CHƯƠNG 2. CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC – MPLS
2.7 Phương thức hoạt động của MPLS
Khi một gói tin vào mạng MPLS, các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn không thực hiện chuyển tiếp theo từng gói mà thực hiện phân loại gói tin vào trong các lớp tương đương chuyển tiếp FEC, sau đó các nhãn được ánh xạ vào trong các FEC. Một giao thức phân bổ nhãn LDP đƣợc xác định và chức năng của nó là để ấn định và phân bổ các ràng buộc FEC/nhãn cho các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR. Khi LDP hoàn thành nhiệm vụ của nó, một đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP đƣợc xây dựng từ ngõ vào tới ngõ ra. Khi các gói vào mạng, LSR ngõ vào kiểm tra nhiều trường trong tiêu đề gói để xác định xem gói thuộc về FEC nào. Nếu đã có một ràng buộc nhãn/FEC thì LSR ngõ vào gắn nhãn cho gói và chuyển tiếp nó tới ngõ ra tương ứng. Sau đó gói được hoán đổi nhãn qua mạng cho đến khi nó đến LSR ngõ ra, lúc đó nhãn bị loại bỏ và gói đƣợc xử lý tại lớp 3. Vì vậy quá trình chuyển tiếp gói tin diễn ra nhanh hơn so với việc chuyển tiếp dựa vào định tuyến IP.
Ngoài ra MPLS còn có cơ chế Fast reroute. Do MPLS là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền thường cao hơn các công nghệ khác. Trong khi đó, các dịch vụ tích hợp mà MPLS phải hỗ trợ lại yêu cầu dung lƣợng cao. Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lý bên dưới.
Mặt phẳng điều khiển quản lý tập các tuyến mà một gói có thể sử dụng, trong mô hình này một gói đi vào thiết bị mạng qua giao diện đầu vào, đƣợc xử lý bởi một thiết bị mà nó chỉ xử lý thông tin về gói để đƣa ra quyết định logic.
Quyết định logic này có thông tin đƣợc cung cấp từ mặt phẳng điều khiển chứa các tuyến, cho các thông tin về gói đƣợc cập nhật tới thiết bị khác để chuyển tiếp gói thông qua giao diện đầu ra để tới đích của gói tin đó.
Các lớp trên
Duy trì tuyến
Lựa chọn cổng ra
Nhận gói đầu vào
Các cổng đầu vào
Nhận gói đầu ra
Các cổng đầu ra
Liên mạng Mặt phẳng
chuyển tiếp Mặt phẳng điều
khiển Định tuyến
Chuyển mạch
Hình 2.13 Định tuyến, chuyển mạch, chuyển tiếp
Giả sử ta có một mạng đơn giản nhƣ sau trong đó Router A là Ingress router (router biên ngõ vào), Router C là Egress router (router biên ngõ ra).
Hình 2.14 Mạng MPLS
Ở đây sẽ trình bày cách các router xây dựng bảng FIB và LFIB cho Network X là mạng mà cần truyền dữ liệu đến.
Phương thức gán và phân tán nhãn gồm những bước như sau:
Bước 1: Giao thức định tuyến (OSPF hay EIGRP …) xây dựng bảng routing table.
Bước 2: Các LSR lần lượt gán 1 nhãn cho một IP đích trong bảng routing table một cách độc lập.
Bước 3: LSR lần lượt phân tán nhãn cho tất cả các router LSR kế cận.
Bước 4: Tất cả các LSR xây dựng các bảng LIB, LFIB, FIB dựa trên nhãn nhận đƣợc.
Đầu tiên các router sẽ dùng các giao thức định tuyến nhƣ OSPF hay EIGRP… để tìm đường đi cho gói tin giống như mạng IP thông thường và xây dựng nên bảng routing table cho mỗi router trong mạng. Giả sử, ở đây router A muốn đến mạng X thì phải qua router B, B chính là Next-hop của router A để đến mạng X.
Hình 2.15 Quá trình xây dựng bảng routing table
Sau khi bảng routing table đã hình thành, các router sẽ gán nhãn cho các đích đến mà có trong bảng routing table của nó, ví dụ ở đây router B sẽ gán nhãn bằng 25 cho mạng X, nghĩa là những nhãn vào có giá trị 25 router B sẽ chuyển nó đến mạng X.
Hình 2.16 Quá trình gán nhãn của router B
Router B phân tán nhãn 25 cho tất cả các router LSR kế cận nó với ý nghĩa
“Nếu bạn muốn đến X thì hãy gán nhãn 25 rồi gửi đến tôi”, cùng lúc đó bảng tra LIB hình thành trong router B và có entry nhƣ hình 2.17.
Hình 2.17 Quá trình phân phối nhãn của router B
Các router LSR nhận đƣợc nhãn từ router láng giềng sẽ cập nhật vào bảng LIB, riêng với router biên (Edge LSRs) sẽ cập nhật vào bảng LIB và cả FIB của nó.
Hình 2.18 Quá trình tạo bảng LIB
Cũng giống nhƣ B, router C sẽ gán nhãn là 47 cho Network X và sẽ quảng bá nhãn này cho các router kế cận, C không quảng bá cho router D vì D không chạy MPLS.
Hình 2.19 Quá trình phân phối nhãn của router C
Cùng lúc đó router C hình thành 2 bảng tra LIB và LFIB có các entry nhƣ hình 2.19. Sau khi nhận đƣợc quảng bá của router C, router B sẽ thêm nhãn 47 vừa nhận đƣợc vào trong bảng tra FIB và LIB đồng thời xây dựng bảng tra LFIB có các entry nhƣ hình 2.20, router E chỉ thêm nhãn 47 vào trong LIB và FIB.
Hình 2.20 Quá trình tạo bảng LFIB
Như vậy ta đã có được đường đi từ biên router A đến mạng cần đến là mạng X, hay nói cách khác một LSP đã hình thành. Bây giờ gói tin có thể truyền theo đường này tới đích như sau: Một gói tin IP từ mạng IP đến router biên Ingress, router A sẽ thực hiện tra bảng FIB của nó để tìm ra next hop cho gói tin này, ở đây A sẽ gán nhãn 25 cho gói tin này theo entry có trong bảng FIB của nó và sẽ gửi tới next hop là router B để đến mạng X.
Hình 2.21 Quá trình kiểm gán nhãn tại ingress LSR
Gói tin với nhãn 25 đƣợc truyền đến cho router B, router B sẽ tra bảng LFIB của nó và tìm ra giá trị nhãn ngõ ra cho gói tin có nhãn ngõ vào 25 là 47, router B sẽ swap nhãn thành 47 và truyền cho next hop là router C.
Hình 2.22 Quá trình hoán đổi nhãn
Gói tin với nhãn 47 đƣợc truyền đến router C, router C sẽ tra bảng LFIB của nó và tìm ra hoạt động tiếp theo cho gói tin có nhãn vào 47 là sẽ pop nhãn ra khỏi gói tin và truyền cho next hop là router D, nhƣ vậy gói tin đến D là gói tin IP bình thường không nhãn.
Hình 2.23 Quá trình tháo nhãn tại egress LSR
Gói tin IP này đến D, router D sẽ tra bảng routing table của nó và truyền cho mạng X.