CHƯƠNG 3 CÁC DỊCH VỤ TRÊN NỀN METRO ETHERNET NETWORK
3.1.3. Hoạt động của MPLS
3.1.3.1. Lớp chuyển tiếp tương đương – FEC.
FEC (Forwarding Equivalence Class) là một nhóm gói lớp mạng được chuyển tiếp trên cùng một con đường đi với cùng một cách thức qua mạng. Một FEC được định nghĩa là một tập các luật xác định một nhóm các gói lớp mạng cụ thể sẽ được chuyển tiếp theo cùng một cách thức như nhau quan mạng. FEC dùng để phân biệt các luồng thông tin có đặc tính nào đó khác nhau. Với mỗi nút MPLS, tất cả các đích đến có thể đến được sẽ được phân ra thành các nhóm đích đến nhỏ hơn, mỗi nhóm này được gọi là một FEC. Tất cả các gói trong cùng một FEC sẽ được chuyển tiếp trên cùng một đường đi với một cách thức truyền giống nhau. Sau khi nút MPLS phân loại gói nhận được vào các FEC, nó sẽ ánh xạ mỗi FEC vào một chặng kế tiếp thích hợp, do đó việc chuyển tiếp các gói này sẽ được thực hiện một cách chính xác. Đây là điểm nổi bật của MPLS so với định tuyến IP, việc phân tích thông tin định tuyến lớp 3 chỉ được thực hiện một lần khi gói dữ liệu đi vào vùng MPLS ngay tại router biên vào (Ingress LSR), trong vùng MPLS việc định tuyến đơn giản là việc trao đổi các nhãn có sẵn. Điều này làm giảm thời gian trì hoãn gói dữ liệu khi truyền trên mạng.
(1) Ingress
LSR
(1..n) Transit
LSR
(1) Egress
LSR
IPv4 MPLS domain IPv4
Hình 3.6. Mô hình vùng MPLS.
Hình 3.6 mô tả sơ đồ chức năng tổng quát của một vùng MPLS. Mỗi LSR (Label Switch Router) là một nút mạng, có thể là một bộ định tuyến IP hoặc một bộ chuyển mạch ATM có phần mềm và phần cứng hỗ trợ MPLS. Chức năng của phần
mềm và phần cứng hỗ trợ MPLS này là nhận biết được các thủ tục điều khiển MPLS, hoạt động của một hoặc nhiều thủ tục định tuyến lớp 3 và các thao tác nhãn MPLS (chuyển tiếp và chuyển mạch). Node mạng tại điểm vào của vùng MPLS được gọi là LSR biên vào (Ingress LSR). Các gói dữ liệu thuộc lớp mạng đi vào sẽ được phân loại vào các đường đi qua vùng MPLS bằng cách gán nhãn. Các nhãn này được chứa trong bảng, dựa vào bảng đó các node MPLS trung gian trong vùng MPLS chuyển tiếp các gói đến điểm ra thích hợp. LSR tại điểm ra được gọi là Egress LSR. Tại đây header MPLS sẽ được gỡ bỏ và gửi gói IP ra ngoài dựa vào thông tin định tuyến trong header lớp mạng.
Incoming Packet
Incoming Interface
Incoming Packet Partioning
Process
Set of All Possible Incoming Packets
FEC #1 FEC #2
…...
FEC #n
Outgoing Packet Mapping
Process
Outgoing Interface
Outgoing Packet
Hình 3.7. Hoạt động chọn chặng kế cho gói MPLS.
Hình 3.7 trình bày hoạt động của một LSR ở lối vào mạng, hoạt động chính của LSR là chọn chặng kế tiếp cho bất kỳ một gói nào tới node này bằng cách xác định loại FEC của gói tới, sau đó nó dựa vào bảng ánh xạ FEC (bảng kết hợp giữa FEC và giá trị nhãn) để chọn một nhãn thích hợp cho gói MPLS tương ứng với FEC đã ấn định và chuyển tiếp chúng ra giao tiếp thích hợp.
Trước khi chuyển tiếp các gói MPLS, mỗi LSR lối vào phải tạo ra bảng ánh xạ FEC riêng của nó bằng cách thực hiện phân định luồng gói tới.
Bảng 3.1. Ánh xạ FEC:
FEC #1- Tập các qui luật xác định các nhóm gói lớp mạng cụ thể này sẽ được chuyển tiếp trong cùng một cách thức
Sử dụng nhãn - 1
--- ---
FEC #n- Tập các qui luật xác định các nhóm gói lớp mạng cụ thể này sẽ được chuyển tiếp trong cùng một cách thức.
Sử dụng nhãn -n
Một trong những thuận lợi lớn của MPLS đó là tập các luật cho một tư cách thành viên của FEC có thể được cấu hình và nó không bị ràng buộc với một giải thuật định tuyến sử dụng trong một thủ tục định tuyến nội tại nào đó.
3.1.3.2. Cấu trúc và chức năng LSR.
10.1.1.1
20.1.1.1 L=31
L=21 L=25 10.1.1.1
20.1.1.1 L=43
Edge
LSR LSR
MPLS domain
Hình 3.8. Hoạt động của LSR trong vùng MPLS.
