Lời mở đầu Chương I Cơ sở công nghệ MPLS I 1 Lịch sử phát triển MPLS Ý tường đầu tiên về MPLS được đưa ra bởi hãng Ipsilon, một hãng rất nhỏ về công nghệ thông tin trong triển lãm về công nghệ thông t[.]
Chương I Cơ sở công nghệ MPLS I.1 Lịch sử phát triển MPLS Ý tường MPLS đưa hãng Ipsilon, hãng nhỏ công nghệ thông tin triển lãm công nghệ thông tin, viễn thông Texas Một thời gian ngắn sau đó, Cisco loạt hãng lớn khác IBM, Toshiba công bố sản phẩm họ sử dụng công nghệ chuyển mạch đặt nhiều tên khác chung chất công nghệ chuyển mạch dựa nhãn Thiết bị CSR (Cell switch router) Toshiba đời năm 1994 tổng đài ATM điều khiển giao thức IP thay cho báo hiệu ATM Tổng đài IP Ipsilon thực chất ma trận chuyển mạch ATM điều khiển khối xử lý sử dụng công nghệ IP Công nghệ Tag switching Cisco tương tự có bổ sung thêm số điểm FEC (Forwarding equivalence class), giao thức phân phối nhãn, v.v Cisco phát hành ấn chuyển mạch thẻ (tag switching) vào tháng năm 1998 thời gian gần đây, nhóm nghiên cứu IETF tiến hành công việc để đưa tiêu chuẩn khái niệm chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Sự đời MPLS dự báo tất yếu nhu cầu tốc độ phát triển nhanh mạng Internet yêu cầu phải có giao thức đảm bảo chất lượng dịch vụ theo yêu cầu đồng thời phải đơn giản tốc độ xử lý phải cao Tồn nhiều công nghệ để xây dựng mạng IP, IPOA (IP qua ATM), IPOS (IP qua SDH/SONET), IP qua WDM IP qua cáp quang Mỗi cơng nghệ có ưu điểm nhược điểm định Công nghệ ATM sử dụng rộng rãi toàn cầu mạng IP xương sống tốc độ cao, chất lượng dịch vụ QoS, điều khiển luồng đặc tính khác mà mạng định tuyến truyền thống khơng có Nó phát triển để hỗ trợ cho IP Hơn nữa, trường hợp đòi hỏi thời gian thực cao, IPOA lựa chọn số IPOA truyền thống công nghệ lai ghép Nó đặt IP (cơng nghệ lớp thứ 3) ATM (công nghệ lớp thứ 2) Các giao thức hai lớp hoàn toàn độc lập Chúng kết nối với loạt giao thức (như NHRP, ARP, v.v ) Cách tiếp cận hình thành tự nhiên sử dụng rộng rãi Khi xuất bùng nổ lưu lượng mạng, phương thức dẫn đến loạt vấn đề cần giải Thứ nhất, phương thức lai ghép, cần phải thiết lập kết nối PVC cho tất nút nghĩa để thiết lập mạng với tất kết nối biểu diễn hình I-1 Điều tạo hình vng N Khi thiết lập, trì ngắt kết nối nút, mào đầu liên quan (như số kênh ảo, số lượng thông tin điều khiển) thị độ lớn hình vng N số nút Khi mạng mở rộng, mào đầu ngày lớn tới mức chấp nhận Phương thức lai ghép phân chia toàn mạng IPOA thành nhiều LIS (Mạng IP Logic), chí với LIS mạng vật lý Các LIS kết nối nhờ định tuyến trung gian biểu diễn hình I-2 Cấu hình multicast LIS khác mặt định tuyến trở nên hạn chế luồng lưu lượng lớn Cấu áp dụng cho mạng nhỏ mạng doanh nghiệp, mạng trường sở, v.v không phù hợp với nhu cầu cho mạng xương xống Internet tương lai Cả hai khó mở rộng Khơng phải tất cân nhắc đưa trình thiết kế IP ATM Điều tạo nên liên kết chúng phụ thuộc vào loạt giao thức phức tạp định tuyến xử lý giao thức Sự phức tạp gây hiệu ứng bất lợi đến độ tin cậy mạng xương sống Hình I Sự mở rộng mạng IPOA Các công nghệ MPOA, LANE hình thành để giải tồn Tuy nhiên giải pháp khơng thể giải tất tồn Trong ấy, bật lên loạt công nghệ IPOA khác với phương thức lai ghép chuyển mạch nhãn theo phương thức tích hợp Chúng cung cấp giải pháp hợp lý để giải tồn Các khả mà MPLS cung cấp cho việc phân phối dịch vụ thương mại IP bao gồm: Hỗ trợ VPN Định tuyến (cũng biết đến định tuyến có điều tiết hay điều khiển lưu lượng) Hỗ trợ cục cho định tuyến IP tổng đài chuyển mạch ATM Hình I- 1:Nút cổ chai mạng IPOA Khái niệm chuyển mạch nhãn xuất phát từ trình nghiên cứu hai thiết bị mạng IP: tổng đài chuyển mạch định tuyến Chúng ta thấy xét yếu tố tốc độ chuyển mạch, phương thức điều khiển luồng, tỉ lệ giá chất lượng tổng đài chuyển mạch chắn tốt nhiều so với định tuyến Tuy nhiên, định tuyến có chức định tuyến mềm dẻo mà tổng đài so sánh Do khơng thể khơng nghĩ có thiết bị có khả điều khiển luồng, tốc độ cao tổng đài chức định tuyến mềm dẻo định tuyến Đó động then chốt để phát triển chuyển mạch nhãn Nguyên tắc chuyển mạch nhãn sử dụng thiết bị tương tự định tuyến để điều khiển thiết bị chuyển mạch phần cứng ATM, công nghệ có tỉ lệ giá thành chất lượng sánh với tổng đài Nó hỗ trợ chí nhiều chức định tuyến mạnh định tuyến v.v Cơng nghệ kết hợp cách hồn hảo ưu điểm tổng đài chuyển mạch với ưu điểm định tuyến, trở thành điểm nóng thu hút tập trung ngành cơng nghiệp I.2 Quá trình làm việc giải pháp ban đầu hãng I.2.1 IP over ATM Mặc dù ứng dụng MPLS hồn tồn khơng giới hạn IPOA, cải tiến IPOA sinh MPLS Cơng việc tiêu chuẩn hố ATM bắt đầu sớm vào khoảng năm 1980, sau phạm vi ứng dụng IP dẫn tới việc nghiên cứu xem việc triển khai IP ATM Một số nhóm làm việc IETF giải câu hỏi này, đưa đến kết hai tài liệu RFC RFC 1483 RFC 1577 vào năm 1993 1994 RFC1483 mơ tả cách đóng gói tin IP tế bào ATM RFC1577 định nghĩa CIPOA ATMARP (ATM Address Resolution Protocol) CIPOA thiết kế ATM công nghệ mạng IP logic, máy chủ định tuyến IP đặt LIS khác Khi hai phần liên lạc nằm LIS giống nhau, chúng liên lạc trực tiếp Nếu không chúng liên lạc trực tiếp với cần sử dụng thiết bị router trung gian Vì nhược điểm CIPOA đề cập trên, lại sử dụng rộng rãi, nhà nghiên cứu xúc tiến để tìm kiếm cơng nghệ IPOA hiệu I.2.2 Tohshiba CSR Toshiba đưa mơ hình chuyển mạch nhãn dựa công nghệ CSR (Cell Switching Router) Mơ hình đề xuất ý tưởng đặt cấu trúc chuyển mạch ATM điều khiển giao thức IP (như giao thức định tuyến IP giao thức RSVP) mà giao thức ATM (Q.2931) Bởi mơ hình loại trừ toàn thủ tục báo hiệu gọi ATM việc xắp xếp địa phức tạp Mạng CSR chấp nhận tổng đài chuyển mạch ATM tổng đài chuyển mạch CSR thời điểm CSR thay định tuyến LIS CIPOA, giải phóng nhu cầu cho NHRP CSR xem công nghệ chuyển mạch nhãn đệ trình họp IETF BOF vào cuối năm 1994 đầu năm 1995 Tuy nhiên, khơng có