CHƯƠNG 2. CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC – MPLS
2.3 Các thành phần trong MPLS
Nhãn là một thực thể có độ dài ngắn, cố định và không có cấu trúc bên trong. Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng nhƣ địa chỉ lớp mạng. Nhãn đƣợc gán vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho một FEC mà gói tin đó đƣợc ấn định.
Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương tiện truyền mà gói tin được đóng gói. Ví dụ các gói ATM (tế bào) sử dụng giá trị VPI/VCI nhƣ nhãn, Frame relay sử dụng DLCI làm nhãn. Đối với các phương tiện gốc không có cấu trúc nhãn, một đoạn đệm đƣợc chèn thêm để sử dụng cho nhãn. Khuôn dạng đoạn đệm 4 byte có cấu trúc nhƣ sau:
Hình 2.4 Cấu trúc mào đầu MPLS
MPLS định nghĩa một tiêu đề có độ dài 32 bit và đƣợc tạo nên tại LSR vào. Nó phải được đặt ngay sau tiêu đề lớp 2 bất kì và trước một tiêu đề lớp 3, ở đây là IP và đƣợc sử dụng bởi LSR lối vào để xác định một FEC, lớp này sẽ đƣợc xét lại trong vấn đề tạo nhãn. Sau đó các nhãn đƣợc xử lí bởi LSR chuyển tiếp.
Hình 2.5 Nhãn MPLS
Tải Mào đầu
IP
Đệm MPLS
Mào đầu lớp 2
Nhãn (20) COS(3) S(1) TTL(8)
Khuôn dạng và tiêu đề MPLS đƣợc chỉ ra trong hình 2.4. Nó bao gồm các trường sau:
Nhãn: Giá trị 20 bit, giá trị này chứa nhãn MPLS.
EXP (3 bit): dành cho thực nghiệm, có thể dùng các bit EXP tương tự nhƣ các bit ƣu tiên.
S: bit ngăn xếp, sử dụng để xắp xếp đa nhãn.
TTL: Thời gian sống, 8 bit, đặt ra một giới hạn mà các gói MPLS có thể đi qua.
Đối với các khung PPP hay Ethernet giá trị nhận dạng giao thức P-ID (hoặc Ethertype) được chèn thêm vào mào đầu khung tương ứng để thông báo khung là MPLS unicast hay multicast.
2.3.2 Ngăn xếp nhãn
Là kỹ thuật sử dụng trong việc đóng gói IP. Nó cho phép một gói có thể mang nhiều hơn một nhãn. Nó đƣợc cung cấp bởi việc đƣa vào một nhãn mới (mức 2) bên trên nhãn đã tồn tại (mức 1), gói đƣợc chuyển tiếp qua mạng dựa trên cơ sở các nhãn ở mức 2, sau khi qua mạng này thì nhãn mức 2 bị loại ra và việc chuyển tiếp này hoạt động dựa trên các nhãn mức 1.
Nhãn trên cùng (top) đứng sau header lớp 2, còn nhãn cuối (bottom) đứng trước header lớp 3.
Tại mỗi hop router chỉ xử lý nhãn trên cùng của stack.
Chuyển mạch nhãn đƣợc thiết kế để co dãn các mạng lớn và MPLS hỗ trợ chuyển mạch nhãn với hoạt động phân cấp, hoạt động phân cấp này dựa trên khả năng của MPLS có thể mang nhiều hơn một nhãn trong gói. Ngăn xếp nhãn cho phép thiết kế các LSR trao đổi thông tin với nhau và hành động này giống như việc tạo đường viền node để tạo ra một miền mạng rộng lớn và các LSR khác. Có thể nói rằng các LSR này là các node bên trong một miền và không liên quan đến đường viền node. Việc xử lí một gói nhãn đƣợc hoàn thành độc lập với từng mức của sự phân cấp.
Chú ý rằng trong stack nhãn thì nhãn cuối luôn có giá trị S là 1, các nhãn còn lại S là 0.
