Nghiên cứu về cấu trúc và kỹ thuật trong MPLS

Nghiên cứu về cấu trúc và kỹ thuật trong MPLS

văn của chúng em sau này Trong đồ án nếu còn những điều chưa đúng và chưa hoàn thiện, rất mong cô nhận xét và đánh giá để các em có thể hoàn thành tốt hơn cho luận văn sau này.

Trên thế giới hiện nay, TCP/IP và ATM đang là hai giao thức được sử dụng phổ biến Tuy nhiên người ta vẫn thấy những tồn tại, yếu điểm của hai mô hình trên

mà thực tế không thể khắc phục được Sự phát triển của ATM trước đây là một thành tựu quan trọng trọng trong công nghệ truyền thông nhưng ngày nay ATM đã trở nên lỗi thời vì không đáp ứng được các dịch vụ đa dạng hiện nay Hầu hết các dịch vụ quan trọng đều được triển khai trên TCP/IP TCP/IP phát triển mạnh trong các năm cuối của thập kỷ 90, bởi nó cũng là một giao thức mạng thông minh và linh hoạt, đáp ứng được hầu hết các dịch vụ trước đây Tuy nhiên vấn đề là ở khả năng

mở rộng, điều khiển lưu lượng và QoS trong mạng TCP/IP không đáp ứng nổi nhu cầu của người sử dụng TCP/IP cũng có nhiều trở ngại trong việc phân tách các khách hàng và bảo mật trong ứng dụng VPN Nguyên nhân xuất phát từ cách thức chuyển mạch trên nền tảng địa chỉ IP Số điểm mạng càng lớn, các thiết bị phải xây dựng một bảng định tuyến dài và làm tăng quá trình xử lý

Xuất phát từ nguyên nhân đó, người ta đã nghĩ đến việc chuyển mạch không dựa trên nền tảng IP mà dựa vào một nhãn nào đó Ý tưởng thông minh đó đã được nhóm các nhà phân tích của IETF phát triển thành công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức, gọi tắt là MPLS (Multi Protocol Label Switching) MPLS phát triển trên nền tảng của ATM và TCP/IP, do đó là giao thức cầu nối của hai công nghệ này MPLS thích ứng được với nhiều giao thức mạng khác nhau, điều này mang lại nhiều lợi ích cho các nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng MPLS cũng đáp ứng tốt hơn các yêu cầu về QoS, điều khiển lưu lượng và VPN

Lưu lượng truyền đi trong MPLS có tính bảo mật, chất lượng dịch vụ cao hơn nhiều so với ATM và TCP/IP Vậy công nghệ MPLS đã được triển khai như thế nào, cấu trúc ra sao và được ứng dụng ở Việt Nam sẽ gặp những thuận lợi, khó khăn gì? Em đã nghiên cứu về cấu trúc và kỹ thuật trong MPLS, cũng như tìm hiểu

về tính khả thi của MPLS trên thị trường Việt Nam.Em kính mong quý thầy cô nhận xét và đánh giá để chúng em hoàn thiện đồ án này Chúng em xin chân thành cảm