Cấu trúc và chức năng của LSR tùy thuộc vào vị trí của nó trong vùng MPLS. Dựa vào sơ đồ vùng hoạt động MPLS trên hình 3.9 ta thấy LSR có 2 chức năng chính.
LSR biên (Edge LSR): Là router chỉ có một vài giao tiếp tham gia hoạt động MPLS. Edge LSR chuyển tiếp gói IP dựa vào địa chỉ đích của gói IP và các giá trị nhãn đã có theo 3 trường hợp có thể xảy ra:
- Nhận 1 gói IP và chuyển tiếp dựa trên địa chỉ IP để gửi gói đi như một gói IP bình thường.
- Nhận 1 gói IP, chuyển tiếp dựa trên địa chỉ đích gởi gói đi với một giá trị nhãn.
- Nhận một gói đã gán nhãn, chuyển tiếp dựa trên giá trị nhãn đã có, đổi giá trị nhãn chặng tiếp theo và gởi gói ra ngoài.
- Một số gói bị loại bỏ ra ngoài trong các trường hợp sau:
- Một gói đến đã được gán nhãn, nhưng nếu giá trị nhãn không có trong bẳng LFIB, ngay cả khi địa chỉ IP vẫn tồn tại trong bảng định tuyến IP (bảng FIB).
- Một gói IP đến, nếu địa chỉ đích đến không tìm thấy trong bảng FIB.
Routing protocol
IP Routing table
LDP
IP Forwarding Table Edge LSR
Control plane
Data plane Exchange of routing
inforomation
Exchange of label
Incoming Labeled packet
outgoing IP packet
Label Forwarding Table outgoing Labeled packet Incoming IP packet
Hình 3.9. Cấu trúc của LSR biên.
LSR: Được gọi là Router chuyển tiếp, là router có tất cả các giao tiếp đều hoạt động MPLS, chức năng cơ bản của nó là nhận các gói MPLS, chuyển đổi nhãn cho chặng tiếp theo, và gửi gói đến LSR tiếp theo (Downstream LSR), LSR tiếp theo có thể là một router biên hoặc một
router chuyển tiếp khác. Vì thế mỗi LSR cần một giao thức định tuyến lớp 3 như OSPF, EIGRP, IS-IS và một giao thức phân phối nhãn như LDP, TDP. Cấu trúc của một LSR như sau:
Routing protocol
IP Routing table
LDP
Label Forwarding Table LSR
Control plane
Data plane Exchange of routing
inforomation
Exchange of label
Incoming Label packet
outgoing Label packet
Hình 3.10. Cấu trúc của LSR.
3.1.3.3. Cấu trúc các bảng định tyến trong LSR.
1. LIB – Label Information Base:
Bảng 3.2. Bảng LIB.
Network LSR Label
x.x.x.x
A 25
Local 24
Bảng LIB thuộc mặt phẳng điều khiển, có nhiệm vụ chỉ định một giá trị nhãn nội bộ cho một địa chỉ IP, giá trị nhãn nội bộ này sẽ ánh xạ với nhãn của chặng tiếp theo (next-hop) được cập nhật từ thiết bị downstream kế cận. Cấu trúc bảng LIB gồm có 3 trường:
Trường Network: chứa địa chỉ IP của mạng đích.
Trường LSR: Chứa tên của LSR đã phát sinh ra giá trị nhãn tương ứng.
Nếu giá trị nhãn do chính LSR phát sinh thì có giá trị Local.
Trường label: chứa giá trị nhãn.
2. LFIB – Label Forwarding Information Base:
Bảng 3.3. Bảng LFIB:
Label Action Nexthop
25 47 C
24 Pop D
Bảng LFIB nằm trong mặt phẳng dữ liệu, dùng để chuyển tiếp các gói đã được gán nhãn. Bảng LFIB gồm có 3 trường:
Trường Label: chứa giá trị nhãn dùng để so sánh với giá trị nhãn của gói đến.
Trường action: nếu bộ định tuyến là LSR thì action sẽ chứa giá trị nhãn của chặng tiếp theo. Nếu bộ định tuyến là LSR thì action sẽ chứa giá trị nhãn của chặng tiếp theo. Nếu bộ định tuyến là LSR biên thì trường action có giá trị “pop”, khi đó gói sẽ được gỡ bỏ nhãn trên cùng trong chồng nhãn MPLS.
Trường Next-hop: chứa tên của LSR kế tiếp.
3. FIB – Forwarding Information Base:
Bảng 3.4. Bảng FIB:
Network Nexthop Label
X B 25
Y C 24
Bảng FIB nằm trong mặt phẳng dữ liệu, dùng để chuyển những gói IP chưa được gán nhãn. Một gói chuyển tiếp sẽ được gán nhãn nếu nhãn của chặng tiếp theo được xác định sẵn cho địa chỉ IP đích. Ngược lại gói chuyển tiếp sẽ không được gán nhãn. Bảng FIB có 3 trường: