Kỹ thuật lưu lượng và cung cấp qos trong MPLS

Đề tài nghiên cứu về kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức, các khía cạnh của kỹ thuật lưu lượng nhằm nâng cao khả năng cung cấp QoS cho MPLS trên cơ sở bảo vệ và khôi phục đường dẫn, đ

NGUYỄN DUY NHẬT VIỄN

KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG VÀ CUNG CẤP QoS TRONG MPLS

Chuyên ngành : Kỹ thuật Vô tuyến - Điện tử

Mã số ngành : 02.07.01

LUẬN VĂN THẠC SỸ

Tp Hồ Chí Minh, tháng 5, năm 2003

-!"# -

-!"# -NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ Họ và Tên học viên: NGUYỄN DUY NHẬT VIỄN Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 17-08-1974 Nơi sinh: Tp Đà nẵng Chuyên ngành: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Mã số: 1011148 I TÊN ĐỀ TÀI: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG VÀ CUNG CẤP QoS TRONG MPLS II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15-05-2003

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS PHẠM HỒNG LIÊN

VI HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: PGS TS NGUYỄN KIM

SÁCH

VII HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: ThS.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ NHẬN XÉT 1 CÁN BỘ NHẬN XÉT 2

TS Phạm Hồng Liên PGS TS Nguyễn Kim Sách Th.S.

Nội dụng và đề cương luận văn thạc sỹ đã được Hội đồng Chuyên ngành thông qua

Ngày tháng năm 2003

Tôi xin cảm ơn sự hướng dẫn tận tìnhcủa Cô giáo hướng dẫn: TS Phạm Hồng Liên,xin cảm ơn sự dạy dỗ nhiệt tình của các thầycô giáo thuộc bộ môn Điện tử Viễn thông khoaĐiện - Điện tử, trường Đại học Bách khoa TpHồ Chí Minh, xin cảm ơn sự giúp đỡ của cácđồng nghiệp trong bộ môn Điện tử Viễn thôngkhoa Công nghệ Thông tin - Điện tử và Viễnthông, trường Đại học Kỹ thuật Đại học Đànẵng và cuối cùng xin cảm ơn bạn bè và nhữngngười thân đã hổ trợ cho tôi rất nhiều trongkhoảng thời gian thực hiện luận án.

Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multi Protocol Label Switching) được IETF (Internet Engineering Task Force) đề xuất khoảng giữa thập niên 90 đã chứng

tỏ được các ưu điểm của mình về mặt đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin mà cácgiải pháp mô hình chồng phủ hiện nay không thể đáp ứng được

Tuy nhiên, kỹ thuật lưu lượng và cụ thể là việc cung cấp chất lượng dịch vụQoS trong MPLS chưa được khai thác hết và là một trong những thách thức lớn đốivới các nhà điều hành mạng, các kỹ sư lưu lượng, các nhà phân tích, đánh giá và cácnhà nghiên cứu viễn thông nói chung

Đề tài nghiên cứu về kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức, các khía cạnh của kỹ thuật lưu lượng nhằm nâng cao khả năng cung cấp QoS cho MPLS trên cơ sở bảo vệ và khôi phục đường dẫn, định tuyến chất lượng dịch vụ (QoS routing) và dịch vụ phân biệt (Differential Service) trong MPLS.

Luận văn được chia thành 9 chương với các nội dung chính như sau:

Chương 1: Đặt vấn đề và tình hình hiện nay

Trình bày về xu hướng phát triển và các vấn đề của Internet hiện nay, đócũng chính là nguyên nhân ra đời MPLS

Chương 2: Kỹ thuật lưu lượng trong Internet

Cùng với chương 1, chương này giới thiệu một số kỹ thuật được đề xuất để ápdụng trong Internet đương đại, các mô hình đa dịch vụ, hỗ trợ QoS ở lớp IP, lớp tuyếndữ liệu và lớp vật lý để cho thấy những khó khăn trong việc cung cấp QoS cho mạngInternet hiện nay

Chương 3: chuyển mạch nhãn đa giao thức

Trình bày các khái niệm tổng quan về MPLS, các cơ chế kỹ thuật lưu lượngcho MPLS làm nổi bậc các ưu điểm tiềm tàng của MPLS so với các vấn đề đã đề cậpcủa chương trước

Chương 4: Các yêu cầu về kỹ thuật lưu lượng trong MPLS

Giới thiệu khái quát về kỹ thuật lưu lượng, các yêu cầu về kỹ thuật lưu lượngtrong MPLS do các giới hạn của cơ chế IGP hiện nay Các bài toán cơ bản và tăngcường khả năng của kỹ thuật lưu lượng qua MPLS, các thuộc tính và các đặc trưngtrung kế lưu lượng, thuộc tính tài nguyên và định tuyến cơ sở ràng buộc

Chương 5: Bảo vệ và khôi phục đường dẫn trong MPLS

Bảo vệ và khôi phục đường dẫn trong MPLS là một trong những khía cạnhnhằm nâng cao khả năng cung cấp QoS, chương này nêu các khái niệm cơ sở củaviệc bảo vệ và khôi phục đường dẫn, các cơ chế toàn cục Makam, cơ chế cục bộShortest Dynamic, Simple Dynamic, Simple Static và cơ chế đảo

tuyến cơ sở ràng buộc, chương này giới thiệu các thông tin chọn đường và các giảithuật, đề xuất xây dựng cơ chế định tuyến chất lượng dịch vụ dựa trên việc mở rộnggiao thức OSPF version 2.

Chương 7: MPLS và DiffServ

Trình bày nội dung của dịch vụ phân biệt, miền dịch vụ phân biệt, dạng hành

vi từng chặng, các router MPLS và DiffServ, hoạt động đo lường, phân lớp, mã điểmdịch vụ phân biệt, sử dụng nhãn MPLS trong DiffServ cho các mã điểm dịch vụ phânbiệt và các router chuyển mạch nhãn, tập hợp trình tự và các đường dẫn chuyển mạchnhãn

Chương 8: Thiết kế thực hiện, mô phỏng và đánh giá

Giới thiệu kiến trúc node MPLS, các hàm API và việc xây dựng mạng MPLS

trên trình mô phỏng Network Simulator Version 2.11b9 và thực hiện mô phỏng với

các kịch bản về định tuyến tường minh, định tuyến cơ sở ràng buộc, khôi phục và bảovệ đường dẫn, định tuyến QoS và DiffServ

Chương 9: Kết luận và hướng phát triển của đề tài.

Trong khoảng thời gian có hạn, với một mảng lớn kiến thức mới và kế thừacao, khó khăng trong vấn đề thực tế và mô phỏng nên đề tài không khỏi tồn tại nhiềuthiếu sót Mong quý thầy cô giáo, các anh chị và các bạn góp ý đề hoàn thiện thêmvề mặt nội dung

Thành phố HCM, tháng 5 năm 2003

NGƯỜI THỰC HIỆN

Nguyễn Duy Nhật Viễn

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ TÌNH HÌNH HIỆN NAY 1

1.1 XU HƯỚNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ CỦA SỰ PHÁT TRIỂN INTERNET: 1

1.1.1 Khái niệm chung về Internet: 1

1.1.2 Các xu hướng và vấn đề phát triển trong Internet Backbone: 2

1.2 CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MULTI PROTOCOL LABEL SWITCHING: MPLS) 4

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG INTERNET 7

2.1 GIỚI THIỆU: 7

2.2 GIAO THỨC INTERNET: 7

2.2.1 Các mô hình mạng đa dịch vụ: 9

2.2.2 Hỗ trợ QoS ở lớp mạng IP: 12

2.2.3 Hỗ trợ QoS cho các dịch vụ IP ở lớp tuyến dữ liệu: 15

2.2.4 Hỗ trợ QoS cho các dịch vụ ở lớp vật lý: 20

2.3 KẾT LUẬN 22

CHƯƠNG 3 CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS 23

3.1 TỔNG QUAN VỀ MPLS 23

3.2 CÁC KHÁI NIỆM CHÍNH TRONG MPLS: 24

3.2.1 Các thành phần và các cơ chế LDP: 25

3.2.2 Chọn đường 37

3.2.3 Các kiểu phân bố nhãn 37

3.2.4 Các kiểu điều khiển LSP 38

3.3 CÁC CƠ CHẾ KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG CỦA MPLS: 42

3.3.1 TE-RSVP 43

3.3.2 CR-LDP 44

3.3.3 So sánh giữa hai kỹ thuật lưu lượng sử dụng trong MPLS 45

3.3.4 Thiết lập và duy trì CR-LDP 46

3.3.5 Thiết lập một CR-LSP để hỗ trợ các ứng dụng nhạy cảm suy hao 48

3.3.6 Thiết lập CR-LSR để hỗ trợ các ứng dụng không nhạy với suy hao 48

3.4 KẾT LUẬN 48

CHƯƠNG 4 CÁC YÊU CẦU VỀ KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG QUA MPLS 49

4.1 TỔNG QUAN 49

4.2 KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG: 49

4.2.1 Các đối tượng thi hành của kỹ thuật lưu lượng: 49

4.2.2 Điều khiển lưu lượng và tài nguyên: 51

4.2.3 Giới hạn của cơ chế IGP hiện nay 51

4.3 MPLS VÀ KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG 52

4.3.1 Đồ thị MPLS thuyết phục 53

4.3.2 Bài toán cơ bản của Kỹ thuật Lưu lượng qua MPLS 53

4.4 TĂNG CƯỜNG CÁC KHẢ NĂNG CHO KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG

4.5.1 Trung kế lưu lượng hai hướng 55

4.5.2 Các hoạt động cơ bản trên các trung kế lưu lượng 56

4.5.3 Theo dõi tính toán và thực hiện 56

4.5.4 Các thuộc tính của Kỹ thuật Lưu lượng cơ bản của các trung kế lưu lượng 56

4.5.5 Thuộc tính tham số lưu lượng 57

4.5.6 Thuộc tính chọn lọc và quản lý đường dẫn chung 57

4.5.7 Thuộc tính ưu tiên 61

4.5.8 Thuộc tính sự chiếm trước 61

4.5.9 Thuộc tính đàn hồi 62

4.5.10 Thuộc tính chính sách 63

4.6 THUỘC TÍNH TÀI NGUYÊN 63

4.6.1 Bộ nhân cấp phát cực đại 63

4.6.2 Thuộc tính lớp tài nguyên 64

4.7 ĐỊNH TUYẾN CƠ SỞ RÀNG BUỘC 65

4.7.1 Đặc tính cơ bản của định tuyến cơ sở ràng buộc 66

4.7.2 Các lưu ý thi hành 66

4.8 KẾT LUẬN 67

CHƯƠNG 5 BẢO VỆ VÀ KHÔI PHỤC ĐƯỜNG DẪN TRONG MPLS 68

5.1 TỔNG QUAN: 68

5.2 CHU KỲ KHÔI PHỤC 69

5.2.1 Mô hình khôi phục MPLS 69

5.2.2 Mô hình chu kỳ MPLS đảo 70

5.2.3 Mô hình chu kỳ tái định tuyến động: 71

5.3 NỀN TẢNG KHÔI PHỤC MPLS CƠ SỞ 72

5.3.1 Cấu hình khôi phục: 72

5.3.2 Bắt đầu thiết lập đường dẫn 73

5.3.3 Bắt đầu phân bố tài nguyên: 73

5.3.4 Phạm vi khôi phục: 74

5.3.5 Phát hiện lỗi 75

5.3.6 Thông báo sự cố 76

5.3.7 Hoạt động chuyển đổi qua 76

5.3.8 Hoạt động chuyển đổi lại 76

5.4 CÁC CƠ CHẾ BẢO VỆ VÀ KHÔI PHỤC ĐƯỜNG DẪN TRONG MPLS 76

5.4.1 Cơ chế toàn cục 77

5.4.2 Cơ chế cục bộ Shortest-Dynamic 78

5.4.3 Cơ chế cục bộ Simple-Dynamic 78

5.4.5 Cơ chế cục bộ Simple-Static 79

5.4.6 Cơ chế đảo 79

5.5 KẾT LUẬN 79

CHƯƠNG 6 ĐỊNH TUYẾN CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ 80

6.1 TỔNG QUAN 80

6.3.1 Các phép đo 82

6.3.2 Sự công bố của thông tin trạng thái tuyến 83

6.3.3 Chọn đường dẫn 84

6.4 MỞ RỘNG GIAO THỨC OSPF 86

6.4.1 Các khả năng tuỳ chọn QoS 86

6.4.2 Mã hoá các tài nguyên như TOS mở rộng 87

6.4.4 Các định dạng gói: 90

6.5 THỰC HIỆN CÁC MỞ RỘNG QOS CỦA OSPF 90

6.5.1 Đối tượng và phạm vi thiết kế 90

6.5.2 Kiến trúc 91

6.6 KẾT LUẬN 92

CHƯƠNG 7 MPLS VÀ DIFFSERV 93

7.1 NỘI DUNG CỦA DIFFSERV 93

7.2 MIỀN DỊCH VỤ PHÂN BIỆT: 93

7.3 CÁC DẠNG CỦA CÁC HÀNH VI TỪNG CHẶNG 94

7.4 CÁC ROUTER MPLS VÀ DIFFSERV 96

7.5 PHÂN LỚP VÀ KIỂM TRA LƯU LƯỢNG 96

7.5.1 Các bộ phân lớp DS 96

7.5.2 Tập hợp hành vi, tập hợp trình tự và các LSP 97

7.6 CÁC HOẠT ĐỘNG PHÂN LỚP 99

7.7 CÁC HOẠT ĐỘNG ĐO LƯỜNG 99

7.8 MÃ ĐIỂM DS 100

7.8.1 Các mã điểm ấn định 101

7.8.2 Các mã điểm cho chuyển tiếp đảm bảo 102

7.9 CÁC DSCP VÀ LSR SỬ DỤNG CÁC NHÃN MPLS 102

7.10 TẬP HỢP TRÌNH TỰ VÀ CÁC LSP MPLS 102

7.10.1 Các LSP EXP suy ra PSC 103

7.10.2 Các LSP nhãn suy ra PSC 103

7.10.3 Dự trữ băng thông cho E-LSP và L-LSP 103

7.11 KẾT LUẬN 103

CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ, THỰC HIỆN MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 104

8.1 GIỚI THIỆU 104

8.1.1 Kiến trúc của node MPLS 104

8.1.2 Các hàm API cho LPD và CR-LDP 106

8.1.4 Xây dựng một mạng MPLS .106

8.2 KIẾNTRÚC CỦA TRÌNH MÔ PHỎNG MẠNG MPLS 107

8.2.1 Lĩnh vực hoạt động cuả trình mô phỏng mạng MPLS 107

8.2.2 Khái niệm mô hình hỗ trợ QoS 108

8.3 THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN CỦA TRÌNH MÔ PHỎNG MẠNG MPLS 109

8.3.1 Xử lý lưu lượng thời gian thực của MPLS 109

8.3.2 Dự trữ tài nguyên .109

8.4.1 Kịch bản 1: Định tuyến tường minh trong MPLS 110

8.4.2 Kịch bản 2: Định tuyến cơ sở ràng buộc 112

8.4.3 Kịch bản 3: Định truyến tường minh với yêu cầu băng thông vượt quá băng thông sẵn có trên tuyến 113

8.4.4 Kịch bản 4: Định tuyến cơ sở ràng buộc với băng thông yêu cầu vượt quá băng thông sẵn có trên tuyến 115

8.4.5 Kịch bản 5: Định tuyến cơ sở ràng buộc với quyền ưu tiên chiếm trước (preemption) 116

8.4.6 Kịch bản 6: Định tuyến cơ sở ràng buộc với quyền ưu tiên chiếm trước (preemption) với độ ưu tiên khác nhau 118

8.4.7 Kịch bản 7: Khôi phục và bảo vệ đường dẫn theo tái định tuyến drop 120

8.4.8 Kịch bản 8: Khôi phục và bảo vệ đường dẫn theo tái định tuyến L3 data control .122

8.4.9 Kịch bản 9: Khôi phục và bảo vệ đường dẫn theo tái định tuyến L3 control driven .123

8.4.10 Kịch bản 10: Khôi phục và bảo vệ đường dẫn theo tái định tuyến Simple-Dynamic 124

8.4.11 Kịch bản 11: Khôi phục và bảo vệ đường dẫn theo tái định tuyến Haskin.125 8.4.12 Kịch bản 12: Khôi phục và bảo vệ đường dẫn theo tái định tuyến Makam.126 8.4.13 Kịch bản 13: Khôi phục và bảo vệ đường dẫn theo tái định tuyến Shortest-Dynamic 128

8.4.14 Kịch bản 14: Định tuyến QoS 130

8.4.15 Kịch bản 15: Định tuyến QoS với băng thông yêu cầu băng thông lớn 131

8.4.16 Kịch bản 16: Diffserv 132

CHƯƠNG 9 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 136

THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT 137

TÀI LIỆU THAM KHẢO 142

AF Assured Forwarding Chuyển tiếp đảm

bảo

Cung cấp các lớp khác nhau đảm bảo chuyển tiếp cho các gói IP nhận được từ một user Có 4 lớp AF được định nghĩa và mỗi lớp có 3 giá trị ưu tiên rơi.

AR Access Router Router truy cập

AS Autonomous

System Hệ thống tự trị

Là một miền định tuyến có chung quyền quản lý và thích hợp với chính sách định tuyến nội Một hệ thống tự trị AS có thể tham gia vào nhiều giao thức định tuyến bên trong một miền và giao tiếp với các AS khác qua một giao thức định tuyến miền chung

BA Behavioral

Aggregate Tập hợp hành vi Tập hợp các gói có chung đặc trưng, định danh và đáp ứng của mạng

BGP Border Gatewate

Protocol Giao thức cổng biên

BR Border Router Router biên

Định tuyến cơ sở ràng buột trên mỗi node

tự động tính toán những đường tường minh cho mỗi trung kế lưu lượng từ node nguồn Trong trường hợp này, mỗi trung kế lưu lượng là một đặc trưng của đường dẫn chuyển mạch nhãn mà thoả yêu cầu được biểu thị trong thuộc tính của trung kế, chịu những ràng buột bởi tài nguyên sẵn có, chính sách quản lý, thông tin trạng thái của topo

CBS Committed Burst

Size

Kích thước cụm uỷ thác

Kích thước cụm tối đa cho phép ở tốc độ

dữ liệu uỷ thác CDR Khi một bucket CBS đầy thì nó tràn vào trong bucket EBS

CDR Committed Data

Rate

Tốc độ dữ liệu uỷ thác

Tốc độ mà miền MPLS uỷ thác cho LSP Nó được xác định với các tham số tốc

CR-độ dữ liệu uỷ thác (CDR) và kích thước cụm uỷ thác (CBS)

CLIP Classical IP IP kinh điển

CR Core Router Router trung tâm

sở ràng buột

DD Diffirentiated+B13

Service Domain

Miền dịch vụ phân biệt

Bao gồm một tập liên tục các node đồng ý hay bất đồng dịch vụ phân biệt về một tập hợp chung của các chính sách cung cấp dịch vụ

DF Default Forwarding Chuyển tiếp mặc

định

Miền MPLS DS không có đáp ứng đặc biệt trong một gói

THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT

DSCP Service Code Point Mã điểm dịch vụ

EBS Excess Burst Size Kích thước cụm

vượt

Đo phạm vi cho lưu lượng được gởi trên đường dẫn vượt qua tốc độ dữ liệu uỷ thác CDR Nó được định nghĩa như một giới hạn thêm vào trong bucket thẻ CDR

EF Expedited

Forwarding Chuyển tiếp xúc tiến

Phương thức đảm bảo các gói có độ trễ và suy hao thấp, tốc độ gói di chuyển khỏi bộ đệm lớn hơn bằng tốc độ gói đưa vào bộ đệm

FAC Flow Admission

Control

Điều khiển chấp nhận luồng

Quá trình này xác định một tuyến hay một node đủ tài nguyên để thoả mãn QoS được yêu cầu cho một luồng FAC được ứng dụng tiêu biểu bởi mỗi node trên đường dẫn của luồng trong thời gian thiết lập để kiểm tra tài nguyên sẵn có cục bộ.

FEC Forwarding

Equivalence Class

Lớp chuyển tiếp tương đương

Tập hợp các gói được đối xử như nhau bởi các router, nghĩa là chúng được chuyển tiếp cùng giao tiếp với cùng chặng tiếp theo

HLAC High-Level

Admission Control

Điều khiển chấp nhận lớp cao

Là quá trình xác nhận có một luồng được thiết lập hay không dựa trên sự đánh giá và các yêu cầu chính sách của toàn bộ sự sử dụng tài nguyên của một luồng.HLAC có thể trả về một sự cố ngay cả khi FAC ở mỗi node của luồng chỉ thị có đủ tài nguyên sẵn có.

HR Hosting Router Router chủ

IETF Internet Engineering

Task Force

IGP Interior Gatewate

Protocol

Giao thức cổng nội bộ

ILM Incoming Label Map Ánh xạ nhãn đưa

đến

Ánh xạ mỗi nhãn đưa đến tới một tập hợp các NHLFE Sử dụng khi chuyển tiếp gói dán nhãn

ISA Integrated Service

Architecture

Kiến trúc dịch vụ tích hợp

ISP Internet Service

Provider

Nhà cung cấp dịch vụ

LAN Local Area Network Mạng cục bộ

LANE LAN Emulation Mô phỏng mạng

LDP Label Distribution

Protocol

Giao thức phân bố nhãn

Tập hợp các thủ tục và thông điệp mà các LSR thiết lập các đường dẫn chuyển mạch nhãn qua mạng bởi việc ãnh ạ thông tin định tuyến lớp mạng trực tiếp đến các đường dẫn chuyển mạch lớp tuyến dữ liệu

LER Label Edge Router Router chuyển mạch

LSA Link State

Advertisements

Công bố trạng thái tuyến

LSP Label Switching

Path

Đường dẫn chuyển mạch nhãn

Là đường dẫn từ ngõ vào đến ngõ ra xây dựng qua các node MPLS để chuyển tiếp các gói đã đòng gói MPLS của một FEC nào đó

LSR Label Switching

Router

Router chuyển mạch nhãn

Chuyển tiếp các gói ở lớp 3 và chuyển tiếp khung đóng gói ở lớp 2

MAC Medium Access

Control

Điều khiển truy cập trung gian

MAN Metropolitan Area

Network Mạng khu vực đô thị

MPOA Multi-Protocol Over

ATM

Đa giao thức qua ATM

Hoạt động ở lớp 2 và lớp 3, có khả năng cung cấp nối kết lớp 3 trực tiếp qua ATM khi sử dụng các luồng tắt để khai thác các đặc tính của ATM

NAP Network Access

Point Điểm truy cập mạng

NHLFE Next Hop Label

Forwarding Entry

Mục chuyển tiếp chặng tiếp theo Được sử dụng đối với gói dán nhãn

NHRP Next Hop Resolution

NHS Next Hop Server Server chặng kế

OA Ordered Aggregate Tổng hợp trình tự Tập hợp các BA có cùng ràng buột về thứ tự

OC Optical Carrier Vật mang quang

OSPF Open Shortest Path

First

Đường dẫn ngắn nhất mở đầu

Giao thức định tuyến IP nội bộ thuộc giao thức định tuyến trạng thái đường

PBS Peak Burst Size Kích thước cụm đỉnh Kích thước tối đa của cụm cho phép ở tốc độ đỉnh PDR

PDR Peak Data Rate Tốc độ dữ liệu đỉnh

Tốc độ tối đa mà lưu lượng có thể được gởi đến đường dẫn chuyển mạch nhãn định tuyến cơ sở ràng buột (CR-LSP) Nó được định nghĩa với một bucket thẻ với các tham số tốc độ đỉnh (PDR) và kích thước cụm đỉnh (PBS).

PHB Per Hop Behavior Hành vi từng chặng

Việc chuyển tiếp được tiến hành trên cơ sở từng chặng do node dịch vụ phân biệt quyết định sự chuyển tiếp Tại mỗi node mã điểm dịch vụ phân biệt được sử dụng để chọn PHB xác định một lịch trình đối xử cho gói và có thể đánh rơi gói.

PIL Protection Ingress

LSR mà có thể kết thúc một FIS và bắt đầu chuyển mạch bảo vệ cho đường dẫn hoạt động đến đường dẫn khôi phục

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

QoSR QoS Routing Định tuyến QoS

Xác định đường dẫn cho một luồng trên cơ

sở nhận biết tài nguyên có sẵn trong mạng theo các yêu cầu QoS của luồng.