ơn

1.1.2 Các nhược điểm của TCP/IP: 9

1.2 Mô hình ATM: 11

1.2.1 Các thiết bị ATM và môi trường mạng: 11

1.2.1.1 Định dạng tế bào ATM: 12

1.2.1.2 Các thiết bị trong mạng ATM 12

1.2.1.3 Các dịch vụ trong mạng ATM: 12

1.2.1.3 Các nhược điểm của ATM: 13

2.1 So sánh giữa chuyển mạch trong mạng IP truyền thống và mạng MPLS: 15

2.1.1 Chuyển mạch trong mạng IP: 15

2.1.2 Chuyển mạch trong mạng MPLS: 15

2.2 Các thuật ngữ và khái niệm trong MPLS: 17

2.2.1 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC): 17

2.2.2 Router chuyển mạch nhãn MPLS (MPLS LSR): 17

2.2.3 Router biên chuyển mạch nhãn MPLS (E-LSR): 17

2.2.4 Đường dẫn trong mạch MPLS (LSP) 18

2.2.5 Upstream, downstream 18

2.2.6 Nhãn MPLS 19

2.2.7 Ngăn xếp nhãn 20

2.3 Thành phần và cấu trúc của MPLS: 21

2.3.1 Các phương pháp chuyển mạch trong MPLS: 21

2.3.1.1 Kỹ thuật chuyển mạch thông thường: 21

2.3.1.2 Kỹ thuật chuyển mạch CEF: 23

2.3.2 Mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu: 24

2.3.3 Phân loại nhãn sử dụng trong MPLS: 26

2.3.4 Hoạt động của LSR và E-LSR (LER) trên mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu: 28

2.3.4.1 Thành phần và chức năng của một LSR: 29

2.3.4.2 Thành phần và chức năng của một LER: 30

2.4 Hoạt động của MPLS: 32

2.4.1 Quá trình hình thành cơ sở dữ liệu: 32

2.4.1.1 Quá trình hình thành bảng định tuyến: 32

2.4.1.2 Gán nhãn Local cho desIP tương ứng: 33

2.4.1.3 Thiết lập bảng LIB và LFIB: 34

2.4.1.4 Quảng bá nhãn nội bộ-local cho toàn mạng: 34

2.4.1.5 Cập nhật thông tin quảng bá: 35

2.4.1.6 PHP: 37

2.4.1.7 Xử lý thông tin quảng bá: 38

2.4.1.8 Hình thành bảng LFIB trong toàn mạng: 40

2.4.1.9 Hội tụ gói tin qua mạng MPLS: 41

2.5 Tóm tắt 41

CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ MPLS VPN 43

3.1 Tổng quan VPN: 43

3.1.1 Giới thiệu chung VPN 43

3.1.2 Phân loại các mô hình VPN 44

3.1.2.1 Overlay VPN: 44

3.1.2.2 Mô hình Peer-to-peer VPN: 45

3.1.3 Các ưu và nhược điểm của mô hình VPN hiện tại 47

3.1.3.1 Mô hình Overlay VPN: 47

3.1.3.2 Mô hình Peer-to-peer VPN: 47

3.2 MPLS VPN 48

3.2.1 Các khái niệm và thuật ngữ trong MPLS VPN 49

3.2.2 Mô hình định tuyến MPLS VPN 49

3.2.3 Các kỹ thuật trong MPLS VPN 51

3.2.3.1 Cấu trúc PE router 51

3.2.3.2 Bảng chuyển tiếp ảo VRF (Virtual Routing Forwarding): 52

3.2.3.3 Kỹ thuật phân biệt tuyến trong mạng core: 53

3.2.3.3 Số nhận dạng đường đi (RD): 55

3.2.3.4 Số phân biệt đường đi (RT) 57

3.2.3.5 Hoạt động của giao thức MP - BGP 58

3.2.4 Hoạt động của mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu trên MPLS VPN 59

3.2.4.1 Mặt phẳng điều khiển: 59

3.2.4.2 Mặt phẳng dữ liệu: 61

3.3 Quá trình xử lý thông tin định tuyến đầu cuối trong MPLS-VPN: 62

3.4 MPLS-VPN và quá trình chuyển gói dữ liệu: 63

CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MPLS 66

4.1 Các khái niệm cơ bản trong điều khiển lưu lượng: 66

4.1.1 Kỹ thuật hàng đợi 66

4.1.1.1 FIFO 66

4.1.1.2 PQ 67

4.1.1.3 FQ 68

4.1.1.4 WRR 70

4.1.1.5 WFQ (Weighted Fair Queuing) 71

4.1.1.6 WFQ (Class Based) 73

4.1.2 Trung kế lưu lượng 74

4.1.3 Giải thuật thùng rò và thùng Token 75

4.1.3.1 Mô hình thùng rò 75

4.1.3.2 Mô hình thùng Token 75

4.2 Động lực phát triển của MPLS TE: 76

4.3 Thiết lập kênh truyền dẫn sử dụng MPLS-TE: 80

4.3.2 Quảng bá thông tin sử dụng giao thức IGP mở rộng: 81

4.3.3 Tính toán đường dẫn sử dụng CSPF: 84

4.3.4 Thiết lập đường dẫn sử dụng CR-LDP & RSVP-TE: 86

4.3.4.1.CR-LDP: 86

4.3.4.2 RSVP-TE 90

4.4 Sử dụng đường dẫn TE: 94

4.5 Các thuật toán định tuyến nâng cao trong MPLS ///////// có thể bỏ///////// 97

4.6.1 Phát hiện lỗi 105

4.6.2 Bảo vệ và phục hồi 105

4.6.3 MPLS Recovery 106

4.6.3.1 Phân loại và cơ chế khôi phục và bảo vệ 107

4.6.3.1.1 Bảo vệ toàn cục và bảo vệ cục bộ 107

4.6.3.1.2 Tái định tuyến bảo vệ và chuyển mạch bảo vệ 107

4.6.3.1.3 Mô hình MAKAM (Bảo vệ toàn cục) 107

4.6.3.1.4 Mô hình Haskin (Reverse Backup): 108

4.6.3.1.5 Mô hình Hundessa 109

4.6.3.1.6 Mô hình Simple Dynamic 109

4.6.3.1.7 Mô hình Shortest Dynamic 110

5.1 Triển khai dịch vụ mạng riêng ảo VPN/MPLS tại VDC 114

5.2 Ứng dụng MPLS trong mạng NGN: 115

5.3 Những vấn đề cần giải quyết khi triển khai MPLS tại Việt Nam 121

KẾT LUẬN 123

CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ TCP/IP VÀ ATM

Trước khi MPLS ra đời, TCP/IP và ATM đã từng công nghệ tân tiến và đáp ứng được hầu hết các nhu cầu dịch vụ viễn thông Cuối thập niên 90 và đầu những năm 2000 đã từng là sự bùng nổ của ATM và TCP/IP trên các ứng dụng truyền dữ liệu Nhưng ngày nay, với sự phát triển của xã hội, nhu cầu thông tin ngày một tăng và người ta cũng phát minh ra nhiều loại hình dịch vụ mới, các công nghệ cũ dường như không đáp ứng nổi những yêu cầu mới Chương này giới thiệu chung về các mô hình TCP/IP và ATM, phân tích các ưu nhược điểm và sự ra đời của MPLS

1.1 Mô hình TCP/IP:

1.1.1 Các khái niệm cơ bản trong mạng IP

TCP/IP là một bộ giao thức đựợc phát triển bởi Cục các dự án nghiên cứu cấp cao (ARPA) của bộ Quốc phòng Mỹ Trước đây, TCP/IP là giao thức chạy trên môi trường hệ điều hành UNIX và dùng chuẩn của Ethernet Khi máy tính cá nhân

ra đời, TCP/IP chay trên môi trường máy tính cá nhân với hệ điều hành DOS và các trạm làm việc chạy hệ điều hành UNIX Hiện nay TCP/IP được sử dụng rất phổ biến trong mạng Internet

TCP/IP ra đời trước chuẩn OSI Hai mô hình này không hoàn toàn trùng khớp nhau nhưng vẫn có sự tương thích nhất định Sự tương quan giữa mô hình TCP/IP và mô hình OSI được chỉ ra trong hình sau:

IP IP

Hình 1.1 Sự tương ứng giữa TCP/IP và OSI

1.1.1.1 Phương thức truyền dữ liệu trong mạng IP:

Dữ liệu trong mạng IP không được truyền liên tục mà được phân thành các gói, hay còn gọi là các datagram Mỗi datagram có hai phần chính là header và data Header chứa địa chỉ nguồn, đích và càc thông số khác để giúp cho packet đi đến đích Các thông số còn lại giúp hạn chế lỗi xảy ra khi packet đi đến đích như thời gian sống (time to live), kiểm tra lỗi (checksum), cờ báo, độ dài tổng cộng của của datagram…

VER IHL Type of service Total length

Time to live Protocol Header checksum

Source address

Destination address

Options-padding

Data

Hình 1.1 Cấu trúc của datagram

Khi gửi các datagram trên đường truyền vật lý, các datagram phải được đóng gói lại dưới dạng các frame do đường truyền vật lý không xác định được các frame

Toàn bộ datagram sẽ nằm trong vùng dữ liệu của frame Đường truyền vật lý xử lý các frame dựa vào địa chỉ MAC và các giao thức lớp hai

Tuy nhiên trong mỗi loại mạng, người ta luôn qui định độ dài tối đa của một frame, gọi là MTU (maximun transfer unit) Kích thước của frame luôn phải nhỏ hơn kích thức của MTU Khi frame có kích thước lớn hơn MTU, nó phải được phân đoạn, mỗi đoạn có kích thước nhỏ hơn MTU của mạng Quá trình phân đoạn được thực hiện ở các Gateway giữa các mạng có kích thức MTU khác nhau trên đường truyền dữ liệu Các đoạn sau khi được phân chia sẽ vẫn gồm hai thành phần: phần header và data Các phân đoạn lần lượt được chuyển tới đích Trạm cuối dựa vào các thông số flag và fragment offset để thiết lập lại dữ liệu ban đầu

1.1.1.2 Chọn đường đi cho các gói dữ liệu trong mạng IP:

Địa chỉ IP là số nhận biết của một trạm trong mạng Các gói xác định đích đến dựa vào địa chỉ IP Trên thế giới hiên nay đang sử dụng IPv4 Đó là một chuỗi

số nhị phân dài 32 bit, được chia thành bốn Octet Để đơn giản người ta biểu diễn mỗi Octec dưới dạng thập phân Độ lớn mỗi Octec chạy từ 0 đến 255, các địa chỉ IP

cứ như vậy lấp đầy số 1 vào chuỗi nhị phân 32 bit

Để thuận tiện cho việc quản lý và sử dụng, người ta chia địa chỉ IP ra thành 4 lớp như sau:

Lớp A: là dãy địa chỉ với Octec đầu có dạng 0xxxxxxx,cho phép định danh

126 mạng,với tối đa 16 triệu host trên một mạng

Lớp B: là dãy địa chỉ với Octec đầu có dạng 10xxxxxx, cho phép định danh

16384 mạng với tối đa 65534 host trên mỗi mạng

Lớp C: là dãy địa chỉ với Octec đầu có dạng 110xxxxx,cho phép định danh khoảng 2 triệu mạng , mỗi mạng tối đa 254 host

