CHƯƠNG 2 CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS
2.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS
RFC 3031 mô tả miền MPLS là “một tập hợp các nút mạng thực hiện hoạt động
định tuyến và chuyển tiếp MPLS”. Một miền MPLS thường được quản lý và điều khiển bởi một nhà quản trị.
NGUYỄN QUỐC HƯNG_910429D
NGUYỄN TRẦN ĐĂNG KHOA_910442D Page 23 Miền MPLS đƣợc chia thành 2 phần: phần mạng lõi (core) và phần mạng biên
(edge). Các nút thuộc miền MPLS đƣợc gọi là router chuyển mạch nhãn LSR (Label Switch Router). Các nút ở phần mạng lõi đƣợc gọi là transit-LSR hay core-LSR
(thường được gọi tắt là LSR). Các nút ở biên được gọi là router biên nhãn LER (Label Edge Router).
Nếu một LER là nút đầu tiên trên đường đi của một gói xuyên qua miền MPLS thì nó đƣợc gọi là LER lối vào (ingress-LER), còn nếu là nút cuối cùng thì nó đƣợc gọi là LER lối ra (egress-LER). Lưu ý là các thuật ngữ này được áp dụng tùy theo chiều của luồng lưu lượng trong mạng, do vậy một LER có thể là ingress-LER vừa là egress- LER tuỳ theo các luồng lưu lượng đang xét.
NGUYỄN QUỐC HƯNG_910429D
NGUYỄN TRẦN ĐĂNG KHOA_910442D Page 24 Thuật ngữ upstream-LSR và downstream-LSR cũng đƣợc dùng, phụ thuộc vào chiều của luồng lưu lượng. Các tài liệu MPLS thường dùng ký hiệu Ru để biểu thị cho upstream-LSR và dùng ký hiệu Rd để biểu thị cho downstream-LSR.
2.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương ( FEC )
Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class) là một tập hợp các gói đƣợc đối xử nhƣ nhau bởi một LSR. Nhƣ vậy, FEC là một nhóm các gói IP được chuyển tiếp trên cùng một đường chuyển mạch nhãn LSP, được đối xử theo cùng một cách thức và có thể ánh xạ vào một nhãn bởi một LSR cho dù chúng có thể khác nhau về thông tin header lớp mạng. Hình dưới cho thấy cách xử lý này.
2.2.3 Nhãn và Stack Nhãn
RFC 3031 định nghĩa nhãn là “một bộ nhận dạng có độ dài ngắn và cố định, mang ý nghĩa cục bộ dùng để nhận biết một FEC”. Nhãn đƣợc “dán” lên một gói để báo cho LSR biết gói này cần đi đâu. Phần nội dung nhãn có độ dài 20 bit không cấu trúc, nhƣ vậy số giá trị nhãn có thể có là 220 (hơn một triệu giá trị). Giá trị nhãn định nghĩa chỉ mục (index) để dùng trong bảng chuyển tiếp.
Một gói lại có thể đƣợc “dán chồng” nhiều nhãn, các nhãn này chứa trong một nơi gọi là stack nhãn (label stack). Stack nhãn là một tập hợp gồm một hoặc nhiều entry nhãn tổ chức theo nguyên tắc LIFO. Tại mỗi hop trong mạng chỉ xử lý nhãn hiện hành trên đỉnh stack. Chính nhãn này sẽ đƣợc LSR sử dụng để chuyển tiếp gói.
NGUYỄN QUỐC HƯNG_910429D
NGUYỄN TRẦN ĐĂNG KHOA_910442D Page 25 Nếu gói tin chƣa có nhãn thì stack nhãn là rỗng (độ sâu của stack nhãn bằng 0).
Nếu stack có chiều sâu là d thì mức 1 sẽ ở đáy stack (bit S trong entry nhãn đặt lên 1) và mức d sẽ ở đỉnh của stack. Một entry nhãn có thể đƣợc đặt thêm vào (push) hoặc lấy ra (pop) khỏi stack.
