Nghiên cứu công nghệ chuyển mạch đa nhãn giao thức tổng quát

Nhưng một bất cập với thực tế là giao thức MPLS chỉ chạy được trên nền tảng mạng IP, các thiết bị hoạt động trong mạng MPLS phải có giao diện vật lý xử lý được các gói tin IP, điều này l

-

Lê Việt Hùng

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC

TỔNG QUÁT (GMPLS)

Chuyên ngành : Kỹ thuật Điện tử viễn thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Kỹ thuật Điện tử viễn thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS Nguyễn Viết Nguyên

Hà Nội – Năm 2011

LỜI CAM ĐOAN

Học viên xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu độc lập của mình Luận văn được hoàn thành bởi cá nhân dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo, TS Nguyễn Viết Nguyên và các Thầy, Cô giáo của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Các tài liệu tham khảo, công thức, sử dụng trong Luận văn đều được ghi nguồn cụ thể, rõ ràng

Hà Nội, ngày tháng năm 2011

Học viên cao học

Lê Việt Hùng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH MỀM 4

1.1 Khái niệm chuyển mạch mềm 4

1.2 Tính chất và đặc điểm 4

1.3 Các công nghệ chuyển mạch (IP, ATM, MPLS, GMPLS) 5

1.3.1 Công nghệ chuyển mạch IP 5

1.3.2 Công nghệ chuyển mạch ATM 6

1.3.3 Công nghệ chuyển mạch nhãn (MPLS) 6

1.3.4 Công nghệ chuyển mạch nhãn tổng quát (GMPLS) 7

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC 8

2.1 Định nghĩa MPLS 8

2.2 Đặc điểm của MPLS 9

2.3 Kiến trúc của MPLS 10

2.4 Các khái niệm cơ bản của MPLS 11

2.4.1 FEC-Forwarding Equ4alence Class 11

2.4.2 Nhãn –Label 12

2.4.3 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn –LSR(Label Switch Router) 14

2.4.4 Đường chuyển mạch nhãn –LSP (Label Switching Path) 15

2.4.5 Cơ sở dữ liệu nhãn –LIB-Label Information Base 16

2.4.6 Cơ sử dữ liệu chuyển tiếp nhãn-LFIB-Label Forwarding Information Base 16

2.4.7 Ngăn xếp nhãn 16

2.5 Các chế độ hoạt động khung trong mạng MPLS 16

2.5.1 Các bước hoạt động 16

2.5.2 Chức năng Penultimate Hop Popping (PHP) 18

2.5.3 Quá trình liên kết và lan truyền nhãn 18

2.6 Giao thức phân phối nhãn-Label Distribution Protocol 19

2.6.1 Các tính chất cơ bản của giao thức LDP 19

2.6.2 Các bước hoạt động trong LDP 19

CHƯƠNG 3 CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT (GMPLS) 22

3.1 Định nghĩa GMPLS 22

3.2 Các khái niệm cơ bản trong GMPLS 23

3.2.1 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn trong GMPLS(LSR) 23

3.2.2 Giao diện của bộ định tuyến chuyển mạch nhãn 23

3.2.3 Đường chuyển mạch nhãn trong GMPLS (LSP) 25

3.3 Ưu điểm của GMPLS 25

3.4 Tách biệt lớp điều khiển và lớp dữ liệu 29

3.5 Định tuyến trong GMPLS 29

3.5.1 Giao thức OSPF mở rộng 29

3.5.2 Các khái niệm trong định tuyến GMPLS 34

3.6 Báo hiệu trong GMPLS 39

3.6.1 Giao thức RSVP-TE mở rộng cho GMPLS 39

3.6.2 Yêu cầu nhãn (General Label Request) 48

3.6.3 Báo hiệu đường 2 hướng 52

3.6.4 Thiết lập nhãn 53

3.6.5 Kiến trúc báo hiệu 56

3.7 Giao thức quản lý kết nối LMP (Link Management Protocol) 58

3.7.1 Tại sao phải có LMP 58

3.7.2 Loại liên kết dữ liệu 59

3.7.3 Các chức năng của giao thức LMP 60

3.8 Điều khiển lưu lượng trong mạng GMPLS 67

3.8.1 Điều khiển lưu lượng 67

3.8.2 Giao thức điều khiển lưu lượng trong GMPLS 69

3.8.3 Bó liên kết điều khiển lưu lượng 70

3.8.4 Vùng điều khiển lưu lượng và các lớp chuyển mạch 71

3.9 Mô hình dịch vụ của GMPLS 73

3.9.1 Mô hình ngang hàng (Peer Model) 73

3.9.2 Mô hình chồng lấn (Overlay Model) 75

3.9.3 Mô hình lai ghép (Hybird Model) 76

3.10 Ứng dụng GMPLS trong mạng chuyển mạch quang tự động (ASON) 76

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM BẢN TIN BÁO HIỆU RSVP-TE/GMPLS 79

4.1 Phần mềm DRAGON 79

4.2 Xây dựng mô hình thử nghiệm 80

4.2.1 Mô hình mạng 80

4.2.2 Cài đặt phần mềm 80

4.2.3 Khai báo và cấu hình các tham số 81

4.2.4 Kết quả 85

4.2.5 Đánh giá 92

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ATM Asynchronus Transfer Mode Truyền không đông bộ

BGP Border Gateway Protocol Giao thức địng tuyến biên DRAGON Dynamic Resource Allocation via

FEC Forwarding Equ4alence Class Lớp các nhãn tương ứng

FSC Fiber Switch Capable Khả năng chuyển mạch sợi

quang GMPLS Generalized Multi-Protocol Label

Switching

Chuyển mạch nhãn tổng quát đa giao thức

IETF Internet Engineering Task Force

IGP Internal Gateway Protocol Giao thức định tuyến vùng

IP Internet Protocol Giao thức internet

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn LIB Label Information Base Cơ sở dữ liệu nhãn

LMP Link Management Protocol Giao thức quản lý liên kết LSA Link-State Advertisement Quảng bá trạng thái liên kết LSC Lamda Switch Capable Khả năng chuyển mạch bước

sóng LSP Label Switching Path Đường chuyển mạch nhãn LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch

nhãn MPLS Multi-Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thứcMTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền dữ liệu