RED Random Early

SAP Service Access

Point

Điểm truy cập dịch vụ

SONET Synchronous

Optical Network Mạng quang đồng bộ

Là một tiêu chuẩn cho các hệ thống truyền dẫn kết nối quang và vận chuyển các dữ liệu của user trong các container Là công

cụ truyền dẫn quang lớp vật lý được thiết

kế để cung cấp một mô hình truyền dẫn toàn bộ và mô hình ghép kênh với tốc độ truyền dẫn Gigabits/s và là một hệ thống vận hàng và quản lý hoàn chỉnh

TCP Transmition Control

Protocol

Giao thức điều khiển truyền dẫn

ToS Type of Service Trường dạng dịch vụ

TP Traffic Parametter Tham số lưu lượng

Các đặc trưng của các dòng lưu lượng (chuyển tiếp lớp tương đương) vận chuyển qua trung kế lưu lượng Bao gồm tốc độ đỉnh, tốc độ trung bình, kích thước cụm thừa nhận…chỉ thị yêu cầu tài nguyên của trung kế lưu lượng

TP Traffic Profile Hình thái lưu lượng Xác định các tham số như tốc độ bit thay đổi, không đổi, jitter và trễ

TT Traffic Trunk Trung kế lưu lượng

Tổng hợp các luồng lưu lượng thuộc về cùng một lớp Đôi khi cho phép bao gồm tổng lưu lượng đa lớp

UBR Unspecified Bit Rate Tốc độ bit không xác

định

UDP User Datagram

Protocol

Giao thức datagram user

WFQ Weighted Fair

Queueing

Hàng đợi cân bằng trọng số

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ TÌNH HÌNH HIỆN NAY

Trên thế giới, không có gì thay đổi nhanh chóng như Internet Ngày nay,Internet trở thành một trong các vật mang thông tin quan trọng Mọi người còn sửdụng Internet để thu nhận kiến thức, mua sắm, thanh toán, giao dịch cổ phiếu…

Khi Internet ngày càng trở nên quan trọng, thì các yêu cầu đối với Internetngày càng cao hơn Dẫn đến việc cần thiết của băng thông, chất lượng dịch vụ (QoS)và tính an toàn, đòi hỏi một sự cải thiện lớn của Internet Trong chương này, ta đề cậpđến các xu hướng và các vấn đề của Internet

1.1 XU HƯỚNG VÀ CÁC VẤN ĐỀ CỦA SỰ PHÁT TRIỂN INTERNET:

1.1.1 Khái niệm chung về Internet:

Internet bao gồm nhiều mạng cục bộ (Local Area Network: LAN) và mạng khuvực đô thị (Metropolitan Area Network: MAN) nối với nhau bởi một backbone Cácmạng cục bộ LAN và các mạng diện rộng WAN có thể là các mạng của các trườngđại học, các đoàn thể, các nhà cung cấp dịch vụ vùng … Backbone của Internet baogồm một số nước và các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) toàn cầu như AT&TWorldNet, Global Crossing, Sprint và UUNET Các mạng của các ISP lớn thườngchồng chất lên nhau về mặt địa lý Mạng của ISP được nối với nhau tại các điểmchuyển đổi chung gọi là các điểm truy cập mạng Network Access Point (NAP) như

Hình 1-1 Phần tiêu biểu của một ISP.

Mae-East và PAIX Để ngăn ngừa nghẽn tại các NAP, các mạng của ISP còn được nốibằng các tuyến ngang hàng cá nhân.

Một ISP network bao gồm các điểm hiện diện (points of presence: POPs) vàcác tuyến liên nối giữa các POP Hình 1-1 cho thấy một phần tiêu biểu của ISPnetwork Nói ngắn gọn là một POP bao gồm sự kết hợp của một hay nhiều router truycập (access routers ARs) nối với các khách hàng truy cập từ xa, các router biên(border router BRs) nối với các ISP khác, các router chủ (hosting routers HRs) nối vớicác server Web của các công ty như Yahoo, và các router trung tâm (core router CRs)nối với các POP khác Lưu lượng từ ARs, BRs, HRs trước hết phải được gởi qua CR

CR sẽ chuyển lưu lượng đến một CR khác, cho đến khi lưu lượng đến POP đích Cấutrúc của các POP thường là đối xứng như hình 1-1 Các POP khác nhau thường đượcnối theo kiểu vòng ring để tăng độ tin cậy Một ISP lớn có thể có nhiều hơn 50 POP

1.1.2 Các xu hướng và vấn đề phát triển trong Internet Backbone:

1.1.2.1 Tốc độ cao hơn:

Trong những năm gần đây, các tuyến backbone tiêu biểu tiến triển từ 3(45Mbps) đến OC-12c(622Mbps) Xu hướng này vẫn phát triển mạnh cho đến nay.Các ISP như Global Crossing và Qwest đã triển khai nhiều tuyến OC-48c(2.5Gbps) vàthậm chí một vài tuyến như OC-192c (10Gbps)

DS-Có hai nguyên nhân dẫn đến cho tuyến tốc độ cao trong backbone Nguyênnhân thứ nhất là hiện tượng gia tăng lưu lượng của Internet, mà tiêu biểu là tăng gấpđôi cứ sau sáu tháng Với nhiều DSL và cáp dẫn đến nhà riêng, và nhiều ứng dụng đamôi trường xuất hiện trên Web, lưu lượng có thể gia tăng nhanh hơn trong tương lai.Các ISP phải cung cấp đủ băng thông để thoả mãn yêu cầu lưu lượng Một nguyênnhân khác dẫn đến tuyến tốc độ cao là giá thành và hiệu quả Ví dụ, một tuyến OC-12c (622Mbps) có giá cao không gấp 4 lần tuyến OC-3c (155Mbps) Mặt khác, giáthành trên một đơn vị băng thông là thấp hơn với các tuyến tốc độ cao hơn Bên cạnhđó, yêu cầu một sự cố gắng nhỏ để quản lý một tuyến OC-12c hơn là bốn tuyến OC-3c

Các vấn đề liên quan đến các tuyến tốc độ cao là:

A, Trễ lan truyền

Trễ lan truyền là thời gian truyền qua một khoảng cách địa lý giữa nguồn lưulượng và đích, tuỳ thuộc và môi trường truyền dẫn, trễ khoảng 8ms qua 1000 dặm

Với các router/switching và các tuyến tốc độ cao, trễ sắp hàng trong mỗi routerthường dưới 1ms trong trường hợp thông thường Giả thiết rằng lưu lượng được chuyểnqua bởi 10 router, switching thì trễ lan truyền là gần bằng hai phần ba lần trễ tổng.Đây chính là sự xung đột trong việc cung cấp QoS trên Internet Nó có nghĩa là các cơcấu phức tạp để giảm trễ sắp hàng là ít quan trọng hơn, trừ khi mạng bị nghẽn và trễsắp hàng trở nên quá lâu Việc điều khiển thích hợp của ánh xạ lưu lượng để ngănngừa nghẽn có thể càng phong phú

Khi trễ lan truyền cho một tuyến là hằng số, tốc độ tuyến cao hơn có nhiều dữliệu trao đổi hơn Ví dụ, lượng dữ liệu trao đổi bên trong tuyến OC-3c của thành phốlà 155Mbpsx25ms=0.47MB Với một tuyến OC-192c, lượng dữ liệu trao đổi là29.76MB Đây không phải vấn đề của chính nó mà là vấn đề của một tuyến, dữ liệucàng nhiều thì cần phải được đệm hoặc bị mất mát Nguyên nhân này được xét trongviệc thiết kế hệ thống đệm của các router và switch tốc độ cao.

B, Tính sống còn của mạng

Tính sống còn của mạng là khả năng mạng tiếp tục cung cấp một mức chấtlượng dịch vụ nào đó trong suốt thời gian sự cố của tuyến hay router Với router/tuyếntốc độ cao thì tầm quan trọng tăng ở mỗi router và tuyến Giải pháp thông thường đểcung cấp sự sống còn mạng cao là dự phòng các router và tuyến Ví dụ chuyển mạchbảo vệ tự động SONET, nếu một router/tuyến hỏng thì lưu lượng có thể chuyển sangrouter/tuyến khác trong 50ms

Sự sống còn có thể được cung cấp tại lớp mạng Bởi vì các router được nối theokiểu ring nên chúng có nhiều đường dẫn giữa cặp nguồn đích Khi có router/tuyếnhỏng theo đường dẫn gốc, lưu lượng có thể chuyển sang đường dẫn thay thế Vấn đề ởsự tiếp cận này là khi có sự cố, nó lấy các giao thức cổng nội bộ Interior GatewayProtocols (IGPs) như OSPF hay IS-IS vài lần để truyền thông tin về sự cố và để cácrouter khác tính toán lại các đường của chúng Tuỳ thuộc vào kích thước của mạng mànó mất vài giây đến vài phút để định tuyến hội tụ Trong khoảng thời gian này, phầnlưu lượng gởi theo một đường dẫn bị ảnh hưởng sự cố sẽ bị mất bởi vì các router trunggian không thể đệm dữ liệu này Để giải quyết điều này, tái định tuyến nhanh đượcđưa ra Cơ cấu tái định tuyến nhanh sữa chữa tạm thời đường dẫn bị ảnh hưởng saocho có thể tiếp tục mang lưu lượng và ghi chú các nguồn bị ảnh hưởng để tính toán lạicác đường dẫn mới cho lưu lượng của chúng

1.1.2.2 QoS

Thông thường, Internet chỉ cung cấp dịch vụ nỗ lực tốt nhất (best effort) Lưulượng được xử lý một cách nhanh chóng nếu có thể, nhưng không đảm bảo tính phânphối lâu dài và chính xác Với sự phát triển của thương mại điện tử, QoS đã trở nêncần thiết Có hai động lực thúc đẩy cho QoS, đó là các công ty mà kinh doang trênWeb cần QoS để phân phối tốt hơn các nội dung và các dịch vụ của chúng để lôi cuốnnhiều khách hàng hơn và các ISP cần các dịch vụ giá trị gia tăng trong các mạng củahọ để tăng thu nhập

Tích hợp các dịch vụ (Intserv) và phân biệt dịch vụ (Diffserv) là hai mô hìnhđể cung cấp QoS trên Internet Bản chất của Intserv là dự trữ các tài nguyên (băngthông tuyến và không gian bộ đệm) cho mỗi luồng riêng để chất lượng dịch vụ có thểđược đảm bảo nếu cần thiết Bản chất của Diffserv là để phân chia lưu lượng thànhcác lớp khác nhau và đối xử chúng khác nhau

Để cung cấp QoS trên Internet, có một vài cơ cấu cần phải được triển khai.Các cơ cấu này có thể ở tại lớp vận chuyển hay lớp mạng Gần đây, còn có một vài cơcấu xuất hiện trong lớp ứng dụng

1.2 CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC (MULTI PROTOCOL LABEL SWITCHING: MPLS)

Trong các mạng hiện nay, Multiprotocol Label Switching (MPLS) đang nổi bậtnhư một sự thay thế hiệu quả cho các trung tâm router truyền thống và InternetProtocol (IP) chồng phủ lên các cấu trúc đang được sử dụng Trong các router trungtâm thông thường, giao thức cổng quốc nội (IGP) được sử dụng để định tuyến đến tấtcả các lưu lượng qua một thuật toán đường dẫn ngắn nhất dựa trên cơ sở tổng độ dàingắn nhất Do sự tính toán đường dẫn của IGP là theo hướng topo nên dẫn đến mộtvài sự phân bố không cân bằng của lưu lượng qua các tuyến mạng, kết quả là một sựsử dụng không hiệu quả các tài nguyên Do tính tự nhiên không kết nối của nó, nên nókhông thể lấy băng thông sẵn có hay các đặc trưng lưu lượng Tóm lại, phương thức cơsở của kỹ thuật lưu lượng là đơn giản hoá việc hiệu chỉnh các phép đo (metric) củatuyến Tuy nhiên, khi sự thao tác của các phép đo không co giãn tốt thì nó càng khókhăn để đảm bảo rằng sự hiệu chỉnh phép đo trong một phần nào đó của mạng khôngdẫn đến các vấn đề trong phần khác

Bởi vì router của mạng trung tâm không đề nghị bất kỳ sự điều khiển chínhxác qua lưu lượng, các vật mang di chuyển đến cơ cấu chồng phủ IP để nhận được sựthuận lợi của kỹ thuật lưu lượng được đề nghị bởi trung tâm Frame Relay(FR)/Asynchronous Transfer Mode (ATM) Trong trường hợp trong đó IP được địnhtuyến qua RF/ATM thì các đường giao tiếp với đường khác bởi một tập hợp các mạchảo vĩnh viễn (Permanent Virtual Circuits PVCs) cấu hình qua topo vật lý ATM CácPVC là nối kết có hướng Điều này có nghĩa là với mỗi PVC, các nguồn của nó phảiđược thiết lập một mạch hay một nối kết hoàn thành trước khi bắt đầu truyền dữ liệu.Bởi vì các PVC được cấu hình trước đó, mỗi chuyển mạch theo đường dẫn có thể lưuthông tin trên một VC, như độ ưu tiên của các VC và khoảng băng thông dự trữ choVC

Các đại lượng thống kê này đề nghị sự theo dõi chính xác của tải lưu lượngtrong mỗi PVC, cho phép người thiết kế mạng tiến hành hiệu chỉnh topo vật lý hay sựsắp đặt của các PVC để điều tiết sự thay đổi của các mẫu lưu lượng Do PVC có thểđược ấn định các đường dẫn tường minh, một cơ cấu chổng phủ IP có thể cung cấp sựhỗ trợ lưu lượng đầy đủ qua trung tâm FR/ATM của nó

Các đường dẫn của cơ cấu chổng phủ IP chỉ nhận biết được lưu lượng lớp 3 màkhông biết các PVC lớp 2 Chức năng các PVC giống như các mạch logic Các chi tiếtcủa topo vật lý hỗ trợ các PVC bị che từ các router nằm trong cơ sở hạ tầng lớp 2FR/ATM

Gần đây, các nhà thiết kế mạng khám phá rằng các khả năng của kỹ thuật lưulượng có thể được duy trì mà không gặp phải giá thành cao và phức tạp của FR/ATMtrung tâm Hơn nữa, sự phân tách lớp 2 và lớp 3 của mô hình chổng phủ có thể đượcgắn liền vào trong một router mạng Đấy chính là chuyển mạch nhãn đa giao thức(Multi Protocol Label Switching MPLS), một kỹ thuật mà chuyển mạch các gói qua

router chuyển mạch nhãn (Label Switched Router LSR) theo các đường dẫn chuyểnmạch nhãn (Label Switched Path LSP) hay các “đường hầm”.

Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multi-Protocol Label Switching) đượcphát triển từ các giải pháp của chuyển mạch IP nhanh, được đề nghị khoảng giữa thậpkỷ 90 bởi các công ty như Ipsilon, Cisco và IBM MPLS được IETF chuẩn hoá với đốitượng chính là tích hợp chuyển tiếp chuyển mạch nhãn với định tuyến lớp mạng

Trong cơ cấu MPLS, các đường hầm LSP giả thiết một luật tương tự như cácPVC trong mạng FR/ATM Các đường hầm LSP là đối tượng lớp 2 đã được xác địnhtrong cách tương tự như các PVC, từ nguồn đến đích yêu cầu một lượng băng thôngnào đó Các đường hầm được nối hay dự trữ bởi phần mềm router/switch sử dụng địnhtuyến cơ sở ràng buột (constraint-based routing)

Các đường hầm LSP biểu diễn một đường dẫn xác định trước theo các tuyếncủa mạng Tất cả các gói IP khi vào đường hầm được chuyển mạch theo đường dẫncủa nó, độc lập với IGP Như vậy, các đường hầm bố trí tốt có thể được sử dụng đểthiết lập tải cân bằng tốt nhất bằng sự dịch chuyển lưu lượng theo cách từ đường dẫnngắn nhất được sử dụng bởi IGP sang các vùng nghẽn ít nhất trong mạng

Trong việc định tuyến lớp mạng thông thường, một router nhận một gói và nóđưa ra một quyết định chuyển tiếp độc lập cho gói này Như vậy, mỗi router phân tíchheader của các gói và tiến hành tra bảng định tuyến thích hợp nhất để đưa ra mộtquyết định độc lập cho bước tiếp theo của gói như thế nào (kết quả của việc thực thimột thuật toán định tuyến)

Các header của gói còn chứa nhiều hơn những thông tin cần thiết về việc chọn

bước kế tiếp Việc chọn chặng kế tiếp có thể xem gồm hai chức năng: Chức năng thứ

nhất là tập hợp của các gói có khả năng trong tập “Các lớp chuyển tiếp tương đươngFEC (Fowarding Equivalence Classes)” và chức năng thứ hai là ánh xạ các FEC vàochặng kế tiếp Tất cả các gói thuộc về một FEC cụ thể và di chuyển vào một node cụthể sẽ theo cùng một đường dẫn (hay nếu đảm bảo các kiểu định tuyến đa đường đượcsử dụng thì nó sẽ theo một trong tập hợp các đường dẫn kết hợp với FEC)

Lấy thông tin lớp 3 Chuyển tiếp gói

Lấy thông tin lớp 3 Chuyển tiếp gói

Lấy thông tin lớp 3 Chuyển tiếp gói

Chuyển tiếp IP

Gói

Lấy thông tin lớp 3

Ấn định gói tới FEC

Chuyển tiếp gói Chuyển tiếp sử dụngnhãn Chuyển tiếp sử dụngnhãn

Chuyển tiếp MPLS

Gói

LER ngõ vào

Các LSR trung tâm

Hình 1-2 So sánh kỹ thuật chuyển tiếp IP và chuyển tiếp MPLS

Trong chuyển tiếp IP thông thường, một router sẽ xét hai gói tiêu biểu trongvùng một FEC, nếu có một vài địa chỉ prefix X trong các bảng định tuyến của routerđó thì X nghĩa là thích hợp lâu nhất “longest match” cho mỗi địa chỉ đích của mỗi gói.Khi gói đi qua mạng, mỗi chặng sẽ kiểm tra trở lại gói và ấn định nó với FEC.

Trong MPLS, việc ấn định của các gói với FEC cụ thể chỉ là 1 lần khi gói đivào mạng FEC mã hóa bằng một giá trị có độ dài ngắn và cố định gọi là nhãn Khimột gói được chuyển tiếp đến chặng tiếp theo thì nhãn được gởi kèm theo nó và nhưvậy nghĩa là gói được dán nhãn trước khi được chuyển đi

Ở các chặng sau, không phân tích header lớp mạng của gói nữa Nhãn được sửdụng như một chỉ số trong bảng xác định chặng tiếp theo và trong nhãn mới Nhãn cũ

bị thay đổi bằng một nhãn mới và gói được chuyển đến chặng tiếp theo của nó

Điều này dẫn đến một số ưu điểm của MPLS như sau:

- Chuyển tiếp đơn giản: Chuyển mạch nhãn cho phép gói chuyển tiếptrên cơ sở thích hợp chính xác với một nhãn có chiều dài cố định mà không phải làmột thuật toán thích hợp lâu nhất cho các địa chỉ khi sử dụng chuyển tiếp datagramthông thường

- Định tuyến hiệu quả: Cho phép định tuyến tường minh được thực hiệnchỉ một lần ở thời điểm một đường dẫn chuyển mạch nhãn được thiết lập màkhông phải với mỗi gói Trong khi với định tuyến của IP, thì định tuyến tườngminh được thực hiện trong mỗi gói và điều này là nguyên nhân tổng phí lớn

- Kỹ thuật lưu lượng: Cho phép tải trên các tuyến và các router cân bằngqua mạng, điều này là quan trọng đối với mạng khi các đường dẫn thay thế đã sẵnsàng Kỹ thuật lưu lượng có thể đạt được ưu điểm như vậy bằng sự hiệu chỉnh mộtvài thông số trong định tuyến datagram Tuy nhiên trong một mạng, với một lượnglớn các đường dẫn giữa hai điểm, các lớp lưu lượng cân bằng trên tất cả các tuyếnlà khó thực hiện bằng việc chỉnh các tham số sử dụng từng bước trong định tuyếndatagram

Tuy nhiên, kỹ thuật lưu lượng được cung cấp bởi MPLS chưa được khai tháchết các khả năng của nó Khi các đường dẫn chuyển mạch nhãn (LSP) được cung cấpqua dịch vụ của nhà cung cấp mạng thì hiện nay chưa được quản trị linh họat để tái tối

ưu hoá các nguồn lưu lượng động Vì vậy, việc nghiên cứu, đề xuất, xem xét, thửnghiệm về kỹ thuật lưu lượng của MPLS luôn là bài toán đặt ra đầu tiên đối với cácnhà nghiên cứu, sản xuất, điều hành mạng Đề tài sẽ trình bày về cơ sở kỹ thuậtchuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS, một số khía cạnh về kỹ thuật lưu lượng đượcáp dụng nhằm nâng cao khả năng cung cấp QoS cho MPLS trên cơ sở bảo vệ, khôiphục, định tuyến QoS và các dịch vụ phân biệt

CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG INTERNET

2.1 GIỚI THIỆU:

Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của Internet và các nhucầu ngày càng tăng của các dịch vụ, các vật mang yêu cầu đề xuất một mạng chínhxác và tin cậy với hoạt động mạng phù hợp và có khả năng dự đoán trước để đáp ứngnhu cầu ngày càng tăng của xã hội Kỹ thuật lưu lượng là cần thiết để đạt được

“nhiệm vụ cấp bách” này của mạng

Kỹ thuật lưu lượng là một khái niệm có thể được sử dụng bởi các nhà điềuhành mạng để cân bằng tải lưu lượng trên các tuyến, router, switch khác nhau trongmạng để không quá mức sử dụng (over-utilised) hay dưới mức sử dụng (under-utilised) Kỹ thuật lưu lượng nhắm đến năng lực để khai thác các nguồn tài nguyênbăng thông tốt nhất qua mạng Kỹ thuật lưu lượng nên được xem như một sự gia tăngcủa định tuyến cơ sở hạ tầng bằng việc cung cấp thông tin thêm mà cho phép lưulượng có thể được chuyển theo một đường dẫn thay thế qua mạng

Để đạt được điều này, cần phải xét đến tính tương hợp để thay đổi trong mạng,như topo, các tải lưu lượng, sự cố… cũng như cần tôn trọng các quyền của nhà quản trịđã xác định Như vậy, chức năng kỹ thuật lưu lượng thực hiện sự thi hành tối ưu củacác mạng điều hành, và các hoạt động mạng hiệu quả và chính xác, trong khi đó, mộtvài xu hướng đề xuất thi hành QoS mà các khách hàng đã thoả thuận

Trong môi trường mạng hiện nay, lưu lượng này càng tăng lên và được chuyểnqua mạng, nơi giao thức IP đóng vai trò thống trị Mặc dù các mạng IP cung cấp khảnăng co giãn và linh hoạt, nhưng các mạng IP đang tồn taị cần phải được cải thiện hơnnữa trong các phạm vi khả năng sử dụng, tin cậy và chất lượng dịch vụ để cung cấpmột nhiệm vụ cấp bách của môi trường mạng

Chương này cung cấp nền tảng trong các mạng hỗ trợ giao thức Internet, chỉtập trung vào các thành phần quan triọng trong việc triển khai các cơ chế kỹ thuật lưulượng

2.2 GIAO THỨC INTERNET:

US Department of Defence (DoD) phát triển sau thập niên 60 là một giao thứctích hợp để cho phép các máy tính trên các mạng khác nhau được thiết kế khác nhauđể chia xẻ tài nguyên qua một mạng liên thông chung Các giao tiếp máy tính củamạng không những điều khiển tập trung mà còn giả thiết rằng không có một tuyếntrong mạng đã chắc chắn Mỗi bản tin được phân thành các gói và được đánh dấu vớiđịa chỉ của nguời gởi và người nhận Các gói sau đó được chuyển qua mạng qua sự nốiliền giữa các router về phía đích sử dụng giao thức Internet

IP là kiểu giao thức không nối kết datagram dựa trên giao thức lớp mạng màthực hiện các chức năng đánh điạ chỉ, định tuyến và điều khiển để truyền và nhận cácgói Khi một gói được nhận bởi một router, thông tin địa chỉ IP, như địa chỉ đích, đượcsử dụng để xác định “chặng kế” tốt nhất của gói theo đường đến đích cuối cùng.

Các datagram IP có thể có một chiều dài tối đa 65535 bytes làm cho nó thíchhợp để truyền dữ liệu không thời gian thực Các datagram bao gồm ít nhất một header

20 bytes với các trường sau: số của phiên bản, độ dài header, dạng dịch vụ, tổng độdài của datagram, số nhận dạng các datagram, thông tin điều khiển phân mảnh, thờigian time to live, dạng giao thức của trường dữ liệu, các địa chỉ nguồn và đích vàtrường tuỳ chọn như trong hình 2-1

Hình 2-1 Khuôn dạng datagram IP.

Trong đó:

Ver: 4 bits, chỉ phiên bản hiện tại của IP được cài đặt

IHL: Internet Header Length 4 bits, chỉ độ dài phần đầu của datagram đượctính theo đơn vị từ một từ =32bit Độ dài tối thiểu là 5 từ

TOS: Type of Service 8 bits, đặc tả về tham số dịch vụ

Total Length: 16 bits, chỉ độ dài toàn bộ datagram kể cả phần header tính theobyte

Indentification: 16 bits, cũng với các tham số khác như Source Address vàDestination Address, tham số này được dùng để định danh duy nhất cho một datagramtrong khoảng thời gian nó vẫn còn trên mạng

Fragmentation Flag: Gồm 3 bits, như sau:

- Nếu DF=1 nghĩa là datagram không bị phân mảnh

- Nếu DF=0, cho thấy rằng router hoặc host có thể phân mảnh datagram IP.Nếu MF=1 nghĩa là bên thu có nhiều phân mảnh đưa đến

- Nếu MF=0 nghĩa là đây là phân mảnh cuối cùng

Fragment Offset: 13 bits, chỉ vị trí các đoạn phân mảnh trong datagram, tínhtheo đơn vị 64 bits.

