Chuyển mạch nhãn đa giao thức và khả năng ứng dụng tại việt nam

Đường chuyển mạch nhãn LSP – Label Switching Path: là tuyến tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để chuyển tiếp gói của một FEC nào đó sử dụng cơ chế chuyển đổi nhãn label sw

CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC

VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM

TR ƯƠNG MINH ĐỨC

Hµ néi - 2005

Trường đại học bách khoa Hà Nội

-

luận văn thạc sỹ khoa học

Chuyển mạch nhãn đa giao thức

và khả năng ứng dụng tại Việt

Nam

Ngành : Điện tử - Viễn thông Mã số :

Trương Minh Đức

Người hướng dẫn khoa học: Ts Nguyễn Nam Quân

Hà Nội - 2005

M ỤC LỤC

LỜI GIỚI THIỆU 4

CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS 5

1.1 Chuyển mạch nhãn đa giao thức 5

1.1.1 Chuyển mạch nhãn đa giao thức là gì? 5

1.1.2 Tại sao MPLS cần thiết? 5

1.2 Lịch sử phát triển MPLS 7

1.3 Các thành phần MPLS 8

1.3.1 Các khái niệm cơ bản về MPLS 8

1.3.2 Các thao tác nhãn 12

1.4 Hoạt động của MPLS 16

1.4.1 Chế độ hoạt động khung MPLS 16

1.4.2 Chế độ hoạt động tế bào MPLS 22

CHƯƠNG 2: CÁC GIAO THỨC SỬ DỤNG TRONG MPLS 29

2.1 Giao thức phân phối nhãn LDP 29

2.1.1 Khái quát về LDP 29

2.1.2 LDP Peers 29

2.1.3 Các bản tin LDP 30

2.1.4 Trao đổi bản tin LDP 31

2.1.5 Phát hiện LSR lân cận 32

2.1.6 Mã hoá TLV (Type – Length - Value) 32

2.1.7 Các chế độ phân phối LDP 33

2.2 Giao thức định tuyến cưỡng bức CR-LDP 34

2.2.1 Khái niệm về định tuyến cưỡng bức 35

2.2.2 Các phần tử định tuyến cưỡng bức 38

2.2.3 Điều kiện cưỡng bức “chọn đường ngắn nhất” 39

2.2.4 Sử dụng MPLS làm phương tiện chuyển tiếp thông tin 41

2.3 Giao thức RSVP (Resource Reservation Protocol) 42

CHƯƠNG 3: CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT TRONG MPLS 47

3.1 Chất lượng dịch vụ 47

3.1.1 Dịch vụ Besteffort 47

3.1.2 Mô hình dịch vụ tích hợp IntServ 47

3.1.3 Mô hình dịch vụ DiffServ 49

3.2 Kỹ thuật lưu lượng (TE – Traffic Engineering) 51

3.2.1 Các mục tiêu chất lượng của kỹ thuật lưu lượng 51

3.2.2 Hạn chế của cơ chế điều khiển IGP hiện tại 52

3.2.3 Quản lý lưu lượng MPLS 53

3.2.4 Quản lý lưu lượng qua MPLS 54

3.2.4.1 Hoạt động cơ bản của các trung kế lưu lượng 54

3.2.4.2 Các thuộc tính kỹ thuật lưu lượng cơ bản của trung kế lưu lượng 55

3.2.5 Các thuộc tính tài nguyên 55

3.2.5.1 Bộ phân bổ lớn nhất MAM 55

3.2.5.2 Thuộc tính lớp tài nguyên 56

3.3 Phát hiện và phòng ngừa định tuyến vòng 56

3.3.1 Chế độ khung 57

3.3.1.1 Phát hiện chuyển tiếp vòng dữ liệu 57

3.3.1.2 Ngăn ngừa chuyển tiếp vòng dữ liệu điều khiển 58

3.3.2 Chế độ tế bào 58

3.3.2.1 Phát hiện và ngăn ngừa chuyển tiếp vòng thông tin điều khiển 59

3.3.2.2 Phát hiện chuyển tiếp vòng dữ liệu 62

CHƯƠNG 4: KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN 64

4.1 Những mục tiêu đối với hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia 64

4.1.1 Phát triển các dịch vụ thông tin 65

4.1.2 Phát triển mạng viễn thông 66

4.2 Khả năng ứng dụng MPLS tại Việt Nam 67

4.2.1 Những điểm cơ bản trong định hướng phát triển của ngành viễn thôngViệt Nam 67

4.2.2 Các công nghệ và khả năng triển khai 67

4.2.2.1 Công nghệ IP 68

4.2.2.2 Công nghệ ATM 69

4.2.2.3 Công nghệ MPLS 69

4.2.3 Các giải pháp ứng dụng MPLS 69

4.2.3.1 Giải pháp 1: MPLS trong mạng lõi 70

4.2.3.2 Giải pháp 2: ATM lõi, MPLS ở các tổng đài đa dịch vụ 71

4.2.3.3 Giải pháp 3: Mạng MPLS hoàn toàn 74

4.2.3.4 Đánh giá 75

4.3 Xu hướng phát triển 76

4.3.1 Những yếu tố thúc đẩy sự ra đời của GMPLS 76

4.3.2 Nguyên lý hoạt động cơ bản 77

4.3.3 Tiến trình chuẩn hoá 80

4.3.4 Các vấn đề triển khai 80

K ẾT LUẬN 82

DANH M ỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 83

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 87

L ỜI GIỚI THIỆU

Trong những năm gần đây, mạng Internet đã phát triển nhanh chóng và có phạm vi rộng khắp, kéo theo sự phát triển của rất nhiều ứng dụng mới trong các lĩnh vực học tập, nghiên cứu, mua bán hàng hóa, thực hiện các giao dịch ngân hàng, thị trường chứng khoán Ngoài những dịch vụ dữ liệu truyền thống đang được cung cấp qua Internet, những ứng dụng thoại và đa phương tiện vẫn đang được phát triển và triển khai Những ứng dụng này đòi hỏi nhu cầu ngày càng tăng và yêu cầu về đảm bảo băng thông cũng như chất lượng dịch vụ, tính bảo

mật đối với mạng đường trục Mạng Internet ngày càng được nghiên cứu phát triển để trở nên tinh vi hơn, thông minh hơn và an toàn hơn

Một trong những cách có thể đáp ứng được đó là tìm một phương pháp chuyển mạch có thể kết hợp được những ưu điểm của định tuyến IP cũng như

những ưu điểm của chuyển mạch ATM Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao

thức MPLS ra đời dựa trên nền công nghệ chuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM Nó có thể tăng tốc độ chuyển tiếp gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP Mặc dù còn có nhiều trở ngại ban đầu nhưng MPLS sẽ đóng một vai trò quan trọng trong định tuyến, chuyển mạch và chuyển tiếp gói tin trong mạng thế hệ sau để đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng về dịch vụ của người dùng

Hiện nay, hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ đều định hướng triển khai

mạng thế hệ sau trên cơ sở sử dụng chuyển mạch nhãn đa giao thức Việc tìm

hiểu bản chất công nghệ để có thể ứng dụng nó hiện nay là cần thiết

CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN

ĐA GIAO THỨC MPLS

1.1 Chuy ển mạch nhãn đa giao thức

1.1.1 Chuy ển mạch nhãn đa giao thức là gì?

Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là một công nghệ lai ghép mới, là một tập hợp các công nghệ Internet mở, dựa 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

