kỹ thuật lưu lượng trong mpls

kỹ thuật lưu lượng trong mpls

Lời nói đầu

Ngày nay, sự phát triển nhanh chóng các dịch vụ IP và sự bùng nổ Internet đã dẫn đếnmột loạt thay đổi trong nhận thức kinh doanh của các nhà khai thác Công nghệ thôngtin và viễn thông đang hội tụ sâu sắc và cùng đóng góp rất tích cực trong sự phát triểnkinh 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 cơcấu định tuyến) và của ATM (như thông lượng chuyển mạch) Mô hình IP over ATMcủa IETF coi IP như một lớp nằm trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con IP trênnền mạng ATM Phương thức tiếp cận xếp chồng này cho phép IP và ATM hoạt độngvới nhau mà không cần thay đổi giao thức của chúng Tuy nhiên, cách này không tậndụng được hết khả năng của ATM Ngoài ra, cách tiếp cận này không thích hợp vớimạng nhiều Router và không thật hiệu quả trên một số mặt Yêu cầu đặt ra là cần cómột giao thức kết hợp được các ưu điểm của mô hình TCP/IP và ATM Và các kỹthuật trong TCP/IP và ATM chính là cơ sở hình thành nên giao thức mạng mới MPLS

( Multi Protocol Label Switching )

Để Internet có ảnh hưởng sâu rộng như hôm nay không thể không kể đến sự pháttriển nhanh chóng của kỹ thuật, đặc biệt là chuyển mạch nhãn đa giao thức ( MPLS )

đã trở thành một kỹ thuật nền tảng quan trọng trong Internet Công nghệ MPLS là kếtquả phát triển của công nghệ chuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như củaATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyếncủa IP MPLS tách chức năng của IP thành hai phần riêng biệt: chức năng chuyển góitin và chức năng điều khiển Bên cạnh đó, MPLS cũng hỗ trợ việc quản lý dễ dànghơn.Vì lí do đó nên chúng em chọn đề tài “ KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONGMPLS”

Do thời gian và trình độ có hạn, nên chắc chắn những vấn đề được đề cập trong đề tài

sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự đóng góp củaThầy

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

Khái niệm chuyển mạch nhãn xuất phát từ quá trình nghiên cứu hai thiết bị cơbản trong mạng IP: tổng đài chuyển mạch và bộ định tuyến Chúng ta có thể thấy rằngchỉ xét trong các yếu tố tốc độ chuyển mạch, phương thức điều khiển luồng, tỉ lệ giữagiá cả và chất lượng thì tổng đài chuyển mạch chắc chắn tốt hơn nhiều so với bộ địnhtuyến Tuy nhiên, các bộ định tuyến có các chức năng định tuyến mềm dẻo mà tổngđài 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 địnhtuyến mềm dẻo của bộ định tuyến Đó là động cơ then chốt để phát triển chuyển mạchnhãn

Nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch nhãn là sử dụng một thiết bị tương tự như bộđịnh 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 cóthể hỗ trợ thậm chí rất nhiều chức năng định tuyến mới mạnh hơn như định tuyếnhiện Công nghệ này do đó kết hợp một cách hoàn hảo ưu điểm của các tổng đàichuyển mạch với ưu điểm của các bộ định tuyến, phát triển MPLS là khả thi trên mộtgiao thức mạng bất kỳ, ATM hay TCP/IP Do đó, MPLS gọi là mạng chuyển mạchnhãn đa giao thức

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS

2. Các khái niệm cơ bản MPLS

2.1. MPLS là gì?

MPLS là viết tắt của “Multi-Protocol Label Switching”, tạm dịch là “Chuyển mạchnhãn đa giao thức” MPLS là một framework do IETF đưa ra , cung cấp thiết kế hiệuquả cho việc định tuyến, chuyển tiếp, chuyển mạch cho luồng lưu lượng qua mạch.MPLS cũng hoạt động tốt trên bất kỳ các giao thức lớp liên kết Đây là một công nghệlai kết hợp những đặc tính tốt nhất của định tuyến lớp 3 (Layer 3 routing) và chuyểnmạch lớp 2 (Layer 2 switching)

2.2. Vì sao chuyển mạch nhãn ra đời

Ban đầu, công nghệ chuyển mạch nhãn ra đời nhằm cải thiện hiệu năng chuyểntiếp gói tin của các bộ định tuyến lõi qua việc sử dụng các chức năng gán và phânphối nhãn gắn với các dịch vụ định tuyến lớp mạng khác nhau.Nhằm giải quất một sốvấn đề đang được quan tâm hiện nay đối với công nghệ mạng nói chung và đối với

công nghệ chuyển mạch nhãn nói riêng, đó là: điều khiển định tuyến, tài nguyên mạng, tính đơn giản, khả năng hệ thống, tốc độ và độ trễ.

