mpls và kỹ thuật lưu lượng

Công nghệ MPLS Multiprotocol label switching là kết quả phát triển của nhiều công nghệ chuyển mạch IP IP switching sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin

Trang 1

Mục lục

Trang

Mục lục i

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt vi

Danh mục bảng biểu x

Danh mục hình vẽ xi

CHƯƠNG 1 : CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MPLS) 3

1.1 Lịch sử phát triển của MPLS 3

1.2 Các khái niệm cơ bản MPLS 4

1.2.1 MPLS là gì? 4

1.2.2 Miền MPLS (MPLS Domain) 5

1.2.3 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) 6

1.2.4 Nhãn và stack nhãn (Label và Label stack) 6

1.2.5 Hoán đổi nhãn (Label Swapping) 7

1.2.6 Đường chuyển mạch nhãn (LSP) 8

1.2.7 Chuyển gói qua miền MPLS 9

1.3 Thành phần cơ bản của MPLS 9

1.4 Mã hóa nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS 10

1.4.1 Mã hóa stack nhãn 10

1.4.2 Chế độ khung Frame 12

1.4.3 Chế độ tế bào Cell 12

1.5 Cấu trúc chức năng MPLS 13

1.5.1 Kiến trúc một nút MPLS (LER và LSR) 13

1.5.2 Mặt phẳng chuyển tiếp (mặt phẳng dữ liệu) 14

1.5.2.1 Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB 14

1.5.2.2 Thuật toán chuyển tiếp nhãn 15

1.5.2.3 NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry) 16

1.5.2.4 Mặt phẳng điều khiển 16

1.6 Hoạt động của MPLS 17

1.6.1 Chế độ hoạt động khung MPLS 17

1.6.2 Các hoạt động trong mảng số liệu 18

1.6.3 Chế độ hoạt động tế bào MPLS 21

1.6.4 Hoạt động của MPLS khung trong mạng ATM-PVC 25

1.6.5 Hoạt động của MPLS trong mặt phẳng chuyển tiếp 26

1.6.6 Gỡ nhãn ở hop áp cuối (PHP) 27

1.6.7 Một ví dụ hoạt động chuyển tiếp gói 27

1.7 Ưu điểm và ứng dụng của MPLS 29

1.7.1 So sánh MPLS và MPOA 29

1.7.2 Tốc độ và độ trễ 30

1.7.3 Chất lượng dịch vụ trong MPLS 30

1.7.4 Đơn giản hóa chức năng chuyển tiếp 31

SVTH: Phạm Thanh Hải GVHD: ThS Đào Minh Hưng

Trang 2

1.7.5 Kỹ thuật lưu lượng 31

1.7.6 Định tuyến QoS từ nguồn 32

1.7.7 Mạng riêng ảo VPN 32

1.7.8 Chuyển tiếp có phân cấp (Hierachical forwarding) 32

1.7.9 Khả năng mở rộng (Scalability) 32

1.7.10 Khả năng ứng dụng MPLS trong mạng thế hệ sau NGN 33

1.7.11 MPLS và kiến trúc Internet 34

1.8 Các nhược điểm của MPLS 35

Tổng kết chương 36

CHƯƠNG 2: ĐỊnh tuyẾn và báo hiỆu trong MPLS 36

2.1 Định tuyến trong MPLS 36

2.1.1 Định tuyến cưỡng bức (Constrain-based Routing) 36

2.1.2 Định tuyến tường minh (Explicit Routing) 38

2.1.3 Định tuyến dựa trên QoS 38

2.1.3.1 Phân loại các thuật toán QoS 39

2.1.3.2 Thuật toán định tuyến có thể giải được với thời gian đa thức 39

2.1.4 Định tuyến dựa trên lưu lượng 40

2.2 Các chế độ báo hiệu MPLS 43

2.2.1 Chế độ phân phối nhãn 43

2.2.1.1 Phân phối nhãn không cần yêu cầu (Downstream Unsolicited) 44

2.2.1.2 Phân phối nhãn theo yêu cầu (Downstream on Demand) 44

2.2.2 Chế độ duy trì nhãn 44

2.2.2.1 Duy trì nhãn tự do (liberal label retention) 45

2.2.2.2 Duy trì nhãn bảo thủ (conservative label retention) 45

2.2.3 Chế độ điều khiển LSP 46

2.2.3.1 Điều khiển độc lập (independent control) 46

2.2.3.2 Điều khiển tuần tự (ordered control) 46

2.2.4 Các giao thức phân phối nhãn MPLS 47

2.3 Giao thức LDP (Label Distribution Protocol) 48

2.3.1 Hoạt động của LDP 48

2.3.2 Cấu trúc thông điệp LDP 49

2.3.2.1 LDP PDU 50

2.3.2.2 Định dạng thông điệp LDP 50

2.3.3 Các bản tin LDP 51

2.3.4 LDP điều khiển độc lập và phân phối theo yêu cầu 52

2.4 Giao thức CR-LDP (Constrain-based routing LDP) 53

2.4.1 Mở rộng cho định tuyến cưỡng bức 53

2.4.2 Thiết lập một CR-LSP (Constrain-based routing LSP) 54

2.4.3 Tiến trình dự trữ tài nguyên 55

2.5 Giao thức RSVP-TE (RSVP Traffic Engineering) 56

2.5.1 Các bản tin thiết lập dự trữ RSVP 58

2.5.2 Các bản Tear Down, Error và Hello của RSVP-TE 58

2.5.3 Thiết lập tuyến tường minh trong điều khiển tuần tự theo yêu cầu 59

2.5.4 Giảm lượng overhead làm tươi RSVP 60

2.5.5 RSVP và khả năng mở rộng 61

2.6 Giao thức BGP 62

Trang 3

2.6.1 BGPv4 và mở rộng cho MPLS 62

2.6.2 Kết nối MPLS qua nhiều nhà cung cấp dịch vụ 64

2.7 So sánh CR-LDP và RSVP 64

CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MPLS 67

3.1 Kỹ thuật lưu lượng (traffic engineering) 67

3.1.1 Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng 67

3.1.1.1 Phân loại 67

3.1.1.2 Bài toán nghẽn 67

3.1.2 Các lớp dịch vụ dựa trên nhu cầu QoS và các lớp lưu lượng 68

3.1.3 Hàng đợi lưu lượng 68

3.1.3.1 Hàng đợi FIFO (First-in, First-out) 69

3.1.3.2 Hàng đợi WFQ (Weighted Fair Queuing) 69

3.1.3.3 Hàng đợi CQ (Custom Queuing) 70

3.1.3.4 Hàng đợi PQ (Priority Queuing) 70

3.1.4 Giải thuật thùng rò và thùng token .71

3.1.4.1 Giải thuật thùng rò (Leaky Bucket) 71

3.1.4.2 Giải thuật thùng token (Token Bucket) 71

3.1.5 Giải pháp mô hình chồng phủ (Overlay Model) 72

3.2 MPLS và kỹ thuật lưu lượng 73

3.2.1 Khái niệm trung kế lưu lượng (traffic trunk) 73

3.2.2 Đồ hình nghiệm suy (Induced Graph) 74

3.2.3 Bài toán cơ bản của kỹ thuật lưu lượng trên MPLS 74

3.3 Trung kế lưu lượng và các thuộc tính 74

3.3.1 Các hoạt động cơ bản trên trung kế lưu lượng 75

3.3.2 Thuộc tính tham số lưu lượng (Traffic Parameter) 75

3.3.3 Thuộc tính lựa chọn và quản lý đường (chính sách chọn đường) 76

3.3.3.1 Đường tường minh đặc tả quản trị 76

3.3.3.2 Phân cấp các luật ưu tiên cho đa đường 76

3.3.3.3 Thuộc tính Affinity lớp tài nguyên (Resource Class Affinity) 76

3.3.3.4 Thuộc tính thích ứng (Adaptivity) 77

3.3.3.5 Phân phối tải qua nhiều trung kế song song 77

3.3.4 Thuộc tính ưu tiên / lấn chiếm (Priority/Preemption) 77

3.3.5 Thuộc tính đàn hồi (Resilience) 77