Trong mạng IP, phương thức vận chuyển các gói tin là dựa vào địa chỉ IP đích Tại mỗi router, các gói tin được kiểm tra địa chỉ đích và được truyền đến nút tiếp theo dựa vào thông tin trong bảng định tuyến của nó Thay vì cơ chế vận chuyển gói tin như trong mạng IP, chuyển mạch nhãn thực hiện bằng cách gắn

một nhãn cho gói tin và các nút mạng sẽ dựa vào giá trị trong nhãn đó để vận chuyển gói tin đến đích

Chuyển mạch nhãn đa giao thức xây dựng dựa trên các công nghệ lớp 2 nên

nó không phụ thuộc vào một công nghệ truyền dẫn cụ thể nào Các phương tiện truyền dẫn lớp 2 bao gồm ATM, FR, PPP và Ethernet Ban đầu MPLS hỗ trợ giao thức internet IPv4 nhưng có thể mở rộng để hỗ trợ IPv6 và các giao thức lớp mạng khác MPLS có khả năng hỗ trợ nhiều giao thức lớp 3 (lớp mạng) vì vậy mà MPLS được gọi là đa giao thức

1.1.2 T ại sao MPLS cần thiết?

Nhóm làm việc MPLS xác định bốn vấn đề chính đối với mạng Internet như sau:

- Khả năng mở rộng định tuyến lớp mạng

- Tăng hiệu năng chuyển gói

- Tổ hợp các công nghệ dựa trên tế bào

- Tăng khả năng định tuyến phục vụ việc chuyển gói mềm dẻo

Khả năng mở rộng trong mạng Internet chính là khả năng hỗ trợ được một lượng lớn và sự phát triển của số lượng người dùng Internet Nếu như bộ định tuyến phải lưu giữ thông tin về đường đi của tất cả những người sử dụng thì khối lượng thông tin là rất lớn và khó có thể đáp ứng được sự phát triển nhanh chóng

của mạng Internet hiện nay MPLS đưa ra giải pháp cho vấn đề này bằng cách

gộp một số lớn địa chỉ IP rồi liên kết với một hoặc vài nhãn Cách tiếp cận này làm giảm kích cỡ của bảng thông tin nhãn, và cho phép bộ định tuyến hỗ trợ nhiều người dùng hơn

Hiệu năng chuyển gói cũng được tăng lên rất nhiều do việc tra cứu bảng định tuyến cho các nhãn ngắn, độ dài cố định là nhanh hơn nhiều so với việc tra cứu bằng địa chỉ IP đích rất dài dùng trong định tuyến IP truyền thống Hơn nữa, cơ chế vận chuyển gói trong mạng IP vốn dựa trên phần mềm để thực hiện các thao tác phức tạp với một khối lượng dữ liệu lớn, nên tốc độ rất chậm Vì vậy, có thể gây ra hiện tượng tổn thất lưu lượng, kết nối và giảm hiệu suất toàn mạng Trong MPLS, giá trị nhãn được đặt trong phần tiêu đề của gói tin đến, và được dùng làm chỉ mục tìm kiếm trong bảng dữ liệu Cơ chế này có thể thực hiện bằng các giải pháp phần cứng thực hiện trong các mạch tổ hợp chuyên dụng ASIC (Application Specific Intergrated Circuit) và các mảng cổng lập trình được FPGA (Field Programable Gate Array) Do đó, gói tin được vận chuyển trong mạng MPLS sẽ nhanh hơn so với mạng IP

Có nhiều nhà cung cấp dịch vụ sử dụng mạng backbone dựa trên nền ATM

và cung cấp các dịch vụ truy nhập FR nên MPLS đưa ra một phương thức quan

trọng để cung cấp các dịch vụ IP gia tăng trên nền các phương tiện đang tồn tại

đó Các công nghệ dựa trên chuyển mạch tế bào ATM và dựa trên khung FR được tổ hợp, di chuyển và trong một vài trường hợp được thay thế bằng các giải

pháp IP chuẩn ví dụ như MPLS

Việc định tuyến dựa vào địa chỉ đích có thể dẫn đến lưu lượng tập trung trên

một đường dẫn đến việc sử dụng tài nguyên mạng không hiệu quả Hơn nữa, trong mạng IP không có cơ chế điều khiển đường đi hiệu quả Mạng MPLS có thể điều khiển đường đi của lưu lượng tốt hơn bằng các cơ chế định tuyến ràng buộc, theo chính sách của nhà quản trị và thiết lập các đường đi buộc dữ liệu của người dùng phải đi theo đường đó

1.2 L ịch sử phát triển MPLS

MPLS dựa trên khái niệm chuyển mạch nhãn, một nhãn độc lập và duy nhất được thêm vào mỗi gói dữ liệu và nó được sử dụng để chuyển mạch và định tuyến gói tin trên mạng Nhãn thực chất là một đoạn ngắn thông tin trong phần mào đầu của gói tin, vì vậy các thiết bị mạng có thể tối ưu hoá việc xử lý nhãn

và chuyển tiếp lưu lượng Khái niệm nhãn đã được đề cập đến trong lĩnh vực truyền thông dữ liệu trong nhiều năm X25, Frame Relay và ATM là những ví

dụ về công nghệ chuyển mạch nhãn Một vài ý tưởng về chuyển mạch nhãn xuất

hiện giữa thập kỷ 90 nhằm cải thiện sự hoạt động của các phần mềm định tuyến

dựa trên nền IP và cung cấp chất lượng dịch vụ như là chuyển mạch IP của Ipsilon, chuyển mạch thẻ của Cisco, ARIS (Aggregate Route based IP Switching

- Chuyển mạch IP theo phương thức tổng hợp nhãn) của IBM, VNS của Nortel Với sự hỗ trợ của nhiều công ty, năm 1996 IETF triệu tập cuộc họp BOF với

mục đích chuẩn hoá MPLS Quá trình phát triển và những kết quả của nhóm làm việc về MPLS trong IETF đạt được có thể tóm lược lại như sau:

- Đầu năm 1997, hiến chương MPLS được thông qua

- Tháng 4 năm 1997 nhóm làm việc về MPLS tiến hành cuộc họp đầu tiên

- Tháng 11 năm 1997, tài liệu chuẩn MPLS được ban hành

- Tháng 7 năm 1998, tài liệu về cấu trúc MPLS được ban hành

- Tháng 8 và tháng 9 năm 1998, 10 tài liệu Internet bổ sung được ban

hành, bao gồm MPLS LDP, Mark Encoding, các ứng dụng ATM … MPLS hình thành về căn bản

- IETF hoàn thiện các tiêu chuẩn MPLS và năm 1999 đưa ra các tài liệu RFC

- Sau năm 1999 liên tục ban hành các tiêu chuẩn MPLS đặc biệt về quản

lý, tương thích với các công nghệ khác, bảo mật …

Hầu hết các tiêu chuẩn MPLS hiện tại đã được ban hành dưới dạng RFC Sau khi toàn bộ các RFC được hoàn thiện chúng sẽ được tập hợp lại để xây dựng một hệ thống tiêu chuẩn MPLS

1.3 Các thành ph ần MPLS

1.3.1 Các khái ni ệm cơ bản về MPLS

Nhãn (Label): Nhãn là một thực thể có độ dài ngắn và cố định, không có cấu trúc bên trong Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng như địa chỉ lớp mạng Nhãn được gán vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho một FEC (Forwarding Equivalence Classes – Nhóm chuyển tiếp tương đương) mà gói tin đó được ấn định

Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương thức truyền tin mà gói tin được đóng gói Ví dụ các gói ATM (tế bào) sử dụng giá trị VPI/VCI như nhãn, FR sử dụng DLCI làm nhãn Đối với các phương tiện không có cấu trúc nhãn, một đoạn đệm được chèn thêm để sử dụng cho nhãn Khuôn dạng của đoạn đệm 4 byte có cấu trúc như sau:

T¶i Mµo ®ÇuIP MPLS§Öm Mµo ®Çulíp 2

Nh·n (20)

EXP (3)

S (1)

TTL (8)

Hình 1.1: Khuôn dạng nhãn cho các gói không có cấu trúc nhãn gốc

Đối với các khung PPP hay Ethernet giá trị nhận dạng giao thức P-Id hoặc EtherType được chèn thêm vào phần mào đầu khung tương ứng để thông báo khung là MPLS đơn hướng (unicast) hay đa hướng (multicast)

Ngăn xếp nhãn (Label stack): Một tập hợp thứ tự các nhãn gắn theo gói để

chuyển tải thông tin về nhiều FEC và về các LSP mà gói sẽ đi qua Ngăn xếp nhãn cho phép MPLS hỗ trợ định tuyến phân cấp (một nhãn cho EGP và một nhãn cho IGP) và tổ chức đa LSP trong một trung kế LSP

B ộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR – Label Switching Router): là

thiết bị định tuyến hay chuyển mạch (Router hay Switch) sử dụng trong mạng MPLS để chuyển các gói tin bằng thủ tục phân phối nhãn Thiết bị này cũng có

khả năng chuyển tiếp các gói IP truyền thống cũng như chạy các giao thức định tuyến IP và các giao thức điều khiển MPLS

Theo vị trí của LSR trong mạng ta có hai loại LSR, đó là LSR biên (LER – Label Edge Router) và LSR trung tâm (Core LSR hay thường chỉ viết tắt là LSR)

Theo chức năng của LSR, ta có ba loại:

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

Nhóm chuy ển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Classes):

là khái niệm được dùng để chỉ một nhóm các gói được đối xử như nhau qua

mạng MPLS ngay cả khi có sự khác biệt giữa các gói tin này thể hiện trong phần mào đầu lớp mạng

Forwarding Table): là bảng chuyển tiếp nhãn có chứa thông tin về nhãn đầu vào, nhãn đầu ra, giao diện đầu ra và địa chỉ điểm tiếp theo

Đường chuyển mạch nhãn (LSP – Label Switching Path): là tuyến tạo ra

từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để chuyển tiếp gói của một FEC nào đó sử dụng cơ chế chuyển đổi nhãn (label swapping forwarding) Phần của LSP giữa hai LSR bất kỳ cạnh nhau được gọi là “LSR hop” hay phân đoạn LSP

Explicit Route Signaled LSP

Không sử dụng giao thức báo hiệu, nó sử dụng quản lý mạng để thiết lập nhãn, giao diện và bất cứ giá trị đường thích hợp khác

LSP thi ết 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 (Hop by hop signaled LSP) cũng được quan tâm như một đường “best effort” LSP được định tuyến trực tiếp (Explicit routed LSP) có thể cung cấp các thoả thuận mức dịch vụ đặc biệt Giao

thức báo hiệu và phân phối nhãn LDP được sử dụng cho loại LSP này Hai loại LDP thường dùng là CR-LDP và RSVP-TE

Các thu ộc tính gia tăng của LSP

Có rất nhiều thuộc tín gia tăng của LSP Các thuộc tính này bao gồm sự ưu tiên, bảo vệ và định tuyến lại

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 kết quả là LSP có độ ưu tiên thấp hơn sẽ bị huỷ đi nhường

chỗ cho LSP có độ ưu tiên cao hơn

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

Định tuyến lại cũng là một phần quan trọng của ứng dụng khôi phục đường của MPLS Định tuyến lại được đòi hỏi khi một LSR hay một kết nối lỗi được phát hiện Nó được thực hiện qua việc trao đổi các bản tin Hello và Keep Alive trong các giao thức báo hiệu

Chính sách làm hoạt động việc định tuyến lại đường khi phát hiện ra có một LSP tốt hơn cũng có thể được thực hiện Điều này được gọi là sự tối ưu hoá LSP

Cơ sở thông tin nhãn (LIB – Label Information Base): là bảng kết nối

trong LSR có chứa giá trị nhãn/FEC được gán vào cổng ra cũng như thông tin về đóng gói phương thức truyền tin

Gói tin dán nhãn: một gói tin dán nhãn là một gói tin mà nhãn đã được mã hóa trong đó Trong một số trường hợp, nhãn nằm trong phần mào đầu của gói tin dành riêng cho mục đích dán nhãn Trong các trường hợp khác, nhãn có thể được đặt chung trong mào đầu lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu miễn là ở đây có trường tin có thể dùng được cho mục đích dán nhãn Công nghệ mã hoá nhãn được sử dụng phải phù hợp với cả thực thể mã hoá nhãn và thực thể giải mã nhãn

1.3.2 Các thao tác nhãn

 Liên k ết nhãn (Label binding): là thủ tục liên kết một nhãn L cụ thể với

một FEC F cụ thể Quá trình liên kết nhãn được thực hiện bởi Downstream LSR Giá trị của nhãn có thể là duy nhất trong một giao diện hoặc duy nhất trong tất cả các giao diện của LSR Sau đó, Downstream thông báo cho upstream LSR về liên kết mới được tạo (L,F) Quá trình gán nhãn tự động được thực hiện bởi Downstream LSR được gọi là unsolicited-downstream; hoặc được thực hiện khi có yêu cầu của một LSR được gọi là downstream on demand Giả định rằng Ru và Rd đã đồng ý để gán một nhãn L với một FEC F và các gói tin được gửi từ Ru

tới Rd thì tương ứng với liên kết này, Ru là Upstream LSR và Ld là Downstream LSR

 Điều khiển gán nhãn:

MPLS hỗ trợ hai cách gán nhãn cho một FEC; độc lập và tuần tự Điều khiển độc lập, khi một LSR nhận được thông báo, nó sẽ tự động liên kết một nhãn với FEC này rồi thông báo liên kết này cho các LSR lân cận Điều khiển tuần tự, LSR chỉ liên kết nhãn với một FEC cụ thể nếu nó là LSR đầu

ra (Egress) của FEC đó, hoặc nếu nó đã nhận được một liên kết nhãn cho FEC đó từ nốt tiếp theo của nó

Thủ tục nhãn gán độc lập được thực hiện ngay sau khi có thông tin về địa

chỉ, nên có thể sẵn sàng được sử dụng Tuy nhiên, thủ tục này cần được thiết

lập sao cho các LSR lân cận nhất trí sử dụng cho các FEC mà chúng sẽ dùng

Nếu các quyết định liên kết nhãn cho các FEC khác nhau, vài FEC có thể không gắn với LSP nào hoặc các nhãn này được thiết lập không hiệu quả Khác với quá trình trên, thủ tục gán nhãn tuần tự đảm bảo rằng tất cả LSR đều dùng cùng FEC Nhưng quá trình này lại mất nhiều thời gian để thiết lập đường LSP hơn điều khiển độc lập