Time to Live: 8 bits, quy định thời gian tồn tại của datagram trong Internet đểtránh tình trạng một datagram tồn tại quá lâu trên mạng

Protocol: 8 bits, chỉ giao thức tầng kế tiếp sẽ nhận vùng dữ liệu ở trạm đích.Header Checksum: 16 bits, mã kiểm tra lỗi 16 bits theo phương pháp CRC, chỉkiểm tra cho vùng header

Options: Độ dài thay đổi, khai báo các tuỳ chọn do người gởi yêu cầu

Padding: Độ dài thay đổi, vùng đệm, được dùng để đảm bảo cho phần headerluôn kết thúc ở mức 32 bits

Data: Độ dài thay đổi, vùng dữ liệu, có độ dài là bội số của 8 bits, tối đa là

65536 bits

Các mạng IP thông thường có sự cạnh tranh công bằng của tất cả các gói củangười sử dụng cho các tài nguyên mạng với một mẫu dịch vụ hiệu quả tốt nhất bất kểchúng thuộc ứng dụng nào Nhu cầu của các ứng dụng mới như audio và video thờigian thực ngày càng tăng, đòi hỏi một khả năng phục vụ vận chuyển cho các yêu cầuQoS thực tế Đối với việc giới hạn và thiếu hiệu quả sử dụng của tài nguyên mạng(băng thông, bộ đệm hạn chế), nghẽn thất thường và liên tục là hiện tượng chung xảy

ra trong mạng IP hiện nay Tác động thất thường này không giúp cho việc khai tháccác mạng IP là một môi trường vận chuyển thời gian thực Vì vậy, việc tăng cường cơsở hạ tầng của mạng IP để hỗ trợ các ứng dụng mới này là một trong các thách thứcchính của nhà cung cấp mạng

2.2.1 Các mô hình mạng đa dịch vụ:

Trong số các mô hình dịch vụ tích hợp đã được đề xuất có 3 mô hình nổi tiếng,đó là mô hình Cơ sở hạ tầng thông tin toàn cầu GII (Global Information Infrastructure)của ITU (International Telecommunication Union), mô hình ISA (Integrated ServiceArchitecture) của IETF (Internet Enginerring Task Force) và mô hình (Diffserv) Dịchvụ phân biệt của IETF Ba kiến trúc phục vụ này phản ảnh các quan điểm của các tổchức của chúng

2.2.1.1 Kiến trúc dịch vụ tích hợp ISA:

Nhóm làm việc ISA đã tổ chức một hợp đồng hỗ trợ QoS trong mạng IP bằng

việc định nghĩa hai lớp dịch vụ: đảm bảo với các ứng dụng nhạy trễ và tải được điều

khiển với các ứng dụng liên quan đến thời gian thực yêu cầu độ tin cậy nhưng không

yêu cầu có trễ cố định, hơn nữa, còn để hỗ trợ tốt nhất cho các ứng dụng như ftp vàemail

Các thành phần dịch vụ tích hợp là thuật toán điều khiển chấp nhận, lịch trìnhgói, phân lớp và giao thức dự trữ tài nguyên Thuật toán chấp nhận sẽ xác định mộtyêu cầu cho các tài nguyên có thể được công nhận hay không Giao thức dự trữ tàinguyên RSVP (ReSerVation Protocol) được sử dụng như một giao thức báo hiệu IP để

dự trữ tài nguyên trong các mạng cục bộ Nó bao gồm thông diệp đường dẫn từ nguồnđến đích theo bởi việc thu thập các yêu cầu dự trữ gởi đến các router theo đường dẫnphản hồi về nguồn Phân lớp xác định các lớp của gói trên cơ sở thông tin trong cácheader, như các địa chỉ IP và địa chỉ nguồn và đích của cổng, lịch trình xác định thứ tựtrong các gói sẽ được phục vụ bằng việc đặt chúng vào trong một hàng đợi ưu tiên.

Hình 2-2 Kiến trúc dịch vụ tích hợp

ISA của IETF là một thử nghiệm đầu tiên để phát triển một kiến trúc đa dịchvụ trên cơ sở mở rộng của các dịch vụ nỗ lực tốt nhất của Internet Hai dịch vụ giatăng được đề xuất chính là dịch vụ băng thông trong trường hợp đảm bảo xấu nhất vàtải được điều khiển cân bằng là tốt nhất để phân phối cùng chất lượng dịch vụ mạngphân phối cho gói không nghẽn Điều này đạt được nhờ vào việc nhận các tài nguyênbăng thông và bộ đệm qua các router sử dụng hệ thống điều khiển chấp nhận kết nốinhư mô tả trong hình 2-2

2.2.1.2 Kiến trúc hạ tầng thông tin toàn cầu:

ITU phát triển kiến trúc hạ tầng thông tin toàn cầu GII với mục đích của nó làđưa ra một tập các dịch vụ QoS điểm tới điểm phạm vi từ nỗ lực tốt nhất, tốc độ bitsẵn có, tốc độ bit xác định v.v… trên cơ sở một kiến trúc với ATM trong truy cập trungtâm và IP tuỳ chọn trong truy cập cuối cùng đến máy tính như hình 2-3

2.2.1.3 Kiến trúc dịch vụ phân biệt:

Gần đây, IETF xây dựng một nhóm làm việc mới nhằm phát triển một Kiếntrúc các dịch vụ phân biệt [DIFF], như trong hình 2-4, một mục đích của kiến trúc thực

CAC/RR Policy

CAC/RR Policy

CAC/RR Policy

CAC/RR Policy

Host

CAC/Shape

Host CAC/RR

EdgeRouter Core RouterCAC Conection Admission Control

RR Resource Reservation

INTERNET

hơn ở sự khác biệt của dịch vụ mà rõ ràng ngăn ngừa các sự hiệu chỉnh đến ngăn xếpgiao thức của host Ngoài ra, các dịch vụ được đề xuất bao gồm dịch vụ bảo đảm(asssured service) và xúc tiến chuyển tiếp (expedited forwarding) (hay “dịch vụ bảohiểm” (“premium service”)) Hơn nữa, theo sự phân lớp đơn giản (nghĩa là dùng 8 bitsđể xác định) và điều khiển chấp nhận kết nối (CAC) và dự trữ tài nguyên là hạn chếcác biên của miền Đề xuất này giả sử rằng lưu lượng nỗ lực tốt nhất sẽ giữ nguyên làtải nổi bậc trên Internet và đề nghị một tiếp cận với sự nâng cấp lớn Tuy nhiên, các

cơ chế xác định tài nguyên (ví dụ băng thông Broker) chưa được xác định

Hình 2-3 Các kỹ thuật cho phép cho Kiến trúc đa môi trường GII

Nhóm làm việc các dịch vụ phân biệt của IETF đã tập trung vào việc cung cấpcác dịch vụ hơn là nỗ lực tốt nhất; bằng việc sử dụng một trường trong header IP gọilà dịch vụ phân biệt (Differentiated Service DS) [RFC2474] Kiến trúc này cung cấp 3lớp dịch vụ: Premium với các ứng dụng thời gian thực, Assure với các ứng dụng yêucầu độ tin cậy nhưng không yêu cầu các bảo đảm về các ràng buột trễ; Best Effort vớicác ứng dụng chịu được trễ

Miền QoS Miền QoS

Internet/IntranetLayer 3

H323 GateKeeper Call ServerTelephony

H245 Conection Server

Access System

Access System

ATM Network Layer 2

Hình 2-4 Kiến trúc các dịch vụ phân biệt

Các cơ cấu của kiến trúc này là phân lớp, đánh dấu, kiểm soát và định hướngcác luồng Một khách hàng có được sự chỉ thị lớp nào của dịch vụ mà họ yêu cầu bằngviệc đánh dấu trường DS của gói và sẽ được tính cước hợp lý: khách hàng sẽ có mộthợp đồng với nhà cung cấp dịch vụ của họ về sự hỗ trợ các lớp dịch vụ và khoảng lưulượng cho phép trong mỗi lớp Dịch vụ Premium sẽ đắt hơn nhiều so với Assure và vớiBest Effort thì càng rẻ hơn

Các bộ đệm của các gói của các dịch vụ phân biệt và các dịch vụ của chúng ởtốc độ mà tuỳ thuộc vào giá trị được gán trong kiểu của trường dịch vụ, nghĩa là khôngcó tài nguyên được dự trữ trước khi các gói được gởi vào trong mạng

2.2.2 Hỗ trợ QoS ở lớp mạng IP:

Phần này mô tả giao thức IP thực hiện các cơ chế QoS ở lớp mạng IP Phần2.2.2.1 phân biệt các lớp khác nhau của dịch vụ Từ đó, ta có thể áp dụng cho cácmạng lớn hơn khi không yêu cầu dạng xử lý thông tin hay lư trữ trạng thái từng user.Phần 2.2.2.2 tổng quan các mô hình hỗ trợ QoS trên cơ sở từng luồng

2.2.2.1 Định tuyến từng lớp:

Các cơ cấu định tuyến từng lớp là cung cấp sự hỗ trợ dịch vụ đa lớp trong cácphân lớp mở rộng nhiều hơn là gắn liên thông tin đến các luồng của khách hàng.Thuận lợi của phương thức này là có thể được sử dụng trong các mạng có tính co giãnrộng khác với định tuyến từng luồng Các router hỗ trợ định tuyến từng lớp không cầnduy trì thông tin trạng thái liên quan đến sự kết hợp với một dạng gần đúng của quảntrị và lịch trình hàng đợi

Sử dụng trường dạng của dịch vụ của IP (Type of Service) trong header IPcung cấp một phương thức của đánh dấu và phân biệt giữa các lớp dịch vụ khác nhaukhi gói đi qua mạng Trường dạng dịch vụ được bao gồm 3 bit ưu tiên và 5 bít ToStrong header của gói IPv4 Các bits ToS mô tả kiểu hoặc lớp của dịch vụ được yêucầu Việc sử dụng các bits ưu tiên là không được định nghĩa nhưng thường thấy rằng

- Phân lớp gói

- Đánh dấu gói Loại bỏ trên cơ sở các gói đượcđánh dấu

- Kiểm soát Lập lịch trình trên cơ sở các

chúng được sử dụng để chỉ thị sự quan trọng (ví dụ độ ưu tiên rơi) và chúng ở dưới sựđiều khiển của mạng hơn là của hệ thống cuối như một công cụ để cung cấp chấtlượng khác biệt của dịch vụ đến các user khác nhau.

Header IP (32 bits đầu)

Hình 2-5 Trường ToS IP và Precedence IP

Với định tuyến từng lớp, các gói IP được đánh dấu với bộ chỉ thị QoS yêu cầukhi gói đi vào mạng Trên tất cả các router liên tiếp bên trong mạng, hành vi được yêucầu tìm trường ToS và áp dụng hành vi QoS được kết hợp với gói Điều này có thể cogiãn thuận tiện và nhanh chóng phạm vi của các hành vi QoS và là một số cố định vàkhông tăng phiên bản lưu lượng trong khi chỉ thị luồng là một công việc tính toán liênquan đến phiên bản lưu lượng

Một thành phần khác nữa của định tuyến từng lớp là quản lý hàng đợi Khi sửdụng trong sự kết hợp với lịch trình bộ đệm thích hợp nghiêm ngặt bằng việc kiểm tracác bits ToS, bộ quản lý hàng đợi có thể xác định bộ đệm thích hợp cho một gói đưavào được lưu trữ trong nó

Quản lý hàng đợi có thể được hỗ trợ về mặt chọ chiến thuật loại bỏ hay đợi Vídụ, phát hiện ngẫu nhiên đầu (Random-Early Detection RED) là một ví dụ của một cơchế loại bỏ mà các bộ giám sát chiều dài hàng đợi trung bình và so nó với hai giá trịngưỡng để điều khiển tốc độ loại bỏ gói ngẫu nhiên

2.2.2.1.1 Hàng đợi FIFO:

Hàng đợi FIFO (First In First Out) là được xem là một phương thức tiêu chuẩncho việc kiểm soát lưu giữ và chuyển tiếp (store-and-forward) của lưu lượng từ giaotiếp ngõ vào đến giao tiếp ngõ ra Khi các gói đến giao tiếp ngõ vào, thì chúng đượcđặt vào trong hàng đợi giao tiếp ngõ ra theo thứ tự mà chúng được nhận, nên tên củanó là vào trước-ra trước

Khi một mạng hoạt động theo một kiểu mà thoả mãn lớp của khả năng truyềndẫn và các lớp tương xứng của khả năng chuyển mạch, hàng đợi là cần chỉ để đảmbảo rằng các cụm lưu lượng đột ngột thời gian ngắn cao (short-term highly) khôngphải nguyên nhân loại bỏ gói Trong mọi trường như vậy, hàng đợi FIFO là tươngxứng bởi vì miễn là chiều sâu hàng đợi đủ ngắn, độ trễ hàng đợi gói trung bình là mộthệ số không quan trọng của thời gian gói truyền từ đầu đến cuối

3 bitPrecedence Type of Service4 bit

1 bitchưa sửdụng

Khi tải của mạng tăng, các cụm đột ngột gây nên trễ hàng đợi quan trọng(quan trọng về mặt gia tăng việc đợi qua một khoảng thời gian dài) và khi các hàngđợi là đầy thì tất cả các gói liên tục bị loại bỏ Khi mạng hoạt động trong kiểu này thìchất lượng dịch vụ chắc chắn bị suy giảm.

2.2.2.1.2 Các cơ cấu đợi ưu tiên:

Hàng đợi ưu tiên có nhiều biến thể mặc dù chúng có thể được xem như các môhình mà sử dụng lịch trình để các dạng dịch vụ nào đó của lưu lượng trong sự thiên vịhơn dạng lưu lượng khác Nhiều hàng đợi ngõ ra được sử dụng để đệm lưu lượng theolớp Sự thiên vị với mỗi hàng đợi sẽ được phục vụ trong chu kỳ được xác định bởi mộtphần của thời gian lập ấn định cho các hàng đợi này Điều này có thể được quản trịbằng một mẫu lịch trình

Thuật toán dịch vụ này cung cấp “sự công bằng” bằng các dịch vụ hàng đợi ưutiên cho dạng lưu lượng nào đó Trong dạng cuối cùng, các bộ đệm ưu tiên thấp khôngphục vụ trong khi các gói trong các bộ đệm ưu tiên cao hơn tiếp tục phục vụ Điều nàycó thể dẫn đến sự thiếu bộ đệm

Một ví dụ của hàng đợi ưu tiên đơn giản là sắp xếp lưu lượng (nghĩa là qua cácbit ToS) vào hai hàng đợi hay có thể nhiều hơn mà tiêu biểu cho các độ ưu tiên khácnhau Lịch trình theo thứ tự ưu tiên chặt chẽ, nghĩa là lưu lượng chỉ được phục vụ cáchàng đợi ưu tiên thấp khi các hàng đợi ưu tiên cao hơn rỗng Cơ chế cải tiến hơn làhàng đợi công bằng trọng số (Weighted Fair Queueing WFQ) trong đó, lưu lượng đượcphân thành các luồng được đặt trong hàng đợi ảo Các hàng đợi ảo này sử dụng thuậttoán lịch trình tính toán các kích thước các gói, các thời gian đưa đến, sự ứ (backlog)hiện thời để đảm bảo rằng mỗi luồng có một lớp thực hiện thích hợp Thay vì điềukhiển tỷ lệ của các tài nguyên lịch trình đưa ra các lớp dịch vụ khác nhau thì nó đưa ramỗi lớp một sự đảm bảo chia xẻ tài nguyên và ngăn ngừa khả năng “đói” chính là đặttrưng của hàng đợi ưu tiên đơn giản Cuối cùng, hàng đợi cơ sở lớp (Class BasedQueueing CBQ) là một kỹ thuật quản lý băng thông dựa trên cơ sở lịch trình đa hàngđợi với phân bố băng thông qua tuyến có thể được ấn định đến các loại lưu lượng khácnhau tuỳ theo cấu trúc thứ bậc Phạm vi lớn của các phân lớp lưu lượng là có thể baogồm bởi việc đánh địa chỉ, giao thức, số cổng của trường ToS

2.2.2.2 Định tuyến từng luồng:

Định tuyến từng luồng ước lượng sự cần thiết để tiến hành khởi đầu phân lớpcủa gói vào trong một trong hàng ngàn khả năng các luồng hoạt động và sau đó ápdụng một luật QoS mà áp dụng đến dạng luồng này, các bit ưu tiên IP có thể được sửdụng để giảm phạm vi của nhiệm vụ xét đến

Định tuyến từng luồng cung cấp một phương thức trích thông tin từ header gói

IP và kết hợp nó với các gói kế trước Kết quả hướng đến việc nhận ra chuỗi ứngdụng điểm-điểm mà gói tham gia vào Khi một gói có thể được ấn định tới luồng thìgói có thể được chuyển tiếp với một lớp dịch vụ được kết hợp mà có thể được địnhnghĩa trên cơ sở từng luồng

2.2.2 2.1 Phân biệt từng luồng:

Mục đích của phân biệt là để có thể cung cấp cùng các đặc trưng QoS đếncùng phiên điểm-điểm IP, ví dụ cho phép các luồng thời gian thực được chuyển tiếpvới các tham số QoS khác nhau từ các luồng không thời gian thực.

Điều này tương tự như việc ấn định các đặc trưng QoS tới các mạch ảo (VirtualCircuit VC) trong Frame Relay hay ATM Tuy nhiên, một số luồng đã cho mà có thểhoạt động trong trung tâm của mạng thì điều này là không thực tế cách xa quan điểm

co giãn Việc duy trì trạng thái và thao tác thông tin luồng cho một số lớn các luồng sẽyêu cầu xem xét tính toán tổng phí Đây là vấn đề chính mà giao thức dự trữ tàinguyên RSVP thực hiện và dẫn đến không có tính co giãn thoả mãn đối với mạng lớn.Như vậy, vấn đề đặt ra đối với mạng lớn là đơn giản hơn và co giãn hơn

2.2.2.2.2 Định tuyến QoS:

Định tuyến QoS (QoSR) [RFC2676] là dạng nâng cấp của phân từng luồng Nóxác định đường dẫn cho một luồng trên cơ sở nhận biết của tài nguyên sẵn có trongmạng ngay khi các yêu cầu QoS của luồng QoSR phát triển mô hình định tuyến hiệnthời theo 3 hướng Thứ nhất, nó hỗ trợ lưu lượng sử dụng lớp dịch vụ tích hợp của dịchvụ mà nhiều đường dẫn giữa các cặp node sẽ phải được tính toán Một vài lớp dịch vụmới này sẽ yêu cầu sự phân bố các độ dài định tuyến gia tăng ví dụ trễ và băng thôngsẵn có Nếu bất kỳ độ dài này thay đổi theo chu kỳ, định tuyến cập nhật có thể trở nêncó chu kỳ hơn bằng cách chi phối băng thông mạng và các chu kỳ CPU của router.Thứ hai, định tuyến đúng lúc sẽ dịch chuyển lưu lượng từ một đường dẫn này sangđường dẫn khác ngay khi một đường dẫn tốt hơn được tìm thấy Lưu lượng có thể đượcdịch chuyển ngay cả khi đường dẫn đang tồn tại có thể thoả mãn các yêu cầu dịch vụcủa lưu lượng đang tồn tại Nếu sự tính toán định tuyến thay đổi tài nguyên tiêu thụ cóchu kỳ (ví dụ băng thông sẵn có), sự thay đổi này sẽ xuất hiện thường hơn và có thểdẫn đến các sự dao động định tuyến như các sự dịch chuyển lưu lượng tới và lui giữacác đường dẫn thay thế Hơn nữa, sự thay đổi các đường có chu kỳ có thể tăng sự khácbiệt trong trễ và jitter đã trãi qua bởi các user đầu cuối Thứ ba, các thuật toán địnhtuyến tối ưu đang có trong các phương thức định tuyến không hỗ trợ định tuyến thaythế Nếu đường dẫn đang tồn tại tốt nhất không thể chấp nhận một luồng mới thì sựkết hợp của lưu lượng không thể được chuyển tiếp ngay cả khi tồn tại một đường thaythế thích hợp

2.2.3 Hỗ trợ QoS cho các dịch vụ IP ở lớp tuyến dữ liệu:

Ý tưởng hoạt động IP qua ATM là cần thiết để từng bước đưa ATM vào kiếntrúc Internet Tuy nhiên, khả năng của hoạt động IP qua ATM đang là việc sử dụngATM cung cấp một công nghệ chuyển mạch nhanh và chạy IP qua ATM có thể giảiquyết bài toán cổ chai router lớp mạng

Bài toán của tích hợp này nảy sinh từ vấn đề rằng IP là giao thức không nối kếttrong khi ATM là giao thức nối kết có hướng Sự khác biệt này dẫn đến sự phức tạp,thiếu hiệu quả và nhân đôi chức năng trong việc tích hợp IP với ATM Một ví dụ chothấy sự thiếu hiệu quả trong vấn đề rằng TCP là giao thức vận chuyển thường được

chọn của IP Khi lớp ATM đảm bảo rằng các cell luôn phân phối theo trật tự thì vấnđề kiểm soát lớp vận chuyển TCP là ngược trật tự của trật tự ra của các gói.

Hầu hết các đề xuất IP qua ATM là xem lớp vật lý như một đám mây mờ lớn.Topo thực của mạng ATM nằm dưới là mơ hồ từ lớp mạng, cho phép ATM được sửdụng như các phương tiện của băng thông, nghĩa là vận chuyển các khung giữa haiđiểm Ngoài ra, nó còn tách riêng chức năng IP ra khỏi ATM mà ta đã thấy được các

ưu và nhược điểm của nó

2.2.3.1 IP qua ATM kinh điển:

Mô hình IP kinh điển Classical IP (CLIP) xem xét một mạng, trong đó, các hostđược tổ chức trong các mạng con chia xẻ cùng địa chỉ prefix IP, trong đó, ARPđược sửdụng cho địa chỉ IP để giải quyết địa chỉ điều khiển thâm nhập trung gian MediumAccess Control (MAC) và thông tin qua các mạng con đi qua các router

Thuận lợi chính của CLIP là tương thích với IP, cho phép các giao thức và cácứng dụng lớp cao chạy trong suốt qua ATM trong khi sử dụng băng thông cao sẵn cócủa ATM CLIP còn cho phép dễ dàng tích hợp các dịch vụ IP cơ sở với các dịch vụATM khác Mô hình này không thay đổi IP về mọi mặt và sử dụng ATM như một lớpcông nghệ nằm dưới Đặc trưng chính của ATM được khai thác bởi IP là chuyển mạch

VC Hỗ trợ tốc độ bit không rõ ràng Unspecified Bit Rate (UBR) thích hợp tốt cho lưulượng nỗ lực tốt nhất và tốc độ các tại đầu cuối của user và các giao tiếp của router

Nhược điểm lớn của CLIP là không dễ nhận được từ các bảo đảm QoS vốn cócủa ATM do các nguyên nhân sau:

Nối kết ATM trực tiếp chỉ được thiết lập bên trong LIS (Logical InternetProtocal Subnet Mạng con giao thức Internet cục bộ) mà chúng đi qua các biên củaLIS

Độc lập sử dụng mô hình định tuyến IP kinh điển (giải pháp địa chỉ bị giới hạntới một LIS)

Lưu lượng IP giữa các host trên các LIS khác nhau luôn chảy qua một haynhiều router trung gian mà có thể chỉ cung cấp sự phân phối nỗ lực tốt nhất tại lớp IP.Điều này kết hợp các nối kết ATM, mặc dù nó có thể được mở một kết nối ATM trựctiếp giữa 2 host, như vậy từ chối đảm bảo QoS điểm-điểm Mặc khác, các gói IP điqua chặng biên LIS vài lần qua mạng ATM thay vì chỉ qua một chặng

Tất cả các luồng dữ liệu IP giữa 2 host chia xẻ băng thông của một VC đơn.Chỉ có một sự chia xẻ VC giữa 2 host làm cho nó không thuận tiện cho các ứng dụngriêng nhận sự đảm báo QoS cho luồng dữ liệu của chúng

2.2.3.2 Giao thức phân giải chặng kế:

Giao thức này từ sự thích hợp của các giải pháp IP/ATM kinh điển là giao thứcphân giải chặng kế Next Hop Resolution Protocol (NHRP) đưa ra khái niệm của giaothức CLIP ATM ARP vượt qua các biên của LIS

Với hoạt động của NHRP, có một server chặng kế Next Hop Server (NHS)trong mỗi LIS như mô tả trong hình 2-6 Tất cả các host trên một LIS đăng ký đa truycập không băng rộng của chúng (Non-Broadcast Multiple Access) và địa chỉ lớp liênmạng với NHS khi khởi động.

Hình 2-6 Giao thức phân giải chặng kế

Giả thiết nguồn muốn gởi 1 gói IP đến đích mà nằm ngoài mạng con IP cục bộLIS của nó Để giải quyết địa chỉ NBMA của đích, nguồn gởi Resolution Requestchặng kế tới NHS của nó NHS kiểm tra có đích nằm trong cùng LIS hay không NếuNHS không phục vụ đích đó thì NHS chuyển yêu cầu đến NHS kế tiếp theo đườngdẫn đã định Quá trình chuyển tiếp này tiếp tục cho đến khi đến NHS phục vụ đích đó.NHS này có thể phân giải địa chỉ NBMA của đích và gởi trở lại theo đường dẫn đãđịnh NHS trung gian có thể lưu thông tin ánh xạ địa chỉ cho đích, chứa trongResolution Reply để trả lời các Resolution Request liên tục

Ưu điểm chính của NHRP là nó có thể giải quyết bài toán nhiều chặng qua cácmạng NBMA bằng việc cung cấp giải pháp địa chỉ liên LIS, do đó, cho phép sự thếtlập của một nối kết chặng đơn qua mạng NBMA Nếu là mạng ATM, một VC trựctiếp đơn có thể được thiết lập qua vài LIS, nên cung cấp QoS về mặt đảm bảo hợpđồng lưu lượng đến luồng dữ liệu IP giữa các điểm cuối của VC Còn nếu một nối kếttrực tiếp có thể được thiết lập qua mạng NBMA thì nó bị chia xẻ bởi mọi lưu lượng IPgiữa hai điểm cuối Điều này nghĩa là không có khả năng cung cấp QoS tới ứng dụngriêng như các tài nguyên được chia xẻ giữa các luồng riêng

Sử dụng LANE, IP hay CLIP nghĩa là không hỗ trợ QoS ở lớp ứng dụng, như ởlớp IPv4 tách biệt tất cả các đặc tính của các lớp bên dưới của ATM Để có QoS, vàidạng tín hiệu báo hiệu liên mạng IP sẽ được yêu cầu để cho phép ứng dụng yêu cầumột lớp dịch vụ

2.2.3.3 LAN Emulation

Các thực hiện của mạng cục bộ LAN hiện nay vốn khác hẳn so với ATM ở chỗchúng cung cấp dịch vụ không nối kết, trong đó, việc truyền thông điệp multicast vàbroadcast là dễ dàng thực hiện LANE cung cấp một phương tiện hỗ trợ cho các dịchvụ LAN thông thường qua mạng ATM mà các ứng dụng của phần mềm đang tồn tại

có thể truyền các khung dữ liệu giữa các trạm đầu cuối nếu chúng được gắn liền vớiLAN thông thường LANE không thay thế các router hay định tuyến mà nó cung cấpmột dịch vụ lớp MAC hoàn chỉnh.

Hình 2-7 Cấu hình dịch vụ LANE

Mỗi LANE được kết hợp một tập dữ kiện máy khách LANE (LAN EmulationClients LEC) và một dịch vụ LANE đơn (LANE service) Một LEC tiêu biểu một thựcthể trong ATM dựa trên thiết bị đầu cuối hay một bridge qua một tập các user đượcxác định bởi địa chỉ MAC của chúng nối với dịch vụ LE (LANE) Dịch vụ LE cung cấpcác lớp LANE với dịch vụ không nối kết cho việc truyền thông điệp cho LANE giữacác đích Nó hoạt động như sự chia xẻ trung gian cho LANE trong mạng ATM nối kếtcó hướng vốn có của nó

Dịch vụ LE bao gồm 3 thực thể: Dịch vụ cấu hình LANE (LANE ConfigureService LECS), dịch vụ LANE và dịch vụ quảng bá (broadcast) và không xác định(BUS) như hình 2-7 kết hợp với nhau với một số thực thể LEC Dịch vụ LE cung cấpmột chia xẻ trung gian ảo nối với tất cả các trạm đầu cuối, hỗ trợ các dịch vụ khôngnối kết cho việc truyền các thông điệp của LAN giữa các đích trong mạng ATM nốikết có hướng cố hữu Dịch vụ LE còn đảm bảo rằng trật tự khung được khôi phụctrước khi truyền dữ liệu giữa chúng

Dịch vụ cấu hình LANE (LECS) điều khiển sự ấn định LANE khác nhau tớicác LEC riêng Dựa trên các sự kiểm soát của nó, cơ sở dữ liệu và thông tin cấu hìnhđược cung cấp bởi các client, LECS cung cấp một LEC với địa chỉ LES/ATM thíchhợp

LES thực hiện các chức năng phối hợp điều khiển cho LANE Nó cung cấp dữkiện để đăng ký địa chỉ MAC Một LEC muốn tham gia LANE phải cố gắng thiết lậpđiều khiển trực tiếp VCC hai hướng đến LES sử dụng địa chỉ ATM được cung cấp bởiLECS, LES kiểm tra LEC có thể tham gia vào LAN hay không Nếu LEC có thể thìđăng ký đích LAN mà nó biểu diễn LEC tham gia phải được chuẩn bị để chấp nhận

BUS

LECS LEC

LECS LEC

LECS LEC LECS LEC

Quản lý điều

phân bố điều khiển VCC điểm - điểm đơn hướng từ LES Thông điệp từ LES đến LECcó thể được truyền qua điều khiển trực tiếp hay điều khiển phân bố VCC.

LEC được yêu cầu để nối tới BUS khi chúng được thiết lập một nối kết đếnLES LEC thực hiện đánh địa chỉ của BUS bằng việc gởi một thông điệpLE_ARP_REQUEST tới LES, để giải quyết địa chỉ MAC quảng bá (FFFFFFFFFFFF).Khi địa chỉ ATM của BUS được biết thì LEC phải cố gắng thiếu lập Multicast_Senthai hướng VCC với BUS Nó phải được chuẩn bị để chấp nhận nối kết vớiMulticast_Forward điểm – đa điểm một hướng VCC từ BUS

BUS kiểm soát dữ liệu được gởi đến một LEC đến địa chỉ MAC quảng bá, tấtcả các lưu lượng mulicast và các khung unicast ban đầu được gởi bởi LEC trướcData_Direct TARGET_ATM_ADDRESS được giải quyết Khi dịch vụ LE tham gialớp 5 tương hợp ATM (AAL5), BUS phải còn hỗ trợ liên tục cho nên các cell nhậnđược bởi nó từ các nguồn gốc khác nhau đến cúng một đích LEC là không bị xen vào

2.2.3.4 Đa giao thức qua ATM (MPOA)

Có hai phương tiện IP co giãn mà thoả mãn yêu cầu đang tồn tại và mong đợi,đó là sự thay đổi cơ sở hạ tầng đang tồn tại bằng các router mới, nhanh và rẻ hơn màđịnh tuyến cho mỗi gói ở tốc độ cao hoặc thực hiện chiến thuật “một đường nhiềuchuyển mạch” Chuyển mạch IP lẫn MPOA đều chọn cách sau và giảm sự kết hợptiềm tàng với việc di chuyển lưu lượng lớp 3 từ subnet này sang subnet khác Quátrình này bao gồm việc tiến hành tìm kiếm địa chỉ đích và giải quyết (định tuyến)trước khi chuyển qua môi trường lớp 2

MPOA hoạt động ở cả hai lớp 2 và 3 và có khả năng cung cấp nối kết lớp 3trực tiếp qua ATM khi sử dụng các luồng tắt (shortcut) để khai thác hoàn toàn các đặctính vốn có của ATM Tuy nhiên, nó còn có thể sử dụng luồng mặc định sử dụngLANE khi một luồng tắt không tồn tại và lưu lượng lớp 2 là được truyền trong cùngsubnet hay cùng LANE Với các đích ngoài subnet thì MPOA sử dụng NHRP để tìmkiếm địa chỉ ATM của đích đã định này

MPOA được dự định để hỗ trợ vận chuyển hiệu quả dữ liệu unicast liên subnettrong môi trường LANE và NHRP để duy trì các lợi điểm của LANE, trong khi đó chophép liên subnet qua các VCC của ATM ngoài sự yêu cầu các router trên đường dẫndữ liệu

MPOA cung cấp các client MPOA (MPC) và server MPOA (MPS) và địnhnghĩa các giao thức được yêu cầu cho MPC và MPS để giao tiếp MPC đưa ra các yêucầu cho các địa chỉ tắt ATM và nhận các đáp ứng từ MPS sử dụng các giao thức này.MPOA còn đảm bảo tính liên vận với cơ sở hậ tầng đang tồn tại của các router Cácserver MPOA lấy các router hoạt động trên các giao thức định tuyến lớp liên mạngtiêu chuẩn như OSPF để sử dụng, cung cấp một sự tích hợp phẳng với các mạng đangtồn tại

MPOA tiến hành định tuyến đến các server như các router thông thường chocác mạng IP bên ngoài hay mạng lớp 3 khác và chỉ có thể đáp ứng với các tính toáncho định tuyến Chức năng chuyển tiếp gói của router thông thường tiến hành tại các

thiết bị biên nỗi đến server định tuyến, đến mạng lớp 3 và mạng ATM Đường dẫn nổilên từ đám mây ATM từ điểm vào đến điểm ra rồi đến đích Với các luồng ngắn củagói, server định tuyến sẽ liên quan với mỗi gói như các router thông thường Tuynhiên với các luồng dài hơn, như với phiên FTP hay truyền email, đường dẫn tắt cóthể được thiết lập qua mạng ATM trực tiếp qua các thiết bị biên, qua server địnhtuyến Về mặt này, MPOA giống như chuyển mạch IP của Ipsilon với các luồng ngắncủa các đường thông thường như thiết lập tắt cho các luồng dài hơn Tuy nhiên, cacgiao thức khác được sử dụng để thiết lập đường dẫn qua mạng ATM, NHRP trongtrường hợp của MPA và giao thức quản lý chuyển mạch chung (GSMP) cho chuyểnmạch IP.

Bây giờ, các đường dẫn tắt MPOA qua mạng ATM theo cùng một cách, sửdụng các giao thức định tuyến chặng kế NHRP Nhưng server định tuyến được thaythể bởi nhiều server NHRP đơn giản hơn, thỉnh thoảng gọi là MPS (server đa giaothức) Server MPS chỉ đơn thuần chịu trách nhiệm cho việc tính toán đường dẫn quamạng ATM mà thích hợp nhất với chặng lớp 3 được tính bởi router thông thường, sửdụng các giao thức chuẩn như OSP Cho nên, MPOA gồm LANE và NHRP và thêmvài giao thức báo hiệu bên trong

Chú ý rằng NHRP chỉ là giao thức tính toán điểm - điểm và không quyết địnhsubnet nào để chuyển tiếp lưu lượng đến, điều này lệ thuộc vào các router thôngthường

Mặc dù MPOA được hiểu trên sự nỗ lực cung cấp phương tiện hiệu quả chomọi dạng dữ liệu lớp 3 qua mạng ATM, còn về sự tương thích với LANE thì nó đượccho rằng quá phức tạp và không co giãn tốt

2.2.4 Hỗ trợ QoS cho các dịch vụ ở lớp vật lý:

2.2.4.1 IP qua SONET:

Mạng quang đồng bộ Synchronous Optical Network (SONET) SDH là côngnghệ truyền dẫn lớp vật lý được thiết kế để cung cấp một mô hình truyền dẫn toàn bộvà mô hình ghép kênh với các tốc độ truyền dẫn gigabit/s và một hệ thống vận hànhvà quản lý hoàn chỉnh

SONET là một tiêu chuẩn cho các hệ thống truyền dẫn kết nối quang và vậnchuyển các dữ liệu của user trong các container Nó định nghĩa các chuẩn giao thứclớp lớp vật lý của mô hình OSI SONET thiết lập các OC từ 51.8Mbps đến 2.48Gbpsvà cao hơn nữa Tuy nhiên, SONET được thiết kế ban đầu để thuận tiện cho việc vậnchuyển các tín hiệu chung và nhiều khả năng container được đo đạc chính xác

Khi SONET là một giao thức lớp vật lý, IP là giao thực lớp mạng thì theo môhình OSI 7 lớp, giao thức lớp tuyến dữ liệu trung gian là được yêu cầu giữa chúng

Lớp vật lý chịu trách nhiệm, truyền dẫn các bit thô qua kênh truyền thông Lớptuyến dữ liệu chịu trách nhiệm chuyển chuỗi bit thô được cung cấp bởi lớp vật lý vàotrong một chuỗi khung để sử dụng bởi lớp mạng Lớp mạng liên quan với các gói từ

nguồn đến đích và phân bố với sự định tuyến gói và điều khiển tắc nghẽn trongsubnet.

Hình 2-8 Kỹ thuật lưu lượng trong SONET

Mặc dù SONET được mô tả là một chuỗi các khung từ lớp tuyến dữ liệu, nhưngđúng hơn là một chuỗi các octec Để có thể ánh xạ các gói IP vào đường bao tải trọngtrong mạng SONET (SPE: SONET Payload Envelop), ta cần xác định nơi bắt đầu vàkết thúc của gói (hay nhiều gói trong SPE) Giao thức điểm - điểm (PPP) của giao thứclớp tuyến dữ liệu thường được sử dụng để cung cấp mô tả gói IP

SONET có khả năng cung cấp các cơ chế kỹ thuật lưu lượng rất đơn giản, mặcdù, hiện nay, sự thực hiện của nó là độc quyền Lưu lượng có thể được vận chuyểncông bằng theo các tuyến vật lý với các container Tại ghép kênh lên và xuống, lưulượng có thể được chuyển mạch vào trong các đường dẫn khác nhau như hình 2-8

Như vật, nhà điều hành mạng đã đồng ý để vận chuyển dữ liệu giữa hai kháchhàng Lưu lượng có thể được vận chuyển qua cơ sở hạ tầng theo đa đường dẫn với tảitrọng cân bằng hay một sơ đồ nhận biết dịch vụ có thể được triển khai Ví dụ lưulượng nhạy trễ có thể được chuyển trong các container theo một đường dẫn vật lýngắn đến đích, trong khi đó, lưu lượng chịu được trễ thì được truyền theo một đườngdài hơn

2.2.4.2 IP qua DWDM:

Ghép kênh phân chia bước sóng mật độ DWDM có khả năng tăng cường dunglượng của mạng đang tồn tại mà không cần nối cáp đắt tiền và có thể giảm giá thànhnâng cấp mạng DWDM là quá trình ghép các tín hiệu của các bước sóng khác nhauvào trong một sợi đơn Từ đó, nó có thể tạo ra nhiều sợi ảo mà mỗi sợi có thể mangcác tín hiệu lớp vật lý khác nhau

IP qua DWDM là nội dung của việc gởi các gói dữ liệu qua lớp quang sử dụngDWDM với khả năng và hoạt động của nó Lớp quang bổ sung nhiều chức năng hơncho lớp cao hơn Điều này tạo ra một mạng toàn quang, trong đó mọi sự quản lý đượcthực hiện trong lớp mạng và lớp photone Khi đó, mạng quang cung cấp các dịch vụhoàn chỉnh điểm-điểm trong một miền quang mà không có sự chuyển đổi tín hệu sangmiền điện trong quá trình truyền dẫn Sự truyền dẫn IP trực tiếp qua DWDM có thểđạt được tốc độ bit OC-192 (Optical Carrier: vật mang quang)

