“ Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức và ứng dụng mạng riêng ảo

MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MPLS 1 1.1 Sơ lược về công nghệ IP và công nghệ ATM 1 1.1.1 Công nghệ IP 1 1.1.2 Công nghệ ATM 1 1.1.3 IP over ATM 2 1.2 Giới thiệu về chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS). 4 1.2.1 Đặc điểm mạng MPLS 4 1.2.2 Phương thức hoạt động 5 1.3 Lịch sử phát triển và các ưu điểm của MPLS 5 1.3.1 Lịch sử phát triển MPLS 5 1.3.2 Ưu điểm của MPLS 6 1.4 Cấu trúc của nút MPLS. 7 1.4.1 Mặt phẳng chuyển tiếp 7 1.4.2 Mặt phẳng điều khiển (Control Plane) 11 1.5 Các phần tử chính của MPLS. 12 1.5.1 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR 13 1.5.2 Đường chuyển mạch nhãn LSP 14 1.5.3 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) 15 1.6 Các giao thức sử dụng trong MPLS. 16 1.6.1 Giao thức phân phối nhãn (LDP) 16 1.6.2 Giao thức CR-LDP. 26 1.6.3 Giao thức đặt trước tài nguyên (RSVP). 30 1.6.4 Giao thức cổng biên BGP 34 1.7 Đặc điểm vượt trội của MPLS so với IP over ATM. 35 1.8 Một số ứng dụng MPLS. 37 1.8.1 Mạng riêng ảo VPN. 37 1.8.2 Điều khiển lưu lượng MPLS (MPLS TE). 38 1.8.3 Chất lượng dịch vụ trong MPLS (QoS). 39 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VPN 42 2.1 Khái niệm về VPN 42 2.2 Chức năng và lợi ích của VPN. 43 2.2.1 Chức năng của mạng riêng ảo. 43 2.2.2 Tiện ích của mạng riêng ảo. 43 2.2.3 Nhược điểm và những giải pháp khắc phục. 44 2.3 Mô hình VPN. 44 2.3.1 Mô hình Overlay VPN (VPN chồng lấn). 45 2.3.2 Mô hình VPN ngang cấp (Peer to peer VPN). 46 2.4 Phân loại VPN. 48 2.4.1 VPN truy nhập từ xa (Remote Access VPN). 48 2.4.2 VPN điểm tới điểm (Site - to - Site VPN ). 50 CHƯƠNG 3: MẠNG RIÊNG ẢO MPLS 54 3.1 Giới thiệu về MPLS VPN 54 3.1.1 MPLS VPN là gì? 54 3.1.2 Lợi ích của MPLS VPN 55 3.2 Các thành phần chính của kiến trúc MPLS VPN 55 3.2.1 VRF – Virtual Routing and Foewarding Table 56 3.2.2 RD – Route Distinguisher 58 3.2.3 RT – Routee Targets 59 3.2.4 Giao thức MP-BGP. 60 3.2.5 Hoạt động của mặt phẳng điều khiển MPLS VPN. 61 3.2.6 Hoạt động của mặt phẳng dữ liệu MPLS VPN 62 3.2.7 Định tuyến VPNv4 trong mạng MPLS VPN 62 3.2.8 Chuyển tiếp gói trong mạng MPLS VPN 64 3.3 So sánh MPLS VPN và VPN truyền thống 65 3.3.1 VPN truyền thống 65 3.3.2 MPLS VPN 66 CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM 68 4.1 Cấu hình chi tiết tại các thiết bị 69 4.1.1 Cấu hình router R1 69 4.1.2 Cấu hình router R2 70 4.1.3 Cấu hình router R3 70 4.1.4 Cấu hình router R4 72 4.1.5 Cấu hình router R5 73 4.1.6 Cấu hình router R6 73 4.1.7 Cấu hình router R7 74 4.1.8 Cấu hình router R8 74 4.2 Thông tin định tuyến 74 4.2.1 Thông tin định tuyến R1 74 4.2.2 Thông tin định tuyến R2 74 4.2.3 Thông tin định tuyến R3 75 4.2.4 Thông tin định tuyến R4 75 4.2.5 Thông tin định tuyến R5 76 4.2.6 Thông tin định tuyến R6 76 4.2.7 Thông tin định tuyến R7 76 4.2.8 Thông tin định tuyến R8 77 4.3 Kiểm tra 77 KẾT LUẬN 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN MPLS 1

1.1 Sơ lược về công nghệ IP và công nghệ ATM 1

1.1.1 Công nghệ IP 1

1.1.2 Công nghệ ATM 1

1.1.3 IP over ATM 2

1.2 Giới thiệu về chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) 4

1.2.1 Đặc điểm mạng MPLS 4

1.2.2 Phương thức hoạt động 5

1.3 Lịch sử phát triển và các ưu điểm của MPLS 5

1.3.1 Lịch sử phát triển MPLS 5

1.3.2 Ưu điểm của MPLS 6

1.4 Cấu trúc của nút MPLS 7

1.4.1 Mặt phẳng chuyển tiếp 7

1.4.2 Mặt phẳng điều khiển (Control Plane) 11

1.5 Các phần tử chính của MPLS 12

1.5.1 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR 13

1.5.2 Đường chuyển mạch nhãn LSP 14

1.5.3 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) 15

1.6 Các giao thức sử dụng trong MPLS 16

1.6.1 Giao thức phân phối nhãn (LDP) 16

1.6.2 Giao thức CR-LDP 26

1.6.3 Giao thức đặt trước tài nguyên (RSVP) 30

1.6.4 Giao thức cổng biên BGP 34

1.7 Đặc điểm vượt trội của MPLS so với IP over ATM 35

1.8 Một số ứng dụng MPLS 37

1.8.1 Mạng riêng ảo VPN 37

1.8.2 Điều khiển lưu lượng MPLS (MPLS TE) 38

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VPN 42

2.1 Khái niệm về VPN 42

2.2 Chức năng và lợi ích của VPN 43

2.2.1 Chức năng của mạng riêng ảo 43

2.2.2 Tiện ích của mạng riêng ảo 43

2.2.3 Nhược điểm và những giải pháp khắc phục 44

2.3 Mô hình VPN 44

2.3.1 Mô hình Overlay VPN (VPN chồng lấn) 45

2.3.2 Mô hình VPN ngang cấp (Peer to peer VPN) 46

2.4 Phân loại VPN 48

2.4.1 VPN truy nhập từ xa (Remote Access VPN) 48

2.4.2 VPN điểm tới điểm (Site - to - Site VPN ) 50

CHƯƠNG 3: MẠNG RIÊNG ẢO MPLS 54

3.1 Giới thiệu về MPLS VPN 54

3.1.1 MPLS VPN là gì? 54

3.1.2 Lợi ích của MPLS VPN 55

3.2 Các thành phần chính của kiến trúc MPLS VPN 55

3.2.1 VRF – Virtual Routing and Foewarding Table 56

3.2.2 RD – Route Distinguisher 58

3.2.3 RT – Routee Targets 59

3.2.4 Giao thức MP-BGP 60

3.2.5 Hoạt động của mặt phẳng điều khiển MPLS VPN 61

3.2.6 Hoạt động của mặt phẳng dữ liệu MPLS VPN 62

3.2.7 Định tuyến VPNv4 trong mạng MPLS VPN 62

3.2.8 Chuyển tiếp gói trong mạng MPLS VPN 64

3.3 So sánh MPLS VPN và VPN truyền thống 65

3.3.1 VPN truyền thống 65

3.3.2 MPLS VPN 66

CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM 68

4.1 Cấu hình chi tiết tại các thiết bị 69

4.1.1 Cấu hình router R1 69

4.1.4 Cấu hình router R4 72

4.1.5 Cấu hình router R5 73

4.1.6 Cấu hình router R6 73

4.1.7 Cấu hình router R7 74

4.1.8 Cấu hình router R8 74

4.2 Thông tin định tuyến 74

4.2.1 Thông tin định tuyến R1 74

4.2.2 Thông tin định tuyến R2 74

4.2.3 Thông tin định tuyến R3 75

4.2.4 Thông tin định tuyến R4 75

4.2.5 Thông tin định tuyến R5 76

4.2.6 Thông tin định tuyến R6 76

4.2.7 Thông tin định tuyến R7 76

4.2.8 Thông tin định tuyến R8 77

4.3 Kiểm tra 77

KẾT LUẬN 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

Hình 1.1 : MPLS trong mô hình OSI 4

Hình 1.2 : Cấu trúc một nút MPLS 7

Hình 1.3 : Định dạng nhãn MPLS chung 8

Hình 1.4 : Nhãn trong ngăn xếp nhãn 9

Hình 1.5 : Vị trí của ngăn xếp nhãn cho gói được gán nhãn 10

Hình 1.6 : Cấu trúc của LFIB 10

Hình 1.7 : Các thành phần mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển của MPLS 12