 Ngăn xếp nhãn:

Để hỗ trợ khả năng phân cấp nhằm đáp ứng sự mở rộng mạng, MPLS cho phép một gói tin có thể có nhiều nhãn Các nhãn này được sắp xếp liền nhau theo cấu trúc dữ liệu ngăn xếp (cấu trúc FILO - First In Last Out) Bít S sẽ chỉ ra nhãn đó có phải là nhãn cuối cùng của gói tin hay không (đầy ngăn xếp) Có ba thao tác liên quan đến nhãn là push, pop và trao đổi nhãn (swap) Các thao tác xử lý nhãn chỉ quan tâm đến nhãn nằm trên cùng của ngăn xếp Ngăn xếp nhãn cho phép nhiều thành phần điều khiển tác động lên một gói tin, và các thành phần này ít hoặc không phụ thuộc vào nhau

Việc tạo ngăn xếp nhãn tuân theo nguyên tắc sau: khi một LSR đẩy một nhãn vào một gói tin đã được gán nhãn sẵn thì nhãn mới phải tương ứng với FEC mà LSR đầu ra đã gán nhãn ban đầu Như vậy, tại LSR đầu ra của LSP,

phải thực hiện hai lần tra bảng: một lần cho nhãn cần pop, và một lần cho nhãn còn lại Để tăng hiệu quả hoạt động, MPLS đưa ra khái niệm nút áp chót LSR đầu ra, nó thực hiện thao tác pop nhãn ra khỏi ngăn xếp và gửi gói tin đến LSR đầu ra Tại LSR đầu ra, chỉ cần thực hiện một thao tác tra bảng Như vậy, mục đích của việc pop nhãn tại nút áp chót LSR đầu ra là để LSR đầu ra chỉ thực hiện một lần tra bảng

 Các ánh x ạ và bảng hỗ trợ vận chuyển gói tin

Các bảng và ánh xạ được sử dụng để hỗ trợ sự phối hợp hoạt động của nhãn đến và đi, cũng như việc quản lý ngăn xếp nhãn

NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry) được sử dụng khi chuyển

tiếp một gói tin đã được gán nhãn Nó bao gồm các thông tin sau:

- Nút tiếp theo của gói tin (giao diện và địa chỉ nút tiếp theo)

- Các thao tác để hình thành nên ngăn xếp nhãn của gói tin

• Thay thế nhãn tại đỉnh của ngăn xếp bằng một nhãn mới

• Cách thức mã hoá ngăn xếp nhãn khi vận chuyển gói tin

• Các thông tin cần thiết để sắp xếp đúng gói tin Các ánh xạ hỗ trợ vận chuyển gói tin:

- Ánh xạ ILM (Incoming Label Map): ánh xạ mỗi nhãn đầu vào với một tập các NHLFE Nhãn ở trên cùng của ngăn xếp được sử dụng làm chỉ mục của ánh xạ để tìm ra một tập hợp các mục NHLFE, dựa vào các thông tin trong mục này, LSR sẽ xử lý các nhãn của gói tin đó rồi mới chuyển tiếp gói tin đi

- Ánh xạ FTN (FEC to NHLFE): ánh xạ mỗi FEC với một tập các NHLFE Quá trình này được thực hiện đối với các gói tin chưa được gán nhãn, nhưng gói tin này sẽ được gán nhãn trước khi chuyển đến nút tiếp theo trong mạng

Các ánh xạ này được minh hoạ trong hình 1.3 Tại biên mạng, gói tin được phân tích tiêu đề và ánh xạ vào một FEC Tiếp đó, FEC được ánh xạ để

tìm ra NHLFE rồi vận chuyển gói tin vào trong mạng Tại mỗi nút trong mạng, các nhãn được ánh xạ thành NHLFE để xác định cách quản lý gói tin rồi được chuyển đến nút tiếp theo

Hình 1.3: Các ánh x ạ hỗ trợ vận chuyển gói tin

Yes

No Labeled ? Packet received

Labeled packet forwarded Yes

No

Yes

Use route tables;

packet forwarded (if supported interface) No

Hình 1.4: Sơ đồ quyết định chuyển tiếp

 Tr ộn nhãn

Nhiều gói đến với các nhãn khác nhau và cùng đi ra một giao diện để đến nút tiếp theo có thể được LSP gán chung một nhãn Sau khi các gói được gán chung một nhãn, thông tin về các gói đến từ các giao diện khác nhau với các nhãn khác nhau bị mất đi Do vậy, vấn đề cần phải phối hợp hoạt động giữa các LSR có khả năng trộn và các LSR không có khả năng này

Một upstream LSR hỗ trợ khả năng trộn nhãn thì chỉ cần gửi một nhãn cho FEC Một upstream liền kề không hỗ trợ khả năng trộn nhãn thì cần phải được gửi nhiều nhãn cho FEC Tuy nhiên ta không thể biết được số lượng nhãn cần gửi là bao nhiêu, điều này phụ thuộc vào có bao nhiêu LSR là upstream của nó tương ứng với FEC đó Khi này nó phải yêu cầu một nhãn cho FEC từ phía downstream LSR

 Ch ế độ sử dụng nhãn

Chế độ sử dụng nhãn sẽ quyết định duy trì thông tin về nhãn hay bỏ nhãn

đi khi nó nhận được thông tin về liên kết nhãn và FEC Có hai chế độ sử dụng nhãn:

- Chế độ sử dụng nhãn tự do (liberal): Nếu LSR duy trì thông tin về liên

kết giữa nhãn và FEC nhận được từ các LSR không phải là nút tiếp theo của nó ứng với FEC được gán nhãn

- Chế độ sử dụng nhãn tiết kiệm (reservation): Nếu LSR loại bỏ thông tin về liên kết giữa nhãn và FEC nhận được từ các LSR không phải là nút tiếp theo của nó ứng với FEC được gán nhãn

1.4 Ho ạt động của MPLS

Có hai chế độ hoạt động đối với MPLS: chế độ khung(Frame mode) và chế

độ tế bào (Cell mode)

1.4.1 Ch ế độ hoạt động khung MPLS

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

Cơ chế hoạt động của mạng MPLS trong chế độ khung được mụ tả bởi hỡnh 1.5:

LSR lõi 1 LSR biên 2

đến LSR biên 4

Bước 5: Kiểm tra nhãn, xoá nhãn, chuyển gói IP đến router ngoài tiếp theo

Hỡnh 1.5: M ạng MPLS trong chế độ hoạt động khung

Cấu trúc của LSR biên được thể hiện như hình 1.6:

C¬ së d÷ liÖu nh·n LIB

M¶ng ®iÒu khiÓn t¹i nót

Hình 1.6: Cấu trúc LSR biên trong chế độ hoạt động khung

Quá trình chuyển tiếp một gói IP qua mạng MPLS được thực hiện thông qua một số bước cơ bản 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 lõi nhận gói có nhãn và sử dụng bảng chuyển tiếp nhãn để thay đổi nhãn lối vào của gói đến với nhãn lối ra 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 chuyển tiếp gói IP theo bảng định tuyến lớp 3 truyền thống