Lớp D : các địa chỉ còn lại ,được dùng cho multicast hoặc broadcast (gửi một thông tin đến nhiều host)

Lớp A 1 Net ID Host ID

Định tuyến là phương thức dịch chuyển thông tin trong liên mạng,từ nguồn đến đích Nó là một chức năng được thực hiện ở tầng mạng Chức năng này cho phép bộ định tuyến đánh giá đường đi sẵn có tới đích dựa vào topo mạng Topo mạng có thể do người quản trị thiết lập hoặc được thu thập thông qua các giao thức định tuyến Topo mạng mà router học được sẽ được ghi vào bảng định tuyến Bảng định tuyến chứa thông tin tìm đường mà router dựa vào đó để phân phát các gói tin đến đích cuối cùng

1.1.1.4 Các hành động trong quá trình định tuyến:

Xác định đường đi: chọn ra 1 đường đi tốt nhất đến đích theo một tiêu chí nào đó (cost, chiều dài đường đi ) dựa vào bảng định tuyến Khi có được đường đi tốt nhất từ bảng định tuyến, bước tiếp theo là gắn với đường đi này cho bộ định tuyến biết phải gởi gói tin đi đâu

Chuyển mạch: cho phép bộ định tuyến gởi gói tin từ cổng vào đến cổng ra tương ứng với đường đi tối ưu đã chọn

1.1.2 Các nhược điểm của TCP/IP:

Do tính chất của chuyển mạch lớp 3, quá trình định tuyến trong router thường chậm hơn trong switch Quá trình định tuyến được thực hiện trên tất cả các router mà nó đi qua

Hình 1.4 Định tuyến IP

Do sự phức tạp tính toán định tuyến các gói tin IP tại mỗi router mà tốc độ hội tụ sẽ chậm, cùng với đó là các phương thức giúp mô hình TCP/IP hoạt động đúng như chống lặp vòng (split horizon, spoison reverse v.v…), hay các thủ thuật điều khiển lưu lượng giúp mạng hoạt động có hiệu quả Nhưng đồng thời chúng cũng giới hạn kích cỡ của một mạng sử dụng định tuyến IP

Khi sử dụng kết nối qua mạng WAN, ta không thể sử dụng TCP/IP do tốc độ hội tụ chậm cùng với việc header IP lớn qua mạng đường dài sẽ làm tốn băng thông Mặc dù các kỹ thuật TE (traffic engineering), Diffserv sử dụng trong IP đã giúp mô hình này hoạt động tốt hơn và cung ứng đa dịch vụ nhưng việc sử dụng những kỹ thuật này trong mạng TCP/IP rất phức tạp và hiệu quả chưa cao

Do đó, yêu cầu đặt ra là cần một giao thức mạng WAN giúp cho việc chuyển gói tin đi nhanh hơn qua WAN và cung ứng đa dịch vụ và chất lượng dịch vụ Và đây chính là cơ sở cho việc hình thành các giao thức mạng WAN như X25, FrameRelay, và đặc biệt là ATM

trễ Một mạng ATM tư nhân hoặc mạng ATM công cộng đều có thể chuyển phát các dữ liệu đa dịch vụ

1.2.1 Các thiết bị ATM và môi trường mạng:

ATM là công nghệ chuyển mạch tế bào, kết hợp các ưu điểm của chuyển mạch mạch và chuyển mạch gói Mạng ATM cho phép mở rộng băng thông ở tầm Mbps đến tầm Gbps, là tốc độ lý tưởng cho các dịch vụ so với mạng TCP/IP Do tính không đồng bộ, ATM rõ ràng là hiệu quả hơn các công nghệ đồng bộ như TDM

Đối với TDM, việc truyền dữ liệu được chia thành các kênh theo thời gian, mỗi người sử dụng được gán vào một khe thời gian, và không ai khác có thể truyền trên khe thời gian đó Nếu một user có đủ dữ liệu để truyền, nó chỉ có thể truyền khi đến khe thời gian riêng của nó, trong khi các khe khác là trống Ngược lai, khi user không có dữ liệu, nó vẫn truyền dữ liệu rỗng trên khe của mình Với công nghệ ATM, do tính bất đồng bộ, khe thời gian được khả dụng theo yêu cầu từ nguồn gửi dựa vào thông tin trên mào đầu của ATM-cell

Hình 1.5 Mô hình ứng dụng mạng ATM

1.2.1.1 Định dạng tế bào ATM:

Thông tin chuyển đi trong mạng ATM dưới dạng các đơn vị có độ dài cố định gọi là các cell Năm byte đầu tiên chứa thông tin mào đầu của cell (cell-header), 48 byte còn lại là thành phần thông tin mà gói tin mạng đi Nhờ độ dài nhỏ

và không đổi, thông tin truyền đi trong mạng ATM thường ít trễ và phù hợp với chuyển phát âm thanh, hình ảnh

Hình 1.6 Định dạng tế bào ATM

1.2.1.2 Các thiết bị trong mạng ATM

Mạng ATM gồm có hai thiết bị chính là ATM swtich và ATM endpoint ATM switch có nhiệm vụ vận chuyển các cell qua mạng ATM ATM switch nhận các cell từ các endpoint hoặc ATM switch khác Sau đó, nó đọc và update thông tin

từ cell-header và quyết định gửi cell đi tại một giao tiếp của nó Còn ATM endpoint thì có thể là các trạm cuối, các router hoặc LAN switch nhưng được gắn thêm một

bộ phận tương thích ATM Hình 1.5 mô tả các bộ phân trong một mạng ATM

1.2.1.3 Các dịch vụ trong mạng ATM:

Có ba loại dịch vụ trong mạng ATM là: mạch ảo cố định, mạch ảo tạm thời

và các dịch vụ không kết nối PVC cho phép kết nối trực tiếp giữa các vị trí của khách hàng, ở đây, giống như là một đường lease lined, nghĩa là đường thuê bao dành riêng Ưu điểm của dịch vụ này là giữ được kết nối cố định và không yêu cầu một thủ tục thiết lập đường truyền nào Tuy nhiên nhược điểm là các kết nối phải được thiết lập bằng tay và cố định, do đó vấn đề mở rộng mạng gặp nhiều khó khăn Hơn nữa, các kết nối không tự khôi phục khi bị hỏng

Dù có nhiều thuận lợi trước mắt, nhưng ATM cũng tồn tại nhiều bất cập trong tương lai, khi nhu cầu sử dụng tăng đòi hỏi phải mở rộng mạng Công tác bảo trì trong mạng ATM cũng gặp nhiều khó khăn ATM có thể ra đời để đáp ứng những nhu cầu sử dụng hiện thời của con người nhưng xét về khả năng sử dụng lâu dài và mở rộng là hoàn toàn không hiệu quả

Hơn nữa, định tuyến IP thông thường và định tuyến ATM khác nhau do đó ATM làm gián đoạn định tuyến IP dẫn đến việc làm gián đoạn các chức năng phần mềm Các nhà cung cấp dịch vụ luôn gặp khó khăn khi kết hợp hai mô hình này, bởi

vì khó có sự trao đổi thông tin định tuyến và báo hiệu giữa ATM & định tuyến IP Bên cạnh đó, mô hình ATM khó có thể mở rộng mạng Sự triển khai ATM tốn kém nhiều chi phí do sự phức tạp của cấu trúc mạng