Hình 1.8 : Vị trí của LER và LSR trong mạng MPLS 13

Hình 1.9 : Hoạt động của LSR trong mạng MPLS 14

Hình 1.10 : Đường chuyển mạch nhãn (LSP) 14

Hình 1.11 : Mô hình LSP Nested 15

Hình 1.12 : Lớp chuyển tiếp tương đương 16

Hình 1.13 : Giao thức LDP với các giao thức khác 17

Hình 1.14 : Thủ tục phát hiện LSR lân cận 19

Hình 1.15 : Khuôn dạng các bản tin LDP 20

Hình 1.16 : Bản tin Notification 21

Hình 1.17 : Tham số TLV Hello chung 21

Hình 1.18 : Bản tin Initialization 22

Hình 1.19 : Bản tin KeepAlive 22

Hình 1.20 : Bản tin Address 23

Hình 1.21 : Bản tin Address Withdraw 23

Hình 1.22 : Bản tin Lable Mapping 23

Hình 1.23 : Bản tin Label Request 24

Hình 1.24 : Bản tin Label Withdraw 25

Hình 1.25 : Bản tin Label Release 25

Hình 1.26 : Bản tin Label Abort Request 26

Hình 1.27 : Ví dụ về CSPF 29

Hình 1.28 : Thủ tục báo hiệu trong RSVP 31

Hình 1.29 : Nhãn phân phối trong bản tin RESV 33

Hình 1.30 : Điều khiển lưu lượng trong MPLS 38

Hình 1.31 : Điều khiển lưu lượng trong MPLS (2) 39

Hình 2.1 : Mô hình VPN chồng lấn 45

Hình 2.2 : Mô hình VPN ngang hàng 47

Hình 2.3 : VPN truy cập từ xa 49

Hình 2.4 : Thiết lập VPN từ xa 50

Hình 2.5 : VPN nội bộ 51

Hình 2.6 : Một ví dụ về Extranet VPN truyền thống 52

Hình 2.7 : Thiết lập Extranet VPN 52

Hình 2.8 : Mô hình VPN kết hợp 53

Hình 3.1 : Mô hình MPLS VPN 54

Hình 3.5 : Các loại RT và chức năng của nó 60

Hình 3.6 : Sự tương tác giữa các giao thức trong mặt phẳng điều khiển 61

Hình 3.7 : Sự truyền tuyến trong mạng MPLS VPN 62

Hình 3.8 : Sự truyền tuyến trong mạng MPLS VPN Step by step 63

Hình 3.9 : Chuyển tiếp gói trong mạng MPLS VPN 65

Hình 3.10 : Mô hìnhVPN truyền thống 65

Hình 4.1 : Sơ đồ đấu nối mô phỏng 68

Hình 4.2 : Đấu nối vật lý 68

Hình 4.3 : Thông tin định tuyến R1 74

Hình 4.4 : Thông tin định tuyến R2 75

Hình 4.5 : Thông tin định tuyến R3 75

Hình 4.6 : Thông tin định tuyến R4 75

Hình 4.7 : Thông tin định tuyến R5 76

Hình 4.8 : Thông tin định tuyến R6 76

Hình 4.9 : Thông tin định tuyến R7 76

Hình 4.10 : Thông tin định tuyến R8 77

Hình 4.11 : Show mpls ldp bindings R3 77

Hình 4.12 : Show mpls ldp bindings R4 77

Hình 4.13 : Show mpls ldp bindings R2 78

Hình 4.14 : Show mpls ldp bindings R1 78

Hình 4.15 : Bảng LFIB trên R3 và R4 79

Hình 4.16 : Bảng LFIB trên R1 và R2 79

B

C

E

F

Intermediate System Protocol

Giaot thức hệ thống trunggian tới hệ thống trung gian

L

R

S

nhất

T

U

V

Cùng với sự phát triển của đất nước, những năm gần đây các ngành kinh tế quốcdân đều phát triển mạnh mẽ, và ngành công nghiệp viễn thông cũng không là ngoại lệ.

Số người sử dụng các dịch vụ mạng tăng đáng kế, theo dự đoán con số này đang tăngtheo hàm mũ Ngày càng có nhiều các dịch vụ mới và chất lượng dịch vụ cũng đượcyêu cầu cao hơn Đứng trước tình hình này, các vấn đề về mạng bắt đầu bộc lộ, cácnhà cung cấp mạng và các nhà cung cấp dịch vụ cũng đã có nhiều nỗ lực để nâng cấpcũng như xây dựng hạ tầng mạng mới Nhiều công nghệ mạng và công nghệ chuyểnmạch đã được phát triển, trong số đó chúng ta phải kể đến công nghệ chuyển mạchnhãn đa giao thức (MPLS)

Một trong số các ứng dụng của MPLS đó là mạng riêng ảo trên nền MPLS (MPLSVPN) Do MPLS VPN có ưu điểm hơn nhiều so với VPN truyền thống, vì thế MPLSVPN đã được triển khai rộng rãi ở nước ta, vì thế việc tìm hiểu các vấn đề về côngnghệ MPLS nói chung và MPLS VPN nói riêng là vấn đề quan trọng đối với sinh viên.Nhận thức được điều đó, bản đồ án tốt nghiệp “ Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giaothức và ứng dụng mạng riêng ảo” giới thiệu về quá trình phát triển dịch vụ cũng nhưcông nghệ mạng dẫn tới MPLS

Đồ án của em gồm bốn chương như sau:

Chương 1: Tổng quan MPLS

Chương 2: Giới thiệu chung về VPN

Chương 3: Mạng riêng ảo MPLS

Chương 4: Thực nghiệm

Do kiến thức của em còn có hạn hơn nữa thời gian làm đồ án có hạn nên đồ án của

em không tránh khỏi còn nhiều sai sót Rất mong nhận được sự phê bình, góp ý củacác thầy cô giáo và các bạn

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Chu Tuấn Linh, người đã tận tình hướng dẫn em làm đồ án này

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 lưu trongcác bảng chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửigói 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, mỗinút mạng tính toán bảng chuyển tin một cách độc lập Phương thức này, do vậy, yêucầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán với nhau Sựkhông thống nhất của kết quả sẽ dẫn tới việc chuyển gói tin sai hướng, điều này đồngnghĩa 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 mạng khôngthể thực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo loại dịch vụ, v.v Tuy nhiên, bên cạnh đó, phương thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao độtin cậy cũng như khả năng mở rộng của mạng Giao thức định tuyến động cho phépmạng phản ứng lại với sự cỗ bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được sự thay đổi

về topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối Với các phươngthức như CIDR (Classless Interdomain Routing), kích thước của bảng chuyển tin đượcduy trì ở mức chấp nhận được, và do việc tính toán định tuyến đều do các nút tự thựchiện, mạng có thể được mở rộng mà không cần thực hiện bất kỳ một thay đổi nào.Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộngcao Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyếntheo từng chặng Ngoài ra, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ

1.1.2 Công nghệ ATM

ATM (Asynchronous Transfer Mode) là một kỹ thuật truyền tin tốc độ cao Côngnghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, thông tin được nhómvào các gói tin có chiều dài cố định, trong đó vị trí của gói không phụ thuộc vào đồng

hồ đồng bộ mà dựa trên nhu cầu bất kì của kênh trước Các chuyển mạch ATM chophép 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 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 mạch hướngkết nối Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin đượcgửi đi ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công 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, cáctổng đài ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn Việc này 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 này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đang hoạtđộng đi qua tổng đài Điều này khác với thông tin về toàn mạng chứa trong bảngchuyển tin của router dùng IP

Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc chuyển gói tin qua router Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên cell có kích thước cố định (nhỏ hơn của IP), 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 tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP router truyền thống

1.1.3 IP over ATM

Hiện nay, trong xây dựng mạng IP, có đến mấy loại kỹ thuật: như IP overSDH/SONET, IP over Fiber, IP over WDM Còn kỹ thuật ATM, do có các tính năngnhư tốc độ cao, chất lượng dịch vụ tốt, điều khiển lưu lượng,… mà các mạng lướidùng bộ định tuyến truyền thống chưa có, nên đã được sử dụng rộng rãi trên mạngđường trục IP Mặt khác, do yêu cầu tính thời gian thực còn tương đối cao đối vớimạng lưới, IP over ATM vẫn là kỹ thuật được chọn trước tiên hiện nay Mà MPLS

chính là sự cải tiến của IP over ATM kinh điển, cho nên ở đây chúng ta cần nhìn lạimột chút về hiện trạng của kỹ thuật IP over ATM

IP over ATM truyền thống là một kỹ thuật kiểu xếp chồng, nó xếp IP (kỹ thuật lớp3) lên ATM (kỹ thuật lớp 2); giao thức của hai tầng hoàn toàn độc lập với nhau; giữachúng phải nhờ một loạt giao thức (như NHRP, ARP,…) nữa mới đảm bảo nối thông.Điều đó hiện nay trên thực tế đã được ứng dụng rộng rãi Nhưng trong tình trạng mạnglưới được mở rộng nhanh chóng, cách xếp chồng đó cũng gây ra nhiều vấn đề cần xemxét lại

Trước hết, vấn đề nổi bật là phương thức chồng xếp phải thiết lập các liên kết PVCtại N nút, tức là cần thiết lập mạng liên kết Như thế có thể sẽ gây nên vấn đề bìnhphương N, rất phiền phức, tức là khi thiết lập, bảo dưỡng, gỡ bỏ sự liên kết giữa cácđiểm nút, số việc phải làm (như số VC, lượng tin điều khiển) đều có cấp số nhân bìnhphương của N điểm nút Khi mà mạng lưới ngày càng rộng lớn, chi phối kiểu đó sẽlàm cho mạng lưới quá tải

Thứ hai, phương thức xếp chồng sẽ cắt cả mạng lưới IP over ATM ra làm nhiềumạng logic nhỏ (LIS), các LIS trên thực tế đều là ở trong một mạng vật lý Giữa cácLIS dùng bộ định tuyến trung gian để liên kết, điều này sẽ ảnh hưởng đến việc truyềnnhóm gói tin giữa các LIS khác nhau Mặt khác, khi lưu lượng rất lớn, những bộ địnhtuyến này sẽ gây hiện tượng “nghẽn cổ chai” đối với băng rộng

Hai điểm nêu trên đều làm cho IP over ATM chỉ có thể dùng thích hợp cho mạngtương đối nhỏ, như mạng xí nghiệp,… nhưng không thể đáp ứng được nhu cầu củamạng đường trục Internet trong tương lai Trên thực tế, hai kỹ thuật này đang tồn tạivấn đề yếu kém về khả năng mở rộng thêm

Thứ ba, trong phương thức chồng xếp, IP over ATM vẫn không có cách nào đảmbảo QoS thực sự

Thứ tư, vốn khi thiết kế hai loại kỹ thuật IP và ATM đều làm riêng lẻ, không xét gìđến kỹ thuật kia, điều này làm cho sự nối thông giữa hai bên phải dựa vào một loạtgiao thức phức tạp, cùng với các bộ phục vụ xử lý các giao thức này Cách làm như thế

có thể gây ảnh hưởng không tốt đối với độ tin cậy của mạng đường trục

Các kỹ thuật MPOA (Multiprotocol over ATM – Đa giao thức trên ATM), LANE(LAN Emulation – Mô phỏng LAN),… cũng chính là kết quả nghiên cứu để giải quyếtcác vấn đề đó, nhưng các giải pháp này đều chỉ giải quyết được một phần các tồn tại,như vấn đề QoS chẳng hạn Phương thức mà các kỹ thuật này dùng vẫn là phươngthức chồng xếp, khả năng mở rộng vẫn không đủ Hiện nay, đã xuất hiện một loại kỹthuật IP over ATM không dùng phương thức xếp chồng, mà dùng phương thức chuyểnmạch nhãn, áp dụng phương thức tích hợp Kỹ thuật này chính là cơ sở của MPLS