- Tốc độ và độ trễ: Trễ trong quá trình chuyển tiếp gói tin chủ yếu là do quá trình

xử lý định tuyến gói tin Mặc dù đã có nhiều cải tiến trong các quá trình tìm kiếm

bảng định tuyến nhưng tải lưu lượng trên bộ định tuyến luôn luôn lớn hơn khả năng

xử lý và dẫn đến kết quả là mất lưu lượng, mất đấu nối và giảm hiệu năng của toàn mạng Chuyển mạch nhãn với cơ chế chuyển tiếp gói tin khác so với cách chuyển tiếp gói tin truyền thống sẽ giúp giải quyết được các vấn đề trên Chuyển mạch nhãn thực hiện gán nhãn cho các gói tin đầu vào và sử dụng nhãn để truy nhập vào bảng chuyển tiếp tại bộ định tuyến như là một chỉ số của bảng Quá trình này không đòi hỏi quá nhiều quá trình tìm kiếm như thực hiện trong bảng định tuyến truyền thống mà nó chỉ thực hiện duy nhất một truy nhập tới bảng Kết quả là hoạt động này hiệu quả hơn và

vì vậy lưu lượng người sử dụng trong gói tin được gửi qua mạng nhanh hơn, giảm độ trễ và thời gian đáp ứng tốt hơn cho các chuyển giao thông tin giữa các người sử

dụng với nhau

Hình 2: Khả năng giảm độ trễ của MPLS so với IP thông thường

Mỗi gói tin khi phải đi qua các nút mạng khác nhau và khi qua mỗi nút mạng , địachỉ đích trong gói tin được xác minh và tra trong bảng định tuyến để các bộ định tuyếntìm ra đường đi phù hợp cho gói tin Vì vậy, tùy thuộc và kích thước gói tin nhỏ haylớn, khả năng xử lý của bộ định tuyến cũng như lưu lượng gói tin mà trễ xảy ra nhiềuhay ít Và với cơ chế chuyển tiếp gói tin nhanh thì chuyển mạch nhãn sẽ giải quyếtđược vấn đề này

-Nguyên tắc chuyển mạch nhãn : chuyển tiếp gói tin dựa vào nhãn của gói tin đó.

Giao thức này đã làm nên sự đơn giản trong các giao thức chuyển tiếp gói tin Tuynhiên, cũng cần có các kỹ thuật để đảm bảo việc liên kết nhãn và đảm bảo tính tươngquan giữa các nhãn với luồng lưu lượng người sử dụng Sau khi đã gắn nhãn vào dònglưu lượng người dùng thì hoạt động của chuyển mạch nhãn có thể nhúng vào trongphần mềm

- Tài nguyên sử dụng: các kỹ thuật được sử dụng để thiết lập nhãn không chiếm

nhiều tài nguyên của mạng, các cơ chế thiết lập tuyến đường chuyển mạch nhãn cho

lưu lượng người dùng đơn giản là những tiêu chí đặt ra của việc thiết kế mạng chuyểnmạch nhãn Ở phần sau của đề tài , vấn đề này sẽ được làm rõ hơn.

- Tăng khả năng hệ thống: ngoài khả năng chuyển các gói tin một cách nhanh

chóng thì chuyển mạch nhãn còn cung cấp mềm dẻo các tính năng khác nhau để tăngkhả năng xử lý lưu lượng người dùng trong mạng Khi mà số lượng địa chỉ IP tăng lênnhanh chóng theo từng ngày thì kích thước của bảng định tuyến của các bộ định tuyếncũng ngày một tăng lên và nó làm chậm đi quá trình xử lý gói tin của bảng định tuyến,thì chuyển mạch nhãn có cơ chế cho phép các địa chỉ này gắn với một hoặc vài nhãn,việc này đã làm giảm kích thước của bảng địa chỉ và các bộ định tuyến có thể hỗ trợđược nhiều người dùng hơn

- Điều khiển định tuyến: Điều khiển định tuyến trong mạng internet được thực

hiện dựa trên địa chỉ IP (trong mạng Lan là địa chỉ MAC) Có rất nhiều thông tin cầnđược lấy ra trong tiêu đề của gói IP này, ví dụ như: trường kiểu dịch vụ Ip (TOS), chỉ

số cổng,…làm mất nhiều thời gian để bộ định tuyến có thể xử lý Tuy nhiên, địnhtuyến theo địa chỉ đích là phương pháp chuyển tiếp gói tin được sử dụng phổ biếnnhất hiện nay Phương pháp này chưa phải là phương pháp chuyển tiếp gói tin hiệuquả nhất vì nó xảy ra các vấn đề như hiện tượng lặp vòng trên mạng, và sự khác nhau

về kiến trúc mạng sẽ làm trở ngại cho việc chuyển tiếp gói tin theo phương pháp này.Một vần đề nữa được đặt ra là các nhà cung cấp thiết bị định tuyến khác nhau sử dụngphương pháp định tuyến theo địa chỉ đích theo các cách riêng khác nhau: một số nhàcung cấp cho phép người quản trị mạng chia sẻ lưu lượng, số khác thì dựa vào cáctrường chức năng TOS, chỉ số cổng,…