Yêu cầu đặt ra là cần có một giao thức kết hợp được các ưu điểm của mô hình TCP/IP và ATM Và các kỹ thuật trong TCP/IP và ATM chính là cơ sở hình thành nên giao thức mạng mới MPLS ( multi protocol label switching )

Hình 1.7 Giao thức mạng MPLS

Đối với mạng MPLS, cơ sở để chuyển tiếp gói tin không còn là IP header hay cell header nữa, mọi sự chuyển mạch đều dựa trên nhãn MPLS có thể được xây dựng trên một nền tảng TCP/IP hoặc ATM sẵn có Phát triển MPLS là khả thi trên một giao thức mạng bất kỳ, ATM hay TCP/IP Do đó MPLS goi là mạng chuyển

mạch nhãn đa giao thức MPLS ra đời đã giải quyết hầu hết các khó khăn của các

mô hình mạng cũ và cùng cho những ưu điểm vượt trội:

IP

SDH, ODH, WDN, CSMA

ATM, FRAME RELAY, Ethernet, PPP

MPLS

Hình 1.8 Lớp MPLS trong mô hình OSI

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

 Sử dụng chuyển mạch nhãn làm tăng tốc độ chuyển gói

 Giữ được ưu điểm của giao thức IP (định tuyến), ATM (chuyển mạch)

 Ẩn lớp liên kết dữ liệu & sự khác biệt giao thức lớp 2 của các gói tin

 Cung cấp khả năng QoS (Quality of service)

MPLS cũng có một số nhược điểm như một lớp mới phải được thêm vào mô hình OSI và các router phải được cài đặt các phần mềm để có thể hiểu được MPLS

Tóm lai sự ra đời của MPLS là một bước phát triển lớn trong ngành công nghiệp viễn thông, đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày một cao của xã hôi Các chương tiếp theo sẽ trình bày về kỹ thuật và các ứng dụng trong MPLS

đều được gắn nhãn Hiện nay mạng MPLS là giải pháp cho các nhu cầu về tốc độ, khả năng mở rộng, quản lý chất lượng dịch vụ và điều khiển lưu lượng MPLS cũng cung cấp một giải pháp hàng đầu để đáp ứng nhu cầu về băng thông và dịch

vụ yêu cầu cho các mạng IP thế hệ kế tiếp Chương này bao gồm lý thuyết về các

kỹ thuật, khái niệm và cách hoạt động của một mạng MPLS thông thường

2.1 So sánh giữa chuyển mạch trong mạng IP truyền thống và mạng MPLS: 2.1.1 Chuyển mạch trong mạng IP:

Trong mạng IP truyền thống, các giao thức định tuyến được sử dụng để phân phối thông tin định tuyến lớp ba Gói được chuyển đi dựa vào địa chỉ đích trong IP header Khi nhận được một gói IP, router dò tìm trong bảng định tuyến thông tin trong bản routing mạng đích của gói, từ đó xác định next-hop rồi chuyển gói đi Việc xác định next-hop được lặp lại tại mỗi hop từ nguồn đến đích

2.1.2 Chuyển mạch trong mạng MPLS:

Gói được chuyển đi dựa trên nhãn Các nhãn này có thể tương ứng với các địa chỉ IP đích hoặc các thông số khác như các lớp QoS và địa chỉ nguồn Nhãn được phát đi trên từng Router hoặc Router interface và được nhận biết một cách nội bộ trong chính Router đó Router gán nhãn đến các đường đi định trước gọi là LSP giữa các điểm cuối Vì vậy, chỉ có router ở biên mới làm nhiệm vụ dò tìm bảng định tuyến Các bước của quá trình chuyển mạch trong mạng MPLS:

Hình 2.1 Chuyển mạch trong mạng IP

1 R4 nhận gói có tiền tố địa chỉ đích IP là 172.16.10.0/24 và gửi gói tin qua miền MPLS R4 nhận biết đường đi của gói trong mạng bằng 1 bảng định tuyến theo nhãn R4 gán nhãn L3 nhận từ downstream R3 vào gói IP, chuyển gói đến next hop R3

2 R3 nhận gói, hoán đổi nhãn L3 bằng nhãn L2 nhận được từ router R2 và chuyển đến next hop R2

3 R2 nhận gói tin, tiếp tục thay thể nhãn L2 bằng nhãn L1 và gửi gói đến R1

Hình 2.2 Chuyển mạch trong mạng MPLS

Bảng định tuyến

liên tưởng quá trình chuyển mạch trong mạng lõi với việc gắn tag trong mạng lớp hai giữa các Vlan Đó là lý do người ta nói rằng MPLS là công nghệ kết hợp các đặc điểm tốt nhất giữa chuyển mạch lớp hai và định tuyến lớp 3

2.2 Các thuật ngữ và khái niệm trong MPLS:

Một mô hình MPLS tiêu biểu sẽ gồm các khái niệm sau:

2.2.1 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC):

RFC3031, nhóm gói được chuyển đi theo cùng một cách giống nhau (cùng một đường đi với cách chuyển phát như nhau)

2.2.3 Router biên chuyển mạch nhãn MPLS (E-LSR):

Một LSR ở biên của MPLS domain E-LSR gắn nhãn khi gói đi vào miền MPLS hoặc bóc nhãn khi gói ra khỏi miền Chỉ có những Router này mới thực hiên nhiệm vụ vừa định tuyến IP, vừa định tuyến theo nhãn

Hình sau chỉ rõ E-LSR, LSR trong miền MPLS:

- E- LSR: R1, R4

sử dụng điều khiển lưu lượng trong MPLS

2.2.5 Upstream, downstream: là các khái niệm then chốt để hiểu hoạt động của

sự phân phối nhãn (mặt phẳng dữ liệu) và chuyển phát dữ liệu trong MPLS Dữ liệu mà Router định gửi đi cho một mạng xác định gọi là downstream, còn việc cập nhập thông tin (giao thức định tuyến hoặc phân phối nhãn, LDP/TDP) gắn liền với một tiền tố gọi là upstream Có thể hiểu là thông tin về nhãn của 1 Router được chính nó gửi đi cho các LSR kế cận được gọi là downstream Còn thông tin định tuyến thì gọi là upstream Hình dưới đây cho ví dụ về downstream và upstream router

Hình 2.4 Upstream và downstream 2.2.6 Nhãn MPLS: một nhãn MPLS dài 20 bit được gán cho một tiền tố IP Cấu

trúc của nhãn như sau:

ngăn xếp Bit này sẽ được set lên 1 khi nhãn cần xử lý là cuối cùng trong ngăn xếp để router trong MPLS biết để kết thúc quy trình xử lý nhãn

 8 bit cuối ( 24 -> 31 ): TTL ( time to live ) có chức năng chống lặp vòng

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

thành phần TTL trong header gói tin IP

Các thành phần nhãn gồm nhãn đầu tiên (Top), các nhãn trung tâm (Middle)

và nhãn cuối (Bottom) Thứ tự của các nhãn này được xác định bởi bit S trong các nhãn trên

Khi một router trong MPLS nhận frame trên, nó chỉ xử lý phần nhãn đầu tiên (top label), các nhãn sau do các router kế tiếp xử lý