3.3.6 Thuộc tính khống chế (Policing) 78

3.4 Các thuộc tính tài nguyên 78

3.4.1 Bộ nhân cấp phát cực đại (maximum allocation multiplier) 78

3.4.2 Lớp tài nguyên (Resource Class) 78

3.4.3 TE Metric 79

3.5 Tính toán đường cưỡng bức 79

3.5.1 Quảng bá các thuộc tính của link 79

3.5.2 Tính toán LSP cưỡng bức (CR-LSP) 80

3.5.3 Giải thuật chọn đường 80

3.5.4 Tái tối ưu hóa (Re-optimization) 83

3.6 Bảo vệ và khôi phục đường 83

3.6.1 Phân loại các cơ chế bảo vệ khôi phục 84

Trang 4

3.6.1.1 Sửa chữa toàn cục và sửa chữa cục bộ 84

3.6.1.2 Tái định tuyến và chuyển mạch bảo vệ 85

3.6.1.3 Ba cách khôi phục bảo vệ tái định tuyến 85

3.6.2 Mô hình Makam 87

3.6.3 Mô hình Haskin (Reverse Backup) 88

3.6.4 Mô hình Hundessa 88

3.6.5 Mô hình Shortest-Dynamic 89

3.6.6 Mô hình Simple-Dynamic 89

3.7 Vấn đề triển khai MPLS tại Việt Nam 90

3.8 Nhận xét 92

CHƯƠNG 4: Chương trình mô phỎng vỀ kỸ thuẬt lưu lưỢng 93

4.1 Lý thuyết chung 93

4.1.1 Router modes 93

4.1.2 Cách thức cấu hình chính (Entering global configuration mode) 93

4.1.3 Cấu hình cho tên một Router 94

4.1.4 Cấu hình cho các mật khẩu (Configuring Passwords) 94

4.2 Mô phỏng bài Lab về kỹ thuật lưu lượng trong MPLS (MPLS TE) 94

KẾT LUẬN VÀ hưỚng phát triỂn đỀ tài 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

Trang 5

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Trang 6

 Đồ án tốt nghiệp đại học vii Danh mục các ký hiệu,các chữ viết tắt

ASIC Application Specific Integrated

ARIS Aggregate Route-Based IP

Switching Chuyển mạch IP theo phương pháp tổng hợp tuyếnARP Addresss Resolution Protocol Giao thức phân tích địa chỉ

ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không đồng

bộB

BGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng miền

CIPOA Classic IP over ATM Giao thức IP truyền thống qua

ATMC

CR Constrain-based Routing Định tuyến cưỡng bức

CSR Cell Switching Router Thiết bị định tuyến chuyển mạch tế

bàoD

DiffServ Differentiated Services Các dịch vụ khác nhau

EEGP Edge Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng biên

ERB Explicit Route information Base Cơ sở thông tin tuyến tường minhERO Explicit Route Object Đối tượng tuyến tường minh

ETSI European Telecommunication

Standard Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

FFDDI Fiber Distributed Data Interface Giao diện dữ liệu phân bố theo cáp

sợi quangFEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tương đươngFIB Forwarding Infomation Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp

FIFO First In First Out Hàng đợi vào trước ra trước

FIS Fault Indication Signal Bản tin chỉ thị báo lỗi

FRS Fault Recovery Signal Bản tin chỉ thị sửa lỗi

IIBM International Bussiness Machine Công ty IBM

IETF International Engineering Task

Force Tổ chức tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế cho InternetIGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến nội miền

ISDN Intergrated Service Digital

IS-IS Intermediate System –

Intermediate System Giao thức định tuyến IS-IS

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

Trang 7

Trang 8

Danh mục bảng biểu

Mục lục i

Trang 9

2.3.2.1 LDP PDU 50

Trang 10

3.4.3 TE Metric 79

Trang 11

3.8 Nhận xét 92

Trang 13

Danh mục hình vẽ Mục lục i

Trang 14

2.3.2.1 LDP PDU 50

Trang 15

3.4.3 TE Metric 79

Trang 16

3.8 Nhận xét 92

Trang 17

Lời nói đầu

Ngày nay, công nghệ thông tin và viễn thông đang hội tụ sâu sắc và cùng đóng góp rất tích cực trong sự phát triển kinh tế, xã hội toàn cầu Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp viễn thông đã và đang tìm một phương thức chuyển mạch có thể phối hợp ưu điểm của IP (như cơ cấu định tuyến) và của ATM (như thông lượng chuyển mạch) Mô hình IP over ATM của IETF coi IP như một lớp nằm trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con IP trên nền mạng ATM Phương thức tiếp cận xếp chồng này cho phép IP và ATM hoạt động với nhau mà không cần thay đổi giao thức của chúng Tuy nhiên, cách này không tận dụng được hết khả năng của ATM Ngoài ra, cách tiếp cận này không thích hợp với mạng nhiều Router

và không thật hiệu quả trên một số mặt Tổ chức ATM-Forum, dựa trên mô hình này đã phát triển công nghệ LANE và MPOA Các công nghệ này sử dụng các máy chủ để chuyển đổi địa chỉ nhưng đều không tận dụng được khả năng đảm bảo chất lượng dịch vụ của ATM Sự hạn chế trong mạng IP, ATM và cấu trúc mạng IP over ATM chính là lí do dẫn đến sự ra đời của MPLS

Công nghệ MPLS (Multiprotocol label switching) là kết quả phát triển của nhiều công nghệ chuyển mạch IP (IP switching) sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP Một trong những ưu điểm lớn nhất của MPLS là ở khả năng thực hiện

kỹ thuật lưu lượng Đây cũng là đối tượng nghiên cứu chính của em khi thực hiện

đề tài này Đây là một tính năng vượt trội của MPLS so với các giao thức định tuyến cổ điển

Nội dung chủ yếu trong đề tài này là:

 Chương 1: Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS).

 Chương 2: Định tuyến và báo hiệu trong MPLS

 Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

 Chương 4: Chương trình mô phỏng

Vì thời gian cũng như kiến thức có hạn, đồ án này không tránh khỏi những sai sót và hạn chế nên em rất mong sự chỉ bảo, bổ sung của quý thầy cô cùng các bạn

Trang 18

Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn tất cả các Thầy Cô giáo của Khoa Kỹ thuật và Công Nghệ của trường Đại Học Quy Nhơn, đặc biệt em xin bày tỏ sự tri ân sâu sắc đến giảng viên ThS Đào Minh Hưng – người đã hết lòng giúp đỡ và hướng dẫn để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.