Hình 2.1 : Lớp chuyển tiêp gói trong IP

Chuyển mạch nhãn cho phép các bộ định tuyến chọn tuyến đầu ra theo nhãn.(dùngđịnh tuyến lớp 2) Chuyển mạch nhãn là một cách thức tốt để hướng lưu lượng tải theomột đường dẫn mà không cần phải nhận hết toàn bộ thông tin từ giao thức định tuyến

Ip động dựa theo địa chỉ IP đích

Định tuyến IP thường gắn với các giao thức chuyển mạch nhãn như FR, ATMhoặc MPLS Phương pháp định tuyến dựa trên Ip sử dụng các trường trong tiêu đề củađịa chỉ IP như TOS, chỉ số cổng, nhận dạng giao thức IP hoặc kích thước gói tin Cáctrường chức năng này cho phép mạng phân lớp dịch vụ thành các kiểu lưu lượng vàthường thực hiện việc này tại các nút đầu vào mạng Các bộ định tuyến trong lớp lõi

sử dụng các bit đã xử lý ở các nút đầu vào mạng để quyết định xử lý luồng lưu lượngđến, quá trình xử lý này có thể sử dụng các kiểu hàng đợi khác nhau Định tuyến IPcũng cho phép người quản lý mạng định tuyến ràng buộc

Các chính sách dựa trên IP cho phép bộ định tuyến:

 Đặt các giá trị ưu tiên vào trong tiêu đề gói tin IP

 Thiết lập bước kế tiếp cho gói tin

 Thiết lập giao diện ra cho gói tin

 Thiết lập bước kế tiếp cho gói tin khi không có hướng ra trong bảng địnhtuyến

Chuyển mạch nhãn khác với các loại chuyển mạch khác ở chỗ nó là một kỹ thuật điềukhiển giao thức chuyển mạch IP theo kiểu topo.

Có nhiều tài liệu đề cập rằng Ip không có khả năng định tuyến theo chính sách vàđịnh tuyến ràng buộc, điều đó là do dựa trên thực tế trên mạng internet có rất nhiềumạng khác nhau và cũng có rất nhiều nhà cung cấp dịch vụ khác nhau và các nhà cungcấp dịch vụ này không có sự thỏa thuận với nhau về các bit ưu tiên Và đối với chuyểnmạch nhãn cũng vậy, nó chỉ trở nên thật sự hiệu quả khi mà các nhà điều hành mạng

có sự thống nhất với nhau về cách sử dụng nhãn như thế nào

Điểm nổi bật của công nghệ MPLS là khả năng chuyển tiếp lưu lượng nhanh , đơngiản, điều khiển phân luồng, định tuyến linh hoạt và tận dụng tài nguyên mạng Nó kếthợp những đặc điểm tốt nhất của chuyển mạch kênh trong ATM và chuyển mạch góitrong IP, có khả năng chuyển tiếp gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến như bìnhthường ở mạng biên Khi các gói đi vào miền MPLS, chúng chuyển mạch đơn giảnbằng chuyển mạch nhãn Các nhãn còn giúp xác định chất lượng dịch vụ mà các góinhận được Khi chúng ra khỏi mạng thì các nhãn sẽ được cắt bỏ ở các router biênmạng và được định tuyến như thông thường

Hình 2.2 : Lớp chuyển tiếp gói trong MPLS

MPLS thực hiện những chức năng sau:

• Định quá trình quản lý lưu lượng luồng của các mạng khác nhau, như luồnggiữa các máy, phần cứng khác nhau hoặc thậm chí luồng giữa các ứng dụng

• Định tuyến và chuyển mạch chỉ sử dụng LSR (Label Stack Router

• Cung cấp cách thức để ánh xạ các địa chỉ IP thành các nhãn đơn giản có độ dàikhông đổi được sử dụng bởi các công nghệ chuyển tiếp gói và chuyển mạchgói khác nhau

Miền MPLS được chia thành 2 phần: phần mạng lõi (core) và phần mạng biên(edge) Các nút ở phần mạng lõi được gọi là transit-LSR hay core-LSR (thường cũngđược gọi tắt là LSR) Các nút ở biên được gọi là bộ định tuyến biên nhãn LER (LabelEdge Router).

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 R u để biểu thị cho upstream-LSR và dùng ký hiệu Rd để

biểu thị cho downstream-LSR

Hình 2.2: Upstream và Downstream của LSR

2.4. Chuyển gói qua miền MPLS

Đối với mạng MPLS, cơ sở để chuyển tiếp gói tin không còn là IP header hay cellheader nữa, mọi sự chuyển mạch đều dựa trên nhãn Gói tin IP khi đi từ ngoài mạngvào trong miền MPLS sẽ được router LSR 1, đóng vai trò là một ingress-LER, gánnhãn có giá trị là 22 rồi chuyển tiếp đến router LSR 2 Router LSR 2, đóng vai trò làmột LSR, dựa vào bảng hoán đổi nhãn để kiểm tra nhãn của gói tin Nó thay giá trịnhãn mới là 16 và chuyển tiếp đến router LSR 3 Tại router LSR 3 đóng vai tròegress-LER sẽ kiểm tra trong bảng hoán đổi nhãn và gỡ bỏ nhãn 16 ra khỏi gói tin rồiđịnh tuyến gói IP một cách bình thường đi ra khỏi miền MPLS

Hình 2.3 : Gói IP đi qua miền MPLS

Với phương pháp làm việc này, các LSR trung gian như router LSR 2 sẽ khôngphải thực hiện kiểm tra toàn bộ header IP của gói tin mà nó chỉ việc kiểm tra các giátrị 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 LSR 1 đếnrouter LSR 3 được gọi là đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path)

2.5. Ưu điểm và ứng dụng của MPLS

2.5.1.Đơn giản hóa chức năng chuyển tiếp.