Thông thường các gói dữ liệu khi vào MPLS chỉ được gán một nhãn Tuy nhiên trong một số trường hợp phải sử dụng nhiều nhãn để đáp ứng yêu cầu dịch vụ Một số dịch 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 đầu tiên 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 đầu cuối với từng LSP

đích nhờ vào bảng định tuyến được xây dựng ban đầu nhờ gói tin đầu tiên dựa trên giao thức định tuyến IP Các gói tin sau đó sẽ dựa vào bảng định tuyến mà quyết định đường đi tới đích Do bảng định tuyến có giới hạn nên việc định tuyến có thể xảy ra đệ quy Trong phương pháp này, tại mỗi router các gói tin được định nhãn một cách độc lập nên thới gian xử lý sẽ rất chậm Do đó phương pháp này không được sử dụng nhiều

Phương pháp thứ hai là “phương pháp chuyển mạch nhanh”: khi gói tin đến

router, gói tin sẽ được kiểm tra xem desIP đã có trong bảng định tuyến chưa, nếu chưa có desIP đó sẽ được thêm vào bộ nhớ lưu trữ (cache) trong router Điểm khác biệt so với phương pháp đầu tiên là ở chỗ việc xử lý nhãn trên gói tin đầu tiên (nội dung của khung header) sẽ được kế thừa cho những gói tin sau

Phương pháp thứ ba được phát triển bởi Cisco (CEF-Cisco Express Forwarding)

được khuyến nghị bởi IETF Phương pháp này sử dụng cơ sở dữ liệu là bảng FIB (Forwarding Information Base) thay cho bảng định tuyến Khác với phương pháp fast switching, khi quá trình xử lý nhãn đòi hỏi phải tham chiếu đến desIP, bằng cách sử dụng bảng FIB, phương pháp CEF sẽ tạo ra bảng LFIB (label forwarding information base) Quá trình chuyển gói tiếp sau đơn giản chỉ là tham chiếu nhãn khi vào router với LFIB mà chuyển gói tin ra interface thích hợp kèm nhãn thích hợp thay thế khi gói tin ra khỏi router

2.3.1.1 Kỹ thuật chuyển mạch thông thường:

Quy trình fast switching diễn ra theo những bước sau:

 Bước 1: Khi thông tin định tuyến của giao thức BGP được cập nhật và được

xử lý trong bảng BGP Nếu lựa chọn được tuyến tốt nhất thì một đường dẫn mới được thêm vào bảng định tuyến

 Bước 2: Khi gói dữ liệu đầu tiên muốn tới đích, router sẽ tìm địa chỉ đích

trong nơi cơ sở dữ liệu chứa thông tin chuyển mạch nhanh (fast switching cache) Vì địa chỉ đích không có trong fast switching cache, một quá trình xử

lý phải được thực hiện để chuyển gói tin đi Quá trình này được thực hiện một cách đệ quy thông qua các interface Trong ví dụ trên nếu địa chỉ 10.0.0.0/8 không tìm thấy trong bộ nhớ lưu trữ cache, tín hiệu ARP sẽ được gửi đi trong mạng nội bộ của interface tương ứng để tìm địa chỉ MAC Trong trường hợp này, muốn tới mạng 10.0.0.0/8 địa chỉ hop kế phải tới là 1.2.3.4/24, và để tới được mạng 1.2.3.0/24 thì phải chuyển gói qua interface E0

 Bước 3: tất cả các gói tiếp theo tới cùng một đích sẽ sử dụng chuyển mạch

nhanh dựa vào Switching cache gồm địa chỉ mạng layer2 header tương ứng Một phần cấu tạo của layer2 header gồm địa chỉ của interface cần đến 1.5.4.1

và địa chỉ MAC của nó

Khi một router cần chuyển mạch nhanh nhưng địa chỉ đích không có trong switching cache thì quá trình định tuyến cho gói tin đó diễn ra bình thường nhằm thiết lập bảng switching cache để các gói sau đó dựa vào để thực hiện chuyển mạch

nhanh

Hình 2.7 Sự liên kết cơ sở dữ liệu trong chuyển mạch thông thuờng

2.3.1.2 Kỹ thuật chuyển mạch CEF:

CEF sử dụng cùng một cơ sở dữ liệu với bảng định tuyến IP thông thường, bảng FIB Bất cứ sự thay đổi nào xảy ra trong bảng định tuyến đều được cập nhật trực tiếp đến bảng FIB

Nếu một router nhận được một gói tin được yêu cầu chuyển tới đích bằng phương thức chuyển mạch CEF nhưng desIP không có trong FIB, gói tin đó sẽ bị loại

Bảng FIB khác với bảng chuyển mạch nhanh (fast switching) ở chỗ nó không trực tiếp chứa địa chỉ interface kế và địa chỉ MAC, thay vào đó những thông số này

sẽ được lưu trữ trong một bảng riêng biệt gọi là bảng “kế cận”(Adjacency Table) Bảng này gần giống với ARP cache nhưng thay vì chứa địa chỉ MAC, nó chứa MAC Header

Hình 2.8 Sự liên kết cơ sở dữ liệu trong chuyển mạch CEF

Adjacency pointer trong bảng FIB là một con trỏ tham chiếu trực tiếp đến cơ

sở dữ liệu của bảng định tuyến IP, Adjacency table và ARP cache Nếu có sự thay đổi về cơ sở dữ liệu trong các bảng trên thì FIB cũng sẽ lập tức thay đổi.Chính nhờ

kỹ thuật CEF mà cấu trúc của một router MPLS được phân thành hai phần là mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu mà ta sẽ xét ngay sau đây

2.3.2 Mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu:

Cấu trúc của mạng MPLS được chia làm hai phần: mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu Tương tự như IP có hai cơ sở dữ liệu là RIB và FIB thì trong MPLS cũng có hai cơ sở dữ liệu là LIB và LFIB

LIB có vai trò giống như RIB, nó nằm trong mặt phẳng điều khiển LIB lưu các nhãn được đăng ký bởi LSR và các ánh xạ FEC-to-label mà LSR nhận được thông qua các giao thức phân phối nhãn Khi một giao thức phân phối nhãn muốn liên kết với một nhãn với FEC, nó sẽ yêu cầu nhãn ngõ vào từ LIB (tức là yêu cầu các nhãn cục bộ) Tương tự khi một giao thức phân phối nhãn học được nhãn từ một FEC nào đó, nó cung cấp nhãn ngõ ra cho LIB LIB được xem là cơ sở dữ liệu nhãn cho tất cả các giao thức phân phối nhãn

Hình 2.9 Mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu

Bảng LFIB nằm ngay trong mặt phẳng dữ liệu Bảng LFIB chỉ sử dụng các nhãn dùng cho chuyển mạch gói tin Việc xây dựng các entry LFIB yêu cầu thông tin cung cấp bởi cả các giao thức định tuyến IP và các giao thức phân phối nhãn (thông qua LIB) Ví dụ ánh xạ FEC đến next hop được cung cấp bởi các giao thức định tuyến IP ánh xạ FEC đến nhãn được cung cấp bởi các giao thức phân phối nhãn, và quan hệ kế cận tạo ra ARP