Quy nhơn, ngày… tháng… năm…

Sinh viên thực hiện

Phạm Thanh Hải

Trang 19

CHƯƠNG 1 : CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC

(MPLS)1.1 Lịch sử phát triển của MPLS

Công nghệ MPLS lần đầu tiên được đưa ra bởi hãng Ipsilon, một công ty nhỏ, trong triển lãm về công nghệ thông tin và viễn thông tại Texas Một thời gian ngắn sau đó, Cisco và một loạt các hãng lớn khác như IBM, Toshiba công bố các sản phẩm của họ sử dụng công nghệ chuyển mạch mới Tuy được đặt dưới nhiều tên khác nhau, các công nghệ này thực sự có cùng bản chất là công nghệ chuyển mạch dựa trên nhãn

Thiết bị định tuyến chuyển mạch tế bào (CSR - Cell Switch Router) của Toshiba ra đời năm 1994 là tổng đài ATM đầu tiên được điều khiển bằng giao thức

IP thay cho báo hiệu ATM Tổng đài IP của Ipsilon về thực chất là một ma trận chuyển mạch ATM được điều khiển bởi khối xử lý sử dụng công nghệ IP Công nghệ chuyển mạch thẻ (Tag switching) của Cisco cũng tương tự nhưng có bổ sung thêm một số điểm mới như lớp chuyển tiếp tương đương (FEC - Forwarding Equivalence Class), giao thức phân phối nhãn… Cisco phát hành ấn bản đầu tiên về chuyển mạch thẻ vào tháng 3 năm 1998 và trong thời gian sau đó, nhóm nghiên cứu cho Tổ chức tiêu chuẩn kỹ thuật Internet quốc tế (IETF - International Engineering Task Force) đã tiến hành các công việc để đưa ra tiêu chuẩn và khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

Sự ra đời của MPLS được dự báo là tất yếu khi nhu cầu và tốc độ phát triển rất nhanh của mạng Internet yêu cầu phải có một giao thức mới đảm bảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu, đồng thời phải đơn giản và tốc độ xử lý phải rất cao Tồn tại rất nhiều công nghệ để xây dựng mạng IP, ví dụ như IPOA (IP qua ATM), IPOS (IP qua SDH/SONET), IP qua WDM và IP qua cáp quang Mỗi công nghệ có ưu điểm

và nhược điểm nhất định Công nghệ ATM được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu trong các mạng IP xương sống (backbone) do có tốc độ cao, chất lượng dịch vụ QoS, điều khiển luồng và một số đặc tính khác của nó mà các mạng định tuyến truyền thống không có Nó cũng được phát triển để hỗ trợ cho IP Hơn nữa, trong các trường hợp đòi hỏi thời gian thực cao, IPOA sẽ là sự lựa chọn số một

IPOA truyền thống là một công nghệ lai ghép Nó đặt IP (công nghệ lớp thứ 3) trên ATM (công nghệ lớp thứ 2) Các giao thức của hai lớp là hoàn toàn độc lập Chúng được kết nối với nhau bằng một loạt các giao thức (như NHRP, ARP…)

SVTH: Phạm Thanh Hải Trang 3 GVHD: ThS Đào Minh Hưng

Trang 20

Cách tiếp cận này hình thành tự nhiên và được sử dụng rộng rãi Tuy nhiên, khi xuất hiện sự bùng nổ lưu lượng mạng, phương thức này dẫn đến một loạt các vấn đề cần giải quyết, bao gồm sự phụ thuộc vào các giao thức phức tạp và các bộ định tuyến

xử lý các giao thức này Sự phức tạp sẽ gây ra các hiệu ứng bất lợi đến sự tin cậy của các mạng xương sống

Để giải quyết những tồn tại này, các công nghệ như MPOA và LANE đã được hình thành Tuy nhiên các giải pháp đó không thể giải quyết được tất cả các tồn tại Trong khi ấy, nổi bật lên trên một loạt các công nghệ IPOA khác với phương thức lai ghép là chuyển mạch nhãn theo phương thức tích hợp Chúng cung cấp giải pháp hợp lý để giải quyết những tồn tại này

Khái niệm chuyển mạch nhãn xuất phát từ quá trình nghiên cứu hai thiết bị

cơ bản trong mạng IP: tổng đài chuyển mạch và bộ định tuyến Chúng ta có thể thấy rằng chỉ xét trong các yếu tố tốc độ chuyển mạch, phương thức điều khiển luồng, tỉ

lệ giữa giá cả và chất lượng thì tổng đài chuyển mạch chắc chắn tốt hơn nhiều so với bộ định tuyến Tuy nhiên, các bộ định tuyến có các chức năng định tuyến mềm dẻo mà tổng đài không thể so sánh được Do đó không thể không nghĩ rằng có thể

có một thiết bị có khả năng điều khiển luồng, tốc độ cao của tổng đài cũng như các chức năng định tuyến mềm dẻo của bộ định tuyến Đó là động cơ then chốt để phát triển chuyển mạch nhãn

Nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch nhãn là sử dụng một thiết bị tương tự như bộ định tuyến để điều khiển thiết bị chuyển mạch phần cứng ATM, do vậy công nghệ này có được tỉ lệ giữa giá thành và chất lượng có thể sánh được với tổng đài Nó cũng có thể hỗ trợ thậm chí rất nhiều chức năng định tuyến mới mạnh hơn như định tuyến hiện Công nghệ này do đó kết hợp một cách hoàn hảo ưu điểm của các tổng đài chuyển mạch với ưu điểm của các bộ định tuyến, và trở thành điểm nóng thu hút sự tập trung của ngành công nghiệp viễn thông

1.2 Các khái niệm cơ bản MPLS

1.2.1 MPLS là gì?

MPLS là viết tắt của “Multi-Protocol Label Switching”, tạm dịch là “Chuyển mạch nhãn đa giao thức” Thuật ngữ multi-protocol (đa giao thức) để nhấn mạnh rằng công nghệ này áp dụng được cho tất cả các giao thức lớp mạng chứ không chỉ riêng có giao thức IP MPLS cũng hoạt động tốt trên bất kỳ các giao thức lớp liên

Trang 21

kết Đây là một công nghệ lai kết hợp những đặc tính tốt nhất của định tuyến lớp 3 (Layer 3 routing) và chuyển mạch lớp 2 (Layer 2 switching).

LSR được chia thành 2 loại: LSR hướng lên (upstream LSR) và LSR hướng xuống (dowmstream LSR), phụ thuộc vào chiều của luồng lưu lượng Các tài liệu MPLS thường dùng ký hiệu Ru để biểu thị cho upstream-LSR và dùng ký hiệu Rd

để biểu thị cho downstream-LSR

Trang 22

Hình 1.2: Upstream và Downstream của LSR

LER cũng được chia thành 2 loại: nếu một LER là nút đầu tiên trên đường đi của một gói xuyên qua miền MPLS thì nó được gọi là LER lối vào (ingress-LER), còn nếu LER đó là nút cuối cùng thì nó được gọi là LER lối ra (egress-LER) Lưu ý

là các thuật ngữ này được áp dụng tùy theo chiều của luồng lưu lượng trong mạng,

do vậy một LER vừa có thể là ingress-LER vừa có thể là egress-LER, tuỳ theo các luồng lưu lượng đang xét

1.2.3 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC)

Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class) là một tập hợp các gói được đối xử như nhau bởi một LSR Nói cách khác, FEC là một nhóm các gói (ví dụ gói tin IP) được chuyển tiếp trên cùng một đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path), được đối xử theo cùng một cách thức và có thể ánh xạ vào một nhãn bởi một LSR cho dù chúng có thể khác nhau về thông tin mào đầu (header) lớp mạng Hình 1.3 dưới đây cho thấy cách xử lý này

Hình 1.3 : Lớp chuyển tiếp tương đương trong MPLS

1.2.4 Nhãn và stack nhãn (Label và Label stack)

Theo RFC 3031, nhãn là “một bộ nhận dạng có độ dài ngắn và cố định, mang

ý nghĩa cục bộ dùng để nhận biết một FEC” Nhãn được “dán” lên một gói để báo cho LSR biết gói này cần đi đâu Phần nội dung nhãn có độ dài 20 bit không có cấu trúc Như vậy số giá trị nhãn có thể có là 220 giá trị (hơn một triệu giá trị) Giá trị

nhãn định nghĩa chỉ mục (index) để dùng trong bảng chuyển tiếp.

