Mpls công nghệ và ứng dụng

83 Trang 5 Danh mục các từ viết tắt 0BThuật ngữ viết tắt 1BTiếng Anh 2BTiếng Việt 3BAS Autonomous System Hệ thống độc lập 4BATM Asynchronous Tranfer Mode Phơng thức chuyển giao không

- 2 -

Mục lục

15TMục lục 215T 15TDanh mục các từ viết tắt 515 T

15TDanh mục các bảng 15T 8

15TDanh mục các hình vẽ 915T 15TMở đầu 1115T 15TChơng 1: công nghệ chuyển mạch MPLS 1415T 15T1.1.Lịch sử phát triển MPLS 1415T 15T1.2 Các khái niệm và thành phần cơ bản 1615T 15T1.2.1 Nhãn và liên kết nhãn (Labels and label binding) 1715T 15T1.2.2 FEC 1815T 15T1.2.3 Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn (Label Switchting Forwarding Table)15T 19

15T1.2.4 Đờng chuyển mạch nhãn (Label – Switched Paths) 1915T 15T1.2.5 LSR15T 19

15T1.3 Các giao thức sử dụng trong mạng MPLS 2015T 15T1.3.1 Giao thức phân phối nhãn LDP 2015T 15T1.3.1.1 Các tính chất cơ bản của giao thức phối nhãn LDP15T 21

15T1.3.1.2 Phát hiện LSR lân cận15T 22

15T1.3.1.3 Giao thức truyền tải tin cậy15T 23

15T1.3.1.4 Các bản tin LDP15T 24

15T1.3.2 Giao thức CR-LDP15T 26

15T1.3.2.1 Khái niệm định tuyến cỡng bức15T 26

15T1.3.2.2 Các phần tử định tuyến cỡng bức15T 30

15T1.3.3 Giao thức RSVP 3715T 15T1.3.3.1 MPLS hỗ trợ RSVP15T 39

15T1.3.3.2 RSVP và khả năng mở rộng15T 42

15T1.3.4 So sánh CR LDP và RSVP- 15T 43

15T1.4 Hoạt động của MPLS 4515T 15T1.4.1 Chế độ hoạt động khung MPLS 4515T 15T1.4.1.1 Các hoạt động trong mảng số liệu15T 47

15T1.4.1.2 Chuyển mạch nhãn trong chế độ khung15T 48

15T1.4.2 Chế độ hoạt động tế bào MPLS 4915T 15T1.4.2.2 Chuyển tiếp các gói có nhãn qua miền ATM-LSR15T 52

15T1.4.2.3 Phân bổ nhãn và phân phối nhãn trong miền ATM-LSR15T 53

15T1.4.3 Hoạt động của MPLS trong khung mạng ATM-PVC 5515T 15T1.5 So sánh MPLS và MPOA15T 56

15TChơng 2: Các vấn đề kỹ thuật trong MPLS15T 58

15T2.1 Chất lợng dịch vụ 5815T 15T2.1.1 Dịch vụ Best Effort 15T 59

15T2.1.2 Mô hình dịch vụ tích hợp (IntServ) 5915T 15T2.1.3 Mô hình dịch vụ DiffServ 6115T 15T2.1.4 Mô hình chất lợng dịch vụ MPLS 6315T 15T2.2 Kỹ thuật lu lợng trong MPLS 6415T 15T2.2.1 Các thành phần trong kỹ thuật lu lợng MPLS15T 65

15T2.2.2 Chọn đờng 6715T 15T2.2.2.1 Định tuyến ràng buộc trực tuyến (online) và ngoài tuyến (offline)15T 68

15T2.2.2.2 Thiết lập đờng LSP với các tham số15T 69

15T2.2.2.3 Thay đổi các tham số của đờng LSP15T 71

15T2.2.2.4 Định tuyến lại đờng LSP15T 72

15T2.2.2.5 Khắc phục sự cố với đờng LSP15T 72

15T2.3 Thực hiện kỹ thuật điều khiển lu lợng 7615T 15T2.3.1 Khắc phục sự cố tắc nghẽn 7615T 15T2.3.2 Các đờng LSP tự điều chỉnh cân bằng tải 7915T

- - 4

15T2.4 Phát hiện và phòng ngừa định tuyến vòng 8015T 15T2.4.1 Chế độ khung 8015T 15T2.4.1.1 Phát hiện chuyển tiếp vòng dữ liệu15T 81