MPLS sử dụng cơ chế chuyển tiếp căn cứ vào nhãn có độ dài cố định nên quyếtđịnh chuyển tiếp có thể xác định ngay chỉ với một lần tra cứu chỉ mục trong LFIB Cơchế này đơn giản và nhanh hơn nhiều so với giản thuật “ longest prefix match “ dùngtrong chuyển tiếp gói datagram thông thường

2.5.2.Kỹ thuật lưu lượng

Ưu điểm lớn nhất của MPLS là ở khả năng thực hiện lưu lượng (TE-TraficEngineering ), nó đảm bảo lưu lượng được định tuyến đi qua một mạng theo một cáchthức tin cậy và hiệu quả nhất Kỹ thuật lưu lượng cho phép các nhà cung cấp dịch vụ(ISP) định tuyến lưu lượng theo cách họ có thể cung cấp dịch vụ tốt nhất cho kháchhàng ở khía cạnh thông lượng và độ trễ MPLS-TE cho phép lưu lượng được phân bố

2.5.3. Định tuyến QoS từ nguồn

Định tuyến QoS từ nguồn là một cơ chế trong đó các LSR được xác định trước

ở nút nguồn (LSR lối vào) dựa vào một số thông tin về độ khả dụng tài nguyên trongmạng cũng như yêu cầu QoS của luồng lưu lượng Nói cách khác, nó là một giao thứcđịnh tuyến có mở rộng chỉ tiêu chọn đường để bao gồm các tham số như băng thôngkhả dụng, việc sử dụng link và đường dẫn end-to-end, độ chiếm dụng tài nguyên củanút, độ trễ và biến động trễ

2.5.4. Mạng riêng ảo VPN

VPN (Virtual Private Network) cho phép khách hàng thiết lập mạng riêng,giống như thuê kênh riêng nhưng với chi phí thấp hơn nhiều, bằng cách sử dụng hạtầng mạng công cộng dùng chung Kiến trúc MPLS đáp ứng tất cả các yêu cầu cầnthiết để hỗ trợ VPN bằng cách thiết lập các đường hầm LSP sử dụng định tuyến tườngminh Do đó, MPLS sử dụng các đường hầm LSP, cho phép nhà khai thác cung cấpdịch vụ VPN theo cách tích hợp trên cùng hạ tầng mà họ cung cấp dịch vụ Internet.Hơn nữa, cơ chế xếp chồng nhãn cho phép cấu hình nhiều VPN lồng nhau trên cùng

hạ tầng mạng đó

2.5.5. Kết nối cấu hình đa lớp:

Thông thường, phần lớn các nhà điều hành mạng cung cấp mô hình chồng lấn màATM được sử dụng tại lớp 2 và IP được sử dụng tại lớp 3 Bằng việc sử dụng MPLS,các nhà điều hành mạng có thể mang chức năng của mặt điều khiển ATM vào lớp 3,

do đó sẽ làm đơn giản hóa mạng và việc quản lý mạng

2.5.6. Khả năng mở rộng (Scalability)

Chuyển mạch nhãn cung cấp một sự tách biệt toàn diện hơn giữa định tuyếnliên miền (inter-domain) và định tuyến nội miền (intra-domain) Điều này cải thiệnđáng kể khả năng mở rộng của các tiến trình định tuyến Hơn nữa, khả năng mở rộngcủa MPLS còn nhờ vào FEC (thu gom luồng), và xếp chồng nhãn để hợp nhất(merging) hoặc lồng nhau (nesting) các LSP Ngoài ra, nhiều LSP liên kết với cácFEC khác nhau có thể được trộn vào cùng một LSP Sử dụng các LSP lồng nhau cũng

2.5.7.Các ứng dụng đang triển khai :

- MPLS VPN: Nhà cung cấp dịch cụ có thể tạo VPN lớp 3 dọc theo mạng đường trục

cho nhiều khách hàng, chỉ dùng một cơ sở hạ tầng công cộng sẵn có, không cần các ứng dụng encryption hoặc end-user

- MPLS Traggic Engineer: Cung cấp khả năng thiết lập một hoặc nhiều đường đi để

điều khiển lưu lượng mạng và các đặc trưng thực thi cho một loại lưu lượng

- MPLS QoS (Quality of service): Dùng QoS các nhà cung cấp dịch vụ có thể cung

cấp nhiều loại dịch vụ với sự đảm bảo tối đa về QoS cho khách hàng

CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA MPLS

3. Cấu trúc MPLS

3.1. Các thành phần trong miền MPLS :

Một miền MPLS có hai phần:

• Mặt phẳng điều khiển ( Control Plane) Tại đầu nút MPLS có thể thực hiện

định tuyến lớp ba hoặc chuyển mạch lớp hai

Hình 3: Mặt phẳng chuyển tiếp LSR và LSR biên trong MPLS

a) Mặt phẳng chuyển tiếp (Forwarding Plane)

Sử dụng cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB - Label Forwarding Information

Base) và (FIB – Forwarding Information Base) để chuyển tiếp các gói Mỗi nút MPLS

có hai bảng liên quan đến việc chuyển tiếp nhãn là: Cơ sở thông tin nhãn (LIB - Label Information Base) và LFIB

• LFIB ( Label Forward Information Base )

LFIB là bảng liệt kê các giá trị chứa trong nhãn ngõ vào được chọn lọc từ bản LIB đem so sánh kết hợp với FIB Mỗi thực thể con bao gồm một nhãn ngõ ra, giao tiếp ngõ ra và địa chỉ hop kế tiếp Các thực thể con trong một thực thể riêng lẻ có thể có các nhãn ngõ ra giống hoặc khác nhau

Hình 3.1 : Bản LFIB

• FIB ( Forwarding Information Base )

FIB chứa các thông tin chuyển tiếp IP từ Router Cơ sở thông tin chuyển tiếp (FIB) cũng tương tự như một bảng định tuyến hoặc thông tin cơ bản Nó tự động giữ một bản sao của thông tin phản ánh chuyển tiếp chứa trong bảng định tuyến IP (RIB –

Router Information Base) Khi định tuyến hoặc topo thay đổi xảy ra trong mạng lưới, các bảng chỉ IP định tuyến được cập nhật, và những thay đổi được phản ánh trong

FIB FIB duy trì thông tin địa chỉ hop tiếp theo dựa trên thông tin trong bảng định

tuyến IP

Hình 3.2 : Bản FIB

b) Mặt phẳng điều khiển ( Control Plane ) :

Hình 3.2 : mặt phẳng điều khiển LSR và LSR biên

• RIB ( Router Information Base )

Tất cả các nút MPLS phải chạy một giao thức định tuyến IP để trao đổi thông tin định tuyến đến các nút MPLS khác trong mạng.Các giao thức định tuyến Link-state như

OSPF và IS-IS là các giao thức được chọn vì chúng cung cấp cho mỗi nút MPLS

thông tin của toàn mạng

• LIB – LDP ( Label Information Base – Label Distribution Protocol )

Mặt phẳng điều khiển MPLS chịu trách nhiệm tạo ra nhờ giao thức LDP (Label

Distribution Protocol) và lưu trữ LIB Trong các bộ định tuyến thông thường, bản định tuyến IP dùng để xây dựng bộ lưu trữ chuyển mạch nhanh (Fast switching cache – do Cisco xây dựng ) hoặc FIB Tuy nhiên với MPLS, bản định tuyến IP cung cấp thông tin của mạng đích và subnet prefix, thông tin liên kết nhãn chỉ được phân phối giữa các bộ định tuyến nối trực tiếp với nhau bằng cách dùng giao thức phân phối

(LDP – Label Distribution Protocol) hoặc TDP (Giao thức của Cisco-Tag Distributionprotocol) Các nhãn được trao đổi giữa các nút MPLS kế cận để xây dựng nên LIB

3.2. Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR – Label Switching Router )

LSR là thiết bị thực thi các điều khiển và thực hiện yêu cầu tháo gỡ nhãn trong miền MPLS Tuy vậy LSR còn có thể chuyển tiếp gói tin ở lớp 3

LSR có hai loại:

• LSR biên: nằm ở biên mạng MPLS, nơi này tiếp nhận hay gữi đi các gói tin

đến từ mạng khác ( IP/Fram relay ) các LSR biên gán hay bỏ nhãn cho gói tin trong miền MPLS

• LSR lõi : Các LSR này chính là bộ định tuyến lõi router (Core-Router) các

router này chỉ quan tâm đến các nhãn đưa vào và chọn nhãn thích hợp để thực hiện chuyển mạch

Hình 3.3 : Ví dụ về LSR biên và LSR lõi

3.2.1.Các giao thức định tuyến và phân phối nhãn trong MPLS :

• LSP (Label Switching Protocol )

Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path) là một đường nối giữa bộ định tuyến lối vào và bộ định tuyến lối ra, được thiết lập bởi các nút MPLS để chuyển các gói đi xuyên qua mạng Đường dẫn của một LSP qua mạng được định nghĩa bởi sự chuyển đổi giá trị các nhãn ở các LSR dọc theo LSP bằng cách dùng thủ tục hoán đổi nhãn