T¶i Mµo ®Çu

IP MPLS§Öm Mµo ®Çu líp 2

Nh·n (20) COS (3) S (1) TTL (8)

Trang 23

Hình 1.4 : Khuôn dạng nhãn cho các gói không có cấu trúc nhãn gốc.

Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương tiện truyền mà gói tin được bọc vỏ Ví

dụ các gói ATM (tế bào) sử dụng giá trị VPI/VCI như nhãn, FR sử dụng DLCI làm nhãn

Một gói lại có thể được “dán chồng” nhiều nhãn, các nhãn này được chứa tại một nơi gọi là stack nhãn (label stack) Stack nhãn là một tập hợp gồm một hoặc nhiều entry nhãn tổ chức theo nguyên tắc LIFO (Last In First Out) Tại mỗi nút trong mạng chỉ xử lý nhãn hiện hành trên đỉnh của stack nhãn Chính nhãn này sẽ được LSR sử dụng để chuyển tiếp gói

Hình 1.5 : Stack nhãn

Nếu gói tin chưa có nhãn thì stack nhãn là rỗng (độ sâu của stack nhãn bằng 0) Nếu stack có chiều sâu là d thì mức 1 sẽ ở đáy stack và mức d sẽ ở đỉnh của stack (bit S trong entry nhãn đặt lên 1) Một entry nhãn có thể được đặt thêm vào (push) hoặc lấy ra (pop) khỏi stack nhãn

1.2.5 Hoán đổi nhãn (Label Swapping)

Hoán đổi nhãn là cách dùng các thủ tục để chuyển tiếp gói

Để chuyển tiếp gói có nhãn, LSR kiểm tra nhãn trên đỉnh stack và dùng ánh

xạ ILM (Incoming Label Map) để ánh xạ nhãn này tới một entry chuyển tiếp nhãn NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry) Sử dụng thông tin trong NHLFE, LSR xác định ra nơi để chuyển tiếp gói và thực hiện một tác vụ trên stack nhãn, rồi

nó mã hóa stack nhãn mới vào gói và chuyển gói đi

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

Trang 24

1.2.6 Đường chuyển mạch nhãn (LSP)

Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path) là một đường nối giữa router ngõ vào (ingress-LER) và router ngõ ra (egress-LER), được thiết lập bởi các nút MPLS để chuyển các gói đi xuyên qua mạng Đường dẫn của một LSP qua mạng được định nghĩa bởi sự chuyển đổi các giá trị nhãn ở các LSR dọc theo LSP bằng cách dùng thủ tục hoán đổi nhãn Khái niệm LSP tương tự như khái niệm mạch ảo (VC – Virtual Circuit) trong ATM

Hình 1.6 : Đường chuyển mạch nhãn (LSP)

Kiến trúc MPLS cho phép phân cấp các LSP, tương tự như ATM sử dụng VPI và VCI để tạo ra phân cấp kênh ảo (VC) nằm trong đường ảo (VP) Tuy nhiên ATM chỉ có thể hỗ trợ 2 mức phân cấp, trong khi với MPLS thì số mức phân cấp cho phép rất lớn, nhờ khả năng chứa được nhiều entry nhãn trong một stack nhãn

Về lý thuyết, giới hạn số lượng nhãn trong stack phụ thuộc giá trị đơn vị chuyển tiếp tối đa MTU (Maximum Transfer Unit) của các giao thức lớp liên kết dữ liệu (Data Link Layer) được dùng dọc theo một LSP

Hình 1.7 : Phân cấp LSP trong MPLS

Trang 25

1.2.7 Chuyển gói qua miền MPLS

Sau đây là một ví dụ đơn giản minh họa quá trình truyền gói tin IP đi qua một miền MPLS

Gói tin IP khi đi từ ngoài mạng vào trong miền MPLS sẽ được router A, đóng vai trò là một ingress-LER, gán nhãn có giá trị là 6 rồi chuyển tiếp đến router

B Router B, đóng vai trò là một LSR, dựa vào bảng hoán đổi nhãn để kiểm tra nhãn của gói tin Nó thay giá trị nhãn mới là 3 và chuyển tiếp đến router C Tại C, cũng đóng vai trò là một LSR, việc kiểm tra cũng tương tự như ở B và sẽ hoán đổi nhãn, gán cho gói tin một nhãn mới là 9 và tiếp tục đưa đến router D

Hình 1.8 : Gói IP đi qua mạng MPLS

Router D đóng vai trò egress-LER sẽ kiểm tra trong bảng hoán đổi nhãn và

gỡ bỏ nhãn 9 ra khỏi gói tin rồi định tuyến gói IP một cách bình thường đi ra khỏi miền MPLS

Với phương pháp làm việc này, các LSR trung gian như router B và C sẽ không phải thực hiện kiểm tra toàn bộ header IP của gói tin mà nó chỉ việc kiểm tra các giá trị của nhãn, so sánh trong bảng và chuyển tiếp Vì vậy tốc độ xử lý trong miền MPLS sẽ nhanh hơn nhiều so với định tuyến IP truyền thống Đường đi từ router A đến router D được gọi là đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path

1.3 Thành phần cơ bản của MPLS

Thành phần quan trọng cơ bản của mạng MPLS là thiết bị định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router) Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển tiếp gói thông tin trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn

Căn cứ vào vị trí và chức năng của LSR có thể phân thành các loại chính sau đây :

Trang 26

LSR biên : nằm ở biên của mạng MPLS LSR này tiếp nhận hay gửi đi các gói thông tin từ mạng này đến mạng khác (IP, Frame Relay,…) LSR biên gán này loại bỏ nhãn cho các gói thông tin đến hoặc đi khỏi mạng MPLS Các LSR này có thể là Ingress Router (Router lối vào) hay Egress Router (Router lối ra).