Việc xây dựng bảng FIB, LIB xảy ra trên mặt phẳng điều khiển Các giao thức định tuyến nội như OSPF, RIP điều khiển việc quảng quá thông tin trong mạng

để mỗi router mang thông tin về sơ đồ mạng Quá trình này hình thành bảng định tuyến, gọi là bảng RIB Tương tự như việc cập nhập các giao thức định tuyến, các giao thức phân phối nhãn như LDP cũng làm công việc tương tự như các IGP, hình thành nên bảng LIB Tóm lại FIB và LIB chứa thông tin về định tuyến chung nhất cho mạng

Với bảng RIB và LIB, mạng vẫn chuyển tiếp gói tin đến đích được nhưng thời gian xử lý sẽ chậm hơn nhiều do phải dò tìm hết trong toàn bộ bảng định tuyến

Cơ chế chuyển mạch Cisco CEF cho phép chuyển phát nhanh các gói tin qua mạng

bằng cách ghi nhớ đường đi của gói tin trong những lần chuyển phát tiếp theo Những dữ liệu này tồn tại trong bảng FIB và bảng LFIB trên mặt phẳng dữ liệu CEF là cơ chế chuyển mạch thông minh, nhờ vậy mà tiết kiệm được thời gian cũng như bộ nhớ của thiết bị

Ví dụ:

Hình 2.10 Ví dụ xử lý nhãn trong một LSR

Quá trình hình thành bảng chuyển mạch nhãn được hình thành qua ba giai đoạn: định tuyến IP, trao đổi và phân phối nhãn trong MPLS, cuối cùng là hình thành bảng chuyển mạch nhãn LFIB để chuyển gói tin dựa vào nhãn

Trong ví dụ trên ở giai đoạn đầu sử dụng giao thức OSPF để định tuyến Khi

đã có đường đi, giao thức LDP dùng để quyết định việc gói tin đi vào sẽ được gán nhãn gì và đi ra sẽ được gán nhãn gì Các yêu cầu này sẽ được ghi vào cơ sơ dữ liệu của router để hình thành bảng LFIB thuộc mảng dữ liệu

2.3.3 Phân loại nhãn sử dụng trong MPLS:

MPLS được tạo ra nhằm khắc phục những yếu kém của những mô hình WAN như ATM hay Frame Relay nhưng cũng đòi hỏi phải kế thừa, phát triển MPLS trên nền hệ thống mạng cũ Do đó các cấu trúc của frame hay cell dùng trong các hệ thống mạng cũ cần được giữ nguyên, MPLS chỉ đóng gói các gói này cùng với những phần cần thiết cho hoạt động của MPLS

Chính vì lý do trên, trong cấu trúc nhãn của MPLS chia làm hai loại: chế độ dùng cho Frame và dùng cho cell

được gán thông số này để truyền qua mạch ảo duy nhất, khác với Frame Relay khi các gói tin có thể theo nhiều đường khác nhau Đặc tính này của ATM giống với MPLS, do đó nếu sử dụng MPLS dựa trên ATM thì MPLS sẽ sử dụng lại các thông

 Xác định interface ngõ ra để tới hop kế

 Router sẽ chèn thêm vào giữa frame header và IP header thành phần nhãn sử dụng trong MPLS Trong thành phần Frame Header sẽ có thành phần PID

để xác định thành phần nhãn phía sau Trong thành phần nhãn cũng có các bit S để xác định thứ tự nhãn và vị trí bắt đầu của một IP Header

 Edge router sẽ chuyển gói tin đến hop kế

Nhãn trong chế độ dùng cell:

Chế độ này dùng khi có một mạng gồm các ATM-LSR dùng MPLS trong mặt phẳng điều khiển để trao đổi thông tin VPI/VCI thay vì dùng báo hiệu ATM Trong chế độ này nhãn chính là VPI/VCI Sau khi trao đổi nhãn trong mặt phẳng điều khiển, ở mặt phẳng chuyển tiếp tức là tại Ingress LER sẽ phân tách gói tin trở thành lại kiểu tế bào trong ATM và dùng giá trị VPI/VCI để chuyển gói tin đi qua mạng lõi theo đường mạch ảo (ở đây là LSP) để chuyển gói tin đi

Hình 2.12 Nhãn trong chế độ dùng Cell

GFC (Generic Flow Control): Điều khiển luồng chung

VPI (Virtual Path Identifier): Nhận dạng đường ảo

VCI (Virtual Cicuit Identifier): Nhận dạng kênh ảo

PT (Payload Type): Chỉ thị kiểu trường tin

CLP (Cell Loss Priority): Chỉ thị độ ưu tiên huỷ bỏ tế bào

HEC (Header Error Check): Khối bít dùng kiểm tra lỗi tiêu đề

2.3.4 Hoạt động của LSR và E-LSR (LER) trên mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu:

Trong phần này sẽ phân tích cấu tạo và chức năng của thành phần chính trong mạng MPLS là các router cạnh (edge router) và các router chuyển mạch nhãn (label switch router)

Trong mô hình MPLS tùy theo vị trí và chức năng tương ứng mà người ta chia làm hai loại router chuyển mạch nhãn: LSR được sử dụng trong lõi MPLS, LER nằm ở phía ngoài biên MPLS, nơi tiếp xúc với mạng ngoài

tin theo cấu trúc của mạng ngoài xảy ra tại đây Khi sử dụng một số dịch vụ cao cấp như MPLS VPN thì LER còn phải kiêm thêm một số chức năng phức tạp hơn

Hình 2.13 Việc gán nhãn khi qua LSR và LER

Chức năng chính của một LSR là chuyển mạch nhãn Bởi vậy một LSR cần

có một giao thức định tuyến (OSPF, RIP, EIGRP, IS-IS) và một giao thức phân phối nhãn Sơ đồ nguyên lý chức năng của một LSR được cho ở hình dưới đây:

Hình 2.14 Hoạt động của LSR trong mạng MPLS

LDP dựa vào cơ sở dữ liệu là LIB để quảng bá thông tin chuyển mạch nhãn trong toàn mạng MPLS

2.3.4.2 Thành phần và chức năng của một LER:

Chức năng của một LER phức tạp hơn do phải thực hiện nhiều chức năng như đã nêu trên Sơ đồ nguyên lý khái quát hoạt động của một LER được cho mô hình sau:

Những mối liên hệ giữa hai thành phần điều khiển và thành phần dữ liệu trong một LER ở hình trên cho phép LER thực hiện các chức năng sau:

Nhận một gói dữ liệu IP và gửi đến đích dựa trên desIP Gói dữ liệu ở ngõ ra

có cấu trúc như một gói dữ liệu IP thông thường

Nhận một gói dữ liệu IP và gửi đến đích dựa trên desIP: Gói dữ liệu ở ngõ ra

là gói dữ liệu IP được gán nhãn

Nhận một gói dữ liệu được gán nhãn: Sau khi xử lý nhãn đó sẽ gửi gói tin đi

ra interface theo bảng định tuyến với một nhãn mới thích hợp

Nhận một gói dữ liệu được gán nhãn: Sau khi xử lý nhãn sẽ bỏ nhãn khỏi gói tin và gửi gói tin với cấu trúc của gói dữ liệu IP thông thường ra interface thích hợp