Hình 3.4: Đường chuyển mạch nhãn

Kiến trúc MPLS cho phép phân cấp các LSP, tương tự như ATM sử dụng VPI và các VCI để tạo ra các phân cấp kênh ảo (VC) nằm trong đường ảo (VP) Tuy nhiên ATM chỉ 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 thực thể nhãn trong ngăn xếp nhãn Về lý

thuyết,giới hạn số lượng nhãn trong ngăn xếp phụ thuộc giá trị MTU (Maximum

Transfer Unit) của các giao thức lớp liên kết được dùng dọc theo một LSP

• Chế độ điều khiển LSP:

Khi một FEC ứng với một tiền tố địa chỉ được phân phối bởi định tuyến IP, việc thiết lập mối kết hợp giữa các gán kết nhãn tại một LSR có thể thực hiện theo hai cách sau đây:

• Điều khiển độc lập

Khi mỗi LSR nhận dạng ra một FEC thì nó quyết định gán kết ngay một nhãncho FEC

đó và công bố luôn gán kết cho các đối tác phân phối nhãn (label

distribution peer) Điều này tương tự như định tuyến IP thông thường, ở đó mỗi bộ địn

h tuyến ra quyết định độc lập về nơi cần chuyển gói đi Điều khiển độc lập có ưu điểm

là thiết lập nhanh vì việc kết nhãn diễn ra song song giữa nhiều cặp LSR và dòng lưu lượng có thể bắt đầu truyền mà không cần đợi cho tất cả các gán kết nhãn thiết lập xong

Hình 3.5 : Chế độ điều khiển độc lập

• Điều khiển tuần tự

Một bộ định tuyến đường xuống thực hiện kết nhãn cho một FEC và thông báo gán kết đó chỉ nếu nó là LSR lỗi ra hoặc nếu nó nhận được một gán kết nhãn cho FEC đó

từ bộ định tuyến hướng đường xuống của nó Việc thiết lập LSP tuần tự bắt đầu ở

LSR lối ra và diễn ra nối tiếp theo hướng ngược về LSR lối vào Các LSP định tuyến bắt buộc thì phải sử dụng kiểu điều khiển tuần tự và quá trình phân phối nhãn theo chuỗi có thứ tự sẽ tạo ra thời gian trễ trước khi dòng lưu lượng đi trên LSP có thể bắt đầu Tuy nhiên, điều khiển tuần tự cũng cấp phương tiện tránh lặp và đạt được mức độhội tụ chắc chắn hơn

nguồn và đầu đích của trung kế lưu lượng Sau đó, thực hiện báo hiệu LSP và hoàn thành việc thiết lập đường bằng giao thức báo hiệu cho MPLS như RSVP-TE Tiến trình tính toán đường đầu nguồn luôn được thực hiện tại đầu nguồn trung kế lưu lượng

và được kích hoạt do:

- Một trung kế mới xuất hiện

- Một trung kế đang tồn tại nhưng thiết lập LSP thất bại

• Giao thức phân phối nhãn (LDP –label Distrbutition protocol )

Nhóm nghiên cứu MPLS đã thực hiện đó là định nghĩa một số phương thức để traođổi thông tin nhãn giữa các LSRs Giao thức LDP (Label Distribution Protocol) lảgiao thức chính và được vận hành nhiều nhất Tuy nhiên, một số giao thức khác nhưBGP (Border Gateway Protocol) hay RSVP-TE (Resource Reservation Protocol –Traffic enginer) cũng có thể được dùng để trao đổi thông tin nhãn

Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các LSR sử dụng để trao đổi

và điều phối quá trình gán nhãn/FEC Giao thức này là tập hợp các thủ tục trao đổi cácbản tin cho phép các LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC nhất định để truyền các gói thông tin

Hình 3.7: Quan hệ giữa LDP với các giao thức khác

Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tin LDP

từ trong bất cứ một LSR (điều khiển đường chuyển mạch nhãn LSP độc lập) hay từ LSR biên lối ra (điều khiển LSP theo lệnh) và chuyển từ LSR phía trước đến LSR bêncạnh phía sau Việc trao đổi các bản tin LDP có thể được khởi phát bởi sự xuất hiện của luồng số liệu đặc biệt, bản tin lập dự trữ RSVP hay cập nhật thông tin định tuyến Khi một cặp LSR đã trao đổi bản tin LDP cho một FEC nhất định thì một đường

chuyển mạch LSP từ đầu vào đến đầu ra được thiết lập sau khi mối LSR ghép nhãn đầu vào với nhãn đầu ra tương ứng trong LIB của nó

• Các tính chất cơ bản của giao thức phân phối nhãn LDP

Cung cấp cơ chế nhận biết LSR cho phép các LSR ngang cấp tìm kiếm nhau và thiết lập kết nối

• Định nghĩa bốn lớp bản tin:

ƒ- Bản tin DISCOVERY: Thông báo, duy trì sự tồn tại của 1 LSR trên mạng (UDP)

ƒ- Bản tin Session: Thiết lập, duy trì, xóa các phiên giữa hai LSR (TCP)

ƒ- Bản tin ADVERTISEMENT: Tạo, thay đổi và xóa các kết hợp nhãn (TCP)

ƒ- Bản tin NOTIFICATION: Cung cấp thông tin trạng thái và thông tin lỗi tín hiệu, (TCP)

Hình 3.10 : Một số giao thức phân phối nhãn trong MPLS

• Thủ tục phát hiện LSR lân cận :

- Một LSR định kỳ gửi đi bản tin HELLO tới các cổng UDP đã biết trong tất cả các bộđịnh tuyến trong mạng con của nhóm multicast

- Tất cả các LSR tiếp nhận bản tinh HELLO này trên cổng UDP Như vậy, tại một

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

- Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lập kếtnối TCP đến LSR đó

- Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR Phiên LDP là phiên hai chiều nghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi liên kết nhãn.