15T2.4.1.2 Ngăn ngừa chuyển tiếp vòng dữ liệu điều khiển15T 82

15T2.4.2 Chế độ tế bào15T 82

15T2.4.2.1 Phát hiện và ngăn ngừa chuyển tiếp vòng thông tin điều khiển15T 83

15T2.4.2.2 Phát hiện chuyển tiếp vòng dữ liệu15T 87

15TChơng 3: ứng dụng của MPLS 15T 90

15T3.1 VPN nội tỉnh (VPN Local)15 T 91

15T3.1.1 Nguyên lý 9315T 15T3.1.1.1 Sơ đồ nguyên lý15T 93

15T3.1.1.2 Sơ đồ thực thể15T 93

15T3.1.2 Cấu hình 9315T 15T3.1.2.1 Cấu hình trên BRAS15T 93

15T3.1.2.2 Cấu hình tại thiết bị đầu cuối15T 95

15T3.2 BGP/MPLS VPNs 9615 T 15T3.2.1 Tổng quan về BGP/MPLS VPN 9615 T 15T3.2.2 BGP/MPLS VPN – MegaWAN15T 100

15T3.2.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạng MPLS VPN của VNPT15T 100

15T3.2.2.2 Mô hình một VPN vừa có đờng liên tỉnh vừa có đờng nội tỉnh15T

101

15TKết luận 10515 T 15TTài liệu tham khảo 10615 T

Danh mục các từ viết tắt

0BThuật ngữ viết tắt 1BTiếng Anh 2BTiếng Việt

4BATM Asynchronous Tranfer Mode Phơng thức chuyển

giao không đồng bộ

Server

Máy chủ truy nhập từ xa băng rộng

Label Distribution Protocol

Giao thức phân phối nhãn cỡng bức

CSPF Constraint Shortest Path First Chọn đờng ngắn nhất

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối

Protocol

Giao thøc ph©n gi¶i bíc nh¶y tiÕp theo

më réng PPP Point to– -Point Protocol Giao thøc ®iÓm tíi ®iÓm

Protocol

Giao thøc dù tr÷ tµi nguyªn

nhÊt

TDP Tag Distribution Protocol Giao thøc ph©n phèi thÎ

VPI Virtual Path Identifier Danh định đờng ảo

Forwarding

Bảng định tuyến và chuyển tiếp VPN

- 8 -

Danh mục các bảng

Bảng 1: Mô tả các loại LSR và chức năng của chúng 20

Bảng 2: So sánh CR LDP và RSVP - 44

Bảng 3: So Sánh MPLS và MPOA 57

Bảng 4: Thuộc tính của traffic trunk 67

Bảng 5: Tóm tắt một số đặc điểm 69

Danh mục các hình vẽ

Hình 1.1: Khuôn dạng của một nhãn tổng quát 18

Hình 1.2: Giá trị nhãn là VPI/VCI trong ATM 18

Hình 1.3: Giá trị nhãn là DLCI trong mạng Frame Relay 18

Hình 1.4: Nhãn đợc chèn giữa lớp 2 và lớp 3 18

Hình 1.5: Ví dụ về CSPF 35

Hình 1.6: Các bản tin PATH truyền từ bộ gửi tới bộ nhận và các bản tin RESV truyền theo hớng ngợc lại 39

Hình 1.7: Nhãn phân phối trong bảng tin RESV 41

Hình 1.8: Cấu trúc LSR biên trong chế độ hoạt động khung 45

Hình 1.10: Vị trí của nhãn MPLS trong khung lớp 2 47

Hình 1.12: Cơ chế thiết lập kênh ảo điều khiển MPLS 53

Hình 1.13: Kết nối MPLS qua mạng ATM - PVC 56

Hình 2.1: Mô hình dịch vụ IntServ 60

Hình 2.2: Mô hình DiffServ tại biên và lõi của mạng 63

Hình 2.3: Các thành phần của kỹ thuật lu lợng dựa vào MPLS 65

Hình 2.4: Quan hệ FEC, Traffic trunk và LSP 66

Hình 2.5: Khắc phục liên kết 74

Hình 2.6: Khắc phục một phần LSP 75

Hình 2.7: Một hot site 77

Hình 2.8: Các đờng ra không cân bằng tải 78

Hình 2.9: Kỹ thuật điều khiển lu lợng tự cân bằng tải, tự điều chỉnh 80 Hình 2.10: Ví dụ về cơ chế phát hiện định tuyến vòng dựa trên trờng TTL trong mạng IP 81

Hình 2.11: Nhu cầu trên luồng hớng về và chế độ điều khiển trình tự 84

Hình 2.12: Cơ chế xử lý bộ đếm nút mạng TLV 86

- 10 -

Hình 2.13: Cơ chế ngăn ngừa chuyển tiếp vòng sử dụng véctơ đờng

TLV 87

Hình 2.14: Trao đổi giá trị bộ đếm nút mạng giữa các tổng đài ATM-LSR 88

Hình 2.15: Xử lý trờng TTL của gói tin IP trớc khi phân đoạn gói tin 88

Hình 3.1: Mạng riêng, mạng công cộng và mạng riêng ảo 91

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý với cấu hình Router 93

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý với cấu hình Bridge 93

Hình 3.4: Mô hình thực thể VPN Local 93

Hình 3.5: Ví dụ về một VPN Local 94

Hình 3.6: Mô hình mạng BGP/MLS VPN 96

Hình 3.7: Mô hình kết nối CE-PE 98

Hình 3.8: Khuôn dạng phần đầu địa chỉ VPNv4 99

Hình 3.9: Mô hình mạng MPLS VPN của VNPT 100

Hình 3.10: Mô hình mạng kết hợp VPN liên tỉnh và VPN nội tỉnh 102

Mở đầu

Những năm gần đây, mạng Internet ngày càng đợc mở rộng và trở nên phổ dụng trên toàn cầu Nó là tiền đề cho sự phát triển của rất nhiều ứng dụng mới trong ngành thơng mại nói chung và thơng mại điện tử nói riêng cũng nh trong việc đáp ứng các yêu cầu đa dịch vụ ngày càng cao của ngời sử dụng Chính Internet là mạng đã mang lại các dịch vụ mang tính hội tụ này Tuy nhiên, những ứng dụng này đòi hỏi nhà cung cấp dịch vụ mạng phải nâng cao băng thông của mạng và đa ra các cam kết về tốc độ, tính bảo mật của

đờng truyền Những yêu cầu này ngày càng trở nên khó đáp ứng đối với cơ

sở hạ tầng mạng đã đợc triển khai trớc đây

Đã và đang có nhiều giải pháp để tìm một phơng thức chuyển mạch có thể phối hợp u điểm của công nghệ định tuyến IP và phơng thức chuyển mạch ATM Một trong số đó là mô hình IP over- -ATM của IETF coi IP nh một lớp nằm trên lớp ATM và định nghĩa các mạng con IP trên nền mạng ATM Phơng thức tiếp cận xếp chồng này cho phép IP và ATM phối hợp hoạt động với nhau mà không cần thay đổi giao thức của chúng Tuy nhiên mô hình này vẫn còn một số hạn chế nh: không tận dụng hết khả năng của ATM

và vấn đề thiết lập, quản lý mạng trở nên khó khăn khi số lợng bộ định tuyến (Router) trên mạng ngày càng tăng nhanh theo nhu cầu của khách hàng Tổ chức ATM Forum dựa trên mô hình này đã phát triển các công nghệ nh -LANE, MPOA,… Các công nghệ này sử dụng các máy chủ để chuyển đổi địa chỉ nhng đều không tận dụng đợc khả năng đảm bảo chất lợng dịch vụ của ATM

Công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS do IETF đa ra là kết quả phát triển của nhiều công nghệ chuyển mạch sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn nh của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức

định tuyến

- 12 -

Công nghệ MPLS (Multi Protocol Label Switching) là kết quả phát triển của nhiều công nghệ chuyển mạch IP (IP switching) sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn nh của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến IP Với khả năng kết hợp đợc cả u điểm của các giao thức định tuyến ở lớp 3 và phơng thức chuyển mạch ATM ở lớp 2, đồng thời với khả năng điều khiển lu lợng và cho phép thiết lập tuyến cố định nên việc đảm bảo chất lợng dịch vụ là hoàn toàn khả thi MPLS có thể chạy trên các mạng lớp 2 hiện có nh ATM, Frame Relay, nên việc chuyển đổi sang MPLS đối với các nhà cung cấp dịch vụ là tơng đối đơn giản Những đặc

điểm này đã mang lại cho MPLS chức năng vợt trội so với các giao thức định tuyến khác

Với mục đích nghiên cứu về MPLS để từ đó có thể áp dụng trong thực

tế, luận văn này đợc chia thành 3 chơng bao gồm:

Chơng 1: Công nghệ chuyển mạch MPLS Chơng này giới thiệu chung về MPLS từ lịch sử phát triển, các phơng thức hoạt động và mô hình hoạt động, các giao thức sử dụng trong MPLS,…

Chơng 2: Các vấn đề kỹ thuật trong MPLS Chơng này đề cập tới các vấn đề về chất lợng dịch vụ, kỹ thuật điều khiển lu lợng và các phơng pháp thực hiện kỹ thuật đó

Chơng 3: ng dụng của MPLS Chơng cuối này nêu lên các ứng dụng ứcủa MPLS nói chung từ đó giới thiệu về công nghệ mạng VPN và cách thức thiết lập mạng VPN trong dịch vụ MegaWAN của VNPT

Luận văn này mang tính chất nghiên cứu về MPLS từ đó có nêu lên ứng dụng của MPLS trong việc triển khai và cung cấp mạng VPN tại VNPT Tuy nhiên do nhiều nguyên nhân nên có thể vẫn có những sai sót trong qúa trình nghiên cứu cả về lý thuyết lẫn thực tế Rất mong nhận đợc những ý kiến, góp

ý quý báu của thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp và những ngời quan tâm đến lĩnh vực này

Cuối cùng tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo hớng dẫn TS Nguyễn Nam Quân đã tận tình giúp đỡ và định hớng cho tôi trong quá trình làm luận văn này Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đỗi với những ngời thân và các bạn

bè cũng nh các đồng nghiệp tại Trung tâm tin học Bu điện Hà Nội đã động viên và tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

- 14 -

Chơng 1: công nghệ chuyển mạch MPLS 1.1.Lịch sử phát triển MPLS

ý tởng đầu tiên về MPLS đợc đa ra ra bởi hãng Ipsilon, một hãng công nghệ rất nhỏ trong triển lãm công nghệ thông tin, viễn thông tại Texas Một thời gian ngắn sau đó, Cisco và một loạt hãng khác nh IBM, Toshiba công bố các sản phẩm của họ sử dụng công nghệ chuyển mạch đợc đặt dới nhiều tên khác nhau nhng đều cùng chung bản chất đó là công nghệ chuyển mạch dựa trên nhãn

Thiết bị CRS (Cell Switch Router) của Toshiba ra đời năm 1994 là tổng

đài đầu tiên đợc điều khiển bằng giao thức IP thay cho báo hiệu ATM Tổng

đài IP của Ipsilon về thực chất là một ma trận chuyển mạch ATM đợc điều khiển bởi khối xử lý sử dụng công nghệ IP Công nghệ Tag Switching của Cisco cũng tơng tự nhng có bổ sung thêm một số điểm mới nh FEC (Forwarding Equivalence Class), giao thức phân phối nhãn,vv Cisco phát hành ấn bản đầu tiên về chuyển mạch thẻ (Tag Switching) vào tháng 3 năm

1998 và trong thời gian gần đây, nhóm nghiên cứu IETF đã tiến hành các công việc để đa ra tiêu chuẩn và khái niệm về chuyển mạch nhãn đa giao thức

Sự phát triển của MPLS là tất yếu khi nhu cầu và tốc độ phát triển rất nhanh của mạng Internet yêu cầu phải có một công nghệ chuyển mạch mới

đáp ứng đợc cả tốc độ xử lý, chất lợng dịch vụ khắc phục các nhợc điểm

và phát huy các u điểm của ATM và IP Tồn tại rất nhiều công nghệ xây dựng qua mạng IP nh IPOA(IP over ATM - IP qua ATM), IPOS (IP over SDH/ SONET IP- qua SDH/ SONET) Mỗi công nghệ có những u nhợc

điểm riêng song công nghệ IPOA là sự lựa chọn hàng đầu bởi vì công nghệ ATM đợc sử dụng rộng rãi trên các mạng toàn cầu trong các mạng IP do tốc

độ cao, chất lợng dịch vụ QoS, điều khiển luồng và các đặc tính khác mà các mạng định tuyến truyền thống không có

IPOA truyền thống là công nghệ lai ghép Nó đặt IP (công nghệ lớp thứ

3) trên ATM (công nghệ lớp thứ 2) Các giao thức của hai lớp là hoàn toàn độc lập Tuy nhiên khi xuất hiện sự bùng nổ lu lợng mạng, phơng thức này nảy sinh một số vấn đề cần giải quyết Đó là:

- Thứ nhất, trong phơng thức lai ghép, cần phải thiết lập các kênh kết cuối PVC cho tất cả các node có nghĩa là để thiết lập mạng với tất cả kết cuối

Điều này sẽ tạo ra hình vuông kích thớc N Khi thiết lập, duy trì và ngắt kết cuối giữa các node, các mào đầu liên quan (nh số kênh ảo, số lợng thông tin