Hình 2.6 Nhãn của stack
2.3.3 Lớp chuyển tiếp tương đương FEC Là một nhóm các gói IP:
Có cùng một đường đi trên mạng MPLS.
Có cùng xử lý giống nhau tại bất kỳ LSR nào.
Trong định tuyến truyền thống, một gói đƣợc gán tới một FEC tại mỗi hop. Còn trong MPLS chỉ gán một lần tại LSR ngõ vào. Trong MPLS các gói tin đến với các prefix khác nhau có thể gộp chung một FEC, bởi vì quá trình chuyển tiếp gói trong miền MPLS chỉ căn cứ vào LSR ngõ vào để gán tới FEC cho việc xác định LSP, còn các LSR còn lại dựa vào nhãn để chuyển gói. Với định tuyến IP, gói đƣợc chuyển dựa vào IP nên tại mỗi hop gói đều được gán tới một FEC để xác định đường dẫn.
2.3.4 Đường chuyển mạch nhãn LSP
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).
2.3.5 Cơ sở dữ liệu nhãn LIB
Là bảng kết nối trong LSR có chứa các giá trị nhãn/FEC đƣợc gán vào cổng ra cũng như thông tin về đóng gói phương tiện truyền.
2.3.6 Topo mạng MPLS
Miền MPLS (MPLS domain) là một “tập kế tiếp các nút hoạt động định tuyến và chuyển tiếp MPLS”. Miền MPLS có thể chia thành Lõi MPLS (MPLS Core) và Biên MPLS (MPLS Edge).
Hình 2.7 Topo mạng MPLS
Khi một gói tin IP đi qua miền MPLS, nó đi theo một tuyến đƣợc xác định phụ thuộc vào FEC mà nó đƣợc ấn định khi đi vào miền. Tuyến này gọi là Đường chuyển mạch nhãn LSP. LSP chỉ một chiều, tức là cần hai LSP cho một truyền thông song công.
Các nút có khả năng chạy giao thức MPLS và chuyển tiếp các gói tin gốc IP đƣợc gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR.
LSR lối vào (Ingress LSR) xử lý lưu lượng đi vào miền MPLS.
LSR chuyển tiếp (Transit LSR) xử lý lưu lượng bên trong miền MPLS.
LSR lối ra (Egress LSR) xử lý lưu lượng rời khỏi miền MPLS.
LSR biên (Edge LSR) thường được sử dụng như là tên chung cho cả LSR lối vào và LSR lối ra.
2.3.7 Thành phần cơ bản của MPLS
Các thiết bị tham gia trong một mạng MPLS có thể đƣợc phân loại thành các bộ định tuyến biên nhãn LER và các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR.
2.3.7.1 Thiết bị LSR
Thành phần quan trọng nhất của mạng MPLS là thiết bị định tuyến chuyển mạch nhãn LSR. Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển tiếp gói tin trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn.
2.3.7.2 Thiết bị LER
LER là một thiết bị hoạt động tại biên của mạng truy nhập và mạng MPLS. Các LER hỗ trợ các cổng đƣợc kết nối tới các mạng không giống nhau (như Frame Relay, ATM, và Ethernet ) và chuyển tiếp lưu lƣợng này vào mạng MPLS sau khi thiết lập LSP, bằng việc sử dụng các giao thức báo hiệu nhãn tại lối vào và phân bổ lưu lượng trở lại mạng truy nhập tại lối ra. LER đóng vai trò quan trọng trong việc chỉ định và huỷ nhãn, khi lưu lượng vào trong hay ra khỏi mạng MPLS.
LER là nơi xảy ra việc gán nhãn cho các gói tin trước khi vào mạng MPLS.
Các thiết bị biên khác với các thiết bị lõi ở chỗ là: ngoài việc phải chuyển tiếp lưu lượng nó còn phải thực hiện việc giao tiếp với các mạng khác.