2.2.4 Hoán đổi nhãn ( Label Swapping )
Hoán đổi nhãn là cách dùng các thủ tục để chuyển tiếp gói. Để chuyển tiếp gói có nhãn, LSR kiểm tra nhãn trên đỉnh stack và dùng ánh xạ ILM (Incoming Label Map) để ánh xạ nhãn này tới một entry chuyển tiếp nhãn NHLFE (Next Hop Label
Forwarding Entry). Sử dụng thông tin trong NHLFE, LSR xác định ra nơi để chuyển tiếp gói và thực hiện một tác vụ trên stack nhãn. Rồi nó mã hóa stack nhãn mới vào gói và chuyển gói đi.
Chuyển tiếp gói chưa có nhãn cũng tương tự nhưng xảy ra ở ingress-LER. LER phải phân tích header lớp mạng để xác định FEC rồi sử dụng ánh xạ FTN (FEC-to- NHLFE) để ánh xạ FEC vào một NHLFE.
2.2.5 Đường chuyển mạch nhãn LSP ( Label Switched Path )
Đường chuyển mạch nhãn LSP là một đường nối giữa router ngỏ vào và router ngỏ ra, được thiết lập bởi các nút MPLS để chuyển các gói đi xuyên qua mạng. Đường dẫn của một LSP qua mạng đƣợc định nghĩa bởi sự chuyển đổi các giá trị nhãn ở các LSR dọc theo LSP bằng cách dùng thủ tục hoán đổi nhãn.
NGUYỄN QUỐC HƯNG_910429D
NGUYỄN TRẦN ĐĂNG KHOA_910442D Page 26 Kiến trúc MPLS cho phép phân cấp các LSP, tương tự như ATM sử dụng VPI và VCI để tạo ra phân cấp kênh ảo (VC) nằm trong đường ảo (VP). Tuy nhiên ATM chỉ có thể hỗ trợ 2 mức phân cấp, trong khi với MPLS thì số mức phân cấp cho phép rất lớn nhờ khả năng chứa đƣợc nhiều entry nhãn trong stack nhãn. Về lý thuyết, giới hạn số lƣợng nhãn trong stack phụ thuộc giá trị MTU (Maximum Transfer Unit) của các giao thức lớp liên kết đƣợc dùng dọc theo một LSP.
2.2.6 Chuyển gói qua miền MPLS
Sau đây là một ví dụ đơn giản minh họa quá trình truyền gói IP đi qua miền MPLS.
Gói tin IP khi đi từ ngoài mạng vào trong miền MPLS đƣợc router A đóng vai trò là một ingress-LER sẽ gán nhãn có giá trị là 6 cho gói IP rồi chuyển tiếp đến router B.
Router B dựa vào bảng hoán đổi nhãn để kiểm tra nhãn của gói tin. Nó thay giá trị nhãn mới là 3 và chuyển tiếp đến router C. Tại C, việc kiểm tra cũng tương tự như ở B và sẽ hoán đổi nhãn, gán cho gói tin một nhãn mới là 9 và tiếp tục đƣợc đƣa đến router D.
NGUYỄN QUỐC HƯNG_910429D
NGUYỄN TRẦN ĐĂNG KHOA_910442D Page 27 Router D đóng vai trò egress-LER sẽ kiểm tra trong bảng hoán đổi nhãn và gỡ bỏ nhãn 9 ra khỏi gói tin rồi định tuyến gói IP một cách bình thường đi ra khỏi miền MPLS. Với kiểu làm việc này thì các LSR trung gian nhƣ router B và C sẽ không phải thực hiện kiểm tra toàn bộ header IP của gói tin mà nó chỉ việc kiểm tra các giá trị của nhãn, so sánh trong bảng và chuyển tiếp. Vì vậy tốc độ xử lý trong miền MPLS sẽ nhanh hơn nhiều so với định tuyến IP truyền thống. Đường đi từ router A đến router D được gọi là đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path).