Hình 2-9 Kỹ thuật lưu lượng trong DWDM

Khả năng DWDM vận chuyển lưu lượng theo các bước sóng khác nhau theocùng một đường truyền dẫn vật lý cho phép DWDM cung cấp dạng cơ bản của kỹthuật lưu lượng Bằng sự ấn định các lớp lưu lượng khác nhau đến các bước sóng khácnhau, lưu lượng có thể định tuyến theo các node và các tuyến cụ thể trong mạng nhưmô tả trong hình 2-9, trong đó 2 bước sóng dược cung cấp cho mỗi tuyến

Hình này xét lưu lượng đi qua hai node A và B Bước sóng xanh được sử dụngđể tryền lưu lượng giữa node A và D, D và B Nhà điều hành chọn như vậy để gởi lưulượng từ A đến B sử dụng bước sóng đỏ qua các node A_D_B Ngoài ra, lưu lượng từ

A đến B được gởi qua đường dẫn bước sóng xanh theo đường dẫn thay thế dài hơn.Bằng việc sử dụng bộ lọc gói thích hợp ở node A, các gói dịch vụ ưu tiên có thể đượctruyền theo đường đỏ ngắn đến node B, trong khi các dịch vụ nỗ lực tốt nhất sử dụngđường xanh dài hơn để truyền đến node B

2.3 KẾT LUẬN

Chương 2 đã mô tả sự đa dạng của các cơ chế và các thủ tục mà cho phép kỹthuật lưu lượng được triển khai trong Internet Mô tả nhiều sơ đồ có khả năng phânbiệt các lớp dịch vụ Một vài mô hình có thể được áp dụng đối với các mạng có độ cogiãn lớn, khi chúng không yêu cầu dạng thông tin từng user của quá trình xử lý haytích luỹ trạng thái Trong đó, một vài mô hình hỗ trợ QoS trên cơ sở từng luồng Ngoài

ra, chương này còn mô tả các kiến trúc của dịch vụ cho việc vận chuyển IP qua cácmạng diện rộng Tuy nhiên, đa số các sơ đồ này đơn giản là chồng phủ IP lên côngnghệ lớp mạng thấp hơn, như vậy, các lớp nằm dưới là không thể phân biệt các lớpdịch vụ lớp mạng khác nhau Chương 3 sẽ mô tả một giao thức mà gọi là chuyển mạchnhãn đa giao thức MPLS cung cấp một công nghệ lớp tuyến dữ liệu “nhận thức IP”mới với các khả năng của kỹ thuật lưu lượng cố hữu của nó

CHƯƠNG 3 CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS

3.1 TỔNG QUAN VỀ MPLS

Trong định tuyến lớp mạng thông thường, khi một gói của giao thức lớp mạngkhông đấu nối đi từ router này đến router tiếp theo, thì mỗi router tiến hành một quyếtđịnh chuyển tiếp (forwarding) độc lập cho gói Nghĩa là mỗi router phân tích headercủa gói và mỗi router thực hiện một thuật giải định tuyến lớp mạng Mỗi router phântích chặng tiếp theo cho gói một cách độc lập trên cơ sở phân tích các header của góivà kết quả của việc thực hiện thuật giải định tuyến

Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multi Protocol Label Switching) đượcđề xuất từ IETF (Internet Engineering Task Force) nhằm giải quyết vấn đề này, vớiđối tương chính là việc chuyển tiếp chuyển mạch nhãn tích hợp với định tuyến lớpmạng

Trong mô hình chuyển tiếp MPLS, khi một gói được ấn định một FEC(Forwarding Equivalency Class) thì các router sau không phân tích header của nó nữa,mọi sự chuyển tiếp đều dựa vào nhãn Điều này dẫn đến một số thuận lợi so với địnhtuyến lớp mạng thông thường:

- Chuyển tiếp của MPLS có thể hòan thành bởi các chuyển mạch mà cókhả năng tiến hành tra cứu và thay thế nhãn, mà không cần có khả năng phân tíchheader lớp mạng, hay không có khả năng phân tích các header lớp mạng tại tốc độthích hợp

- Từ khi một gói được ấn định một FEC, khi nó chuyển vào trong mạng,router ngõ vào có thể sử dụng bất kỳ thông tin của nó trong việc xác định và ấnđịnh Thậm chí từ những thông tin lượm lặt từ header lớp mạng Ví dụ: các gói đếncác cổng khác nhau có thể được ấn định đến các FEC khác nhau Còn trongchuyển tiếp thông thường thì chỉ có thể xét thông tin đi cùng với gói trong headercủa gói

- Một gói chuyển vào mạng tại một router cụ thể có thể được dán nhãnkhác nhau mà cùng gói đi vào mạng tại một router khác, và kết quả của việcchuyển tiếp quyết định theo router ngõ vào thì có thể dễ dàng trong việc thực hiệnhơn Điều này không thể thực hiện trong chuyển tiếp lớp mạng thông thường

- Việc ánh xạ gói đến FEC đơn giản vì không có bất kỳ sự tác động tạitất cả các router mà chỉ đơn thuần chuyển tiếp các gói được dán nhãn

- Đôi khi, nó muốn tác động một gói theo một đường cụ thể mà đã đượcchọn tường minh tại lúc hay trước lúc gói đi vào mạng đúng hơn là được chọn bởithuật giải định tuyến động thông thường khi các gói đi qua mạng Điều này là một

vấn đề của việc kiểm soát hay hỗ trợ kỹ thuật lưu lượng Trong chuyển tiếp thôngthường, yêu cầu một gói thực hiện một sự mã hóa đường của nó kèm theo nó

“định tuyến nguồn” Trong MPLS, một nhãn có thể được sử dụng để biểu diễnmột đường để đồng nhất đường tường minh không cần phải mang theo gói

Một vài router phân tích header lớp mạng của gói không chỉ đơn thuần là chọnchặng tiếp theo của gói mà còn xác định “quyền ưu tiên” hay “lớp dịch vụ”

MPLS gọi là chuyển mạch nhãn “đa giao thức” bởi vì các kỹ thuật của nó đượcáp dụng cho BẤT KỲ giao thức lớp mạng nào

3.2 CÁC KHÁI NIỆM CHÍNH TRONG MPLS:

Nội dung chính trong MPLS là sự phân chia các chức năng của các routerthành hai phần: đó là chuyển tiếp và điều khiển Phần chuyển tiếp chịu trách nhiệmcho các gói dữ liệu được chuyển giữa các router IP như thế nào, việc sử dụng chuyểnđổi nhãn tương tự như bộ nhận dạng đường ảo, kênh ảo trong chuyển mạch ATM.Phần điều khiển bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng để phân bố các thông tinđịnh tuyến giữa các router và các thủ tục dán nhãn để chuyển đổi thông tin định tuyếnnày vào trong các bảng chuyển tiếp cần cho việc chuyển mạch nhãn như trong hình 3-

1 Chú ý rằng, MPLS không phải là một giao thức định tuyến mà nó là một cơ chếchuyển tiếp nhanh mà được thiết kế tiếp theo để làm việc trong các giao thức địnhtuyến IP đang tồn tại như OSPF hay BGP Sự phân chia thành hai thành phần cho phépmỗi thành phần có thể được phát triển và cải tiến độc lập

Hình 3-1 Các thành phần điều khiển và chuyển tiếp

Các thành phần giao thức MPLS Các thành phân giao thức khơng MPLS

xẻ LDP

Mgr: Các mục đích quản lý LDP

Dscy: Các thơng điệp phát hiện

Sess: Quản lý phiên

Advt: Các thơng điệp cơng bố

Notf: Các thơng điệp thơng báo

3.2.1 Các thành phần và các cơ chế LDP:

Nội dung cơ bản trong MPLS là hai router chuyển mạch nhãn LSR (LabelSwitching Router) phải đồng ý trên phương tiện các nhãn được sử dụng để chuyển tiếplưu lượng giữa chúng và qua chúng Điều này thực hiện được nhờ sự sử dụng một tậpcác thủ tục báo hiệu được gọi là giao thức phân bố nhãn khi một LSR này thông báovới LSR kia về các liên kết nhãn/FEC mà nó đã tiến hành Hai LSR mà sử dụng giao

thức phân bố nhãn để trao đổi thông tin liên kết nhãn /FEC gọi là “phân bố nhãn

ngang hàng” liên quan tới thông tin liên kết mà chúng trao đổi Nếu hai LSR là phân

bố nhãn ngang hàng thì có một “phân bố nhãn lân cận” tồn tại giữa chúng Ở đây,

chúng ta chỉ xét đến giao thức phân bố nhãn LDP mặc dù, hiện nay đang có một sốgiao thức phân bố nhãn khác đang được phát triển

LDP là một giao thức được định nghĩa cho việc phân bố nhãn Nó là một tậphợp các thủ tục và thông điệp mà các LSR thiết lập các đường dẫn chuyển mạch nhãnLSP (Label Switching Path) qua mạng bởi việc ánh xạ thông tin định tuyến lớp mạngtrực tiếp đến các đường dẫn chuyển mạch lớp tuyến dữ liệu

LDP kết hợp một FEC với mỗi LSP mà nó tạo ra FEC kết hợp với LSP xácđịnh các gói được ánh xạ đến LSP này LSP được kéo dài qua mạng khi mỗi LSR ánhxạ các nhãn đưa đến với một FEC thành nhãn ra đến chặng tiếp theo với FEC đã cho

Các phần sau khái quát về các thành phần, thủ tục, cơ chế triển khai trong kiếntrúc của MPLS Hình 3-2 mô tả một miền MPLS tiêu biểu

Hình 3-2 Một miền MPLS tiêu biểu

3.2.1.1 Router chuyển mạch nhãn

Router chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router) là thiết bị mà có khảnăng chuyển tiếp các gói ở lớp 3 và chuyển tiếp các khung đóng thành gói ở lớp 2 Cơchế chuyển đổi nhãn được thực hiện ở lớp 2

3.2.1.2 Router nhãn biên

Phạm vi khách

hàng

Miền MPLS

Các router chuyển tiếp LSR

Giao tiếp nhà cung cấp/khách hàng

Điều hành vật mang mạng

LSRLSR

Router nhãn biên LER (Label Edge Router) gồm một router và một chuyểnmạch lớp 2 mà có khả năng chuyển tiếp các khung MPLS đến và đi từ miền MPLS.Nó tiến hành liên kết IP đến FEC MPLS bao gồm sự thoả thuận các luồng đưa đến.Nó còn giao tiếp với các LSR bên trong của MPLS để chuyển đổi các liên kết nhãn.Thường xét như một LSR ngõ vào hay ngõ ra bởi vì nó đặt ở vị trí biên của miềnMPLS.

3.2.1.3 Đường dẫn chuyển mạch nhãn

Đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP (Label Switching Path) là đường dẫn đượcchuyển mạch từ ngõ vào đến ngõ ra được xây dựng bởi các node MPLS để chuyểntiếp các gói đã đóng gói MPLS của một FEC nào đó sử dụng cơ chế chuyển tiếpchuyển đổi nhãn Nó gần giống như nội dung của các kênh ảo trong chuyển mạchATM

LSP (Label Switching Path) của lớp m cho một gói P tiêu biểu là một chuỗicác router <R1, ,Rn> với các thuộc tính sau:

- R1 là LSP ngõ vào, là một LSP mà đẩy một nhãn vào trong stack nhãngói P, stack nhãn có độ sâu là m

- Với mọi i, 1<i<n, P có stack nhãn với độ sâu m khi nó được nhận bởiLSP Ri

- Nếu không thuộc khoảng thời gian truyền P từ R1 đến Rn-1 thì stacknhãn của nó có độ sâu nhỏ hơn m

- Với mọi i, 1<i<n, Ri truyền P đến Ri+1bằng các phương tiện của MPLS,nghĩa là sử dụng một nhãn tại đỉnh của stack (nhãn lớp m) như một chỉ số đưa vàotrong ILM

- Với mọi i, 1<i<n, nếu một hệ thống S nhận và chuyển tiếp P sau khi Pđược truyền bởi Ri nhưng trước khi P được nhận bởi Ri+1 (nghĩa là Ri và Ri+1 cóthể được nối qua chuyển mạch mạng con tuyến dữ liệu, và S có thể là một chuyểnmạch tuyến dữ liệu) thì quyết định chuyển tiếp của S là không dựa trên cơ sở củanhãn lớp m hay trên header lớp mạng

Nói cách khác, LSP lớp m cho một gói P là một chuỗi các router:

- Bắt đầu bằng một LSR (LSR ngõ vào) mà đẩy vào trong nhãn lớp m

- Tất cả LSR trung gian mà quyết định chuyển tiếp của chúng bởi chuyểnmạch nhãn trên nhãn lớp m

- Kết thúc (LSR ngõ ra) khi một quyết định chuyển tiếp là được tiến hànhbởi chuyển mạch nhãn trên nhãn lớp m-k, trong đó k>0 hay quyết định chuyển tiếpmà được tiến hành bởi “gốc”, các thủ tục chuyển tiếp không MPLS

3.2.1.4 Các lớp chuyển tiếp tương đương FEC

Lớp chuyển tiếp tương đương là một tập hợp các gói được đối xử như nhau bởicác router, nghĩa là chúng được chuyển tiếp cùng giao tiếp với cùng chặng tiếp theovà được ấn định cùng lớp phục vụ Khi một gói vào miền MPLS tại một node ngõ vào,