ATM-LSR : là các tổng đài ATM có thể thực hiện chức năng như LSR Các ATM-LSR thực hiện chức năng định tuyến gói IP và gán nhãn trong mảng điều khiển và chuyển tiếp số liệu trên cơ chế chuyển mạch tế bào ATM trong mảng số liệu Như vậy các tổng đài chuyển mạch ATM truyền thống có thể nâng cấp phần mềm để thực hiện chức năng của LSR

Bảng 1.1 : Các loại LSR trong mạng MPLS

LSR biên Nhận gói IP, kiểm tra lại lớp 3 và đặt vào

ngăn xếp nhãn trước khi gửi gói vào mạng LSR

Nhận gói tin có nhãn, loại bỏ nhãn, kiểm tra lại lớp 3 và chuyển tiếp gói IP đến nút tiếp theo

ATM-LSR Sử dụng giao thức MPLS trong mảng

điều khiển để thiết lập kênh ảo ATM Chuyển tiếp tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo

ATM-LSR biên Nhận gói có nhãn hoặc không nhãn,

phân vào các tế bào ATM và gửi các tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo

Nhận các tế bào ATM từ ATM-LSR cận

kề, tái tạo các gói từ các tế bào ATM và chuyển tiếp gói có nhãn hoặc không nhãn

1.4 Mã hóa nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS

1.4.1 Mã hóa stack nhãn

Khi nhãn được gắn lên gói, bản thân giá trị nhãn 20 bit sẽ được mã hoá cùng với một số thông tin cộng thêm để phụ trợ trong quá trình chuyển tiếp gói để hình thành một entry nhãn Hình 1.9 dưới đây minh họa định dạng một entry nhãn trong stack nhãn

Trang 27

Hình 1.9 : Định dạng một entry trong stack nhãn MPLS

LABEL (trường nhãn) – Gồm 20 bit Nhóm 32 bit ở hình trên là một entry trong stack nhãn, trong đó phần giá trị nhãn thực sự chỉ có 20 bit Tuy nhiên, người

ta thường gọi chung cho cả entry 32 bit nói trên là một nhãn Vì vậy khi thảo luận

về nhãn cần phân biệt là đang xem xét giá trị nhãn 20 bit hay nói về entry 32 bit trong stack nhãn Trường nhãn MPLS mang giá trị của nhãn MPLS, nhãn này được dùng cho một chuỗi tuần tự các hoạt động của nhãn: Chèn, tách và tráo đổi nhãn… Mỗi nhãn chỉ có giá trị cục bộ giữa hai LSR liên lạc với nhau Các nhãn là các giá trị không có cấu trúc và được lưu trữ trong một cơ sở thông tin nhãn (LIB) Giá trị nhãn có thể mang các giá trị từ 0 đến 220-1, ngoại trừ giá trị Reversed

EXP (trường bit thí nghiệm) (một số tài liệu gọi là lớp dịch vụ CoS – Class

of Service ) – Gồm 3 bit, được sử dụng cho các mục đích nghiên cứu và thí nghiệm

Nó có thể là một hàm của trường loại dịch vụ ToS (Type of Service) hoặc Diffserv trong gói IP Đa số các nhà sản xuất sử dụng các bit này để mang chỉ thị chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service), thường là copy trực tiếp từ các bit ToS trong gói

IP Khi gói MPLS vào hàng đợi, có thể sử dụng các bit EXP theo cách giống như các bit ưu tiên trong IP

S (trường bit stack) – Gồm 1 bit, chỉ thị đáy của stack nhãn Khi một nhãn nằm ở đáy stack nhãn, thì bit S đặt lên 1; còn các nhãn khác có bit S đặt về 0 Bit S

là phương tiện để xác định đáy của stack nhãn nằm ở đâu

TTL – Gồm 8 bit, thường là copy trực tiếp từ trường TTL của mào đầu IP, được giảm đi 1 qua mỗi nút nhằm ngăn chặn vòng lặp định tuyến (loop) giống như

IP Tuy nhiên, các bit TTL cũng có thể được đặt khác với TTL trong gói IP, thường dùng khi nhà khai thác mạng muốn che giấu topology mạng MPLS

MPLS có thể hoạt động ở hai chế độ: chế độ khung (frame) và chế độ tế bào (cell)

Trang 28

1.4.2 Chế độ khung Frame

Các kỹ thuật lớp 2 như Ethernet, Token Ring, FDDI, PPP… không có trường nào phù hợp trong mào đầu của frame có thể mang nhãn Vì vậy, stack nhãn sẽ được chứa trong mào đầu chêm (shim header) Shim header được “chêm” vào giữa mào đầu lớp liên kết dữ liệu và mào đầu lớp mạng, như trong hình 1.10 dưới đây Đỉnh stack nằm liền sau mào đầu lớp liên kết dữ liệu và đáy stack nằm liền trước mào đầu lớp mạng

Hình 1.10 : Shim header được “chêm” vào giữa mào đầu lớp 2 và lớp 3

Các router gởi khung (frame) phải có cách để báo cho các router nhận biết được rằng khung này có chứa shim header

Cách thức này khác nhau giữa các kỹ thuật lớp 2

Ethernet sử dụng cặp giá trị ethertype 0x8847 và 0x8848 để chỉ thị khung đang mang gói MPLS unicast và multicast tương ứng

1.4.3 Chế độ tế bào Cell

Chế độ tế bào (Cell) được dùng khi ta có một mạng gồm các ATM-LSR (là các bộ định tuyến chuyển mạch ATM có hỗ trợ MPLS), trong đó nó sử dụng các giao thức phân phối nhãn MPLS để trao đổi thông tin VPI/VCI thay cho báo hiệu ATM Theo RFC 3035, nhãn được mã hoá trong trường gộp VPI/VCI, trong VPI hoặc VCI của mào đầu cell ATM

Hình 1.11 : Nhãn trong chế độ cell ATM

Cell ATM gồm có 5 byte header và 48 byte payload Để chuyển tải gói tin có kích thước lớn hơn 48 byte từ lớp trên đưa xuống (ví dụ gói tin IP), ATM phải chia gói tin thành nhiều phần nhỏ hơn Việc này gọi là phân đoạn (fragmentation) Quá trình phân đoạn do lớp AAL (ATM Adaptation Layer) đảm trách Cụ thể, AAL5

Trang 29

PDU sẽ được chia thành nhiều đoạn 48 byte, mỗi đoạn 48 byte này được thêm header 5 byte để tạo ra một cell ATM.

PPP sử dụng NCP (Network Control Program) sửa đổi gọi là MPLSCP (MPLS Control Protocol) và đánh dấu tất cả các gói có chứa shim header bằng giá trị 0x8281 trong trường PPP Protocol

Hình 1.12 : Đóng gói (encapsulation) gói có nhãn trên link ATM

Khi đóng gói có nhãn MPLS trên ATM, toàn bộ stack nhãn được đặt trong AAL5 PDU Giá trị thực sự của nhãn đỉnh được đặt trong trường VPI/VCI, hoặc đặt trong trường VCI nếu 2 ATM-LSR kết nối nhau qua một đường ảo ATM (VP) Entry đỉnh stack nhãn phải chứa giá trị 0 (coi như entry “giữ chỗ”) và được bỏ qua khi nhận Lý do các nhãn phải chứa ở cả trong AAL5 PDU và header ATM là để

mở rộng độ sâu stack nhãn Khi các cell ATM đi đến cuối LSP, nó sẽ được tái hợp lại Nếu có nhiều nhãn trong stack nhãn, AAL5 PDU sẽ bị phân đoạn lần nữa và nhãn hiện hành trên đỉnh stack sẽ được đặt vào trường VPI/VCI