1.2 Giới thiệu về chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS).

Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol Label Switching) là mộtcông nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp ba và chuyển mạch lớp haicho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi (core) và định tuyến tốt mạngbiên (edge) bằng cách dựa vào nhãn (label) MPLS là một phương pháp cải tiến việcchuyển tiếp gói trên mạng bằng cách gắn nhãn vào mỗi gói IP, tế bào ATM, hoặcframe lớp hai Phương pháp chuyển mạch nhãn giúp các Router và các bộ chuyểnmạch MPLS-enable ATM quyết định theo nội dung nhãn tốt hơn việc định tuyến phứctạp theo địa chỉ IP đích MPLS cho phép các ISP cung cấp nhiều dịch vụ khác nhau màkhông cần phải bỏ đi cơ sở hạ tầng sẵn có Cấu trúc MPLS có tính mềm dẻo trong bất

kỳ sự phối hợp với công nghệ lớp hai nào

MPLS hỗ trợ mọi giao thức lớp hai, triển khai hiệu quả các dịch vụ IP trên mộtmạng chuyển mạch IP MPLS hỗ trợ việc tạo ra các tuyến khác nhau giữa nguồn vàđích trên một đường trục Internet Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến trúc mạng, cácISP có thể giảm chi phí, tăng lợi nhuận, cung cấp nhiều hiệu quả khác nhau và đạtđược hiệu quả cạnh tranh cao

- MPLS là giao thức độc lập nên có thể hoạt động cùng với giao thức khác IP nhưIPX, ATM, Frame Relay,…

- MPLS giúp đơn giản hoá quá trình định tuyến và làm tăng tính linh động của cáctầng trung gian

1.2.2 Phương thức hoạt động

Thay thế cơ chế định tuyến lớp ba bằng cơ chế chuyển mạch lớp hai.MPLS hoạtđộng trong lõi của mạng IP Các Router trong lõi phải enable MPLS trên từng giaotiếp Nhãn được gắn thêm vào gói IP khi gói đi vào mạng MPLS Nhãn được tách rakhi gói ra khỏi mạng MPLS Nhãn (Label) được chèn vào giữa header lớp ba vàheader lớp hai Sử dụng nhãn trong quá trình gửi gói sau khi đã thiết lập đường đi.MPLS tập trung vào quá trình hoán đổi nhãn (Label Swapping) Một trong những thếmạnh của kiến trúc MPLS là tự định nghĩa chồng nhãn (Label Stack)

Kỹ thuật chuyển mạch nhãn không phải là kỹ thuật mới Frame relay và ATMcũng sử dụng công nghệ này để chuyển các khung (frame) hoặc các cell qua mạng.Trong Frame relay, các khung có độ dài bất kỳ, đối với ATM độ dài của cell là cố địnhbao gồm phần mào đầu 5 byte và tải tin là 48 byte Phần mào đầu của cell ATM vàkhung của Frame Relay tham chiếu tới các kênh ảo mà cell hoặc khung này nằm trên

đó Sự tương quan giữa Frame relay và ATM là tại mỗi bước nhảy qua mạng, giá trị

“nhãn” trong phần mào đầu bị thay đổi Đây chính là sự khác nhau trong chuyển tiếpcủa gói IP Khi một route chuyển tiếp một gói IP, nó sẽ không thay đổi giá trị mà gắnliền với đích đến của gói; hay nói cách khác nó không thay đổi địa chỉ IP đích củagói Thực tế là các nhãn MPLS thường được sử dụng để chuyển tiếp các gói và địa chỉ

IP đích không còn phổ biến trong MPLS nữa

1.3 Lịch sử phát triển và các ưu điểm của MPLS

1.3.1 Lịch sử phát triển MPLS

Mục đích ban đầu của chuyển mạch nhãn là muốn đưa tốc độ của chuyển mạch lớp

2 vào lớp 3 Lý lẽ ban đầu cho các kỹ thuật như MPLS không lâu sau đã được nhậnthấy là có ưu điểm, bởi vì các chuyển mạch lớp 3 mới được sử dụng công nghệ ASIC(Application-specific integrated circuit), kỹ thuật nền tảng có thể thi hành chức năngtìm kiếm với tốc độ vừa đủ để hỗ trợ cho hầu hết các loại giao tiếp (interface)

Chuẩn của chuyển mạch nhãn được nhóm nghiên cứu của IETF về MPLS đề xuấtnăm 1997 và được nghiên cứu rộng rãi MPLS được phát triển từ nhiều kỹ thuật chính,bao gồm các phiên bản độc quyền về chuyển mạch nhãn như chuyển mạch nhãn củaCisco (Cisco’s Tag Switching), Chuyển mạch IP dựa trên nền định tuyến tổng hợp củaIBM (IBM’s Aggregate Route-Based IP Switching – ARIS), Bộ định tuyến chuyểnmạch tế bào của Toshiba (Toshiba’s Cell-Switched Router – CSR), Chuyển mạch IPcủa Ipsilon (Ipsilon’s IP Switching) và bộ định vị IP của Lucent (Lucent’s IPNavigator)

Chuyển mạch thẻ (Tag Switching), được phát minh bởi Cisco, và đưa đến ngườidùng lần đầu tiên vào năm 1998 Từ khi bắt đầu triển khai chuyển mạch thẻ, Cisco đãlàm việc chung với IETF để phát triển và thông qua các chuẩn của MPLS, hợp nhấtcác đặc tính và ưu điểm của Chuyển mạch thẻ

1.3.2 Ưu điểm của MPLS

- Tốc độ và độ trễ:

Chuyển mạch nhãn được cung cấp để giải quyết vấn đề về tốc độ và độ trễ mộtcách hiệu quả Chuyển mạch nhãn nhanh hơn nhiều chuyển mạch IP cổ điền bởi vì giátrị nhãn được đặt trong header của gói đến, được sử dụng để quản lý bảng định tuyếntheo cách nhãn sẽ được sử dụng là chỉ mục trong bảng Việc tìm kiếm này yêu cầu chỉmột lần là tìm ra, ngược lại định tuyến cổ điển có thể phải tìm trong bảng đó vài nghìnlần Kết quả, trên luồng vận chuyển, các gói được gửi thông qua mạng nhanh hơnthông thường, giảm thời gian trễ, và đáp ứng thời gian cho người dùng

- Khả năng mở rộng (Scalability):

Dĩ nhiên tốc độ là một mặt quan trọng của chuyển mạch nhãn, nhưng dịch vụnhanh không phải là tất cả mà chuyển mạch nhãn có thể cung cấp Nó cũng có thểcung cấp khả năng mở rộng, tức là điều tiết một số lượng lớn và ngày càng tăng nhanhchóng các user trên mạng Internet Chuyển mạch nhãn đề nghị một cách giải quyết chovấn đề phát triển mạng một cách nhanh chóng như vậy bằng cách cho phép một sốlượng lớn các địa chỉ IP được liên kết với nhau trên một hay một vài nhãn Cách tiếpcận này sẽ cắt giảm bớt bảng định tuyến và cho phép một router phục vụ nhiều ngườidùng hơn tại một thời điểm và cũng không cần đòi hỏi khả năng xử lý cao của cácrouter

- Tính đơn giản:

Một ưu điểm nữa của chuyển mạch nhãn là về cơ bản nó chỉ là tập hợp của cácgiao thức định tuyến Nó rất đơn giản, chuyển tiếp một gói dựa trên nhãn của gói đó.Làm thế nào một nhãn đến một đường dẫn của người dùng mà không cần quan tâmđến việc chuyển tiếp thực sự của đường dẫn đó Tất cả cơ chế điều khiển trên có thểphức tạp, nhưng chúng không làm ảnh hưởng đến hiệu quả của đường dẫn Tức là sẽ

có rất nhiều các phương pháp khác nhau để phân phối các nhãn cho đường truyền, tuynhiên sau khi các nhãn đã được phân phối xong, họat động chuyển mạch nhãn sẽ đượcthực hiện một cách rất nhanh chóng Chuyển mạch nhãn có thể được thực hiện trongmột phần mềm, trong các mạch điện tử tích hợp hay trong một vi xử lý đặc biệt

- Mức sử dụng tài nguyên:

Cơ chế điều khiển để thiết lập một nhãn phải không làm tiêu tốn nhiều tài nguyên

Nó không được làm mất nhiều tài nguyên và chuyển mạch nhãn thì hoàn toàn không

làm tiêu tốn nhiều tài nguyên để thực thi việc thành lập một con đường chuyển mạchnhãn cho đường dẫn.

1.4 Cấu trúc của nút MPLS.

Một nút của MPLS có hai mặt phẳng: mặt phẳng chuyển tiếp MPLS và mặt phẳngđiều khiển MPLS Nút MPLS có thể thực hiện định tuyến lớp ba hoặc chuyển mạchlớp hai Hình sau mô tả cấu trúc cơ bản của một nút MPLS

Hình 1.2 Cấu trúc một nút MPLS

1.4.1 Mặt phẳng chuyển tiếp

Mặt phẳng chuyển tiếp có trách nhiệm chuyển tiếp gói dựa trên giá trị chứa trongnhãn Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng một cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB đểchuyển tiếp các gói Thuật toán mà được sử dụng bởi phần tử chuyển tiếp chuyểnmạch nhãn sử dụng thông tin chứa trong LFIB như là các thông tin chứa trong giá trịnhãn Mỗi nút MPLS có hai bảng liên quan đến việc chuyển tiếp là: cơ sở thông tinnhãn LIB và LFIB LIB chứa tất cả các nhãn được nút MPLS cục bộ đánh dấu và ánh

xạ của các nhãn này đến các nhãn được nhận từ láng giềng (MPLS neighbor) của nó.LFIB sử dụng một tập con các nhãn chứa trong LIB để thực hiện chuyển tiếp gói

 Nhãn MPLS.

Một nhãn MPLS là một trường 32 bit cố định với cấu trúc xác định Nhãn đượcdùng để xác định một FEC (Forwarding Equivalence Classes - Nhóm chuyển tiếptương đương)

Đối với ATM, nhãn được đặt cả ở hoặc là trường VCI hoặc là VPI của mào đầuATM Tuy nhiên, nếu là khung trong Frame Relay, nhãn lại được đặt ở trường DLCIcủa mào đầu Frame Relay

Kỹ thuật lớp 2 như Ethernet, Token Ring, FDDI, và kết nối point – to – pointkhông thể tận dụng được trường địa chỉ lớp 2 của chúng để mang nhãn đi Những kỹthuật này mang nhãn trong những mào đầu đệm (shim) Mào đầu nhãn đệm được chènthêm vào giữa lớp kết nối và lớp mạng, như hình sau đây Việc sử dụng mào đầu nhãnđệm cho phép hỗ trợ MPLS trên hầu hết các kỹ thuật Lớp 2 Hình chỉ ra cấu trúccủa một nhãn MPLS.