Hình 2.15 Hoạt động của LER trong mạng MPLS

Nếu những mối quan hệ ràng buộc theo mô hình trên không được đáp ứng, những tình huống sau sẽ có thể xảy ra:

 Một gói tin đã gán nhãn khi vào LER sẽ bị “drop” ngay cả khi desIP trong gói tin đã có trong FIB (Forwarding information base) Điều này xảy ra khi giai đoạn định tuyến IP mới hoàn thành và LER mới đặt nhãn “local” trong bảng FIB, bảng LFIB chưa được giao thức LDP cập nhật

 Một gói tin được gán nhãn khi vào LER sẽ bị “drop” khi desIP của gói tin không có trong bảng FIB mặc dù nhãn của nó tồn tại trong LFIB Cũng do nguyên nhân trên khi một gói tin được gửi theo LSP1 (label switch path 1) với desIP và nhãn tương ứng Khi gói tin đi đến đích nhưng tại LER phía đầu hoặc cuối đường dẫn xuất hiện gói tin IP khác tới một đích khác, quá trình định tuyến gói tin này có thể xảy ra nhanh trong khi bảng FIB đầy, do đó thông tin về desIP của gói tin ban đầu bị loại nhưng thành phần nhãn thì vẫn còn trong LFIB

2.4 Hoạt động của MPLS:

Nội dung phần này sẽ miêu tả cơ chế thực hiện việc thành lập các bảng FIB, LFIB trong thành phần dữ liệu (data plane) các quy tắc gán nhãn, trao đổi nhãn bằng giao thức LDP Nội dung cũng phân tích việc tại sao một gói IP nhận được lại được tham chiếu đến các bảng dữ liệu tương ứng (FIB hoặc LFIB), cũng như ý nghĩa của việc chuyển gói tin qua MPLS mà không qua nhãn (dùng định tuyến IP thông thường)

Do cấu trúc đặc thù của gói tin được gán nhãn trong mạng MPLS ở chế độ dùng frame phức tạp hơn so với chế độ dùng cell (MPLS dựa trên ATM), sẽ không làm mất đi tính tổng quát nếu ta phân tích việc xử lý nhãn ở chế độ dùng Frame

2.4.1 Quá trình hình thành cơ sở dữ liệu:

Quá trình xác định, thiết lập, phân phối và gán nhãn trong mạng MPLS có thể chia làm các bước sau:

 Bước 1: các router trao đổi thông tin định tuyến với nhau thông qua giao thức

IGP như OSPF, IS-IS, EIGRP

 Bước 2: Tại mỗi LSR tương ứng với mỗi địa chỉ đích nhận được sẽ phát sinh

một nhãn “local”, và nhãn này được lưu trữ trong LIB (label information base) Bảng LIB dùng làm cơ sở dữ liệu trong phương thức phân phối nhãn,

do đó bảng LIB thuộc thành phần điều khiển (control plane) trong sơ đồ chức năng của một LSR

 Bước 3: Các nhãn local được quảng bá đến các router lân cận, tại đây các

nhãn sẽ được đi kèm với địa chỉ IP cần đến trong bảng FIB và bảng LFIB Dựa vào các bảng này, gói tin sẽ được chuyển đi dựa vào nhãn

 Bước 4: Mỗi LSR (label switch router) xây dựng bảng LIB, FIB, LFIB dựa

trên nhãn mà nó nhận được từ các router kế cận

2.4.1.1 Quá trình hình thành bảng định tuyến:

Mô hình sau mô tả các router hình thành bảng định tuyến thông qua các giao thức định tuyến IP như: OSPF, EIGRP, IS-IS, BGP v.v…

Hình 2.16 Xây dựng bảng định tuyến

Trong quá trình hình thành bảng định tuyến, việc xác định bảng định tuyến là bước đầu tiên khi bảng định tuyến đã hình thành, tại mỗi router, một desIP sẽ tương ứng với một interface mà qua đó nó sẽ tới được hop kế Nếu gói tin IP đi vào mạng MPLS tại thời điểm này, thì gói tin sẽ được chuyển đi dựa vào bảng định tuyến như trong mô hình định tuyến IP

2.4.1.2 Gán nhãn Local cho desIP tương ứng:

Sau khi thiết lập xong bảng định tuyến IP, các LSR sẽ gắn nhãn local cho các desIP tương ứng Việc gắn nhãn giữa các LSR là hoàn toàn độc lập nhau

Mặc dù có thể có nhiều LSR cùng phát sinh nhãn local cùng lúc nhưng việc này xảy ra độc lập, tức là có thể có nhiều LSR cùng ghép chung một desIP với một nhãn local Tuy nhiên trong cùng một LSR thì sự ràng buộc này là duy nhất tức một desIP chỉ tương ứng với một nhãn local

Hình 2.17 Gán nhãn local cho desIP tương ứng

2.4.1.3 Thiết lập bảng LIB và LFIB:

Khi một nhãn được gán kèm với một desIP thì mối quan hệ ràng buộc này được lưu trữ trong 2 bảng: LIB và LFIB

 Bảng LIB dùng để gán tương ứng một desIP (địa chỉ mạng cần đến ) với một nhãn local do LSR đó phát sinh trong ví dụ này là nhãn 25

 Bảng LFIB chứa nhãn local, nhãn remote nhận từ phía router kế trên đường tới đích (upstream) kèm theo đó là hành động xử lý gói tin khi nó đi ra khỏi interface Trong trường hợp này hành động đó là “không gán” (untagged) nhãn cho gói tin khi nó tới hop kế do LSR vẫn chưa nhận được nhãn local từ LSR (hop) này để cho vào nhãn remote trong LFIB

Hình 2.18 Thiết lập bảng LIB và LFIB

2.4.1.4 Quảng bá nhãn nội bộ-local cho toàn mạng:

Nội dung phần này sẽ miêu tả làm thế nào các nhãn MPLS được phân phối

và quảng bá thông tin trong mạng MPLS

Sau khi bảng định tuyến được thiết lập trong toàn bộ router trong mạng MPLS và mỗi desIP tại LSR được gán một nhãn local tương ứng, tức là bảng LIB

đã được thành lập Vấn đề đặt ra là làm thế nào để quảng bá các nhãn local này đến các router kế cận Người ta đã đưa ra hai khả năng để giải quyết vấn đề này: hoặc

mở rộng khả năng của các giao thức định tuyến hiện tại, hoặc thêm vào một giao thức mới điều khiển quá trình phân phối nhãn

Hình 2.19 Phân phối nhãn local

Ở phương án đầu sẽ gặp khó khăn do có nhiều giao thức định tuyến khác nhau như OSPF, EIGRP, IS-IS, BGP cùng tồn tại trong mạng viễn thông, nên việc thực hiện mở rộng chức năng có thể gây ra khó khăn khi mô hình mạng liên miền

sử dụng đa giao thức được triển khai Hơn nữa việc một số router được mở rộng chức năng trong khi một số router khác vẫn giữ nguyên có thể gây ra nhiều sai sót khi hoạt động

Góp phần chủ yếu gây ra những khó khăn trên là việc cơ sở dữ liệu mà ở đây

là bảng định tuyến được sử dụng lại khi mở rộng chức năng phân phối nhãn cho LSR Điều này được giải quyết khi ta sử dụng phương pháp thứ hai là sử dụng giao thức mới LDP, sử dụng một cơ sở dữ liệu mới được tham chiếu từ bảng định tuyến

là bảng LIB để thực hiện việc phân phối nhãn trong MPLS LDP được sử dụng chủ yếu do ưu điểm hội tụ nhanh và có khả năng mở rộng cao

2.4.1.5 Cập nhật thông tin quảng bá:

Tùy theo thông tin cập nhật từ gói tin LDP nhận từ B mà các LSR A, C, E sẽ cập nhật vào các bảng FIB, LFIB của mình

Tại LSR B nhãn 25 được gán với desIP (network X) và được lưu trữ trong bảng LIB

Tại LSR A, nhãn 25 nhận được từ B và lưu trữ trong bảng FIB của mình Sau khi cập nhập nhãn cho các LSR kế cận, quá trình quảng bá thông tin ra toàn mạng diễn ra như trong ví dụ sau:

 Bước 1: gói tin IP với đích đến là mạng X chưa được gán nhãn đi vào mạng

MPLS tại LER A (label edge router A)

 Bước 2: dựa vào bảng FIB của mình LSR A sẽ xác định được muốn tới được

mạng X gói tin này phải được gán nhãn 25 và được chuyển ra interface tương ứng Lưu ý là nhãn 25 là nhãn “remote” được A nhận từ B thông qua LDP

 Bước 3: Gói tin được gán nhãn 25 và đóng gói Frame để chuyển tới B

 Bước 4: Tại B, gói tin được gỡ bỏ nhãn và được chuyển tới hop kế là C dưới

dạng gói tin IP thông thường do B chưa nhận được nhãn “remote” do C gửi thông qua LDP (hành động trong bảng LFIB với gói tin có nhãn 25 là

“untagged” )

Hình 2.20 Cập nhập thông tin quảng bá

Tại LER A diễn ra quá trình xử lý desIP, trong khi tại B là hành động xử lý nhãn Tại B gói tin được bỏ nhãn và chuyển đi dưới dạng gói tin IP thông thường Điều này giúp cho mạng MPLS vần chuyển gói tin đi tới đích dù cho quá trình phân phối nhãn (LDP) chưa được hoàn thành trong toàn mạng MPLS

Vì các quá trình xảy ra trong các LSR diễn ra một cách bất đồng bộ, những

gì xảy ra với LSR A, B cũng xảy ra tương tự như ở C, D Do đó sau một thời gian ngắn đường dẫn chuyển mạch từ A tới D được hoàn thành

Hình 2.21 Quá trình quảng bá nhãn xảy ra ở tất cả Router trong mạng

Vì LSR D được nối trực tiếp với mạng X, LSR C biết được điều này nên trong bảng LFIB của nó hành động đối với gói tin với nhãn local 47 là gở bỏ nhãn (pop) Gói tin đi đến D dưới dạng gói tin IP thông thường

Kỹ thuật trên gọi là PHP (Penultimate Hop Popping)

để biết interface tương ứng với địa chỉ layer cần đến (địa chỉ MAC của interface hop kế)

2.4.1.7 Xử lý thông tin quảng bá:

Router B sau khi nhận đầy đủ thông tin về nhãn đã có thể xác định đường đi tới mạng X và thêm nhãn local (25), nhãn “remote” (47) nhận được từ LSR C vào bảng LFIB

Tương tự LSR E cũng nhận được các gói quảng bá LDP (dù E không thuộc đường đi tới X khi xuất phát từ A), E đương nhiên cũng sẽ cấp nhãn local cho desIP

X tương ứng trong bảng LIB, đồng thời cũng quảng bá tính chất này cho các LSR

kế cận Điều này có thể dẫn đến tình trạng lặp vòng trong MPLS Tình huống này

có thể tránh được bằng hai cơ chế:

Hình 2.23 Xử lý thông tin quảng bá

Một là sử dụng trường bit TTL (khác với TTL trong gói IP) để giới hạn thời gian lặp Trường TTL trong nhãn cũng dùng để chống loop như trong gói IP và có giá trị từ 0 đến 255 Khi qua mỗi LSR, giá trị TTL giảm xuống 1 Khi TTL có giá trị bằng 0, LSR sẽ trả về nguồn thông gói ICMP chứa thông tin “TTL expired in transit” Với phương pháp này, các gói tin có độ lặp lớn trong mạng đều bị loại bỏ

Hai là sử dụng cách thức tương tự như phương pháp plit- horizon trong mạng

IP Ở đây cần lưu ý là thành phần “nhãn” trong các bảng FIB, LFIB có tác dụng như con trỏ, tham chiếu đến địa chỉ IP trong bảng định tuyến, do đó các interface để tới hop kế trên đường đi là đã được xác định, cac gói tin quảng bá sẽ không nhận ngược lại gói LDP từ hop trước đó Tuy nhiên để giữ sự tách biệt giữa định tuyến IP và LDP cũng như những vấn đề phức tạp nảy sinh mà phương pháp đầu tiên thường được sử dụng hơn

Một cách khác, nếu sử dụng cơ chế LDP có sự ràng buộc (odered control là phương pháp dựa trên cơ sở báo hiệu đầu cuối dọc theo đường dẫn) thì sẽ

không xảy ra loop nhưng hội tụ chậm hơn Các phương pháp trao đổi nhãn có ràng

buộc là phương pháp bắt buộc dùng cho kỹ thuật lưu lượng sẽ được trình bày chi tiết trong chương sau

2.4.1.8 Hình thành bảng LFIB trong toàn mạng:

Giao thức định tuyến IGP sẽ quảng bá toàn bộ bảng định tuyến của các LSR trong toàn miền MPLS Giao thức LDP dùng để phân phối và hội tụ nhãn trong mạng này Lưu ý rằng mỗi LSR sẽ tự quyết định đường đi ngắn nhất tới đích bằng cách sử dụng IGP

Các LSR khi nhận được các nhãn do giao thức LDP phân phối tới sẽ thêm các nhãn cần thiết vào bảng FIB và LFIB Chỉ có những nhãn tới từ các LSR kế trên đường tới đích mới được thêm vào các bảng này bất kể LDP sử dụng phương pháp phân phối nhãn có điều khiển hay độc lập

Tại LSR B nó cũng gán một nhãn local cho mạng X và tạo một “lối đi” (entry) trong bảng LFIB Nhãn “remote” được chuyển từ LSR kế và được thêm vào LFIB

Sau khi LSR C quảng bá nhãn local ra các LSR lân cận, đường dẫn hay đường hầm (tunnel) được hình thành và gồm có 2 hop Các bước tiếp theo dùng để hình thành đường dẫn từ A đến mạng X diễn ra như sau:

 Bước 1: Tại A mạng X được gán “map” với nhãn 25 của hop kế (LSR B)

 Bước 2: Tại B nhãn 25 được “map” với nhãn 47 (nhãn remote nhận từ C)

 Bước 3: Do LSR C không nhận được nhãn “remote” từ LSR D do đó nó nhận

biết được D là hop cuối và sẽ “map” nhãn 47 (nhãn local của C) với hành động là gỡ bỏ (pop)

Hình 2.24 Hình thành bảng LFIB trong toàn mạng