1.5 Cấu trúc chức năng MPLS

1.5.1 Kiến trúc một nút MPLS (LER và LSR)

Mặt phẳng điều khiển có chức năng định tuyến dùng để giao tiếp với các LSR, LER khác hoặc giao tiếp với các router IP thông thường bằng các giao thức định tuyến IP Kết quả là một cơ sở thông tin định tuyến RIB (Routing Information Base) được tạo lập gồm các thông tin miêu tả các tuyến đường khả thi để tìm đến các prefix địa chỉ IP LER sẽ sử dụng các thông tin này để xây dựng cơ sở thông tin chuyển tiếp FIB (Forwarding Information Base) trong mặt phẳng chuyển tiếp

Mặt phẳng điều khiển còn có chức năng báo hiệu MPLS (MPLS Signalling) dùng để giao tiếp với các LSR khác bằng một giao thức phân phối nhãn Kết quả là một cơ sở thông tin nhãn LIB (Label Information Base) gồm các thông tin liên quan đến các gán kết nhãn đã được thương lượng với các router MPLS

Trang 30

khác Thành phần báo hiệu MPLS nhận thông tin từ chức năng định tuyến IP và LIB để xây dựng cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB (Label Forwarding Information Base) trong mặt phẳng chuyển tiếp Một LER có thể chuyển tiếp các gói IP, gắn nhãn vào gói (label push), hoặc gỡ nhãn ra khỏi gói (label pop), trong khi đó một transit-LSR chỉ có khả năng chuyển tiếp gói có nhãn, thêm hoặc bỏ bớt nhãn.

Hình 1.13 : Cấu trúc của LER và transit-LSR

1.5.2 Mặt phẳng chuyển tiếp (mặt phẳng dữ liệu)

Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS chịu trách nhiệm chuyển tiếp dữ liệu của người sử dụng (user) Nó sử dụng LFIB để thực hiện chuyển tiếp các gói có gắn nhãn căn cứ vào giá trị của nhãn nằm trên đỉnh stack nhãn

1.5.2.1 Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB

Trong mạng IP, quyết định chuyển tiếp gói được xác lập bằng cách thực hiện tra cứu địa chỉ đích trong bảng FIB để xác định nút tiếp theo và giao diện ra Trong mạng MPLS, mỗi LSR duy trì một bảng LFIB riêng rẽ và tách biệt với FIB Bảng LFIB có hai loại entry là ILM (incoming label map) và FTN (FEC-to-NHLFE) NHLFE (next hop label forwarding entry) là subentry chứa các trường như địa chỉ nút tiếp theo, các tác vụ stack nhãn, giao diện ra và thông tin mào đầu lớp 2 ILM ánh xạ một nhãn đến một hoặc nhiều NHLFE Nhãn trong gói đến sẽ dùng để chọn

ra một entry ILM cụ thể nhằm xác định NHLFE Còn FTN ánh xạ mỗi FEC vào một hoặc nhiều NHLFE Nhờ các entry FTN, gói chưa có nhãn được chuyển thành gói có nhãn

Trang 31

Như vậy, khi một gói không nhãn thuộc một FEC đi vào miền MPLS, ingress-LER sẽ sử dụng một entry LFIB loại FTN để chuyển gói không nhãn thành gói có nhãn Sau đó, tại các transit-LSR sử dụng một entry LFIB loại ILM để hoán đổi nhãn vào bằng nhãn ra Cuối cùng, tại egress-LER sử dụng một entry LFIB loại ILM để gỡ bỏ nhãn đến và chuyển tiếp gói không nhãn đến router kế tiếp

Hình 1.14 : FTN, ILM vào NHLFE

1.5.2.2 Thuật toán chuyển tiếp nhãn

Các nút MPLS sử dụng giá trị nhãn trong các gói đến làm chỉ mục để tra bảng LFIB Khi tìm thấy entry tương ứng với nhãn đến, nút MPLS thay thế nhãn trong gói bằng nhãn ra và gởi gói đi qua giao diện ra để đến nút tiếp theo được đặc

tả trong subentry NHLFE Nếu subentry có chỉ định hàng đợi ra, nút MPLS sẽ đặt gói trên hàng đợi đã chỉ định Trường hợp nút MPLS duy trì một LFIB riêng cho mỗi giao diện, nó sẽ dùng LFIB của giao diện mà gói đến để tra cứu chuyển tiếp gói

Trang 32

Hình 1.15 : Quá trình chuyển tiếp một gói đến hop kế

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

1.5.2.3 NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry)

- Hop kế (chặng tiếp theo) của gói

- Tác vụ sẽ được tiến hành trên stack nhãn của gói như sau:

+ Swap: Thay nhãn ở đỉnh của stack nhãn bằng một nhãn mới được chỉ định + Pop: Bóc một nhãn ra khỏi stack

+ Push: Chồng thêm một nhãn vào trong stack nhãn

Hình 1.16 : Một ví dụ NHLFE

Ngoài ra, NHLFE cũng có thể chứa những thông tin sau:

- Đóng gói lớp liên kết dữ liệu (Datalink) để sử dụng khi truyền gói

- Cách thức mã hóa stack nhãn khi truyền gói

- Bất kỳ các thông tin khác cần thiết để xử lý gói một cách chính xác

Trang 33

phẳng điều khiển và mặt phẳng chuyển tiếp cho phộp cài đặt một giao thức điều khiển MPLS trờn một ATM switch

Tại sao MPLS cần giao thức bỏo hiệu, trong khi cỏc router IP cổ điển chỉ cần định tuyến IP? Một lý do quan trọng phải dựng giao thức bỏo hiệu MPLS kết hợp với một giao thức định tuyến xuất phỏt từ sự cần thiết phải thực hiện định tuyến cưỡng bức của đường chuyển mạch nhón MPLS

1.6 Hoạt động của MPLS

1.6.1 Chế độ hoạt động khung MPLS

Chế độ hoạt động này xuất hiện khi sử dụng MPLS trong mụi trường cỏc thiết bị định tuyến thuần nhất định tuyến cỏc gúi tin IP điểm- điểm Cỏc gúi tin gỏn nhón được chuyển tiếp trờn cơ sở khung lớp 2

Hỡnh 1.17 : Mạng MPLS trong chế độ hoạt động khung

Cấu trỳc của LSR biờn:

LSR biên 5 POP

LSR biên 1 POP

LSR biên 2

POP

LSR lõi 2

LSR lõi 1

LSR lõi 3

Bước 1:

nhận gói IP tại biên LSR

IP đích:

192.1.1.3

Gói IP 30

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

Gói IP 28

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

IP đến LSR biên 4

LSR biên 3 POP

LSR biên 4 POP

Bước 5: kiểm tra nhãn, xoá nhãn, chuyển gói IP

đến router ngoài tiếp theo

IP:

192.1.1.3

Trao đổi thụng tin định tuyến với Router khỏc

Trao đổi gỏn nhón với Router khỏc

Mảng điều khiển tại nỳt

Trang 34

Hình 1.18 : Cấu trúc LSR biên trong chế độ hoạt động khung

1.6.2 Các hoạt động trong mảng số liệu

Quá trình chuyển tiếp một gói IP qua mạng MPLS được thực hiện qua một

số bước cơ bản sau đây :

- LSR biên lối vào nhận gói IP, phân loại gói vào nhóm chuyển tiếp tương đương FEC và gán nhãn cho gói với ngăn xếp nhãn tương ứng FEC đã xác định Trong trường hợp định tuyến một địa chỉ đích, FEC sẽ tương ứng với mạng con đích và việc phân loại gói sẽ đơn giản là việc so sánh bảng định tuyến lớp 3 truyền thống

- LSR lõi nhận gói có nhãn và sử dụng bảng chuyển tiếp nhãn để thay đổi nhãn nội vùng trong gói đến với nhãn ngoài vùng tương ứng cùng với vùng FEC (trong trường hợp này là mạng con IP)

- Khi LSR biên lối ra của vùng FEC này nhận được gói có nhãn, nó loại bỏ nhãn và thực hiện việc chuyển tiếp gói IP theo bảng định tuyến lớp 3 truyền thống

trong khung lớp 2 Khung lớp 2

Số liệu lớp 3 (Gói IP) Nhãn MPLS Mào đầu lớp 2

Trang 35

Hình 1.19 : Vị trí của nhãn MPLS trong khung lớp 2

Vì rất nhiều lý do nên nhãn MPLS phải được chèn trước số liệu đánh nhãn trong chế độ hoạt động khung Như vậy nhãn MPLS được chèn giữa mào đầu lớp 2

và nội dung thông tin lớp 3 của khung lớp 2

Do nhãn MPLS được chèn vào vị trí như vậy nên router gửi thông tin phải có phương tiện gì đó thông báo cho router nhận rằng gói đang được gửi đi không phải

là gói IP thuần mà là gói có nhãn (gói MPLS) Để đơn giản chức năng này, một số dạng giao thức mới được định nghĩa trên lớp 2 như sau :

- Trong môi trường LAN, các gói có nhãn truyền tải gói lớp 3 Unicast hay Multicast sử dụng giá trị 8847H và 8848H cho dạng Ethernet Các giá trị này được

sử dụng trực tiếp trên phương tiện Ethernet (bao gồm cả Fast Ethernet và Gigabit Ethernet)

- Trên kênh điểm - điểm sử dụng tạo dạng PPP, sử dụng giao thức điều khiển mạng mới được gọi là MPLSCP (giao thức điều khiển MPLS) Các gói MPLS được đánh dấu bởi giá trị 8281H trong trường giao thức PPP

- Các gói MPLS truyền qua chuyển dịch khung DLCI giữa một cặp router được đánh dấu bởi nhận dạng giao thức lớp mạng SNAP của chuyển dịch khung (NLPID), tiếp theo mào đầu SNAP với giá trị 8847H cho dạng Ethernet

- Các gói MPLS truyền giữa một cặp router qua kênh ảo ATM Forum được bọc với mào đầu SNAP sử dụng giá trị cho dạng Ethernet như trong môi trường LAN

 Chuyển mạch nhãn trong chế độ khung:

Xem xét quá trình chuyển đổi nhãn trong mạng MPLS sau khi nhận được một gói IP (xem hình 1.17):

- Sau khi nhận khung PPP lớp 2 từ router biên LSR biên số 1, LSR lõi 1 lập tức nhận dạng gói nhận được là gói có nhãn dựa trên giá trị trường giao thức PPP và thực hiện việc kiểm tra nhãn trong cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn (LFIB)

- Kết quả cho thấy nhãn vào là 30 được thay bằng nhãn ra 28 tương ứng với việc gói tin sẽ được chuyển tiếp đến LSR lõi 3

Trang 36

- Tại đây, nhãn được kiểm tra, nhãn số 28 được thay bằng nhãn số 37 và cổng ra được xác định Gói tin được chuyển tiếp đến LSR biên số 4.

- Tại LSR biên số 4, nhãn 37 bị loại bỏ và việc kiểm tra địa chỉ lớp 3 được thực hiện, gói tin được chuyển tiếp đến nút router tiếp theo ngoài mạng MPLS

Như vậy quá trình chuyển đổi nhãn được thực hiện trong các LSR lõi dựa trên bảng định tuyến nhãn Bảng định tuyến này phải được cập nhật đầy đủ để đảm bảo mỗi LSR (hay router) trong mạng MPLS có đầy đủ thông tin về tất cả các hướng chuyển tiếp Quá trình này xảy ra trước khi thông tin được truyền trong mạng và thông thường được gọi là quá trình liên kết nhãn (label binding)

Các bước chuyển mạch trên được áp dụng đối với các gói tin có một nhãn hay gói tin có nhiều nhãn (trong trường hợp sử dụng VPN thông thường một nhãn được gán cố định cho VPN server)

 Quá trình liên kết và lan truyền nhãn:

Khi xuất hiện một LSR mới trong mạng MPLS hay bắt đầu khởi tạo mạng MPLS, các thành viên LSR trong mạng MPLS phải có liên lạc với nhau trong quá trình khai báo thông qua bản tin Hello Sau khi bản tin này được gửi một phiên giao dịch giữa hai LSR được thực hiện Thủ tục trao đổi là giao thức LDP

Ngay sau khi LIB (cơ sở dữ liệu nhãn) được tạo ra trong LSR, nhãn được gán cho mỗi FEC mà LSR nhận biết được Đối với trường hợp đang xem xét (định tuyến dựa trên đích Unicast), FEC tương đương với prefix trong bảng định tuyến

IP Như vậy, nhãn được gán cho mỗi Prefix trong bảng định tuyến IP và bảng chuyển đổi chứa trong LIB Bảng chuyển đổi định tuyến này được cập nhật liên tục khi xuất hiện những tuyến nội vùng mới, nhãn mới sẽ được gán cho tuyến mới

Do LSR gán nhãn cho mỗi IP Prefix trong bảng định tuyến của chúng ngay sau khi Prefix xuất hiện trong bảng định tuyến và nhãn là phương tiện được LSR khác sử dụng khi gửi gói tin có nhãn đến chính LSR đó nên phương pháp gán và phân phối nhãn này được gọi là gán nhãn điều khiển độc lập với quá trình phân phối ngược không yêu cầu

Trang 37

- Cỏc tổng đài ATM khụng thể thực hiện việc kiểm tra nhón hay địa chỉ lớp

3 Khả năng duy nhất của tổng đài ATM đú là chuyển đổi VC đầu vào sang VC đầu

ra của giao diện ra

Hỡnh 1.20 : Phõn bổ nhón trong mạng ATM-MPLS

Như vậy cần thiết phải xõy dựng một số cơ chế để đảm bảo thực thi MPLS qua ATM như sau :

ATM-LSR lõi 1

LSR lõi 3

ATM-Bước 1: gửi yờu cầu nhón X đến nỳt cần kề

Bước 6 : Giá trị VPI/VCI nội vùng đư

ợc gán bởi ATM-LSR lõi 1 gửi đến LSR biên 1 trả lời cho yêu cầu

Bước 2 : LSR lừi 1 gửi yờu cầu giỏ trị nhón X đến ATM-LSR lừi 3

Bước 3 : LSR lừi 3 gửi yờu cầu giỏ trị nhón X đến LSR biờn 4

trị VPI/VCI và gửi trả lời ATM-LSR lõi 3

Bước 5: LSR lõi 3 gán giá trị VPI/VCI nội vùng, chuyển đổi VPI/VCI vào sang VPI/VCI ra và gửi giá

trị VPI/VCI mới đến ATM-LSR lõi 1

Trang 38

- Cỏc gúi IP trong mảng điều khiển khụng thể trao đổi trực tiếp qua giao diện ATM Một kờnh ảo VC phải được thiết lập giữa 2 nỳt MPLS cần kề để trao đổi gúi thụng tin điều khiển.