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

Cả 2 LSR đều có thể gửi các bản tin Initialization và LSR nhận sẽ trả lời bằng

KeepAlive nếu các tham số được chấp nhận Nếu có một tham số nào đó không được chấp nhận LSR trả lời thông báo có lỗi và phiên kết thúc

+ Dạng bản tin KeepAlive

Các bản tin KeepAlive được gửi định kỳ khi không có bản tin nào được gửi để đảm

Trong trường hợp không xuất hiện bản tin KeepAlive hay một số bản tin khác của

LDP trong khoảng thời gian nhất định thì LSR sẽ xác định đối phương hoặc kết nối bị hỏng và phiên LDP bị dừng

+ Dạng bản tin Label Mapping

Các bản tin Label Mapping được sử dụng để quảng bá liên kết giữa FEC (Prefix địa chỉ) và nhãn Bản tin Label Withdrawal thực hiện quá trình ngược lại: nó được sử

dụng để xóa bỏ liên kết vừa thực hiện Bản tin này được sử dụng khi có sự thay đổi trong cấu hình LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó

+ Dạng bản tin Label Release

Bản tin này được sử dụng bởi LSR khi nhận được chuyển đổi nhãn mà nó không cần thiết nữa Điều đó thường xảy ra khi LSR giải phóng nhận thấy nút tiếp theo cho FEC

đó không phải là LSR quảng bá liên kết nhãn/FEC đó

• Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC – Forwarding Equivalence Classes)

Lớp chuyển tiếp tương đương FEC ( Forwarding Equivalence Classes ) được sử dụng trong hoạt động chuyển mạch nhãn FEC mô tả sự liên hệ giữa các gói với địa chỉ đích người nhận cuối 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

Lý do dùng phải dung FEC:

Trước tiên, nó cho phép nhóm các gói vào các lớp Từ nhóm này, giá trị FEC trong một gói có thể được dùng để thiết lập độ ưu tiên cho việc xử lý các gói FEC cũng có thể được dùng để hỗ trợ hiệu quả hoạt động QoS Ví dụ, FEC có thể liên kết với độ ưutiên cao, lưu lượng thoại thời gian thực, lưu lượng nhóm mới ưu tiên thấp

FEC được xác định duy nhất bằng việc sử dụng một nhãn Đối với các lớp dịch

vụ khác nhau người ta sử dụng các FEC và các nhãn liên kết khác nhau Với Internet,

các giá trị sau được sử dụng để thành lập một FEC: địa chỉ IP nguồn và/hoặc đích, sốcổng nguồn và/hoặc đích, nhận diện giao thức ( PID ), điểm mã (codepoint) của cácdịch vụ khác biệt Ipv4, dòng nhãn Ipv6.

Tất cả các gói thuộc cùng một FEC thì có chung một nhãn Tuy nhiên, khôngphải tất cả các gói cùng chung một nhãn thì đều thuộc cùng một FEC bởi vì giá trị cácbit EXP trong nhãn có thể khác nhau, do đó việc đối xử với hoạt động chuyển tiếp góitin cũng sẽ khác nhau và vì vậy nó có thể thuộc một FEC khác Một gói tin thuộc FECnào là do router ngõ vào (ingress router ) quyết định, vì router ngõ vào thực hiện chứcnăng phân loại và dán nhãn

Hình 3.9 : Lớp chuyển tiếp tương đương trong MPLS

Ví dụ : FEC là một tập hợp các gói tin unicast mà địa chỉ đích lớp mạng có cùng tiền

tố địa chỉ IP xác định Một ví dụ khác của FEC là một tập các gói multicast có cùng địa chỉ nguồn và đích lớp mạng Một phần quan trọng của một mục định tuyến được duy trì bởi router đó là địa chỉ router kế tiếp Một gói khi rơi vào một FEC mà liên kếtvới một mục định tuyến xác định thì được định tuyến đến router kế tiếp được chỉ rõ bởi mục đó Do đó việc xây dựng bảng định tuyến bởi thành phần điều khiển có thể xem như là việc xây dựng của một tập FEC và trạm kế tiếp cho mỗi FEC đó

CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG TRONG MPLS (MPLS –TE)

