tiếp nhãn NHLFE Sử dụng thông tin trong NHLFE, LSR xác định nơi chuyển tiếp gói và thực hiện trên Stack nhãn Rồi nó mã hóa Stack nhãn mới vào gói và chuyển đi

Chuyển tiếp gói chưa có nhãn cũng tương tự xảy ra ở LER ngõ vào LER phải phân tích Header lớp mạng đế xác định FEC rồi sử dụng ánh xạ FTN để ánh xạ FEC vào một NHLFE

Hình 3-4 Thuật toán chuyển đổi nhãn

4 Giao thức phân phối nhãn:

Giao thức phân phối nhãn LDP ( Label Distribution Protocol) được sử dụng giữa các node trong mạng MPLS để thiết lập và duy trì,trao đổi thông tin giữa các nhãn.Để cho MPLS hoạt động thì thông tin phân bố nhãn cần được truyền tải một cách tin cậy và các thông điệp phân bố nhãn đi đôi với một FEC cụ thể cần để truyền

sự tin cậy cho các phiên

Một LSR duy trì các nhãn đã biết trong cơ sở thông tin nhãn LIB (Label Information Base).Trong đó thao tác theo kiểu xuôi dòng không yêu cầu Downstream Unsocolited thì một mục LIB cho một địa chỉ prefix kết hợp một chọn lựa một cặp nhận dạng LDP và nhãn với prefix,một cặp như vậy cho mỗi LDP ngang hàng công

bố với prefix

4.1.2 Tìm địa chỉ cho chặng tiếp theo

Khi một chặng tiếp theo có địa chỉ prefix thay đổi thì LSR phải thay nhãn dựa theo thông tin trong LIB để chuyển FEC tới chặng kế tiếp.Khi một LSR biết một nhãn cho một prefix từ một LDP ngang hàng thì nó phải xác định ngang hàng này là hiện tại cho chặng tiếp theo

Để thực hiện được điều này,LSR phải có khả năng ánh xạ định danh LDP đến các LSR ngang hang khác để kiểm tra LSR lân cận này là chặng tiếp theo cho prefix

mà nó đang sở hữu hay không.LSR sẽ công bố các địa chỉ của nó cho một LSR ngang hang khác thông qua các bản tin LDP Address và Withdraw Address,trong đó một LSR sẽ gửi bản tin Address để công bố địa chỉ của nó,trong khi bản tin Withdraw Address để thu hồi lại địa chỉ đã công bố trước đó

cơ bản

Hình4-1: Các bước thiết lập phiên LDP

Ở hình trên,các thông điệp Hello được trao đổi trên nền giao thức UDP.Các thông điệp còn lại đảm bảo tin cậy nên dung giao thức TCP.Trường hợp 2 LSR ngang hàng có kết nối trực tiếp thì thủ tục phát hiện LSR ngang hàng là:

 Một LSR sẽ gửi theo định kỳ một bản tin Hello,nếu nó nhận được một bản tin Hello từ những LSR ngang hàng khác trả về thì nó sẽ biết được tất cả các LSR mà nó có kết nối trực tiếp

 Khi một LSR biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lập kết nối TCP đến LSR đó.Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa

2 LSR

Phiên LDP là phiên song hướng nên mỗi LSR ở hai đầu nối kết đều có thể yêu cầu và gửi liên kết nhãn.Trong trường hợp hai LSR không có kết nối trực tiếp thì LSR định kỳ gửi bản tin Hello đến cổng UDP đã biết tại địa chỉ IP xác định được khai báo

Nhóm 16 Trang15

khi thiết lập cấu hình.Đầu nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin Hello khác

và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên

4.2.2 Khởi động ,thiết lập và duy trì phiên LDP

Các LSR thiết lập các phiên giữ chúng để công bố và trao đổi nhãn cho nhau.Mối không gian nhãn công bố và trao đổi yêu cầu một phiên LDP riêng biệt

Sự trao đổi thông điệp Discovery Hello giữa 2 LSR kích khởi thiết lập phiên LDP.Quá trình này gồm 2 thủ tục:

 Thiết lập kết nối vận chuyển

 Khởi động phiên

Thiết lập nối kết vận chuyển:

1.LSR1 xác định các địa chỉ vận chuyển để sử dụng tại đầu cuối (A1) của nó và đầu cuối (A2) của LSR2.A1 là địa chỉ của LSR1 công bố

a.Nếu LSR1 sử dụng trường địa chỉ trong bản tin Hello thì A1 là địa chỉ nó công bố cho LSR2

b.Nếu LSR1 không sử dụng trường địa chỉ thì A1 là địa chỉ IP nguồn được sử dụng trong các Hello mà nó gửi đến LSR2

Tương tự địa chỉ A2 cũng được xác định như trên

2.LSR1 xác định nó đóng vai trò tích cực hay thụ động trong thiết lập phiên bằng việc so sánh địa chỉ A1 và A2 là các số nguyên không dấu.Nếu A1>A2 thì nó đóng vai trò tích cực,ngược lại thì nó là thụ động

3.Nếu LSR1 tích cực,nó thử thiết lập nối kết LDP TCP bằng việc nối đến cổng LDP well-know tại địa chỉ A2.Nếu LSR1 thụ động thì nó chờ LSR2 thiết lập nối kết LDP TCP đén cổng well-know của nó

Khởi động phiên

Sau khi LSR1 và LSR2 được thiết lập nối kết vận chuyển thì nó thỏa thuận các tham số phiên bằng việc chuyển các thông điệp LDP Intialization Các tham số được thỏa thuận bao gồm phiên bản của giao thức LDP,các phương thức phân bố nhãn,các giá trị định thời và các phạm vi VPI/VCI cho ATM

Sau khi đạt đạt sự thỏa thuận từ việc trao đổi qua lại các bản tin Hello,ta đã thiết lập một phiên LDP giữa LSR1 và LSR2cho việc công bố các không gian nhãn

 Khi LSR1 là thụ động:

 LSR1 khi nhận được thông điệp Initialization thì nó xem thử bản tin này

có thích hợp với phần định danh LDP hay không

 Nếu thích hợp thì LSR1 sẽ gửi trả lại thông điệp Initialization của nó cho LSR2, đồng thời kèm theo bản tin Keep Alive để chấp nhận tín hiệu của các tham số của LSR2.Nếu các tham số không được chấp nhận thì LSR1 sẽ gửi thông điệp Session Rejected Parameter Error Notification và đóng kết nối TCP

 Nếu LSR1 không tìm thấy sự tương thích từ bản tin Hello Adjacency thì

nó gửi đi bản tin Session Rejected No Hello Error Notification và đóng kết nối TCP

 Nếu LSR1 nhận thông điệp Keep Alive trong đáp ứng Initialization của

 Nếu LSR1 nhận thông điệp Keep Alive thì có nghĩa là LSR2 đã chấp nhận khởi tạo phiên LDP

4.2.3 Cấu trúc thông điệp LDP

Trao đổi thông điệp LDP thực hiện bằng cách gửi các LDP-PDU ( Protocol Data Unit) thông qua các phiên LDP trên kết nối TCP.Mỗi LDP-PDU có thể mang một hoặc nhiều thông điệp,và các thông điệp này không nhất thiết phải có liên quan với nhau

Có 4 loại thông điệp LDP là cơ sở thiết lập và duy trì LDP:

Nhóm 16 Trang17

 Các thông điệp phát hiện công bố sự có mặt của các LSR

 Các thông điệp thiết lập và duy trì phiên LDP

 Các thông điệp công bố,tạo, thay đổi và xóa các ánh xạ nhãn với các FEC

 Các thông điệp để truyền đạt các thông tin trạng thái, lỗi hoặc cảnh báo

4.2.3.1 LDP-PDU

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

Hình4-2 Format của LDP-PDU

PDU Length(2 octec): số nguyên chỉ chiều dài của PDU theo octec,không tính trường Version và PDU Length LDP Indentifier (6 octec): xác định không gian nhãn được cấp phát.4 octec đầu là giá trị duy nhất tồn cục nhận dạng LSR,như địa chỉ IP (Router ID) được gán cho LSR.Hai octec sau xác định một không gian nhãn bên trong.2 nhãn này được set về 0 cho không gian nhãn “per-platform”

4.2.3.2 Định dạng thông điệp LDP

Tất cả các thông điệp LDP có cùng format như sau:

Hình4-3 Định dạng chung của bản tin LDP