- Nhón trờn cựng trong ngăn xếp nhón phải được sử dụng cho cỏc giỏ trị VPI/VCI

- Cỏc thủ tục gỏn và phõn phối nhón phải được sửa đổi để đảm bảo cỏc tổng đài ATM khụng phải kiểm tra địa chỉ lớp 3

Trong phần tiếp theo một số thuật ngữ sau đõy được sử dụng :

 Kết nối trong mảng điều khiển qua giao diện LC-ATM:

Cấu trỳc MPLS đũi hỏi liờn kết thuần IP giữa cỏc mảng điều khiển của cỏc LSR cận kề để trao đổi liờn kết nhón cũng như cỏc gúi điều khiển khỏc Cơ cấu trao đổi thụng tin được thể hiện trong hỡnh 1.21:

Hỡnh 1.21 : Trao đổi thụng tin giữa cỏc LSR cận kề

Trong chế độ hoạt động MPLS khung yờu cầu này được đỏp ứng một cỏch đơn giản bởi cỏc Router cú thể gửi, nhận cỏc gúi IP và cỏc gúi cú nhón qua bất cứ giao diện chế độ khung nào dự là LAN hay WAN Tuy nhiờn tổng đài ATM khụng

LSR LSR

Mảng số liệu

Mảng điều khiển

Giao thức định tuyến

IP Bảng định tuyến IP

Giao thức báo hiệu MPLS

Bảng chuyển tiếp nhãn

Mảng số liệu

Mảng điều khiển Giao thức định tuyến IP Bảng định tuyến IP

Giao thức báo hiệu MPLS

Bảng chuyển tiếp nhãn

Trao đổi thông tin định tuyến

Trao đổi liên kết nhãn

Các gói nhãn Gói có nhãn

đến

Trang 39

có khả năng đó Để cung cấp kết nối thuần IP giữa các ATM-LSR có hai cách sau đây :

- Thông qua kết nối ngoài băng như kết nối Ethernet giữa các tổng đài

- Thông qua kênh ảo quản lý trong băng tương tự như cách mà giao thức của ATM Forum thực hiện Phương án này có cấu trúc như hình dưới đây

Kênh ảo điều khiển MPLS VC thông thường sử dụng giá trị VPI/VCI là 0/32

và bắt buộc phải sử dụng phương pháp bọc LLC/SNAP cho các gói IP theo chuẩn RFC 1483 Khi triển khai MPLS trong tổng đài ATM (ATM-LSR) phần điều khiển trung tâm của tổng đài ATM phải hỗ trợ thêm báo hiệu MPLS và giao thức thiết lập kênh VC Hai loại giao thức này hoạt động song song (chế độ này được gọi là chế

độ hoạt động con thuyền trong đêm (Ships-in-the-night) Một số loại tổng đài có khả năng hỗ trợ ngay cho những chức năng mới này (như của Cisco), một số loại khác có thể nâng cấp với phần sụn (firmware) mới Trong trường hợp này, bộ điều khiển MPLS bên ngoài có thể được bổ sung vào tổng đài để đảm đương chức năng mới Liên lạc giữa tổng đài và bộ điều khiển ngoài này chỉ hỗ trợ các hoạt động đơn giản như thiết lập kênh VC còn toàn bộ báo hiệu MPLS giữa các nút được thực hiện bởi bộ điều khiển bên ngoài

Hình 1.22 : Cơ chế thiết lập kênh ảo điều khiển MPLS

 Chuyển tiếp các gói có nhãn qua miền ATM-LSR:

Việc chuyển tiếp các gói nhãn qua miền ATM-LSR được thực hiện trực tiếp qua các bước sau :

ATM-LSR Mảng điều khiển MPLS trong tổng đài

Mảng số liệu ATM

ATM switching matrix

ATM-LSR Mảng điều khiển MPLS trong tổng đài

Mảng số liệu ATM

ATM switching matrix

Kênh ảo điều

khiển MPLS

(0/32)

Trang 40

- ATM-LSR biên lối vào nhận gói có nhãn hoặc không nhãn, thực hiện việc kiểm tra cơ sở dữ liệu chuyển tiếp FIB hay cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn LFIB và tìm ra giá trị VPI/VCI đầu ra để sử dụng như nhãn lối ra Các gói có nhãn được phân chia thành các tế bào ATM và gửi đến ATM-LSR tiếp theo Giá trị VPI/VCI được gắn vào mào đầu của từng tế bào.

- Các nút ATM-LSR chuyển mạch tế bào theo giá trị VPI/VCI trong mào đầu của tế bào theo cơ chế chuyển mạch ATM truyền thống Cơ chế phân bổ và phân phối nhãn phải bảo đảm việc chuyển đổi giá trị VPI/VCI nội vùng và ngoài vùng là chính xác

- ATM-LSR biên lối ra (khỏi miền ATM-LSR) tái tạo lại các gói có nhãn từ các tế bào, thực hiện việc kiểm tra nhãn và chuyển tiếp tế bào đến LSR tiếp theo Việc kiểm tra nhãn dựa trên giá trị nhãn VPI/VCI của tế bào đến mà không dựa vào nhãn trên đỉnh của ngăn xếp trong mào đầu nhãn MPLS bởi vì ATM-LSR giữa các biên của miền ATM-LSR chỉ thay đổi giá trị VPI/VCI mà không thay đổi nhãn bên trong các tế bào ATM Lưu ý rằng nhãn đỉnh của ngăn xếp được lập giá trị bằng 0 bởi ATM-LSR biên lối vào trước khi gói có nhãn được phân chia thành các tế bào

 Phân bổ và phân phối nhãn trong miền ATM-LSR:

Việc phân bổ và phân phối nhãn trong chế độ hoạt động này có thể sử dụng

cơ chế giống như trong chế độ hoạt động khung Tuy nhiên nếu triển khai như vậy

sẽ dẫn đến một loạt các hạn chế bởi mỗi nhãn được gán qua giao diện LC-ATM tương ứng với một ATM VC Vì số lượng kênh VC qua giao diện ATM là hạn chế nên cần giới hạn số lượng VC phân bổ qua LC-ATM ở mức thấp nhất Để đảm bảo được điều đó, các LSR phía sau sẽ đảm nhận trách nhiệm yêu cầu phân bổ và phân phối nhãn qua giao diện LC-ATM LSR phía sau cần nhãn đế gửi gói đến nút tiếp theo phải yêu cầu nhãn từ LSR phía trước nó Thông thường các nhãn được yêu cầu dựa trên nội dung bảng định tuyến mà không dựa vào luồng dữ liệu, điều đó đòi hỏi nhãn cho mỗi đích trong phạm vi của nút kế tiếp qua giao diện LC-ATM

LSR phía trước có thể đơn giản phân bổ nhãn và trả lời yêu cầu cho LSR phía sau với bản tin trả lời tương ứng Trong một số trường hợp, LSR phía trước có thể phải có khả năng kiểm tra địa chỉ lớp 3 (nếu nó không cõn nhãn phía trước yêu cầu cho đích) Đối với tổng đài ATM, yêu cầu như vậy sẽ không được trả lời bởi chỉ khi nào nó có nhãn được phân bổ cho đích phía trước thì nó mới trả lời yêu cầu

Định dạng
Số trang	118
Dung lượng	2,34 MB

mpls và kỹ thuật lưu lượng

Cỏc nhược điểm của MPLS

Định tuyến cưỡng bức (Constrain-based Routing)