Hình 1.3 : Định dạng nhãn MPLS chung

hoặc 1048575 Tuy nhiên, 16 giá trị đầu tiên không được dùng để sử dụng; nóđược sử dụng với những ý nghĩa đặc biệt

sử dụng trong chất lượng của dịch vụ (QoS); khi các gói MPLS xếp hàng có thểdùng các bit EXP tương tự như các bit IP ưu tiên (IP Precedence) Chú ý:Những bit được đặt tên là “thực nghiệm” là có lý do lịch sử Trong quá khứ,không ai biết cách sử dụng

nhãn cuối cùng của ngăn xếp, còn đối với các nhãn khác nó là 0 (bit BoS).Chồng nhãn là sự tập trung của những nhãn mà được đặt phía trên của gói.Chồng nhãn có thể chỉ gồm 1 nhãn, hoặc nhiều nhãn Số lượng các nhãn (ở đây

là trường 32 bit) mà ta có thể tìm thấy trong ngăn xếp là vô hạn, mặc dù ta ít khinhìn thấy một ngăn xếp có bốn nhãn hoặc hơn

cách định thời gian tồn tại của gói tin trong mạng MPLS tương tự như thành

phần TTL trong header gói tin IP

 Ngăn xếp nhãn (Label Stack)

Ngăn xếp nhãn là kỹ thuật sử dụng trong việc đóng gói IP Nó cho phép một gói

có thể mang nhiều hơn một nhãn Nó được cung cấp bởi việc đưa vào một nhãn mới

(mức 2) bên trên nhãn đã tồn tại (mức 1), gói được chuyển tiếp qua mạng dựa trên cơ

sở các nhãn ở mức 2, sau khi qua mạng này thì nhãn mức 2 bị loại ra và việc chuyểntiếp này hoạt động dựa trên các nhãn mức 1 Nhãn trên cùng đứng sau header lớp 2,còn nhãn cuối đứng trước header lớp 3 Tại mỗi bước nhảy định tuyến chỉ xử lý nhãntrên cùng ngăn xếp nhãn

Chuyển mạch nhãn được thiết kế để co giãn các mạng lớn và MPLS hỗ trợ chuyểnmạch nhãn với hoạt động phân cấp, hoạt động phân cấp này dựa trên khả năng củaMPLS có thể mang nhiều hơn một nhãn trong gói Ngăn xếp nhãn cho phép thiết kếcác LSR trao đổi thông tin với nhau và hành động này giống như việc tạo đường viềnnode để tạo ra một miền mạng rộng lớn và các LSR khác Có thể nói rằng, các LSRnày là các node bên trong một miền và không liên quan đến đường viền node Việc xử

lý một gói nhãn được hoàn thành độc lập với từng mức của sự phân cấp Hình 2.4 thểhiện vị trí nhãn trong ngăn xếp nhãn

Chú ý rằng trong ngăn xếp nhãn thì nhãn cuối luôn có giá trị S là 1, các nhãn cònlại S là 0

Hình 1.4 : Nhãn trong ngăn xếp nhãn

Thông thường các gói dữ liệu khi vào MPLS chỉ được gán một nhãn Tuy nhiêntrong một số trường hợp phải sử dụng nhiều nhãn để đáp ứng yêu cầu dịch vụ Một sốdịch vụ có thể kể ra như:

- MPLS VPN: gồm 2 nhãn, trong đó nhãn thứ hai (không thay đổi khi qua

MPLS) dùng để hội tụ các tuyến sử dụng MP BGP qua mạng MPLS Nhãn đầutiên được các router trong MPLS xử lý như trong mạng MPLS thông thường

- MPLS TE: sử dụng kỹ thuật traffic engineering và phương pháp phân phối

nhãn RSVP dùng để xác định LSP cần dùng Nhãn còn lại được dùng để hội tụ đầucuối với từng LSP

Có nhiều kiểu đóng gói mà lớp 2 có thể đáp ứng hoặc liên kết được có sự hỗ trợcủa Cisco IOS như: PPP, HDLC, Ethernet Giả thiết rằng giao thức truyền tải làIPv4, và phương thức đóng gói đường link là PPP, lưu trữ nhãn hiện nay là sau headerPPP nhưng trước header IPv4 Bởi vì ngăn xếp nhãn trong khung Lớp 2 được đặt trướcheader của Lớp 3 hoặc những giao thức truyền tải khác, ta có thể có những giá trị mớitrong trường giao thức lớp kết nối dữ liệu, những giá trị này chỉ ra được phần tiếp theocủa header lớp 2 sẽ là gói được dán nhãn MPLS Trường giao thức lớp kết nối dữ liệu

là một giá trị chỉ ra loại tải mà khung lớp 2 truyền đi

 Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB)

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

Hình 1.6 : Cấu trúc của LFIB

 Thuật toán chuyển tiếp gói

Chuyển mạch nhãn sử dụng thuật toán chuyển tiếp dựa trên việc trao đổi nhãn NútMPLS mà duy trì một LFIB đơn lấy giá trị nhãn từ trường nhãn tìm thấy trong gói tới

và sử dụng giá trị này như chỉ số trong LFIB Sau khi một nhãn tới match (khớp) đượctìm thấy, nút MPLS thay thế nhãn này trong gói với một nhãn ra từ mục phụ và gửi góiqua giao diện ra cụ thể tới nút tiếp cụ thể theo bởi mục phụ Nếu mục phụ chỉ ra mộthàng đợi ra, nút MPLS đặt gói trong hàng đợi cụ thể

Nếu nút MPLS duy trì nhiều LFIB cho mỗi giao diện của nó, nó sử dụng giao diệnvật lý nơi gói đến để chọn một LFIB cụ thể phục vụ để chuyển tiếp gói Thông thường,

thuật toán chuyển tiếp sử dụng nhiều loại thuật toán để chuyển tiếp unicast, multicast

và gói unicast với bit ToS được thiết lập Tuy nhiên, MPLS chỉ sử dụng một thuật toánchuyển tiếp dựa trên trao đổi nhãn

Một nút MPLS có thể lấy ra tất cả thông tin nó cần để chuyển tiếp nhãn cũng như

để xác định tài nguyên dành riêng cần thiết bằng việc truy nhập bộ nhớ đơn Tra cứutốc độ cao và khả năng chuyển tiếp làm cho chuyển mạch nhãn (label switching) thành

kỹ thuật chuyển mạch có tính thực thi cao MPLS cũng có thể được sử dụng để vậnchuyển giao thức Lớp 3 khác như IPv6, IPX hoặc Apple Talk từ IPv4 Đặc tính nàygiúp MPLS có thể tương thích tốt với việc chuyển đổi các mạng từ IPv4 sang IPv6

1.4.2 Mặt phẳng điều khiển (Control Plane)

Mặt phẳng điều khiển MPLS chịu trách nhiệm tạo ra và lưu trữ LFIB Tất cả cácnút MPLS phải chạy một giao thức định tuyến IP để trao đổi thông tin định tuyến IPvới các nút MPLS khác trong mạng Các nút MPLS enable ATM sẽ dùng một bộ điềukhiển nhãn (LSC – Label Switch Controller) như router 7200, 7500 hoặc dùng một môđun xử lý tuyến (RMP – Route Processor Module) để tham gia xử lý định tuyến IP.Các giao thức định tuyến Link-state như OSPF và IS-IS là các giao thức đượcchọn vì chúng cung cấp cho mỗi nút MPLS thông tin của toàn mạng Trong các bộđịnh tuyến thông thường, bảng định tuyến IP dùng để xây dựng bộ lưu trữ chuyểnmạch nhanh (Fast switching cache) hoặc FIB – Cơ sở thông tin chuyển tiếp (dùng bởiCEF - Cisco Express Forwarding) Tuy nhiên với MPLS, bảng định tuyến IP cung cấpthông tin của mạng đích và tiền tố subnet sử dụng cho nhãn ghép (binding) Các giaothức định tuyến link-state như OSPF gửi thông tin định tuyến (flood) giữa một tập cácrouter không nhất thiết liền kề nhau, trong khi thông tin liên kết nhãn (binding) chỉđược phân bố giữa các router liền kề bằng giao thức phân phối nhãn (LDP) hoặc TDP(Cisco’s Proproetary Tag Distribution Protocol) Điều này làm giao thức định tuyếnlink – state không thích hợp với sự phân phối thông tin liên kết nhãn Tuy nhiên sự mởrộng các giao thức định tuyến như PIM và BGP có thể được sử dụng để phân phốithông tin liên kết nhãn Điều này làm cho việc phân phối thông tin liên kết nhãn phùhợp với việc phân phối thông tin định tuyến và tránh điều kiện ít xảy ra mà tại đó nútMPLS có thể nhận thông tin liên kết nhãn và không có thông tin định tuyến thích hợp

Nó cũng làm đơn giản hóa toàn bộ hệ thống vận hành bởi vì nó ngăn ngừa sự cần thiếtcủa một giao thức riêng lẻ như LDP để phân phối thông tin nhãn ghép

Những nhãn trao đổi với các nút MPLS liền kề được sử dụng để xây dựng LFIB.MPLS sử dụng một mô hình chuyển tiếp dựa trên trao đổi nhãn mà có thể được kết nốivới một phạm vi các module điều khiển khác nhau Mỗi module điều khiển chịu tráchnhiệm đánh dấu, phân phối một tập các nhãn, cũng như chịu trách nhiệm dự trữ thôngtin điều khiển khác có liên quan Các giao thức cổng định tuyến trong phạm vi miềnIGP được dùng để xác nhận khả năng đến được, sự liên kết và ánh xạ giữa FEC và địachỉ trạm kế (next-hop address)

Thông tin liên kết nhãn chỉ được phân phối giữa các router nối trực tiếp với nhaubằng cách dùng giao thức phân phối LDP.