4) Khái niệm về kỹ thuật lưu lượng MPLS –TE

Phần trên ta đã khảo sát cách phân phối thông tin nhãn (LDP) và cách tính toánđường đi cho đường hầm chuyển mạch nhãn (LSP) của kỹ thuật điều khiển lưu lượng

Ở chương này ta xét đến việc chọn đường hầm để chuyển tiếp lưu lượng và cách thứctối ưu hoá đường hầm trong MPLS –TE

Kỹ thuật lưu lượng (TE) là quá trình điều khiển cách thức các luồng lưu lượng đi qua mạng sao cho tối ưu hoá việc sử dụng tài nguyên và hiệu năng của mạng Do

thuật toán tìm đường đi ngắn nhất thường gây ra tắc nghẽn vì đường đi được chọn

không đủ tài nguyên đáp ứng yêu cầu về lưu lượng hoặc phân bổ tài nguyên mạng

không hiệu quả (dồn nhiều luồng cùng đi qua một liên kết hoặc một nút) MPLS -TE ứng dụng các nguyên lý khoa học công nghệ để đo lường, mô hình hoá, đặc trưng hoá

và điều khiển lưu lượng nhằm đạt được các mục tiêu khác nhau

Kỹ thuật lưu lượng MPLS được chia ra thành 3 quá trình:

+ Phân phối thông tin (LDP)

+ Tính toán và thiết lập đường đi cho đường hầm chuyển mạch nhãn (LSP)

+ Chuyển tiếp lưu lượng, tối ưu hoá đường hầm (MPLS –TE)

4.1. Mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng và hoạt động định tuyến của

4.1.1 Phân loại mục tiêu triển khai

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

• Hướng lưu lượng (traffic oriented)

• Hướng tài nguyên (resource oriented)

Các mục tiêu hướng lưu lượng liên quan đến việc tăng cường QoS cho các luồnglưu lượng Trong mô hình đơn lớp, các mục tiêu này gồm: giảm thiểu mất gói và trễ,tăng tối đa băng thông và tuân thủ các hợp đồng mức dịch vụ (LSA)…các mục tiêuhướng lưu lượng bị chặn thống kê cũng rất hữu ích cho mô hình dịch vụ phân biệt(diffserv)

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

4.1.2.Hoạt động phân phối đường hầm của MPLS – TE

Với nhiệm vụ điều khiển lưu lượng trong mạng MPLS, ta có thể có lưu lượng

được xác định cụ thể từ trước hoặc với chất lượng cụ thể của luồng dịch vụ từ PC-2 đến điểm PC-1 dọc theo một tuyến (mà tuyến này khác với tuyến có chi phí thấp

nhất)

• Ta có thể hướng lưu lượng từ PC-2 tới điểm PC-1 qua tuyến trên tunnel -1

(đây không phải là tuyến ngắn nhất giữa PC-2 và PC-1 (3 router so với 2 router

ở tuyến dưới – trong miền MPLS) Ta có thể gửi lưu lượng qua các đường kết nối mà chúng có thể không được sử dụng nhiều như ví dụ trên hình Nếu đây làmạng này là mạng IP đơn thuần, ta có thể không có bộ định tuyến nút (GRS 120008) để chuyển lưu lượng dọc theo tuyến phía trên bằng cách cấu hình một vài thứ trên bộ định tuyến đầu ra của PC-2 (7204 -kết nối trực tiếp với PC-2)

• Bộ định tuyến nút (GRS 120008) quyết định để gửi lưu lượng trên tunnel-1 hay tuyến tunnel-2 là do quyết định của chính nó Trong khi đó ta có thể điều khiển lưu lượng MPLS cho phép trên mạng này, ta cần có bộ định tuyến (GRS

120008) gửi lưu lượng tới PC-1 dọc theo tunnel -2

• Điều khiển lưu lượng MPLS bắt buộc bộ định tuyến (GRS 120008) chuyển tiếplưu lượng từ PC-2 – PC-1 trên tuyến trên tunnel - 1 Điều này có thể thực hiện được trong MPLS do cơ chế chuyển tiếp nhãn

• Bộ định tuyến đầu (head end router) (ở đây là bộ định tuyến GRS 120008) củatuyến điều khiển lưu lượng là bộ định tuyến đưa ra tuyến đầy đủ để lưu lượng chuyển qua mạng MPLS

• Ưu điểm vượt trội của việc sử dụng điều khiển lưu lượng MPLS là khả năng định tuyến lại nhanh (Fast ReRouting – FRR) FRR cho phép ta định tuyến lại lưu lượng có nhãn quanh một đường kết nối hoặc một bộ định tuyến mà trở thành không dùng được

4.2. Định tuyến đường đi trong MPLS - TE

MPLS hỗ trợ cà hai kỹ thuật định tuyến: định tuyến từng chặng (hop-by hop)

và định tuyến ràng buộc (constrain –based –routing) Định tuyến từng chặng cho phépmỗi nút nhận dạng FEC và chọn hop kế tiếp cho các FEC một cách độc lập, giống nhuđịnh tuyến trong mạng IP Tuy nhiên, đối với mạng MPLS, bắt buộc phải sử dụng