 Mào đầu nhãn MPLS

Theo mô hình chung của quá trình bọc gói (Encapsulation) thì nhãn MPLS phải được chèn trước số liệu cần gán nhãn ở chế độ hoạt động khung Như vậy nhãn MPLS được chèn giữa mào đầu lớp hai và nội dung thông tin lớp 3 của khung lớp 2 như hình 1.7:

líp 2 Khung líp 2

líp 2

Khung líp 2

Nh·n MPLS

Gãi IP kh«ng nh·n trong khung líp 2

Gãi IP cã nh·n trong khung líp 2

Hình 1.7: V ị trí của nhãn MPLS trong khung lớp 2

Do nhãn MPLS được chèn vào vị trí như vậy nên bộ định tuyến gửi thông tin phải có phương tiện gì đó thông báo cho bộ định tuyến nhận biết

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

- Trong môi trường LAN, các gói có nhãn truyền tải gói lớp 3 đơn hướng (unicast) hay đa hướng (multicast) sử dụng giá trị 8847H và 8848H cho dạng Ethernet Các giá trị này được sử dụng trực tiếp trên phương tiện Ethernet (bao gồm cả Fast Ethernet và Gigabit Ethernet)

- Đối với kênh kết nối kiểu PPP, sử dụng giao thức điều khiển mạng

mới là MPLSCP (Giao thức điều khiển MPLS) Các gói MPLS được đánh dấu bởi giá trị 8281H trong trường giao thức PPP

- Các gói MPLS truyền qua mạng FR được đánh dấu bởi nhận dạng giao

thức lớp mạng SNAP của FR, tiếp theo mào đầu SNAP với giá trị 8847H cho dạng Ethernet

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

 Chuyển mạch nhãn trong chế độ khung

Quay trở lại ví dụ về chuyển mạch nhãn trong mạng MPLS chỉ ra trong hình 1.3

- Sau khi nhận được khung PPP lớp 2 từ LSR biên 1, LSR lõi 1 lập tức

nhận dạng gói nhận được là gói có nhãn dựa trên giá trị trường giao

thức PPP và thực hiện việc kiểm tra nhãn trong cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn (LFIB)

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

- Tại LSR lõi 3, nhãn được kiểm tra và nhãn số 28 được thay bằng nhãn số 37 và cổng ra được xác định Gói tin được chuyển tiếp tới LSR biên 4

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

Label

Address Prefix

Out Label

Out Place

Link Infor.

X 128.89.0.0/16 4 1

X 171.69.0.0/16 5 1

In Label

Address Prefix

Out Label

Out Place

Link Infor.

128.89.0.0/16 171.69.0.0/16

 Quá trình liên kết và lan truyền nhãn

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

Ngay sau khi cơ sở dữ liệu nhãn LIB được tạo ra trong LSR, nhãn được gán cho mỗi FEC mà LSR nhận biết được Trong trường hợp định tuyến dựa trên địa chỉ đích đơn hướng, FEC tương đương với prefix trong

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

nhãn mới sẽ được gán cho tuyến mới

Do LSR gán nhãn cho mỗi tiền tố IP (IP prefix) trong bảng định tuyến

của chúng ngay sau khi tiền tố 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 gọi là gán nhãn điều khiển độc lập với quá trình phân phối ngược không yêu cầu

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

1.4.2 Ch ế độ hoạt động tế bào MPLS

Khi triển khai MPLS qua ATM cần phải giải quyết một số vấn đề sau:

- Hiện tại không tồn tại một cơ chế nào cho việc trao đổi trực tiếp các gói IP giữa hai nút MPLS liền kề qua giao diện ATM Tất cả các số liệu trao đổi qua giao diện ATM phải được thực hiện qua kênh ảo ATM

- Các tổng đài ATM không thể thực hiện việc kiểm tra nhãn hay địa chỉ

lớp 3 Khả năng duy nhất của tổng đài ATM là chuyển đổi VC đầu vào sang VC đầu ra của giao diện ra

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

- Các gói IP trong mảng điều khiển không thể trao đổi trực tiếp qua giao

diện ATM Một kênh ảo VC phải được thiết lập giữa hai nút MPLS liền kề để trao đổi thông tin điều khiển

- Nhãn trên cùng trong ngăn xếp nhãn phải được sử dụng cho các giá trị VPI/VCI

- Các thủ tục gán và phân phối nhãn phải được sửa đổi để các tổng đài ATM không cần phải kiểm tra địa chỉ lớp 3

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

- Giao diện ATM điều khiển chuyển mạch nhón (LC-ATM): Là giao

diện ATM trong tổng đài hoặc trong bộ định tuyến mà giỏ trị VPI/VCI được gỏn bằng thủ tục điều khiển MPLS (LDP)

- ATM-LSR: Là tổng đài ATM sử dụng giao thức MPLS trong mảng điều khiển và thực hiện chuyển tiếp MPLS giữa cỏc giao diện LC-ATM trong mảng số liệu bằng chuyển mạch tế bào ATM truyền thống

- LSR theo khung: Là LSR chuyển tiếp toàn bộ cỏc khung giữa cỏc giao

diện của nú Bộ định tuyến truyền thống là một vớ dụ cụ thể của LSR loại này

- Miền ATM-LSR: Là tập hợp cỏc ATM-LSR kết nối với nhau thụng qua cỏc giao diện LC-ATM

- ATM-LSR biờn: Là LSR theo khung cú ớt nhất một giao diện LC-ATM

Bước 2: ATM-LSR lõi 1 gửi yêu cầu giá

trị nhãn X đến ATM-LSR lõi 3 LSR biên 1

Yêu cầu giá trị X

Yêu cầu giá trị X

Yêu cầu giá trị X

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

đến ATM-LSR lõi 1

Bước 6: Giá trị VPI/VCI nội vùng được gán bởi ATM-LSR lõi 1 gửi đến LSR biên 1 trả lời cho yêu cầu

Hỡnh 1.9: Phõn b ổ nhón trong mạng ATM-MPLS

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

Cấu trỳc MPLS đũi hỏi liờn kết thuần IP giữa cỏc mảng điều khiển của cỏc LSR liền kề để trao đổi liờn kết nhón cũng như cỏc gúi điều khiển khỏc Cơ cấu trao đổi thụng tin được thể hiện qua hỡnh 1.10

đến

Hỡnh 1.10: Trao đổi thụng tin giữa cỏc LSR cận kề

Ở chế độ hoạt động MPLS khung, yờu cầu này được đỏp ứng một cỏch đơn giản bởi cỏc thiết bị định tuyến cú thể gửi nhận cỏc gúi IP và cỏc gúi

cú nhón qua bất kỳ giao diện chế độ khung nào dự là LAN hay WAN Tuy nhiờn tổng đài ATM khụng cú khả năng đú Để cung cấp kết nối IP thuần

IP giữa cỏc ATM-LSR cú hai cỏch sau đõy:

• Thụng qua kết nối ngoài băng như kết nối Ethernet giữa cỏc

tổng đài

• Thụng qua kờnh ảo quản lý trong băng Phương ỏn này cú cấu

trỳc như hỡnh 1.11

Kờnh ảo điều khiển MPLS VC thụng thường sử dụng giỏ trị VPI/VCI

là 0/32 và bắt buộc sử dụng phương phỏp bọc gúi LLC/SNAP cho cỏc gúi

IP theo chuẩn RFC 1483 Khi triển khai MPLS trong tổng đài ATM-LSR phần điều khiển trung tõm của tổng đài ATM phải hỗ trợ thờm bỏo hiệu MPLS và giao thức thiết lập kờnh VC Hai loại giao thức này hoạt động song song Một số tổng đài của Cisco cú thể hỗ trợ ngay cho chức năng

mới này, một số loại khỏc thỡ cần nõng cấp phần firmware mới Trong trường hợp này, bộ điều khiển MPLS bờn ngoài cú thể được bổ sung vào tổng đài để đảm đương chức năng mới Liờn lạc giữa tổng đài và bộ điều khiển ngoài này chỉ hỗ trợ cỏc hoạt động đơn giản như thiết lập kờnh VC, cũn toàn bộ bỏo hiệu MPLS giữa cỏc nỳt được thực hiện bởi bộ điều khiển bờn ngoài