Các môđun điều khiển MPLS gồm:

• Định tuyến Unicast (Unicast Routing)

• Định tuyến Multicast (Multicast Routing)

• Kỹ thuật lưu lượng (Traffic Engineer)

• Mạng riêng ảo (VPN – Virtual private Network)

• Chất lượng dịch vụ (QoS – Quality of Service)

Hình 1.7 : Các thành phần mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển của MPLS

1.5 Các phần tử chính của MPLS.

Thiết bị trong giao thức MPLS có thể được phân loại thành LERs và LSRs

Hình 1.8 : Vị trí của LER và LSR trong mạng MPLS

1.5.1 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR

Thành phần cơ bản của mạng MPLS là thiết bị định tuyến chuyển mạch nhãn LSR(Label Switch Router) Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển tiếp gói thông tintrong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn Đó là khả năng cần thiết đểhiểu được nhãn MPLS, nhận và truyền gói được gán nhãn trên đường liên kết dữ liệu.Các loại LSR trong mạng MPLS:

 LSR lối vào (Ingress LSR) xử lý lưu lượng đi vào miền MPLS

 LSR chuyển tiếp (Transit LSR) xử lý lưu lượng bên trong miền MPLS;

 LSR lối ra (Egress LSR) xử lý lưu lượng rời khỏi miền MPLS;

 LSR biên (Edge LSR) thường được sử dụng như là tên chung cho cả LSR lối

vào và LSR lối ra

Nhìn chung một LSRs bất kỳ có 3 chức năng chính sau: trao đổi thông tin định tuyến, trao đổi nhãn và chuyển tiếp gói dữ liệu đi dựa vào nhãn Hoạt động trao đổi

thông tin định tuyến và trao đổi nhãn xảy ra trên mặt phẳng điều khiển, còn việcchuyển gói dữ liệu đi là hoạt động của mặt phẳng dữ liệu

Chức năng chính của một LSR là chuyển mạch nhãn Bởi vậy một LSR cần cómột giao thức định tuyến (OSPF, RIP, EIGRP, IS-IS) và một giao thức phân phốinhãn Sơ đồ nguyên lý chức năng của một LSR được cho ở hình dưới đây:

Hình 1.9 : Hoạt động của LSR trong mạng MPLS

Hình 1.10 Đường chuyển mạch nhãn (LSP)

LSR vào của một LSP không nhất thiết phải là bộ định tuyến đầu tiên gán nhãn vào gói Gói có thể đã được gán nhãn bởi các LSR trước đó

Trong hình 1.11 , ta có thể thấy LSP mà trải rộng toàn bộ độ rộng mạng MPLS Một LSP khác bắt đầu tại LSR thứ ba và kết thúc ở trước LSR cuối cùng.Do đó, khi một gói đi vào LSP thứ hai trên cổng LSR vào của nó (có nghĩa là LSR thứ ba), nó đã thực sự được dán nhãn LSR vào của LSP nested (ghép) sau đó gán một nhãn thứ hai lên trên gói Ngăn xếp nhãn của gói trên LSP thứ hai bây giờ đã có 2 nhãn Nhãn trên cùng sẽ phụ thuộc vào LSP nested (ghép), và nhãn dưới cùng sẽ phụ thuộc vào LSP

mà trải rộng hết toàn bộ mạng MPLS Đường hầm điều khiển lưu lượng dự phòng là một ví dụ cho LSP nested (ghép)

Hình 1.11 Mô hình LSP Nested

1.5.3 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC)

Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) là một nhóm hoặc luồng các gói được chuyểntiếp dọc theo cùng một tuyến và được xử lý theo cùng một cách chuyển tiếp Tất cảcác gói cùng thuộc một FEC sẽ có nhãn giống nhau Tuy nhiên, không phải tất cả cácgói có cùng nhãn đều thuộc cùng một FEC, bởi vì giá trị EXP của chúng có thể khácnhau; phương thức chuyển tiếp khác nhau và nó có thể phụ thuộc vào FEC khác nhau

Bộ định tuyến mà quyết định gói nào thuộc một FEC nào chính là LSR biên vào.Đây là logic vì LSR biên vào sắp xếp và dán nhãn vào gói Sau đây là một vài ví dụ vềFEC:

Những gói với địa chỉ IP đích lớp 3 khớp (match) với một tiền tố nào đó

điểm mã DiffServ IP (DSCP)

LSR biên vào và truyền trên một VC hoặc giao diện trên LSR biên ra

 Những gói với địa chỉ đích IP lớp 3 mà thuộc một tập tiền tố BGP Giao thứccổng biên, tất cả với cùng BGP bước tiếp theo.

Hình 1.12 : Lớp chuyển tiếp tương đương

1.6 Các giao thức sử dụng trong MPLS.

1.6.1 Giao thức phân phối nhãn (LDP)

Nhãn đầu tiên được gán trên một LRS vào và nhãn này sẽ thuộc một LSP Tuyến

đi của gói qua mạng MPLS được quy định (bound) bởi một LSP Sự thay đổi chínhtrong quá trình chuyển tiếp là nhãn trên cùng trong ngăn xếp nhãn được trao đổi tạimỗi bước nhảy LSR vào sẽ gắn một hoặc nhiều nhãn lên gói LSR trung gian sẽ thựchiện việc trao đổi nhãn trên cùng (nhãn đi vào) của gói nhận được (gói đã được gánnhãn) với một nhãn khác (nhãn đi ra) và truyền gói trên đường kết nối ra LSR ra củaLSP sẽ lấy toàn bộ nhãn của LSP này và chuyển tiếp gói

Xem xét ví dụ về mặt phẳng IPv4 trên MPLS, đây là ví dụ đơn giản nhất về mạngMPLS Mặt phẳng IPv4 – trên MPLS là một mạng mà bao gồm một số các LSR chạygiao thức cổng trong IGP (ví dụ tuyến mở ngắn nhất OSPF, IS – IS, và giao thức địnhtuyến cổng trong nâng cao EIGRP) LSR vào tìm kiếm địa chỉ IPv4 đích của gói, gánnhãn, và chuyển tiếp gói LSR tiếp theo (và bất kỳ LSR trung gian khác) nhận gói traođổi nhãn nhận với nhãn gửi, và chuyển tiếp gói LSR ra tách nhãn và chuyển tiếp góiIPv4 không có nhãn trên đường kết nối ra Để thực hiện việc này, những LSR liền kềphải đồng ý với nhãn sử dụng cho mỗi tiền tố IGP Do đó, mỗi LSR trung gian phải cókhả năng tính toán để thực hiện việc trao đổi nhãn gửi và nhãn nhận cho nhau Điềunày có nghĩa là ta cần phải có một kỹ thuật để báo cho bộ định tuyến biết nhãn nàođược sử dụng khi chuyển tiếp gói Giữa mỗi cặp bộ định tuyến liền kề là những nhãnnội bộ Đối với những bộ định tuyến liền kề để đồng ý những nhãn mà sử dụng chotiền tố nào,giữa chúng cần có một vài mẫu giao tiếp; nếu không, những bộ định tuyến

sẽ không biết nhãn gửi nào cần nối với nhãn nhận nào Do đó cần thiết phải có giaothức phân phối nhãn.

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 yêu cầu Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các LSR sửdụng để trao đổi và điều phối quá trình gán nhãn/FEC Giao thức này là một tập hợpcác thủ tục trao đổi các bản tin cho phép các LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC nhấtđịnh để truyền các gói thông tin

Hình 1.13 : Giao thức LDP với các giao thức khác

 Giao thức phân phối nhãn LDP có các đặc trưng cơ bản sau đây:

thiết lập truyền thống

- Bản tin Discovery (phát hiện): Được dùng để thông báo và lưu giữ sự có

mặt của một LSR trong mạng LSR gửi định kì một bản tin Hello qua cổngUDP với địa chỉ đa hướng của các router trên mạng con này

- Bản tin Session (quản lý phiên): Được dùng để thiết lập, duy trì, huỷ bỏ

các phiên giữa các LDP ngang cấp (LSR) Hoạt động này đòi hỏi việc gửi

một bản tin khởi tạo qua TCP Sau khi hoạt động này kết thúc, hai LSR sẽ

là LDP ngang cấp

- Bản tin Advertisement (phát hành): Được dùng để thiết lập, thay đổi và

huỷ bỏ các trao đổi nhãn cho FEC Các bản tin này cũng được truyền quaTCP Một LSR có thể yêu cầu một trao đổi nhãn với một LSR bên cạnh khi

nó muốn Nó cũng có thể quảng báo các trao đổi nhãn khi nó muốn mộtLDP ngang cấp dùng một trao đổi nhãn

- Bản tin Notification (xác nhận): Cũng được gửi qua TCP và được dùng để

cung cấp các thông tin về tình trạng, biểu hiện và thông tin về lỗi

trừ các bản tin DISCOVERY)

định như một tập hợp các đối tượng mã hóa TLV (kiểu, độ dài, giá trị)

Mã hóa TLV nghĩa là mỗi đối tượng bao gồm một trường kiểu biểu thị về loại đốitượng chỉ định, một trường độ dài thông báo độ dài của đối tượng và một trường giá trịphụ thuộc vào trường kiểu Hai trường đầu tiên có độ dài cố định và được đặt tại vị tríđầu tiên của đối tượng cho phép dễ dàng thực hiện việc loại bỏ kiểu đối tượng mà nókhông nhận ra Trường giá trị có một đối tượng có thể gồm nhiều đối tượng mã hóaTLV hơn

 Phát hiện LSR lân cận

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

cả các bộ định tuyến trong mạng con của nhóm multicast

một thời điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có kếtnối trực tiếp

thiết lập kết nối TCP đến LSR đó

có nghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi liên kếtnhãn

Trong trường hợp các LSR không kết nối trực tiếp trong một mạng con (subnet)người ta sử dụng một cơ chế bổ sung như sau: LSR định kỳ gửi bản tin HELLO đếncổng UDP đã biết tại điạ chỉ IP xác định được khai báo khi lập cấu hình Đầu nhận bảntin này có thể trả lời lại bằng bản tin HELLO khác truyền một chiều ngược lại đếnLSR gửi và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên

Thông thường trường hợp này hay được áp dụng khi giữa 2 LSR có một đườngLSP cho điều khiển lưu lượng và nó yêu cầu phải gửi các gói có nhãn qua đường LSPđó.