OSPF Open Shortest Path First Tìm đường ngắn nhất

OXC Optical Corss Connect Kết nối chéo quang

PSC Packet Switch Capable Khả năng chuyển mạch gói QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RSVP Reservation Protocol Giao thức dành sẵn tài nguyên RSVP-TE Reservation Protocol Traffic

Engineering

Giao thức dành sẵn tài điều khiển lưu lượng

nguyên-SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

TDM Time D4ision Multiplex Ghép kênh phân chia theo thời

gian TLV Time-Length-Variable Thời gian-Chiều dài-Biến VLSR Virtual Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch

nhãn ảo BGP Border Gateway Protocol Giao thức địng tuyến biên WDM Wavelenght D4ision Multiplexing Ghép kênh phân chia theo bước

sóng

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng.3.1 Bảng miêu tả loại đơn vị TLV 37

Bảng.3.2 Các bản tin của giao thức RSVP-TE 41

Bảng.3.3 Miêu tả các trường của Common Message Header 42

Bảng.3.4 Miêu tả các trường của Object 43

Bảng.3.5 Bảng định nghĩa các loại dữ liệu 50

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình.2.1 Kiến trúc nút mạng MPLS .10

Hình.2.2 Trao đổi thông tin giữa các nút MPLS 11

Hình.2.3 Trường MPLS Header được chèn 12

Hình.2.4 Các thành phần trong mào đầu MPLS 13

Hình.2.5 Bộ định tuyến MPLS .14

Hình.2.6 Quá trình chuyển gói IP trong mạng 17

Hình.2.7 Minh họa hoạt động của MPLS 20

Hình.3.1 Kiến trúc phân lớp của mạng 23

Hình.3.2 Khái niệm nhãn trong GMPLS 24

Hình.3.3 Đường chuyển mạch nhãn phân cấp(LSP) 25

Hình.3.4 Cơ chế điều khiển trong IP/MPLS 26

Hình.3.5 Cơ chế điều khiển trong GMPLS .27

Hình.3.6 Cơ chế điều khiển tích hợp và phân tán trong GMPLS 27

Hình.3.7 Kiến trúc của giao thức GMPLS .28

Hình.3.8 Mô hình lớp các giao thức GMPLS .28

Hình.3.9 Tách biệt về mặt logic của mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu trong kiến trúc GMPLS 29

Hình.3.10 Giao thức định tuyến link state 30

Hình.3.11 Khái niệm trạng thái liên kết và “flooding” 30

Hình.3.12 Ví dụ tìm đường dựa trên băng thông-độ trễ 33

Hình.3.13 Khái niệm liên kết TE 34

Hình.3.14 Bản tin “opaque” LSA 36

Hình.3.15 Mô hình giao thức RSVP-TE 40

Hình.3.16 Đóng gói bản tin RSVP-TE 42

Hình.3.17 Khuôn dạng Common Message Header 42

Hình.3.17 Khuôn dạng của Object .43

Hình.3.18 Quá trình xử lý bản tin PATH 44

Hình.3.19 Quá trình xử lý bản tin RESV 44

Hình.3.20 Quá trình xử lý bản tin PathTear 45

Hình.3.21 Quá trình xử lý bản tin ResvTear 45

Hình.3.22 Thiết lập đường chuyển mạch nhãn(LSP) 46

Hình.3.23 Ví dụ thiết lập LSP bằng RSVP-TE 47

Hình.3.24 Khuôn dạng của đối tượng yêu cầu nhãn (Label-request object) 49

Hình.3.25 Nhãn hướng vào (upstream label) 52

Hình.3.26 Thiết lập nhãn 54

Hình.3.27 Phân cấp đường chuyển mạch nhãn 57

Hình.3.28 Các loại liên kết dữ liệu 59

Hình.3.29 Giao thức quản lý liên kết 61

Hình.3.30 Các thành phần mạng 71

Hình.3.31 Các mạng riêng lẻ TDM, bước sóng 72

Hình.3.32 Mô hình ngang hàng 74

Hình.3.33 Mô hình chồng lấn 75

Hình.3.34 Ứng dụng GMPLS trong mạng ASON 77

Hình.4.1 Mô hình test mạng GMPLS 80

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Công nghệ thông tin, viễn thông thay đổi từng ngày góp phần đáp ứng các nhu cầu ngày càng cao hơn của người dùng Một trong những xu thế đó là sự ra đời của các công nghệ chuyển mạch mới (chuyển mạch mềm) nhằm thay thế cho các công nghệ chuyển mạch cũ (chuyển mạch kênh) Với mục đích tận dụng được các lợi thế sẵn có của mạng internet nhiều chuyên gia và các tổ chức nghiên cứu đã tập trung tiềm lực vào việc nghiên cứu công nghệ chuyển mạch mềm nói chung và công nghệ chuyển mạch trên mạng IP nói riêng Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS là một công nghệ được phát triển nằm trong xu thế đó: một đường chuyển mạch nhãn LSP được tạo ra để từ đó dữ liệu được truyền tải từ điểm đầu tới điểm cuối với tốc độ cao

Nhưng một bất cập với thực tế là giao thức MPLS chỉ chạy được trên nền tảng mạng IP, các thiết bị hoạt động trong mạng MPLS phải có giao diện vật lý xử lý được các gói tin IP, điều này làm hạn chế khả năng ứng dụng của công nghệ

Thực tế cần thiết phải ra đời một công nghệ chuyển mạch khắc phục được nhược điểm trên Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS) ra đời đã mở rộng được khả năng ứng dụng trên các thiết bị có các giao diện vật lý xử

lý gói IP, TDM, optical trong khi vẫn bao hàm được tất cả các tính năng của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

Với mục đích tìm muốn tìm hiểu và nắm bắt được công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS), em đã chọn lĩnh vực này để làm luận văn của mình

Lịch sử nghiên cứu

Công nghệ GMPLS được nghiên cứu từ khá sớm, những năm 2006, 2007 nhiều tác giả như Adrian Farrel, Igor Bryskin hay Naoaki Yamanaka đã xuất bản các cuốn sách của mình viết chi tiết về công nghệ này Cũng trong khoảng thời gian

đó một số sinh viên của các trường đại học ở Hà Lan, Mỹ cũng xây dựng các mô

hình mạng GMPLS để thực hiện các bài test phục vụ cho các mục đích nghiên cứu của họ

Mục đích nghiên cứu

Nắm bắt và hiểu được bản chất tính ưu việt của công nghệ chuyển mạch nhãn

đa giao thức tổng quát (GMPLS) để từ đó xây dựng được mô hình mạng GMPLS nhằm phục vụ cho việc phân tích các giao thức định tuyến OPSP-TE hay giao thức báo hiệu RSVP-TE là mục tiêu chính của đề tài

Để làm được điều đó ta cần tìm hiểu và cài đặt thực tế một mạng GMPLS để

từ đó có thể thực hiện thiết lập, quản lý các đường chuyển mạch nhãn LSP, đồng thời quan sát được nguyên lý hoạt động của giao thức báo hiệu RSVP-TE thông qua việc bắt các bản tin của giao thức RSVP

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS) trong đó tập trung vào tìm hiểu giao thức báo hiệu RSVP-TE Phạm vi nghiên cứu tập trung vào tìm hiểu lý thuyết rồi từ đó làm nền tảng xây dựng mô hình mạng GMPLS

Phương pháp nghiên cứu

Tìm hiều và khai thác các nguồn tài liệu từ bên ngoài như internet, bài báo, tạp trí khoa học công nghệ

Sử dụng các công cụ mô phỏng với mã nguồn mở, dùng các phần mềm mã nguồn mở để mô phỏng và xây dựng mô hình mạng

Cấu trúc của luận văn

Ngoài lời mở đầu, mục lục, tài liệu tham khảo, luận văn được chia làm 4 chương

Chương 1: Giới thiệu chung về công nghệ chuyển mạch mềm

Chương 2: Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức

Chương 3: Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát

Chương 4: Xây dựng mô hình thử nghiệm bản tin báo hiệu RSVP-TE/GMPLS

Do những hạn chế về thời gian, về tài liệu, về điều kiện thí nghiệm và khả năng của người viết, nội dung của luận văn khó tránh khỏi những sai sót và khiếm khuyết Tác giả rất mong nhận được sự chỉ dẫn tận tình của các thầy cô cũng như những góp ý của đông đảo bạn đọc

Xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN

MẠCH MỀM

1.1 Khái niệm chuyển mạch mềm

Hiện nay có nhiều định nghĩa về chuyển mạch mềm tham khảo 2 định nghĩa dưới đây

Theo Nortel : “chuyển mạch mềm là một phần mềm theo mô hình mở có thể thực hiện được những chức năng thông tin phân tán trên một môi trường máy tính

mở và có những tính năng của mạng chuyển mạch thoại TDM truyền thống Chuyển mạch mềm có thể tích hợp thông tin thoại, số liệu và Video, nó có thể phiên dịch giao thức giữa các mạng khác nhau, ví dụ như giữa mạng tuyến và mạng cáp Chuyển mạch mềm cũng cho phép triển khai các dịch vụ VoIP mang lại lợi nhuận Một chuyển mạch mềm kết hợp tính năng của các chuyển mạch thoại lớp 4 và lớp 5 với các cổng VoIP, trong khi vẫn hoạt động trên môi trường máy tính mở chuẩn.” Còn theo Alcatel, chuyển mạch mềm là ý tưởng về việc tách phần cứng mạng

ra khỏi phần mềm mạng

Thực chất của khái niệm chuyển mạch mềm chính là phần mềm thực hiện chức năng xử lý cuộc gọi trong hệ thống chuyển mạch có khả năng chuyển tải nhiều loại thông tin với các giao thức khác nhau

• Là hệ thống có khả năng lập trình để xử lý cuộc gọi, luồng dữ liệu và hỗ trợ các giao thức của mạng PSTN, ATM, và IP, MPLS, GMPLS

• Mềm dẻo trong việc vận hành và quản lý

• Kết hợp và tận dụng được ưu điểm lớn của hạ tầng mạng IP trong quá trình truyền tải dữ liệu

• Mềm dẻo trong quá trình điều khiển lưu lượng

• Mềm dẻo và có khả năng phản ứng lại với các sự cố bất thường của mạng

1.3 Các công nghệ chuyển mạch (IP, ATM, MPLS, GMPLS)

Có thể khẳng định giai đoạn hiện nay công nghệ chuyển mạch thế hệ cũ (chuyển mạch kênh) đang dần được thay thế hoàn toàn bằng công nghệ thế hệ mới (chuyển mạch gói), điều đó không chỉ diễn ra trong hạ tầng cơ sở thông tin mà còn diễn ra trong các công ty khai thác dịch vụ, trong cách tiếp cận của các nhà khai thác thế hệ mới khi cung cấp dịch vụ cho khách hàng

Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng Do vậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin về nguyên tắc chuyển tin (như trong BGP) và nó phải có khả năng hoạt động trong môi trường mạng gồm nhiều nút Kết quả tính toán của cơ cấu định tuyến được lưu trong các bảng chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới hướng đích

Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng Ví dụ với phương thức này, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ đi qua cùng một nút thì chúng sẽ được truyền qua cùng một tuyến tới điểm đích Điều này khiến cho mạng không thể thực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo dịch vụ

Tuy nhiên, bên cạnh đó, phương thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao

độ tin cậy cũng như khả năng mở rộng của mạng Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được sự thay đổi về topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối

Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mở rộng cao Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức định tuyến theo từng chặng Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ

1.3.2 Công nghệ chuyển mạch ATM

Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, thông tin được nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, ngắn, trong đó vị trí của gói không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho trước Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau ATM có hai đặc điểm quan trọng:

• Thứ nhất ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM, các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn

• Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảo nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng

ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm Nó là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được gửi đi ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu Mặt khác, ATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu và được giữ cố định trong suốt thời gian kết nối

1.3.3 Công nghệ chuyển mạch nhãn (MPLS)

Chuyển mạch nhãn đa giao thức kết hợp giữa lợi ích của chuyển mạch gói dựa trên chuyển mạch lớp 2 với định tuyến lớp 3 Tương tự như các mạng lớp 2 (Frame

relay hay ATM), MPLS là một phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng cách gán nhãn cho các gói IP, tế bào ATM hoặc frame lớp 2 Cơ chế chuyển tiếp qua mạng như thế được gọi là đổi nhãn (label swapping), trong đó các đơn vị

dữ liệu (ví dụ như gói hoặc tế bào) mang một nhãn ngắn có chiều dài cố định để tại các node các gói được xử lý và chuyển tiếp

1.3.4 Công nghệ chuyển mạch nhãn tổng quát (GMPLS)

Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát (GMPLS) là sự mở rộng của công nghệ MPLS, nó hỗ trợ nhiều loại chuyển mạch: TDM (chuyển mạch khe thời gian) lamda (bước sóng), sợi quang (cổng), kiến trúc GMPLS yêu cầu phân tách lớp điều khiển và lớp dữ liệu, vì thế các giao thức báo hiệu và định tuyến dựa trên nền tảng MPLS được cải tiến giúp nó không chỉ phù hợp với các chuyển mạch gói mà còn đáp ứng được với các mạng chuyển mạch khác cũng như bổ sung thêm được các tính năng về quản lý và điều khiển lưu lượng

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO

THỨC (MPLS)

Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS là công nghệ được phát triển mỏ rộng và kế thừa các tính năng của công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS Chính vì thế muốn nắm bắt và vận dụng được công nghệ GMPLS trước hết

ta tìm hiểu về công nghệ MPLS

2.1 Định nghĩa MPLS

Internet đang rất phát triển, lưu lượng tăng một cách đột biến và trở thành một phần tất yếu trong yêu cầu phát triển của cơ sở hạ tầng thông tin hiện nay Đặc điểm chính của Internet hiện nay là lưu lượng luôn luôn được chuyển đi theo phương thức “best – effort“, sử dụng bộ giao thức TCP/IP Trên thực tế, các yêu cầu mức dịch vụ thường đạt được bằng cách cung cấp các kết nối nhanh hơn và nhiều hơn, liên kết với số lượng lớn các bộ định tuyến và chuyển mạch phức tạp trong khi vẫn đảm bảo việc sử dụng mạng là không quá cao

Các đòi hỏi mới về các dịch vụ khác nhau với các mức yêu cầu khác nhau đã tác động nhanh chóng tới các nhà cung cấp mạng và dịch vụ Internet, thúc đẩy việc nghiên cứu, thực hiện các công nghệ mới, các thiết bị nhanh hơn và tiên tiến hơn Trong tương lai chất lượng dịch vụ QoS sẽ là tiêu trí hàng đầu để người dùng đánh giá và sử dụng dịch vụ đó

MPLS là công nghệ hứa hẹn cung cấp QoS và rất nhiều các ứng dụng, thích hợp với mạng Internet “best –effort“ hiện tại

Định nghĩa của MPLS như sau: MPLS là một tập các công nghệ Internet mở, dựa trên trên chuẩn MPLS tổ hợp định tuyến lớp 3 và chuyển mạch lớp 2 để chuyển gói sử dụng các nhãn ngắn, chiều dài cố định Bằng việc sử dụng các giao thức điều khiển và định tuyến Internet đang tồn tại và mở rộng, MPLS cung cấp chuyển mạch liên kết có định hướng ảo qua các tuyến Internet nhờ sự cung cấp các

nhãn và mẫu trao đổi nhãn MPLS bao gồm sự thực hiện các đường chuyển mạch nhãn LSP qua hầu hết công nghệ mức liên kết phổ biến

2.2 Đặc điểm của MPLS

Sau cuộc họp BOF tháng 12/1996 ,MPLS WG triệu tập đầu năm 1997 và xác định bốn vấn đề chính đối với mạng Internet là:

• Khả năng mở rộng định tuyến của lớp mạng

• Hiệu năng chuyển gói

• Tổ hợp các công nghệ dựa trên tế bào

• Tăng khả năng định tuyến phục vụ chuyển mạch mềm dẻo

Đó là các thách thức lớn đối với mạng Internet hiện nay Chúng bao gồm sự tổ hợp các công nghệ khác nhau để cùng tồn tại, phát triển và mở rộng ra tăng lưu lượng, thiết bị mới, cung cấp chức năng mới, các ứng dụng và dịch vụ Internet mới Sự ra đời của công nghệ MPLS đã giải quyết các vấn đề trên:

• MPLS có thể tăng khả năng mở rộng của định tuyến IP lớp mạng bằng việc tránh được số lượng lớn các kết nối giữa các router trong trung tâm Internet

• Hiệu năng chuyển gói cũng được tăng lên rất nhiều bằng việc tra cứu bảng định tuyến cho các nhãn ngắn, độ dài cố định là nhanh hơn nhiều việc tra cứu bằng địa chỉ IP đích rất dài trong định tuyến IP truyền thống

• MPLS chuyển mạch theo các nhãn và thiết lập một đường chuyển mạch riêng tương tự như công nghệ ATM, nên nó hoàn toàn có khả năng hỗ trợ các mạng backbone dựa trên ATM

• Trong định tuyến truyền thông, sự tra cứu phải được thực hiện tại mỗi router để xác định chặng tiếp theo cho gói và sự phân tích đầy đủ các Header phải được thực hiện đầy đủ mỗi chặng.Trong MPLS đường chuyển gói được thiết lập trước tiên, không có sự đòi hỏi phân tích thêm Header lớp mạng ở các nút trung gian, chỉ có việc trao đổi các nhãn trong quá trình chuyển dữ liệu.Việc quyết định đường chuyển gói nào mà một gói sẽ sử dụng là một trong những ưu điểm so với định tuyến IP truyền thống trong

sự định tuyến mềm dẻo

• Tăng cường khả năng điều khiển lưu lượng và khả năng hoạt động của mạng: Tại thời điểm nhãn được đưa vào, các tham số kỹ thuật về lưu lượng được xác định trước có thể lập trình đưa vào phần cứng nhằm đảm bảo mức băng thông lưu lượng, điều khiển tắc nghẽn …

• Thành phần điều khiển: sử dụng các giao thức định tuyến IP và giao thức phân phối nhãn để trao đổi thông tin định tuyến và liên kết nhãn với router khác Qua đó xây dựng lên bảng chuyển nhãn

Bảng tráo đổi nhãn

Lớp chuyển gói tin

Trao đổi thông tin định tuyến với Router khác

Trao đổi và liên kết nhãn với Router khác

Gói tin

vào

Gói tin ra

“fast path”

Phần mềm Phần điều khiển

Phần cứng Phần chuyển mạch

Phần mềm Phần điều khiển

Phần cứng Phần chuyển mạch

Điều khiển “Slow path”

Dữ liệu

Qua đó có thể thấy MPLS đã tách chức năng điều khiển khỏi chức năng chuyển

dữ liệu Có thể thấy rõ qua hình dưới:

Hình.2.2 Trao đổi thông tin giữa các nút MPLS Lưu lượng chảy qua mạng có thể chia làm hai loại cơ bản: lưu lượng điều

khiển và lưu lượng dữ liệu Lưu lượng điều khiển bao gồm các thông tin định tuyến

và quản lý Lưu lượng dữ liệu bao gồm tất cả các thông tin còn lại Lưu lượng dữ

liệu chạy theo đường “fast path” và được xử lý bằng các thiết bị mạng trong một

phương thức hiệu suất thời gian thực Trong hầu hết các thiết bị hiện đại ,” fast path

“ được thực hiện trong phần cứng Bất cứ khi nào thiết bị mạng gặp một gói không

phải là dữ liệu (điều này thực hiện bằng việc kiểm tra header của gói), gói tin sẽ

được chuyển lên phần điều khiển để xử lý Các gói điều khiển bao gồm thông tin

cần thiết cho việc định tuyến và điều khiển Các gói đó được xử lý chậm hơn do

chúng được thực hiện bằng phần mềm

2.4 Các khái niệm cơ bản của MPLS

2.4.1 FEC-Forwarding Equ4alence Class

FEC là một tập hợp các gói lớp mạng được chuyển qua cùng một đường theo

cùng một phương thức FEC có thể tương đương với địa chỉ mạng con

Mỗi khi gói tin IP bắt đầu vào mạng MPLS nó sẽ được Router ở biên (lề)

mạng gán vào một FEC Quá trình gán này chỉ được thực hiện duy nhất một lần tại

router biên, đây là điểm khác biệt so với phương thức IP truyền thống (sự phân chia các gói vào FEC được thực hiện qua mỗi chặng) Mỗi FEC sau đó được ánh xạ vào một giá trị có chiều dài ngắn ,cố định được gọi là nhãn

2.4.2 Nhãn –Label

Nhãn MPLS là một thành phần nhận dạng có chiều dài ngắn, cố định dùng để xác định FEC Nhãn được gắn vào gói và đại diện cho FEC mà gói đã ấn định Một điều quan trọng là: nhãn MPLS không phải là sự mã hóa của địa chỉ mạng Với các công nghệ chuyển mạch lớp liên kết dữ liệu như ATM và FR, nhãn MPLS được chèn vào trường nhãn dùng trong các giao thức đặc biệt Với ATM, trường VPI\VCI được sử dụng cho nhãn MPLS

Trong trường hợp MPLS được sử dụng để chuyển các gói IP không hỗ trợ nhãn thì Header MPLS được chèn vào giữa Header lớp 2 và Header lớp 3 được gọi

là Shim Header

Hình.2.3 Trường MPLS Header được chèn

Mỗi Header MPLS có độ dài 32 bít bao gồm bốn trường:

• Trường nhãn

• Trường EXP

• Trường Stack

• Trường TTL

Các trường được biểu diễn trong hình dưới

Hình.2.4 Các thành phần trong mào đầu MPLS

sở thông tin nhãn LIB(Label Information Base)

• Trường EXP (Experimental Bits Field)

Trường EXP gồm 3 bit có thể tác động đến các thuật toán hàng đợi được cung cấp cho các gói khi chuyển qua mạng Trường này được chuẩn hóa để

sử dụng với DiffServ và cung cấp các dịch vụ khác nhau

Trường TTL trong MPLS cũng hoạt động tương tự trường TTL như trong IP truyền thống: có chức năng ngăn loop Nó chỉ thị một số lượng mà một gói

có thể đi qua Nếu gói không đạt đến nút cục bộ hoặc đích của nó mà bộ đếm

đã trở về 0 thì gói có thể bị từ chối hoặc phát lại

2.4.3 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn –LSR(Label Switch Router)

Thành phần quan trọng trong MPLS là các thiết bị định tuyến chuyển mạch nhãn LSR Thiết bị này thực hiện chuyển gói tin IP bằng thủ tục phân phối nhãn LSR vừa có chức năng chuyển mạch vừa có chức năng định tuyến LSR có thể được xem như một số kết hợp giữa hệ thống chuyển mạch ATM với các bộ định tuyến truyền thống, gồm đơn vị điều khiển và khối chuyển mạch

Hình.2.5 Bộ định tuyến MPLS Theo vị trí và chức năng của LSR ta có các loại LSR như sau:

♦ Đối với các gói IP truyền thống:

• LSR đầu vào (Ingress LSR): LSR đầu vào xử lý các gói khi chúng bắt đầu vào miền MPLS Các gói IP phải được phân tích các Header, quyết định thành viên FEC của chúng và được ấn định vào nhãn ban đầu LSR đầu vào là một LSR biên (Edge LSR) theo vị trí vật lý trong mạng

• LSR trung gian: Thực hiện việc trao đổi nhãn của các gói và thực hiện chuyển các gói đi trong miền MPLS

• LSR đầu ra (Egress LRS): Thực hiện việc gỡ bỏ nhãn ra khỏi gói MPLS

và gửi chúng đi tới đích bằng địa chỉ IP truyền thống LSR đầu ra nằm ở

♦ Đối với các tế bào ATM:

• 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

• 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

2.4.4 Đường chuyển mạch nhãn –LSP (Label Switching Path)

LSP là tuyến đường mà các gói MPLS từ một FEC sử dụng để chuyển qua một tập các LSR trong miền MPLS LSP là một kết nối có định hướng bởi vì nó được thiết lập trước khi chuyển gói tin Có hai loại LSP:

• LSP thiết lập tĩnh: là một LSP được cấu hình tại mỗi LSR Không có giao thức báo hiệu nào được sử dụng, nó sử dụng quản lý mạng để thiết lập nhãn và bất cứ giá trị đường thích hợp khác

• LSP thiết lập nhờ các giao thức báo hiệu (Signaled LSP): Khi một giao thức báo hiệu được sử dụng để thiết lập một LSP thì một đường

“Signaled LSP” được tạo ra LSP báo hiệu theo từng chặng cũng được quan tâm như đường “best-effort” LSP được định tuyến trực tiếp có thể cung cấp các thỏa thuận mức dịch vụ đặc biệt Giao thức báo hiệu và phân phối nhãn LDP(Label Distribution Protocol) được sử dụng phổ biến cho loại LSP này

LSP còn có các thuộc tính gia tăng như:

• Sự ưu tiên LSP: là việc sắp xếp các LSP dựa trên các mức ưu tiên đã được cấu hình trước Đặc điểm này cho phép sự ưu tiên khi LSP có độ ưu tiên cao hơn cần được thiết lập, do đó LSP có độ ưu tiên thấp hơn sẽ bị hủy

• Sự bảo vệ LSP: Cho phép tạo ra các loại LSP dự phòng khác nhau Đặc tính này được quan tâm cho ứng dụng khôi phục đường của MPLS

• Định tuyến lại: Đây là một phần quan trọng của ứng dụng khôi phục đường của MPLS Định tuyến lại được đòi hỏi khi một LSR hoặc một kết nối lỗi được phát hiện Nó được thực qua việc trao đổi các bản tin Hello

và Keep Al4e trong các giao thức báo hiệu

2.4.5 Cơ sở dữ liệu nhãn –LIB-Label Information Base

LIB nằm trong LSR và bao gồm tất cả các nhãn được gán bởi LSR đó và các nhãn ánh xạ nhận được từ các LSR cận kề thông qua giao thức phân phối nhãn LDP

2.4.6 Cơ sử dữ liệu chuyển tiếp nhãn-LFIB-Label Forwarding

2.5 Các chế độ hoạt động khung trong mạng MPLS

Chế độ hoạt động này xuất hiện khi sử dụng MPLS trong môi trường các thiết

bị định tuyến thuần nhất định tuyến các gói tin IP điểm- điểm

2.5.1 Các bước hoạt động

Quá trình chuyển các gói IP qua mạng MPLS được thực hiên qua các bước sau

• 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 trung gian 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

Hình dưới đây minh họa các bước thực hiện chuyển gói IP qua mạng MPLS

Hình.2.6 Quá trình chuyển gói IP trong mạng

Khi gói tin đến bên rìa(biên) của mạng MPLS, LSR A phân gói tin vào một FEC và gán nhãn 17 cho gói tin

• Tại bên trong miền MPLS, dựa vào nhãn mà gói tin mang theo và giao diện vào, LSR C tráo đổi nhãn 17 của gói tin thành nhãn 22 và xác định giao diện ra tương ứng

• Tại LSR B, gói tin được tách bỏ nhãn Gói tin đến LSR D được định tuyến theo phương pháp định tuyến IP truyền thống

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

LSR C

CE

CE LSR A

DATA 17

DATA 22 DATA

Loại bỏ nhãn

Định tuyến tới đích

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)

2.5.2 Chức năng Penultimate Hop Popping (PHP)

LSR biên lối ra phải thực hiện hai sự tra cứu trên gói tin Thứ nhất là tra cứu nhãn MPLS trên gói tin để biết được nhãn này cần được loại bỏ Thứ hai là tra cứu Header lớp 3 để chuyển gói tin tới đích Do đó gây nên sự phức tạp trong phần cứng của LSR Để giảm thiểu sự phức tạp đó thì router cận kề với Router ở đầu ra sẽ thực hiện tra cứu nhãn để loại bỏ nhãn, gói tin đến LSR biên lối ra chỉ còn là gói tin thuần IP và LSR chỉ phải thực hiện tra cứu trên Header lớp 3 Chức năng này được gọi là Penultimate Hop Popping (PHP)

2.5.3 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 2 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 định tuyến dựa trên địa chỉ unicast ,FEC tương đương với một IGP 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

Việc liên kết các nhãn được quảng bá ngay đến tất cả các router thông qua phiên LDP Chi tiết hoạt động của LDP được mô tả trong phần sau

2.6 Giao thức phân phối nhãn-Label Distribution Protocol

Như đã biết, các LSR sử dụng thành phần điều khiển với các giao thức IP để tính toán đường đi qua mạng MPLS Tuy nhiên cần một giao thức để nói cho các LSR biết nhãn nào được sử dụng cho mỗi FEC Có rất nhiều giao thức được sử dụng để phân phối nhãn MPLS sử dụng giao thức LDP giữa các LSR liên kề Các ứng dụng khác sử dụng các giao thức khác nhau cho việc phân phối nhãn, ví dụ VPN sử dụng MP-BGP, Traffic Engineering sử dụng RSVP

2.6.1 Các tính chất cơ bản của giao thức LDP

2 Các bản tin ADJACENCY để giải quyết vấn đề khởi tạo, duy trì, huỷ

bỏ các phiên giữa hai LSR

3 Các bản tin LABEL ADVERTISEMENT, giải quyết thông báo, yêu cầu, thu hồi và loại bỏ kết hợp nhãn

4 Các bản tin NOTIFICATION, sử dụng để cung cấp các thông tin trợ giúp và thông tin lỗi tín hiệu

• Chạy trên TCP cung cấp phương thức phân phối bản tin đáng tin cậy (ngoại trừ các bản tin DISCOVERY)

• Thiết kế cho phép khả năng mở rộng dễ dàng, sử dụng các bản tin được xác định như một tập hợp các đối tượng mã hoá TLV(Kiểu, độ dài, giá trị(biến))

2.6.2 Các bước hoạt động trong LDP

Quá trình hoạt động của LDP bao gồm các bước sau:

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

Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin 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 kết nối TCP đến LSR đó để dàn xếp các tham số hoạt động Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR Phiên LDP là phiên hai chiều có nghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi liên kết nhãn

Bảng định tuyến được tạo ra và một LSR gán nhãn cho mỗi địa chỉ đích mà nó biết (thường là LSR đầu ra )

Các nhãn tạo ra được thông báo cho các LSR lân cận

Ví dụ dưới đây sẽ minh họa quá trình hoạt động của MPLS:

Hình.2.7 Minh họa hoạt động của MPLS Đầu tiên là quá trình định tuyến IP thông thường Các router sử dụng các giao thức định tuyến IP như OSPF, RIP … để thông báo thông tin định tuyến của nó LSR C và LSR D quảng bá thông tin định tuyến về hai mạng 128.89.2.0/2 và 171.69.3.0/24 tới LSR B LSR B nhận thông tin định tuyến của hai mạng trên giao

Nhãn FEC Out Nhãn vào I/F ra

4 128.89.2.0/24 0 9

5 171.69.3.0/24 1 7 128.89.2.0/24 1 4

171.69.3.0/24 1 5

128.89.2.0/24

Muốn đến 128.89.2.0/24 đi qua tôi

Muốn đến 171.69.3.0/24 đi qua tôi

diện 0 và 1, cập nhật vào bảng định tuyến và quảng bá thông tin định tuyến về hai mạng 128.89.2.0/2 và 171.69.3.0/24 tới LSR A LSR A nhận thông tin trên giao diện 1 và cập nhật vào bảng

Tiếp theo các LSR dụng giao thức phân phối nhãn LDP để liên kết và lan truyền các thông tin về nhãn LSR C sử dụng nhãn vào 9 cho mạng 128.89.2.0/2 LSR D sử dụng nhãn vào 7 cho mạng 171.69.3.0/24 sau đó hai LSR quảng bá thông tin về nhãn tới LSR B LSR B cập nhật thông tin về hai nhãn trên vào vị trí nhãn ra và tạo hai nhãn vào là 4 và 5 cho hai mạng 128.89.2.0/2 và 171.69.3.0/24 sau đó thông báo thông tin về nhãn cho LSR A Tương tự LSR A cập nhật hai nhãn trên vào bảng

Cuối cùng là quá trình chuyển gói tin trong mạng sử dụng các nhãn vừa thiết lập Gói tin cần chuyển tới địa chỉ 128.89.2.5 được tiếp nhận tại LSR A LSR A phân tích địa chỉ trên (Quá trình phân tích địa chỉ IP lớp 3 chỉ thực hiện duy nhất tại LSR biên lối vào) và gán nhãn số 4 cho gói tin, chuyển gói tin ra giao diện số 1 LSR B nhận gói tin tra cứu bảng và chuyển nhãn số 4 thành số 9 và chuyển gói tin

ra giao diện 0 LSR C nhận gói tin, loại bỏ nhãn ra khỏi gói tin và chuyển gói tin tới LSR ra phía sau nó LSR ra dựa vào địa chỉ IP định tuyến tới mạng 128.89.2.0/2

CHƯƠNG 3 CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO

THỨC TỔNG QUÁT(GMPLS)

3.1 Định nghĩa GMPLS

Trong thời gian gần đây, một công nghệ ưu việt trong việc chuyển tải thông tin với dung lượng lớn đã được ứng dung trong thực tế là công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM (WaveLength-d4ision multiplexing) WDM sử dụng nhiều bước sóng trên một sợi quang, dung lượng truyền tải tỷ lệ thuận với số bước sóng trên sợi quang

Mạng IP/MPLS được xây dựng trên nền mạng SDH/SONET, tuy nhiên hầu hết mạng SDH/SONET được truyền tải trên mạng sợi quang, mỗi sợi quang đều có thể sử dụng công nghệ WDM Do vậy lớp mạng có thể biểu diễn bao gồm 3 lớp (Packet, TDM, Fiber) layer như Hình.3.1 Khi yêu cầu về lưu lượng giữa các nút mạng trở nên lớn cũng như số lượng bước sóng trên một sơi quang được ghép ngày càng tăng đòi hỏi các nút mạng phải có khả năng chuyển mạch trên mỗi bước sóng, Lamda layer được bổ sung vào giữa Fiber layer và TDM layer giúp mạng hỗ trợ các đường truyền SDH/SONET do đó mạng bao gồm 4 lớp (Packet, TDM, Lamda, Fiber) layer Lớp càng cao khả năng chuyển mạch càng tốt hơn, khi lưu lượng IP càng cao, việc truyền dẫn các gói IP là nhiệm vụ chủ yếu của mạng Chi phí cho mạng được giảm bớt khi loại bỏ lớp TDM, lúc này kiến trúc của mạng bao gồm 3 lớp (Packet, Lamda, Fiber) layer

Chuyển mạch đa giao thức theo bước sóng MPλS ra đời thực hiện việc điều khiển phân tán của MPLS trong lớp gói để quản lý mạng lớp λ Trong MPλS, λ (bước sóng) được coi như nhãn trong MPLS và có thể xây dựng một đường λ (λ path) bằng cách kết nối bước sóng đầu vào và bước sóng đầu ra trong thiết bị kết nối quang OXC (optical cross-connect) Vì thế ta có thể thấy rằng MPλS là giao thức sử dụng khái niệm nhãn trong MPLS vào lớp λ Việc tổng quát hóa khái niệm nhãn trong MPLS và sử dụng trong các lớp TDM, fiber cũng chính là sự ra đời của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS

Hình.3.1 Kiến trúc phân lớp của mạng

Có thể nói chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS (Generalized Multiprotocol Lable Switching) là sự mở rộng và bổ sung cho giao thức chuyển mạch nhãn MPLS GMPLS là giao thức cho phép hỗ trợ nhiều loại chuyển mạch như TDM (chuyển mạch khe thởi gian), chuyển mạch bước sóng, chuyển mạch sợi quang Việc này thực hiện được bằng cách tổng quát hóa khái niệm nhãn trong việc truyền tải các gói IP của mạng MPLS GMPLS là giao thức hỗ trợ việc điều khiển phân tán giống như ở MPLS do vậy việc vận hành cũng trở nên đơn giản Ngoài ra GMPLS cũng có khả năng hỗ trợ việc thiết kế lưu lượng dựa trên các thông tin về topo và lưu lượng của từng lớp mạng, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng

3.2 Các khái niệm cơ bản trong GMPLS

3.2.1 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn trong GMPLS(LSR)

Không giống như trong MPLS, LSR trong GMPLS là nút không chỉ truyền dẫn dữ liệu tương ứng với nội dung trong các header của IP, tế bào mà còn thực hiện việc truyền dẫn dữ liệu tương ứng với thông tin của khe thời gian, bước sóng

và cổng vật lý

3.2.2 Giao diện của bộ định tuyến chuyển mạch nhãn

Giao diện của bộ định tuyến chuyển mạch nhãn trong GMPLS được chia thành bốn loại phụ thuộc vào khả năng chuyển mạch như sau:

PSC (packet switch capable): Nhận diện gói tin IP, tế bào và thực hiện việc truyền

dữ liệu tương ứng với nội dung trong phần mào đầu của gói tin IP, tế bào

TDM (Time d4ision multiplex capable): Thực hiện theo chu kỳ, truyền dữ liệu tương ứng với một khe thời gian

LSC (lamda switch capable): Tiến hành việc truyền dữ liệu tương ứng với bước sóng bên trong sợi quang

FSC (fiber switch capable): Tiến hành việc truyền dữ liệu tương ứng với vi trí của cổng (port) vật lý

Các giao diện này được sử dụng phân cấp một cách đồng thời, sự phân cấp được thực hiện theo thứ tự FSC, LSC, TDM, PSC từ dưới lên trên

Khái niệm nhãn của mô hình mạng bao gồm 4 lớp được thể hiện như hình vẽ dưới đây:

Hình.3.2 Khái niệm nhãn trong GMPLS

3.2.3 Đường chuyển mạch nhãn trong GMPLS (LSP)

Tổng quát hơn khái niêm(LSP) trong MPLS, LSP trong GMPLS là một kết nối

có hướng có thể bao gồm nhiều loại chuyển mạch

Hình.3.3 Đường chuyển mạch nhãn phân cấp(LSP) Cấu trúc phân cấp của LSP như trên:

PSC-LSP thuộc LSP và kết nối của PSC-LSP trở thành LSP, LSP thuộc LSC-LSP và kết nối của TDM-LSP trở thành LSC-LSP, LSC-LSP thuộc FSC-LSP và kết nối của LSC-LSP trở thành FSC-LSP

TDM-3.3 Ưu điểm của GMPLS

Đối với mạng IP/MPLS, trong lớp gói (packet layer), mạng được điều khiển phân tán bới các giao thức báo hiệu và định tuyến Trong lớp TDM và lamda, mạng được điều khiển tập trung bằng cách thiết lập các tuyến hoặc đường Người vận hành phải nghiên cứu các thao tác của mạng tương ứng với từng lớp do phương pháp điều khiển cho từng lớp mạng (Packet, TDM, lamda) là khác nhau

Hình.3.4 Cơ chế điều khiển trong IP/MPLS GMPLS cho phép điều khiển mạng một cách phân tán bằng cách mở rộng tính năng của MPLS trên cả lớp TDM và lớp Lamda Chức năng được thực hiện tại đơn

vị điều khiển trung tâm được ấn định cho từng nút mạng và điều khiển phân tán Cũng vì vậy nó rất mềm dẻo trong việc thêm, bớt các nút mạng hoặc một kết nối, giúp dễ dàng cho việc mở rộng và cải thiện khả năng của mạng

Hình.3.5 Cơ chế điều khiển trong GMPLS Vận hành hiệu quả do người sử dụng có thể nắm bắt được tới từng lớp mạng thông qua giao thức GMPLS

Ngoài ra GMPLS còn có khả năng điều khiển tích hợp đa lớp mạng và phân tán trên từng nút mạng

Hình.3.6 Cơ chế điều khiển tích hợp và phân tán trong GMPLS

GMPLS là sự mở rộng của MPLS chính vì thế đòi hỏi phải có các giao thức mới để hỗ trợ các tính năng mở rộng của GMPLS IETF (Internet Engineering Task Force) một tổ chức chuẩn hóa các vấn đề liên quan đến internet đưa ra kiến trúc của GMPLS như sau:

Hình.3.7 Kiến trúc của giao thức GMPLS GMPLS bao gồm 3 giao thức chính:

OSPF (Open Short Path First) mở rộng là giao thức định tuyến

RSVP-TE mở rộng là giao thức báo hiệu

LMP (Link Management Protocol) là giao thức quản lý

Hình.3.8 Mô hình lớp các giao thức GMPLS Hình trên mô tả các giao thức chính trong mô hình GMPLS Ta sẽ lần lượt nghiên cứu giao thức OSPF-TE, RSVP-TE và LMP trong các phần sau

3.4 Tách biệt lớp điều khiển và lớp dữ liệu

Trong GMPLS lớp điều khiển và lớp dữ liệu được tách biệt độc lập Đối với giao thức IP/MPLS các nút phải có giao diện có khả năng nhận diện và xử lý gói, vì thế các gói tin điều khiển của giao thức định tuyến hoặc của giao thức báo hiệu được truyền tải trên cùng một giao diện vật lý Với GMPLS không yêu cầu tất cả cáo giao diện phải có khả năng xử lý gói, tương ứng với từng loại mạng mà các giao diện của lớp dữ liệu có thể có khả năng xử lý TDM, LSC, FSC Lớp điều khiển trong GMPLS vẫn sử dụng giao diện có khả năng xử lý gói chính vì thế giao diện

xử lý lớp điều khiển và giao diện truyền dữ liệu tại một nút trong mạng GMPLS là khác nhau

Hình.3.9 Tách biệt về mặt logic của mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu trong kiến

Giao thức OSPF được mở rộng để hỗ trợ cho các tính năng mới của mạng GMPLS

Nền tảng cơ sở của giao thức OSPF là giao thức link state được trình bầy dưới đây

3.5.1.1 Giao thức Link State

Giao thức link-state tạo một bản định tuyến bằng cách trao đổi trạng thái liên kết (link state) của các bộ định tuyến để tạo được topy mạng

Tiếp đến nó tìm đường ngắn nhất tới đích dựa trên các thông tin đó

Hình.3.10 Giao thức định tuyến link state

Cơ chế quan trọng của giao thức Link state đó là việc đồng bộ trạng thái của các liên kết và sử dụng một thuật toán để tìm đường ngắn nhất, thuật toán

“Dijkstra”

3.5.1.1.1 Đồng bộ trạng thái liên kết bằng “Flooding”

Trạng thái liên kết đại diện cho các kết nối giữa các bộ định tuyến hàng xóm Mỗi bộ định tuyến ấn định thông tin của kết nối với các bộ định tuyến hàng xóm vào trong bản tin link state và gửi nó tới tất cả các bộ định tuyến khác trong mạng

Hình.3.11 Khái niệm trạng thái liên kết và “flooding”