nghiên cứu chun sâu vào mơ hình Định nghĩa cơng nghệ khơng rõ ràng hoàn chỉnh Và sản phẩm thương mại chưa có I.2.3 Cisco’s tag switching Chỉ vài tháng sau Ipsion thông báo công nghệ chuyển mạch IP, Cisco phổ biến công nghệ chuyển mạch thẻ Mơ hình khác nhiều so với hai cơng nghệ Ví dụ, khơng sử dụng điều khiển luồng sử dụng phương thức điều khiển theo kiện thiết lập bảng định tuyến, khơng giới hạn với ứng dụng hệ thống chuyển mạch ATM Không giống Ipsilon, Cisco tiêu chẩn hố quốc tế cơng nghệ Các tài liệu RFC ban hành cho nhiều khía cạnh công nghệ, nỗ lực Cisco mang lại kết việc thiết lập nên nhóm làm việc MPLS IETF Chính Cisco nhà tiên phong thiết lập móng cho tiêu chuẩn MPLS Các sản phẩm MPLS chủ yếu Cisco tẩptung dòng Router truyền thống Các hệ thống Router hỗ trợ đồng thời giao thức TDP (Tag Distribution Protocol) LDP (label Distribution Protocol) I.2.4 IBM’s ARIS NORTEL’s VNS Ngay sau Cisco thông báo cơng nghệ mình, IBM bắt kịp với ARIS (aggregate Route-based IP Switching) đóng góp vào tiêu chuẩn RFC Mặc dầu ARIS giống với chuyển mạch thẻ, chúng có nhiều điểm khác biệt Các công ty lớn khác công nghiệp, Nortel, sử dụng chúng sản phẩm VNS chuyển mạch nhãn Có thể thấy nghiên cứu chuyển mạch nhãn nhận ý rộng rãi cơng nghiệp Khơng có số hãng hàng đầu công nghệ thông tin quan tâm đến MPLS mà nhà sản xuất thiết bị viễn thông truyền thống Alcatel, Eicsson, Siemens, NEC quan tâm phát triển sản phẩm MPLS Các dịng sản phẩm thiết bị mạng hệ (chuyển mạch, router) họ hỗ trợ MPLS I.2.5 Cơng việc chuẩn hóa MPLS Với hỗ trợ từ nhiều công ty, IETF triệu tập họp BOF năm 1996 Đây họp thành công lịch sử IETF MPLS vào đường chuẩn hoá cách hợp lý, cịn cân nhắc xem liệu có định tuyến đủ nhanh hay công nghệ liệu có cịn cần thiết Trong thực tế, khơng có định tuyến đảm bảo tốc độ cao công nghệ chuyển mạch nhãn cần phải chuẩn hoá Vào đầu năm 1997, hiến chương MPLS thông qua Vào tháng năm 1997 nhóm làm việc MPLS tiến hành họp Vào tháng 11 năm 1997, tài liệu MPLS ban hành Vào tháng năm 1998, tài liệu cấu trúc MPLS ban hành Trong tháng tháng năm 1998, 10 tài liệu Internet bổ xung ban hành, bao gồm MPLS LDP (Label Distribution Protocol), Mark Encoding, ứng dụng ATM, v.v MPLS hình thành IELF hồn thiện tiêu chuẩn MPLS đưa tài liệu RFC năm 1999 Chúng ta thấy MPLS phát triển nhanh chóng hiệu Điều chứng minh yêu cầu cấp bách công nghiệp cho công nghệ Hầu hết tiêu chuẩn MPLS ban hành dạng RFC Các tiêu chuẩn MPLS xây dựng sở tập RFC, toàn RFC hoàn thiện chúng tập hợp với cho phép xây dựng hệ thống tiêu chuẩn MPLS I Nhóm làm việc MPLS IETF MPLS nhóm việc IETF cung cấp phác thảo định tuyến, gửi chuyển tiếp chuyển mạch luồng lưu lượng qua mạng sử dụng MPLS Nhóm MPLS thi hành chức sau: Xác định chế quản lý luồng lưu lượng phần tử khác nhau, luồng lưu lượng phần cứng, máy móc khác chí luồng lưu lượng ứng dụng khác Duy trì tính độc lập giao thức lớp lớp Cung cấp phương tiện để xếp địa IP thành nhãn có độ dài cố định đơn giản công nghệ gửi chuyển tiếp gói tin chuyển mạch gói sử dụng Giao diện với giao thức định tuyến có sẵn RSVP OSPF Hỗ trợ IP, ATM, giao thức lớp Frame-Relay Trong MPLS, việc truyền liệu thực theo đường chuyển mạch nhãn (LSP) Các đường chuyển mạch nhãn dãy nhãn nút tất nút dọc theo tuyến từ nguồn tới đích LSP thiết lập trước truyền liệu tìm luồng liệu Các nhãn phân phối sử dụng giao thức phân phối nhãn LDP RSVP dựa giao thức định tuyến giao thức BGP OSPF Mỗi gói liệu nén mang nhãn q trình từ nguồn tới đích Chuyển mạch tốc độ cao chấp nhận nhãn với độ dài cố định chèn vào vị trí đầu gói tin tế bào phần cứng sử dụng để chuyển mạch gói tin cách nhanh chóng đường liên kết Nhóm làm việc MPLS chịu trách nhiệm chuẩn hố cơng nghệ sở cho sử dụng chuyển mạch nhãn cho việc thi hành đường chuyển mạch nhãn loại công nghệ lớp liên kết, Frame Relay, ATM công nghệ LAN (Ethernet, Token Ring, v.v ) Nó bao gồm thủ tục giao thức cho việc phân phối nhãn định tuyến, xem xét đóng gói multicast Các mục tiêu khởi đầu nhóm làm việc gần hồn thành Cụ thể, xây dựng số RFC (xem liệt kê phía dưới) định nghĩa Giao thức phân phối nhãn sở (LDP), kiến trúc MPLS sở đóng gói gói tin, định nghĩa cho việc chạy MPLS qua đường liên kết ATM, Frame Relay Các mục tiêu tới nhóm làm việc là: Hồn thành mục tồn Phát triển tiêu chuẩn đề nghị nhóm làm việc MPLS thành dự thảo tiêu chuẩn Bao gồm: LDP, CR-LDP, tiêu chuẩn kỹ thuật RSVP-TE vấn đề đóng gói Định rõ mở rộng phù hợp với LDP RSVP cho việc xác nhận LSP nguồn Hồn thành cơng việc MPLS-TE MIB Xác định chế chấp nhận lỗi cải tiến cho LDP Xác định chế phục phồi MPLS cho phép đường chuyển mạch nhãn sử dụng dự trữ cho tập đường chuyển mạch nhãn khác bao gồm trường hợp cho phép sửa chữa cục Cung cấp tài liệu phương thức đóng gói MPLS mở rộng cho phép hoạt động đường chuyển mạch nhãn công nghệ lớp thấp hơn, phân chia theo thời gian (SONET ADM), độ dài bước sóng chuyển mạch khơng gian Hồn tất công việc tiến hành cho việc xác định cấu với IP Multicast qua đưòng chuyển mạch nhãn Các tiêu chuẩn nhóm làm việc MPLS IETF Bảng sau tóm tắt số tiêu chuẩn MPLS đưoưự nhóm nghiên cứu IETF công bố ban hành dạng RFC Bảng: Các tiêu chuẩn nhóm làm việc MPLS IETF STT Tên tiêu chuẩn, dự thảo tiêu chuẩn Carrying Label Information in BGP-4 Definitions of Managed Objects for the Multiprotocol Label Switching, Label Distribution Protocol (LDP) LDP State Machine RSVP-TE: Extensions to RSVP for LSP Tunnels Constraint-Based LSP Setup using LDP MPLS Traffic Engineering Management Information Base Using SMIv2 MPLS Support of Differentiated Services Framework for IP Multicast in MPLS MPLS Label Switch Router Management Information Base Using SMIv2 ICMP Extensions for MultiProtocol Label Switching Applicability Statement for CR-LDP Applicability Statement for Extensions to RSVP for LSP-Tunnels