Hình 1.14 : Thủ tục phát hiện LSR lân cậnCác thuật ngữ trong hình 1.14 được giải thích như sau

UDP Hello: bản tin lời chào

TCP Open: yêu cầu mở kết nối TCP

Initialization: khởi tạo kết nối TCP

Label Request: bản tin yêu cầu nhãn

Label Mapping: bản tin ánh xạ

 Giao thức truyền tải tin cậy

Chúng ta đã biết, bản tin LDP được truyền trên giao thức TCP, nhưng việc quyếtđịnh sử dụng TCP để truyền các bản tin LDP là một vấn đề cần xem xét Yêu cầu về

độ tin cậy là rất cần thiết Nếu việc liên kết nhãn hay yêu cầu liên kết nhãn được truyềnmột cách không tin cậy thì lưu lượng cũng không được chuyển mạch theo nhãn Mộtvấn đề quan trọng nữa đó là thứ tự các bản tin phải bảo đảm đúng Như vậy liệu việc

sử dụng TCP để truyền LDP có bảo đảm hay không và có nên xây dựng luôn chứcnăng truyền tải này trong bản thân LDP hay không? Việc xây dựng các chức năng bảođảm độ tin cậy trong LDP không nhất thiết phải thực hiện toàn bộ các chức năng củaTCP trong LDP mà chỉ cần dừng lại ở những chức năng cần thiết nhất ví dụ như chứcnăng điều khiển tránh tắc nghẽn được coi là không cần thiết trong LDP Tuy nhiênviệc phát triển thêm các chức năng đảm bảo độ tin cậy trong LDP cũng có nhiều vấn

đề cần xem xét ví dụ như các bộ định thời cho các bản tin ghi nhận và không ghi nhận,trong trường hợp sử dụng TCP chỉ cần một bộ định thời của TCP cho toàn phiên LDP Thiết kế một giao thức truyền tải tin cậy là một vấn đề nan giải Đã có rất nhiều cốgắng để cải thiện TCP nhằm làm tăng độ tin cậy của giao thức truyền tải Tuy nhiênvấn đề hiện nay vẫn chưa rõ ràng và TCP vẫn được sử dụng cho truyền tải LDP

 Các bản tin LDP

Bản tin LDP được định nghĩa trong khuôn dạng phương tiện độc lập Mục đíchnày để các bản tin có thể kết hợp trong một dữ liệu, 11 bản tin được sử dụng trongLDP

Notification Message : Bản tin thông báo

Hello Message : Bản tin lời chào

Initialization Message : Bản tin khởi tạo

KeepAlive Message : Bản tin giữ đường

Address Message : Bản tin địa chị

Address Withdraw Message : Bản tin thu hồi địa chỉ

Lable Mapping Message : Bản tin ánh xạ nhãn

Lable Withdraw Message : Bản tin thu hồi nhãn

Lable Request Message : Bản tin yêu cầu nhãn

Lable Release Message : Bản tin giải phóng nhãn

Lable Abort Request Message : Bản tin hủy bỏ yêu cầu

Tất cả các bản tin LDP có khuôn dạng sau:

Kiểu bản tin Độ dài bản tin

ID bản tin Thông số bắt buộc Thông số tuỳ chọn U

Hình 1.15 : Khuôn dạng các bản tin LDP

 Bit U: bit bản tin chưa biết Nếu bit này bằng 1 thì nó không thể được thông

dịch bởi phía nhận, lúc đó bản tin bị bỏ qua mà không có phản hồi

 Kiểu bản ti: Chỉ ra kiểu bản tin là gì.

 Chiều 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.

ngang cấp của nó các quy định về lỗi và các điều bất thường Các quy định đó là:không nhận biết quá trình gửi, các sai lầm, bản tin dị tật, sự kết thúc của thời gian tồntại, giải phóng bởi một nút, lỗi của khởi tạo phiên LSP Trong một vài trường hợp,LSR có thể kết thúc phiên LDP (đóng kết nối TCP) Khuôn dạng bản tin được chỉ ratrong hình 1.16

mở rộng, trạng thái trở lại, bản tin trở lại

Khi một LSR nhận một bản tin Notification mang mã trạng thái chỉ ra một lỗi

không thể tránh được, nó huỷ bỏ phiên LDP này ngay lập tức bởi việc đóng phiên kếtnối TCP và loại bỏ tất cả các liên kết với phiên bao gồm cả các liên kết nhãn - FECvừa được lập thông qua phiên

phiên phát hiện LDP Khuôn dạng bản tin như hình vẽ

Hình 1.17: Tham số TLV Hello chungMột LSR lưu giữ bản ghi của các bản tin Hello được gửi từ các LSR ngang cấptiềm năng Bản tin Hello giữ thời gian chỉ rõ thời gian mà LSR bên gửi lưu trong bản

ghi của nó từ LSR bên nhận mà không cần biên nhận của bản tin Hello khác Một cặp

LSR thương lượng thời gian lưu trữ, chúng dùng cho các bản tin Hello từ các LSRkhác Mỗi cặp đề nghị một thời gian lưu trữ Thời gian lưu trữ được dùng là nhỏ nhất

được đề nghị trong các bản tin Hello

Bit T được gọi là Targeted Hello T=1 chỉ ra rằng bản tin Hello là Targeted Hello T=0 chỉ ra rằng bản tin Hello là một liên kết Bit R được gọi là yêu cầu gửi Targeted Hello R=1 thì yêu cầu bên nhận định kì gửi Targeted Hello tới nguồn của bản tin Hello này R=0 thì không có yêu cầu nào cả.

Tham số lựa chọn là các TLV địa chỉ truyền giao IPv4, IPv6 và một dãy số cáchình mà được dùng bởi LSR bên gửi để phát hiện hình thay đổi ở bên gửi

thiết lập một phiên LDP Trong thủ tục này, các LSR thương lượng các tham số nhưKeep alive timer, các kiểu quảng báo sẽ được hỗ trợ (dòng xuống không yêu cầu vàdòng xuống dựa trên yêu cầu) Nếu các nhãn FR hoặc ATM được sử dụng trong phiên,các quy định dùng cho các nhãn này cũng được thương lượng Khuôn dạng bản tinđược chỉ ra trong hình 1.18

sát tính nguyên vẹn của kết nối TCP hỗ trợ phiên LDP Không có tham số lựa chọntrong bản tin này

báo các địa chỉ giao diện của nó Một LSR nhận một bản tin địa chỉ dùng địa chỉ nóbiết để lưu trữ cơ sở dữ liệu cho trao đổi giữa các bộ nhận diện LDP ngang cấp và cácđịa chỉ hop tiếp theo

0 Address (0x0300) Message Length

Message ID

Address List (TLV)

Option Parameters

Hình 1.20 : Bản tin AddressDanh sách địa chỉ TLV là danh sách của các địa chỉ giao diện IP được quảng báobởi LSR bên gửi Không có tham số lựa chọn cho bản tin này

diện quảng báo trước đó hoặc các địa chỉ

kết nhãn FEC Nếu một LSR phân bố một trao đổi cho một FEC tới nhiều LDP ngangcấp, đây là vấn đề nội bộ hoặc nó trao đổi một nhãn đơn tới FEC và phân bổ sự traođổi này tới tất cả các peer của nó hoặc dùng các trao đổi khác nhau cho mỗi peer củanó

Cũng vậy, một LSR nhận một bản tin trao đổi nhãn từ LSR dòng xuống với mộttiền tố hoặc địa chỉ host FEC, và không nên dùng nhãn cho chuyển tiếp nếu bảng địnhtuyến của nó không chứa một cổng phù hợp với giá trị FEC

Hình 1.22 : Bản tin Lable Mapping

Dĩ nhiên, bản tin này phải chứa các địa chỉ IP và các liên kết nhãn của nó FECTLV chỉ rõ phần FEC của trao đổi nhãn-FEC được quảng báo Nhãn TLV chỉ rõ phầnnhãn của trao đổi nhãn-FEC Các TLV lựa chọn là ID bản tin yêu cầu nhãn, số lượnghop và vector tuyến

 Bản tin Label Request: Được dùng bởi một LSR để yêu cầu LDP peer đó cung

cấp một liên kết nhãn cho một FEC Một LSR có thể truyền một bản tin Request dướibất cứ điều kiện nào sau đây:

+ LSR nhận ra một FEC mới thông qua bản chuyển tiếp và hop bên cạnh là mộtLDP peer, và LSR không có trao đổi từ hop bên cạnh đó đối với FEC đượcnhận ra

+ Hop tiếp theo thay đổi FEC, và LSR không có trao đổi từ hop bên cạnh đó đốivới FEC được nhận ra

+ LSR nhận một yêu cầu nhãn cho một FEC từ peer LDP dòng lên, FEC củahop tiếp theo là một peer LDP, và LSR không có trao đổi từ hop bên cạnh

Message ID

FEC TLVOption ParametersHình 1.23 : Bản tin Label RequestFEC TLV nhận dạng giá trị nhãn được yêu cầu Các TLV lựa chọn là số lượng hop

và vector tuyến

LDP peer để thông báo cho nút đó không tiếp tục dùng liên kết nhãn-FEC đặc trưng

mà LSR đã quảng báo trước đó LSR truyền bản tin Label Withdraw dưới các điều

Option Parameters

Hình 1.24 : Bản tin Label WithdrawFEC TLV chỉ rõ FEC cho các nhãn bị huỷ bỏ Nếu không có nhãn TLV theo sauFEC, tất cả các nhãn liên kết với FEC bị huỷ bỏ Mặt khác, chỉ có nhãn được chỉ rõ

trong nhãn TLV lựa chọn bị huỷ bỏ LSR nhận một bản tin Label Request phải trả lời lại với bản tin Label Release

hơn cần các liên kết nhãn-FEC đặc trưng Một LSR phải truyền một bản tin Label Release dưới các điều kiện sau:

+ LSR nhận một trao nhãn từ một LSR không phải là hop tiếp theo đối với FEC

và LSR là hình thể cho sự duy trì hoạt động

+ LSR nhận một bản tin Label Withdraw.

nhiều lý do khác nhau cho việc đưa ra bản tin Abort như quảng báo tiền tố OSPF và

BGP để thay đổi hoạt động yêu cầu nhãn

 Các chế độ phân phối nhãn:

Chúng ta đã biết một số chế độ hoạt động trong việc phân phối nhãn như: khôngyêu cầu phía trước, theo yêu cầu phía trước, điều khiển LSP theo lệnh hay độc lập, duytrì tiên tiến hay bảo thủ Các chế độ này được thoả thuận bởi LSR trong quá trình khởitạo phiên LDP

Khi LSR hoạt động ở chế độ duy trì bảo thủ, nó sẽ chỉ giữ những giá trị Nhãn/FEC

mà nó cần tại thời điểm hiện tại Các chuyển đổi khác được giải phóng Ngược lạitrong chế độ duy trì tiên tiến, LSR giữ tất cả các chuyển đổi mà nó được thông báongay cả khi một số không được sử dụng tại thời điểm hiện tại Hoạt động của các chế

độ này như sau:

nó cho FEC đó

không thể sử dụng gắn kết này cho mục đích chuyển tiếp tại thời điểm hiện tại nhưng

nó vẫn lưu việc gắn kết này lại

thành nút tiếp theo của LSR2 đối với FEC đó thì LSR2 sẽ cập nhật thông tin trongbảng định tuyến tương ứng và có thể chuyển tiếp các gói có nhãn đến LSR1 trên tuyếnmới của chúng Việc này được thực hiện một cách tự động mà không cần đến báo hiệuLDP hay quá trình phân bổ nhãn mới

Ưu điểm lớn nhất của chế độ duy trì tiên tiến đó là khả năng phản ứng nhanh hơnkhi có sự thay đổi định tuyến Nhược điểm lớn nhất là lãng phí bộ nhớ và nhãn Điềunày đặc biệt quan trọng và có ảnh hưởng rất lớn đối với những thiết bị lưu trữ bảngđịnh tuyến trong phần cứng như ATM-LSR Thông thường chế độ duy trì bảo thủ nhãnđược sử dụng trong các ATM-LSR

1.6.2 Giao th c CR-LDP ức CR-LDP.

Giao thức CR-LDP được sử dụng để điều khiển cưỡng bức LDP Giao thức này làphần mở rộng của LDP cho quá trình định tuyến cưỡng bức của LSP Cũng giống nhưLDP, nó sử dụng các phiên TCP giữa các LSR đồng cấp để gửi các bản tin phân phốinhãn

 Khái niệm định tuyến cưỡng bức

Về cơ bản chúng ta có thể định nghĩa định tuyến cưỡng bức như sau Một mạng cóthể được biểu diễn đưới dạng sơ đồ theo V và E G(V,E) trong đó V là tập hợp các nútmạng và E là tập hợp các kênh kết nối giữa các nút mạng Mỗi kênh sẽ có các đặcđiểm riêng Đường kết nối giữa nút thứ nhất đến nút thứ hai trong cặp phải thoả mãnmột số điều kiện cưỡng bức Tập hợp các điều kiện cưỡng bức này được coi là các đặcđiểm của các kênh và chỉ có nút đầu tiên trong cặp đóng vai trò khởi tạo đường kết nốimới biết các đặc điểm này Nhiệm vụ của định tuyến cưỡng bức là tính toán xác định

đường kết nối từ nút này đến nút kia sao cho đường này không vi phạm các điều kiệncưỡng bức và là một phương án tối ưu theo một tiêu chí nào đó (số nút ít nhất hoặcđường ngắn nhất) Khi đã xác định được một đường kết nối thì định tuyến cưỡng bức

sẽ thực hiện việc thiết lập, duy trì và truyền trạng thái kết nối dọc theo các kênh trênđường

Điểm khác nhau chính giữa định tuyến IP truyền thống và định tuyến cưỡng bức

đó là: thuật toán định tuyến IP truyền thống chỉ tìm ra đường tối ưu ứng với một tiêuchí (ví dụ như số nút nhỏ nhất); trong khi đó thuật toán định tuyến cưỡng bức vừa tìm

ra một đường tối ưu theo một tiêu chí nào đó đồng thời phương án đó phải không viphạm điều kiện cưỡng bức Yêu cầu không vi phạm các điều kiện cưỡng bức là điểmkhác nhau cơ bản để phân biệt giữa định tuyến cưỡng bức và định tuyến thông thường.Trên đây chúng ta đã đề cập đến việc tìm đường không vi phạm các điều kiệncưỡng bức, tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu thế nào là các điều kiện cưỡng bức

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

số hoạt động nhất định, độ rộng băng tần khả dụng của kênh truyền là một yếu tố quantrọng trong việc định tuyến cưỡng bức Ngoài ra điều kiện cưỡng bức cũng có thể làviệc quản trị Ví dụ như một nhà quản trị mạng muốn ngăn không cho một lưu lượngloại nào đó không được đi qua một số kênh nhất định trong mạng, trong đó các kênhđược xác định bởi các đặc điểm cụ thể Cũng giống như điều kiện cưỡng bức là khảnăng của kênh, điều kiện cưỡng bức là quản trị ứng với các đường khác nhau cũng cóthể có các điều kiện cưỡng bức là quản trị khác nhau Ví dụ như đối với một cặp nút,đường từ nút thứ nhất trong cặp tới nút thứ hai có thể bao gồm một tập hợp kênh cómột số đặc điểm nhất định bị loại ra, trong khi đối với một cặp khác thì lại có một tậpkênh khác bị loại ra

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

 Các phần tử định tuyến cưỡng bức

Để một hệ thống định tuyến IP có thể hỗ trợ định tuyến cưỡng bức, nó phải thoảmãn các đặc điểm sau:

- Khả năng tính toán và xác định đường tại phía nguồn

- Khả năng phân phối thông tin về cấu trúc mạng và đặc điểm các kênh tới tất cảcác nút trong mạng

- Hệ thống phải hỗ trợ định tuyến hiện

Tài nguyên mạng có thể dự phòng và các thông số của kênh có thể thay đổi đượckhi truyền lưu lượng tương ứng trên tuyến

 Điều kiện cưỡng bức "chọn đường ngắn nhất"

Như đã đề cập ở trên, định tuyến cưỡng bức phải tính toán xác định được đườngthoả mãn các điều kiện sau:

- Là tối ưu theo một tiêu chí nào đó (ví dụ như đường ngắn nhất hoặc số nút ítnhất)

- Không vi phạm các điều kiện cưỡng bức

Một trong cách thoả mãn tiêu chí tối ưu là sử dụng thuật toán “trước tiên là đườngngắn nhất” (SPF) Thuật toán SPF trong định tuyến IP đơn giản, việc tính toán xácđịnh đường phải tối ưu theo một tiêu chí nào đó (ví dụ như khoảng cách) Vì vậy đểtính toán xác định đường không vi phạm các điều kiện cưỡng bức chúng ta cần sửa đổithuật toán sao cho nó tính đến các điều kiện cưỡng bức Chúng ta hãy xem xét mộtthuật toán loại này đó là: điều kiện cưỡng bức “chọn đường ngắn nhất” (CSPF)

Về tổng quát, thủ tục kiểm tra xem kênh có thoả mãn một điều kiện cưỡng bức cụthể là đặc điểm của định tuyến cưỡng bức Ví dụ như nếu điều kiện cưỡng bức cầnthoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng, khi đó chúng ta cần kiểm tra độ rộng băng tầnkhả dụng của kênh có lớn hơn một giá trị độ rộng băng tần được chỉ ra trong điều kiệncưỡng bức; chỉ khi thoả mãn chúng ta mới kiểm tra nút W ở đầu kia của kênh

Để kiểm tra kênh có thoả mãn một điều kiện cưỡng bức cụ thể nào đó thì chúng taphải biết trước các thông tin của kênh tương có liên quan đến điều kiện cưỡng bức Ví

dụ như khi điều kiện cưỡng bức cần thoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng thì thôngtin cần có là độ rộng băng tần khả dụng của từng kênh

Lưu ý rằng thuật toán tính toán xác định đường sử dụng trong CSPF, yêu cầu bộđịnh tuyến thực hiện việc tính toán xác định đường phải có các thông tin về tất cả cáckênh trong mạng Điều đó có nghĩa là chỉ một số loại giao thức định tuyến có thể hỗtrợ định tuyến cưỡng bức đó là các giao thức định tuyến theo trạng thái kênh (ví dụnhư IS-IS, OSPF) Còn các giao thức định tuyến theo vector khoảng cách (ví dụ nhưRIP) không hỗ trợ định tuyến cưỡng bức

Để minh hoạ cho CSPF, chúng ta hãy xem xét ví dụ trên hình 1-27 Chúng ta giả

sử rằng độ dài tất cả các kênh đều bằng nhau và có giá trị là 1 Chúng ta cũng giả sửrằng tất cả các kênh đều có độ rộng băng tần khả dụng là 150 Mb/s, ngoại trừ kênh nối

từ LSR2 đến LSR4 có độ rộng băng tần khả dụng là 45 Mb/s Nhiệm vụ của chúng ta

là tìm đường từ LSR1 đến LSR6 sao cho có độ dài ngắn nhất và độ rộng băng tần khảdụng phải lớn hơn hoặc bằng 100 Mb/s Ở đây điều kiện cưỡng bức cần thoả mãn là độrộng băng tần khả dụng

Khởi đầu cây đường ngắn nhất (có gốc ở LSR1) chỉ có nút LSR1 Tiếp theo chúng

ta kiểm tra hai nút bên cạnh LSR1 đó là LSR2 và LSR3 với lưu ý rằng độ rộng băngtần khả dụng của kênh (LSR1-LSR2) và (LSR1-LSR3) đều lớn hơn giá trị cần thiết là

100 Mb/s Kết luận không kênh nào vi phạm điều kiện cưỡng bức, vì vậy chúng ta bổsung LSR2 và LSR3 vào danh sách “ứng cử” Tiếp theo chúng ta tìm nút có khoảngcách ngắn nhất đến LSR1 trong danh sách các nút “ứng cử” Nút này là LSR2 (ở đây

cả hai nút LSR2 và LSR3 đều có khoảng cách như nhau đến LSR1 ví vậy có thể chọnngẫu nhiên là LSR2), chúng ta bổ sung nó vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR2) vàxoá nó khỏi danh sách các nút “ứng cử” Kết thúc một vòng của thuật toán

Vòng thứ 2 chúng ta kiểm tra nút cạnh nút LSR2 là LSR4 Với nút này chúng tathấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên kênh (LSR2-LSR4) nhỏ hơn độ rộng băngtần yêu cầu Vì vậy kênh này không thoả mãn điều kiện cưỡng bức và chúng ta không

bổ sung LSR4 vào danh sách nút “ứng cử” Chúng ta vẫn còn LSR3 trong danh sáchnút “ứng cử”, vì vậy ta bổ sung nó vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3) và xoá nókhỏi danh sách “ứng cử” Kết thúc vòng thứ hai của thuật toán

Tại vòng thứ 3 của thuật toán, chúng ta kiểm tra nút cạnh nút LSR3 là nút LSR5.Với nút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên kênh (LSR3-LSR5) lớnhơn độ rộng băng tần yêu cầu Vì vậy kênh này thoả mãn điều kiện cưỡng bức và ta bổsung nó vào danh sách nút “ứng cử” Tiếp theo chúng ta tìm trong danh sách các nút

“ứng cử”nút có khoảng cách ngắn nhất tới LSR1 là nút LSR5 Vì vậy ta bổ sung LSR5vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5) và xoá LSR5 khỏi danh sách “ứng cử”.Kết thúc vòng thứ 3 của thuật toán

Tại vòng thứ 4 của thuật toán, ta kểm tra nút cạnh nút LSR5 là LSR4 Với nút nàychúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên kênh (LSR5-LSR4) lớn hơn độrộng băng tần yêu cầu Vì vậy kênh này thoả mãn điều kiện cưỡng bức và ta bổ sung

nó vào danh sách nút “ứng cử” Tiếp theo chúng ta tìm trong danh sách các nút “ứngcử”nút có khoảng cách ngắn nhất tới LSR1 là nút LSR4 Vì vậy ta bổ sung LSR5 vào

cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4) và xoá LSR4 khỏi danh sách “ứngcử” Kết thúc vòng thứ 4 của thuật toán.

Tại vòng thứ 5 của thuật toán, ta kểm tra nút cạnh nút LSR5 là LSR6 và LSR7.Với nút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên các kênh (LSR4-LSR6)

và (LSR4-LSR7) lớn hơn độ rộng băng tần yêu cầu Vì vậy kênh này thoả mãn điềukiện cưỡng bức và ta bổ sung LSR6 và LSR7 vào danh sách nút “ứng cử” Tiếp theochúng ta nhận thấy rằng trong danh sách các nút “ứng cử” có nút LSR6 có khoảngcách ngắn nhất tới LSR1 Vì vậy ta bổ sung LSR6 vào cây đường ngắn nhất (LSR1,LSR3, LSR5, LSR4, LSR6) và xoá LSR6 khỏi danh sách “ứng cử” Tại đây chúng tanhận thấy cây đường ngắn nhất đã có chứa nút LSR6 là nút đích của đường cần tìm Vìvậy thuật toán kết thúc ở đây Kết quả đường ngắn nhất từ LSR1 đến LSR6 là (LSR1,LSR3, LSR5, LSR4, LSR6) Chúng ta có thể nhận thấy đường này khác với đườngđược xác định theo thuật toán SPF có thể là (LSR1, LSR2, LSR4, LSR6)

CR-LDP là giao thức mở rộng từ LDP (RFC 3212) nhằm hỗ trợ đặc biệt cho địnhtuyến ràng buộc, kỹ thuật lưu lượng (TE) và các hoạt động dự trữ tài nguyên Các khảnăng của CR-LDP tuỳ chọn bao gồm thương lượng các tham số lưu lượng như cấpphát băng thông, thiết lập và cầm giữ quyền ưu tiên

1.6.3 Giao thức đặt trước tài nguyên (RSVP).

Sau khi đã xem xét những thành phần chính trong cấu trúc dịch vụ tích hợp, trongphần này chúng ta sẽ tập trung vào giao thức báo hiệu RSVP là giao thức báo hiệuđóng vai trò rất quan trọng trong MPLS RSVP là giao thức cho phép các ứng dụngthông báo các yêu cầu về QoS với mạng và mạng sẽ đáp ứng bằng những thông báothành công hoặc thất bại RSVP phải mang những thông tin sau:

thể có thể được nhận biết trong mạng Thông tin này bao gồm địa chỉ IP phía gửi

và phía nhận, số cổng UPD

TSpec và RSpec, bao gồm các dịch vụ yêu cầu (có bảo đảm hoặc tải điều khiển)

Rõ ràng là RSVP phải mang những thông tin này từ các máy chủ tới tất cả cáctổng đài chuyển mạch và các bộ định tuyến dọc theo đường truyền từ bộ gửi đến bộnhận, vì vậy tất cả các thành phần mạng này tham gia vào việc đảm bảo các yêu cầuQoS của ứng dụng

RSVP mang các thông tin trong hai loại bản tin cơ bản là: PATH và RESV Cácbản tin PATH từ bộ gửi tới một hay nhiều bộ phận có chứa TSpec và các thông tinphân loại do bộ gửi cung cấp Một lý do cho phép có nhiều bộ nhận là RSVP đượcthiết kế để hỗ trợ nhiều multicast Một bản tin PATH bao giờ cũng được gửi tới mộtđịa chỉ gọi là địa chỉ phiên, nó có thể là địa chỉ unicast hoặc multicast Chúng ta thường

xem phiên đại diện cho một ứng dụng đơn, nó được xác nhận bằng một địa chỉ đích và

số cổng đích sử dụng riêng cho ứng dụng Trong phần tiếp theo chúng ta sẽ thấy rằngkhông có lý do nào để xem xét một phiên theo cách hạn chế như vậy

Khi bộ nhận nhận được bản tin PATH, nó có thể gửi bản tin RESV trở lại cho bộgửi Bản tin RESV xác nhận phiên có chứa thông tin về số cổng dành riêng và RSpecxác nhận mức QoS mà bộ phận yêu cầu Nó cũng bao gồm một vài thông tin xem xét

những bộ gửi nào được phép sử dụng tài nguyên đang được cấp phát Hình 1.28 biểu

diễn trình tự bản tin trao đổi giữa bộ gửi và nhân Ở đây chúng ta lưu ý rằng các cổngdành riêng là đơn công Nếu cần sử dụng các cổng dành riêng song công (ví dụ nhưphục vụ cho thoại truyền thống) thì phải có các bản tin bổ sung theo chiều ngược lại.Cũng chú ý rằng các bản tin được nhận và chuyển tiếp bởi tất cả các bộ định tuyến dọctheo đường truyền thông tin, do đó việc cấp phát tài nguyên có thể thực hiện tại tất cảcác nút mạng cần thiết

Hình 1.28 : Thủ tục báo hiệu trong RSVP

Khi các cổng dành được thiết lập, các bộ đinh tuyến nằm giữa bộ gửi và bộ nhận

sẽ xác định các gói tin thuộc cổng dành riêng nào nhờ việc kiểm tra năm trường trongphần mào đầu của IP và giao thức truyền tải đó là: địa chỉ đích, số cổng đích, số giaothức (ví dụ UDP), địa chỉ nguồn và cổng nguồn Chúng ta gọi tập các gói tin đượcnhận dạng theo cách này là luồng dành riêng Các gói tin trong luồng dành riêngthường bị khống chế (đảm bảo cho luồng không phát sinh lưu lượng vượt quá số thôngbáo trong TSpec) và xếp vào hàng đợi để phù hợp với yêu cầu về QoS Ví dụ một cách

để có dịch vụ đảm bảo là sử dụng hàng đợi có trọng số (WFQ), ở đây mỗi cổng dànhriêng khác nhau được xem như một luồng đối với các hàng đợi, và trọng số được ấnđịnh cho mỗi luông phù hợp với tốc độ dịch vụ yêu cầu trong RSpec của nó

Đối với các luồng unicast thì RSVP là khá đơn giản Nó trở lên phức tạp hơn trongmôi trường multicast, bởi vì có rất nhiều bộ nhận dành riêng cổng cho một phiên đơn

và các bộ nhận khác nhau có thể yêu cầu các mức QoS khác nhau Hiện nay MPLSchủ yếu tập trung vào các ứng dụng unicast của RSVP, chúng ta sẽ không đi sâu vàokhía cạnh multicast của RSVP

Điểm cuối cùng phải chú ý về RSVP là nó là giao thức “trạng thái mềm” Đặc tính

để phân biệt giao thức trạng thái mềm với các giao thức loại khác là trạng thái sẽ tựđộng hết hiệu lực sau một thời gian trừ khi nó được làm tươi liên tục theo chu kỳ Điều

đó có nghĩa là RSVP sẽ định kỳ gửi đi các bản tin PATH và RESV để làm tươi cáccổng dành riêng Nếu chúng không được gửi trong một khoảng thời gian xác định thìcác cổng dành riêng tự động huỷ bỏ.

Điều này trở lên khá dễ dàng để kết hợp các nhãn với các luồng dành riêng trongRSVP, ít nhất là với unicast Chúng ta định nghĩa một đối tượng RSVP mới là đốitượng LABEL được mang trong bản tin RSVP RESV Khi một LSR muốn gửi bản tinRESV cho một luồng RSVP mới, LSR cấp phát một nhãn từ trong tập nhãn rỗi, tại mộtlối vào trong LFIB của nó với nhãn lối vào được đặt trong nhãn cấp phát, và gửi đi bảntin RESV có chứa nhãn này trong đối tượng LABEL Chú ý là các bản tin RESVtruyền 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 LFIB của

nó với nhãn này là nhãn lối ra Sau đó nó cấp phát một nhãn để sử dụng như là mộtnhãn lối vào và chèn nó vào bản tin RESV trước khi gửi nó đi Rõ ràng là, khi các bảntin RESV truyền lên 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 dàng

kết hợp các tài nguyên QoS phù hợp với LSP Hình 1.29 minh hoạ quá trình trao đổi

này Trong trường hợp này chúng ta giả sử các máy chủ không tham gia vào việc phânphối nhãn LSR R3 cấp phát nhãn 5 cho cổng dành riêng này và thông báo nó tới R2.R2 cấp phát nhãn 9 cũng cho cổng dành riêng này và thông báo nó tới R1 Bây giờ đã

có một LSP cho luồng dành riêng từ R1 tới R3 Khi các gói tin tương ứng với cổngdành riêng này (ví dụ gói tin gửi từ H1 tới H2 với số cổng nguồn, đích thích hợp và sốgiao thức giao vận thích hợp) tới R1, R1 phân biệt nó bằng các thông tin mào đầu IP

và lớp truyền tải để tạo ra QoS thích hợp cho cổng dành riêng.ví dụ như đặc điểm vàhàng đợi các gói tin trong hàng đợi lối ra Nói cách khác Nó thực hiện các chức năngcủa một bộ định tuyến tích hợp dịch vụ sử dụng RSVP Hơn nữa R1 đưa mào đầu nhãnvào các gói tin và chèn giá trị lối ra là 9 trước khi gửi chuyển tiếp gói tin tới R2