đài

Ma trận chuyển mạch ATM

Mảng số liệu

Ma trận chuyển mạch ATM

ATM-LSR biên

Mảng điều khiển MPLS

ATM-LSR biên

Mảng điều khiển MPLS trong tổng

đài

ATM-LSR biên Kênh ảo điều

khiển MPLS

Hỡnh 1 11: Cơ chế thiết lập kờnh ảo điều khiển MPLS

Bảng định tuyến nhãn trong mạng ATM được thể hiện như hình 1.12

Hình 1.12: B ảng định tuyến nhãn LFIB trong mạng ATM

 Chuyển tiếp các gói có nhãn qua miền ATM-LSR

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

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

- Các nút ATM-LSR chuyển mạch tế bào theo giá trị VPI/VCI trong mào đầu của tế bào theo cơ chế chuyển mạch ATM truyền thống Cơ

chế phân bổ và phân phối nhãn phải đảm bảo việc chuyển đổi giá trị VPI/VCI nội vùng và ngoại vùng là chính xác

- ATM-LSR tại biên lối ra (khỏi miền ATM-LSR) tái tạo lại các gói có nhãn từ các tế bào, thực hiện việc kiểm tra nhãn và chuyển tiếp tế bào đến LSR tiếp theo Việc kiểm tra nhãn dựa vào giá trị VPI/VCI

của tế bào đến mà không dựa vào nhãn trên đỉnh của ngăn xếp trong mào đầu nhãn MPLS do ATM-LSR giữa các biên của miền ATM-LSR chỉ thay đổi giá trị VPI/VCI mà không thay đổi nhãn bên trong các tế bào ATM Lưu ý rằng nhãn đỉnh của ngăn xếp được lập giá trị

bằng 0 bởi ATM-LSR biên lối vào trước khi gói có nhãn được phân chia thành các tế bào

 Phân bổ và phân phối nhãn trong miền ATM-LSR

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

dụng cơ chế giống như trong chế độ hoạt động khung Tuy nhiên nếu triển khai như vậy sẽ dẫn đến một loạt các hạn chế bởi mỗi nhãn được gán qua giao diện LC-ATM tương ứng với một ATM VC Vì số lượng kênh VC qua giao diện ATM là hạn chế nên cần giới hạn số lượng VC phân bổ qua LC-ATM ở mức thấp nhất Để đảm bảo được điều đó, các LSR phía sau

sẽ đảm nhận trách nhiệm yêu cầu phân bổ và phân phối nhãn qua giao diện LC-ATM LSR cần nhãn để gửi gói đến nút tiếp theo phải yêu cầu nhãn từ LSR phía trước nó Thông thường các nhãn được yêu cầu dựa trên nội dung bảng định tuyến mà không dựa vào luồng dữ liệu, điều đó đòi

hỏi nhãn cho mỗi đích trong phạm vi của nút kế tiếp qua giao diện ATM

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

bổ cho đích phía trước thì nó mới trả lời yêu cầu Nếu ATM-LSR không có nhãn phía trước đáp ứng yêu cầu của LSR phía sau thì nó sẽ yêu cầu nhãn

từ LSR phía trước nó và chỉ trả lời khi đã nhận được nhãn từ LSR phía trước nó

 Hợp nhất VC

Vấn đề hợp nhất VC (gán cùng VC cho các gói đến cùng đích) là một

vấn đề quan trọng cần giải quyết đối với các tổng đài ATM trong mạng MPLS Để tối ưu hoá quá trình gán nhãn ATM-LSR có thể sử dụng lại nhãn cho các gói đến cùng đích Tuy nhiên một vấn đề cần giải quyết là khi các gói đó xuất phát từ các nguồn khác nhau (các LSR khác nhau) nếu

sử dụng chung một giá trị VC cho đích thì sẽ không có khả năng phân biệt gói nào thuộc luồng nào và LSR phía trước không có khả năng tái tạo đúng các gói từ các tế bào Để tránh trường hợp này, ATM-LSR phải yêu cầu LSR phía trước nó phân bổ nhãn mới mỗi khi LSR phía sau nó đòi hỏi nhãn đến bất cứ đích nào ngay cả trong trường hợp nó đã có nhãn phân bổ cho đích đó Một số tổng đài ATM nhờ thay đổi nhỏ trong phần cứng có

thể đảm bảo được rằng hai luồng tế bào có cùng một VC không bao giờ xen kẽ nhau Các tổng đài này sẽ tạm lưu các tế bào trong bộ đệm cho đến khi nhận được tế bào có bit kết thúc khung mào đầu tế bào ATM Sau đó toàn bộ tế bào này được truyền ra kênh VC Như vậy bộ đệm trong các

tổng đài phải tăng thêm và một số vấn đề mới xuất hiện đó là độ trễ qua tổng đài tăng lên Chức năng hợp nhất kênh ảo VC này giảm tối đa số lượng nhãn phân bổ trong miển ATM-LSR

CHƯƠNG 2: CÁC GIAO THỨC SỬ DỤNG

TRONG MPLS

2.1 Giao th ức phân phối nhãn LDP

2.1.1 Khái quát v ề LDP

Giao thức phân phối nhãn được nhóm nghiên cứu MPLS của IETF xây dựng

và ban hành có tên là RFC3036 Phiên bản mới nhất được công bố năm 2001 đưa ra những định nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao thức LDP

Giao thức phân phối nhãn là một tập các các thủ tục và các bản tin mà các LSR sử dụng để thiết lập các đường chuyển mạch nhãn LSP bằng cách ánh xạ các thông tin định tuyến lớp mạng trực tiếp tới đường chuyển mạch lớp truyền dẫn dữ liệu Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói thông tin 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

Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tin LDP được truyền một cách tin cậy theo đúng thứ tự Các bản tin LDP có thể

xuất phát từ bất kỳ 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 phia sau liền kề Việc trao đổi các bản tin LDP có thể được xuất 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

mỗi LSR ghép nhãn đầu vào với nhãn đầu ra tương ứng trong LIB của nó

2.1.2 LDP Peers

Hai bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR sử dụng LDP để trao đổi thông tin ánh xạ Label/FEC được coi là LDP peer đối với thông tin đó và một phiên LDP

được thiết lập giữa chúng Một phiên đơn LDP cho phép mỗi peer học các thông tin ánh xạ nhãn từ các peer khác Giao thức này là hai chiều

2.1.3 Các b ản tin LDP

Các loại bản tin thường sử dụng là:

• INITIALIZATION (khởi tạo)

• KEEPALIVE (duy trì)

• LABEL MAPPING (gán nhãn/FEC)

• LABEL RELEASE (giải phóng nhãn)

• LABEL REQUEST (yêu cầu cấp nhãn)

• LABEL REQUEST ABORT (thu hồi yêu cầu cấp nhãn) Dưới đây là ý nghĩa của các bản tin này

INITIALIZATION

Các bản tin thuộc loại này được gửi khi bắt đầu một phiên LDP giữa hai LSR để trao đổi các tham số, các tuỳ chọn cho phiên Các tham số này bao gồm:

• Chế độ phân bổ nhãn

• Các giá trị bộ định thời

• Phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa hai LSR đó

Cả hai 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

KEEPALIVE

Các bản tin KEEPALIVE được gửi định kỳ khi không có bản tin nào được gửi để đảm bảo cho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDP

khác đang hoạt động tốt 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

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 xoá bỏ liên kết vừa thực hiện Bản tin này được sử dụng khi có sự thay đổi trong bảng định tuyến (thay đổi prefix địa chỉ) hay thay đổi trong cấu hình LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó

LABEL RELEASE

Bản tin này được LSR sử dụng khi nhận được một nhãn đã gán cho một FEC mà nó không cần nữa Điều đó thường xảy ra khi LSR nhận thấy nút tiếp theo cho FEC đó không phải là LSR quảng bá liên kết nhãn/FEC đó

Trong chế độ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu từ phía trước, LSR sẽ yêu cầu gán nhãn từ LSR lân cận phía trước sử dụng bản tin LABEL REQUEST Nếu bản tin LABEL REQUEST cần phải được thu hồi trước khi được chấp nhận (do nút kế tiếp trong FEC đã thay đổi), thì LSR yêu

cầu sẽ thu hồi yêu cầu với bản tin LABEL REQUEST ABORT

2.1.4 Trao đổi bản tin LDP

các phiên LDP giữa các LDP peer

• Bản tin Advertisement: được sử dụng để thiết lập, thay đổi, xoá các ánh xạ nhãn khỏi các FEC

• Bản tin Notification: được sử dụng để cung cấp các thông tin tư vấn và báo hiệu các thông tin lỗi

Khi một LSR muốn thông báo sự có mặt của nó trên mạng thì nó gửi bản tin Hello một cách định kỳ Bản tin này được gửi đi như là một gói UDP tới cổng LDP của tất cả các bộ định tuyến nằm cùng lớp mạng với nó LSR sẽ sử dụng bản tin Hello để thiết lập một phiên với một LSR khác, khi đó nó sử dụng thủ tục thiết lập LDP thông qua TCP Khi kết thúc thành công thủ tục thiết lập LDP thì hai LSR trở thành hai LDP peer và chúng có thể trao đổi bản tin Advertisement

2.1.5 Phát hi ện LSR lân cận

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

- Một LSR định kỳ gửi bản tin HELLO tới các cổng UDP đã biết của tất

cả các bộ định tuyến trong mạng con của nhóm multicast

- Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin HELLO này trên các cổng UDP của

nó 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

- Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR Phiên LDP là phiên hai chiều

2.1.6 Mã hoá TLV (Type – Length - Value)

Tất cả các bản tin LDP đều có một cấu trúc chung, chúng đều sử dụng lược

đồ mã hoá TLV (Type – Length - Value) để mã hoá thông tin Một bản tin LDP được mã hoá TLV bao gồm 14 bit để xác định kiểu (Type), 2 bit để xác định cách xử lý khi mà LSR không nhận dạng được trường Type Tiếp theo là trường Length có độ dài 2 octet và truờng Value có độ dài thay đổi

- Bit F (Forward unknown TLV bit): Bít này chỉ được sử dụng khi bit U

= 1 và bản tin LDP chứa TLV không xác định được chuyển tiếp Nếu

F = 0 thì TLV không xác định sẽ không được chuyển tiếp Nếu F = 1 thì nó được chuyển tiếp cùng với bản tin

- Type: Kiểu mã hoá trường Value

- Length: Độ dài trường giá trị theo đơn vị octet

- Value: Thông tin đã được mã hoá như đã chỉ ra trong trường Type

2.1.7 Các ch ế độ phân phối LDP

Chúng ta đã biết một số chế độ hoạt động trong việc phân phối nhãn như: không yêu cầu phía trước, theo yêu cầu phía trước, điều khiển LSP theo lệnh hay độc lập, duy trì tiên tiến hay lưu giữ Các chế độ này được thoả thuận bởi LSR trong quá trình khởi tạo phiên LDP

Khi LSR hoạt động ở chế độ duy trì lưu giữ, nó sẽ chỉ giữ những giá trị

nhãn/FEC mà nó cần tại thời điểm hiện tại Các chuyển đổi khác được giải phóng Ngược lại trong chế độ duy trì tiên tiến, LSR lưu giữ tất cả các chuyển đổi mà nó được thông báo ngay cả những chuyển đổi không được sử dụng tại

thời điểm hiện tại Hoạt động của chế độ này như sau:

- LSR1 gửi liên kết nhãn vào một số FEC đến một trong các LSR kế tiếp (LSR2) cho FEC đó

- LSR2 nhận thấy LSR1 hiện đang không phải là nút tiếp theo đối với FEC đó và nó không thể sử dụng liên kết này cho mục đích chuyển tiếp tại thời điểm hiện tại nhưng nó vẫn giữ liên kết này lại

- Tại thời điểm nào đó sau này có sự xuất hiện thay đổi định tuyến và LSR1 trở thành nút tiếp theo của LSR2 đối với FEC đó thì LSR2 sẽ

cập nhật thông tin trong bảng định tuyến tương ứng và có thể chuyển tiếp các gói có nhãn đến LSR1 trên tuyến mới Việc này được thực hiện một cách tự động mà không cần đến báo hiệu LDP hay quá trình phân bổ nhãn mới

Ưu điểm lớn nhất của chế độ duy trì tiên tiến là khả năng phản ứng nhanh hơn khi có sự thay đổi định tuyến Nhược điểm lớn nhất là lãng phí

bộ nhớ và nhãn Điều này đặc biệt quan trọng và có ảnh hưởng rất lớn đối với những thiết bị lưu giữ bảng định tuyến trong phần cứng như ATM-LSR Thông thường chế độ duy trì lưu giữ nhãn được sử dụng cho các ATM-LSR

2.2 Giao th ức định tuyến cưỡng bức CR-LDP

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

2.2.1 Khái ni ệm về định tuyến cưỡng bức

Trước hết chúng ta xem xét cơ chế định tuyến truyền thống sử dụng trong mạng IP ví dụ như mạng Internet Một mạng có thể được mô hình hoá như tập hợp các hệ thống độc lập (AS), trong đó việc định tuyến ở mỗi AS tuân theo giao thức định tuyến nội vùng (Intradomain) Con việc định tuyến giữa các AS tuân theo giao thức định tuyến liên vùng (Interdomain) Các giao thức định tuyến nội vùng có thể là RIP, OSPF và IS-IS, còn giao thức định tuyến liên vùng đang được sử dụng là BGP

Cơ chế tính toán xác định đường trong các giao thức định tuyến nội vùng tuân theo thuật toán tối ưu Trong trường hợp giao thức RIP thì đó là tối ưu số nút mạng trên đường Chúng ta biết rằng bao giờ cũng có thể lựa chọn nhiều đường để đi đến một đích RIP sử dụng thuật toán Bellman-Ford để xác định sao cho đường đi sẽ qua số nút mạng ít nhất Trong trường hợp OSPF hoặc IS-IS thì

sử dụng thuật toán tìm đường ngắn nhất Nhà quản trị mạng ứng với giao thức OSPF (hoặc IS-IS) sẽ ấn định cho mỗi kênh trong mạng một giá trị tương ứng với độ dài của kênh đó OSPF (hoặc IS-IS) sẽ sử dụng thuật toán tìm đường ngắn nhất Dijkstra để lựa chọn đường ngắn nhất trong số các đường có thể kết

nối đến đích

Chúng ta có thể định nghĩa thuật toán cưỡng bức như sau: Một mạng có thể được biểu diễn dưới dạng sơ đồ theo V và E (V,E) trong đó V là tập hợp các nút mạng và E là tập hợp các kênh kết nối giữa các nút mạng Mỗi kênh sẽ có các đặc điểm riêng Đường kết nối giữa nút thứ nhất đến nút thứ hai trong cặp phải thoả mãn một số điều kiện ràng buộc Tập hợp các điều kiện ràng buộc này được coi là các đặc điểm của các kênh và chỉ có nút đầu tiên và chỉ có nút đầu tiên trong cặp đóng vai trò khởi tạo đường kết nối mới biết các đặc điểm này Nhiệm

vụ của định tuyến cưỡng bức là tính toán xác định đường kết nối từ nút này đến nút kia sao cho đuờng này không vi phạm các điều kiện ràng buộc và là một

phương án tối ưu theo một tiêu chí nào đó (số nút ít nhất hoặc đường đi ngắn

nhất) Khi đã xác định đuợc một đường kết nối thì định tuyến cưỡng bức sẽ thực

hiện thiết lập, duy trì và chuyển trạng thái kết nối dọc theo các kênh trên đường Điểm khác nhau chính giữa định tuyến IP truyền thống và định tuyến cưỡng bức là: thuật toán định tuyến IP truyền thống chỉ tìm ra đường tối ưu ứng với một tiêu chí (ví dụ như số nút nhỏ nhất); trong khi đó thuật toán định tuyến cưỡng bức vừa tìm ra một đường tối ưu theo một tiêu chí nào đó đồng thời phương án đó phải không vi phạm điều kiện ràng buộc Yêu cầu không vi phạm điều kiện ràng buộc là điểm khác nhau cơ bản để phân biệt giữa định tuyến cưỡng bức và định tuyến thông thường

Một điều kiện ràn buộc là điều kiện giúp ta tìm ra một đường có các tham số

hoạt động nhất định Ví dụ, chúng ta muốn tìm một đường với độ rộng băng tần khả dụng nhỏ nhất Trong trường hợp đó điều kiện ràng buộc sẽ được đưa vào thuật toán để tìm đường và số liệu đầu vào ít nhất phải có là độ rộng băng tần khả dụng của tất cả các kênh dọc theo đường Đặc điểm của kênh cần quan tâm

ở đây là là độ rộng băng tần khả dụng Các đường khác nhau trong mạng có thể

có các điều kiện ràng buộc về độ rộng băng tần khác nhau tương ứng Điều đó

có nghĩa là đối với một cặp nút, một đường từ nút đầu tiên trong cặp đến nút thứ hai có thể yêu cầu một giá trị của độ rộng băng tần khả dụng nhỏ nhất, trong khi

đó một cặp nút khác thì lại yêu cầu giá trị khác của độ rộng băng tần khả dụng

nhỏ nhất

Một điều kiện ràng buộc khác có thể là quản trị Ví dụ, một nhà quản trị muốn ngăn không cho một lưu lượng loại nào đó đi qua một số kênh nhất định trong mạng, trong đó các kênh được xác định bởi các đặc điểm cụ thể Trong trường hợp đó điều kiện ràng buộc sẽ được đưa vào thuật toán định tuyến để xác định đường nào là lưu lượng lượng đó không được đi qua Hoặc nhà quản trị mạng lại muốn một lưu lượng loại nào đó chỉ được đi qua các kênh nhất định

trong mạng và các kênh cũng được xác định bằng các đặc điểm cụ thể Khi đó điều kiện ràng buộc cũng được đưa vào thuật toán định tuyến để xác định đường

đi cho lưu lượng chỉ có thể đi qua các kênh có đặc điểm thoả mãn điều kiện đặt

ra

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

Phương pháp định tuyến IP thuần tuý không thể hỗ trợ được phương thức định tuyến cưỡng bức trong đó các điều kiện ràng buộc có thể là tính năng hoặc quản lý hoặc cả hai Nguyên nhân chính là định tuyến cưỡng bức yêu cầu tuyến

phải được tính toán và xác định từ phía nguồn Mà các nguồn khác nhau có thể

có các điều kiện ràng buộc khác nhau đối với một đường đến cùng một đích Các điều kiện ràng buộc tương ứng với bộ định tuyến của một nguồn cụ thể chỉ được biết đến bởi bộ định tuyến đó mà thôi, không một bộ định tuyến nào khác trong mạng có thể biết được các điều kiện này Ngược lại đối với định tuyến IP thuần tuý, một tuyến được tính toán xác định bởi tất cả các bộ định tuyến phân tán trong toàn mạng

Một nguyên nhân nữa để phương pháp định tuyến IP không thể hỗ trợ được định tuyến cưỡng bức là: khi một đường được xác định bởi nguồn thì mô hình chuyển tiếp đường được sử dụng trong phương pháp định tuyến IP thuần tuý lại không được hỗ trợ bởi phương pháp định tuyến cưỡng bức Đối với phương pháp định tuyến cưỡng bức cần có một số khả năng định tuyến “hiện” (hoặc

“nguồn”) vì các nguồn khác nhau có thể tính toán xác định các đường khác nhau đến cùng một đích, vì vậy chỉ có thông tin về đích là không đủ để có thể xác định đường truyền cho các gói tin

Nguyên nhân cuối cùng là, đối với phương pháp định tuyến cưỡng bức thì

việc tính toán xác định đường phải tính đến các thông tin về đặc điểm tương ứng của từng kênh trong mạng Có một vài cách để truyền các thông tin này trong mạng Trong phương pháp định tuyến IP thuần tuý không hỗ trợ yêu cầu này Các giao thức định tuyến truyền thống dựa vào trạng thái kênh (OSPF, IS-IS) chỉ truyền đi các thông tin bận/rỗi và độ dài của từng kênh Các giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách (RIP) chỉ truyền đi các thông tin địa chỉ nút tiếp theo và khoảng cách

Định tuyến cưỡng bức không được hỗ trợ bởi các phương pháp định tuyến IP thuần tuý không có nghĩa là định tuyến IP thuần tuý không thể bổ sung thêm để

hỗ trợ các chức năng tương ứng; trong thực tế có thể thực hiện được điều này

Bằng cách nâng cấp các bộ định tuyến IP thuần tuý ta có thể xây dựng được một

hệ thống định tuyến có khả năng kết hợp hỗ trợ cả định tuyến IP thuần tuý và định tuyến cưỡng bức Đối với những hệ thông định tuyến kiểu này một số kiểu lưu lượng có thể được định tuyến dựa trên phương pháp định tuyến đơn giản trong khi một vài kiểu lưu lượng khác lại được định tuyến dựa trên phương pháp định tuyến cưỡng bức

phải có đầy đủ các thông tin cần thiết để tính toán xác định đường Các thông tin mà phía nguồn sử dụng có thể là một phần thông tin có sẵn trong cơ sở dữ liệu của nguồn (các thông tin về điều kiện ràng buộc của các đường khác nhau xuất phát từ nguồn) và các thông tin mà phía