điều khiển) sẽ chỉ thị về độ lớn của hình vuông N của số các node Khi mạng

mở rộng, mào đầu sẽ ngày càng lớn và tới mức không thể chấp nhận đợc

- Phơng thức lai ghép phân chia toàn bộ mạng IPOA thành rất nhiều các LIS (mạng con IP logic), thậm chí các LIS trong cùng một mạng Các LIS

đợc kết nối nhờ các bộ định tuyến trung gian Cấu hình này chỉ áp dụng cho các mạng nhỏ nh mạng doanh nghiệp, trờng sở và không phù hợp với nhu cầu cho các mạng xơng sống Internet trong tơng lai Cả hai đều khó mở rộng

Không phải tất cả mọi cân nhắc đều đợc đa ra xem xét trong quá trình thiết kế IP qua ATM bởi vì sự liên kết giữa chúng phụ thuộc vào một loạt giao thức phức tạp và các bộ định tuyến xử lý giao thức này Sự phức tạp đó sẽ gây ra các hiệu ứng bất lợi đến độ tin cậy của các mạng xơng sống

Các công nghệ nh MPOA và LANE đã đợc hình thành để giải quyết các vấn đề này Tuy nhiên các giải pháp đó không thể giải quyết tất cả các tồn tại Trong khi đó, nổi bật lên trên một loạt các công nghệ IPOA khác với phơng thức lai ghép là chuyển mạch nhãn theo phơng thức tích hợp Chúng cung cấp giải pháp hợp lý để giải quyết tồn tại này Các khả năng cơ bản mà MPLS cung cấp cho việc phân phối các dịch vụ thơng mại IP bao gồm:

• Hỗ trợ VPN

• Định tuyến hiện (định tuyến có điều tiết hay điều khiển lu lợng)

• Hỗ trợ cục bộ định tuyến IP trong các tổng đài chuyển mạch ATM

- 16 -

Khái niệm chuyển mạch nhãn xuất phát từ quá trình nghiên cứu hai thiết bị cơ bản trong mạng IP: Tổng đài chuyển mạch và bộ định tuyến Chúng

ta có thể thấy rằng chỉ xét trong các yếu tố tốc độ chuyển mạch, phơng thức

điều khiển luồng, tỷ lệ giữa giá cả và chất lợng thì tổng đài chuyển mạch chắc chắn tốt hơn bộ định tuyến Tuy nhiên các bộ định tuyến có chức năng

định tuyến mềm dẻo mà tổng đài không thể so so sánh đợc Do đó chúng ta

có thể nghĩ rằng chúng ta có một thiết bị có khả năng điều khiển luồng, tốc độ cao của tổng đài cũng nh các chức năng định tuyến mềm dẻo của bộ định tuyến Đó chính là động cơ then chốt thúc đẩy MPLS ra đời

Nguyên tắc cơ bản của chuyển mạch nhãn là sử dụng một thiết bị tơng

tự nh bộ định tuyến để điều khiển thiết bị chuyển mạch phần cứng ATM, do vậy công nghệ này đảm bảo về mặt chất lợng và giá thành Nó cũng có thể

hỗ trợ một số chức năng định tuyến mới nh định tuyến hiện.v.v Công nghệ này kết hợp hoàn hảo u điểm của công nghệ ATM và IP và đang đợc đặc biệt chú ý trên thế giới

1.2 Các khái niệm và thành phần cơ bản

MPLS là chuẩn đợc xác định bởi IETF (Internet Engineering Tast Force) phục vụ cho mục đích thiết kế, định tuyến, chuyển tiếp và chuyển mạch luồng dữ liệu qua mạng một cách hiệu quả

MPLS thực hiện các chức năng sau:

• Xác định cơ chế để quản lý luồng dữ liệu của các đối tợng khác nhau nh luồng dữ liệu giữa các phần cứng, giữa các thiết bị hay thậm chí là luồng dữ liệu giữa các ứng dụng khác nhau

• Giữ nguyên tính độc lập giữa các giao thức lớp 2 và lớp 3

• Cung cấp phơng thức để ánh xạ giữa địa chỉ IP và các nhãn đơn giản và có độ dài cố định đợc sử dụng bởi các công nghệ chuyển mạch và chuyển tiếp gói khác nhau

• Giao diện với các giao thức định tuyến đang tồn tại nh RSVP (Resource Revervation Protocol) và OSPF (Open Shortest Path First)

• Hỗ trợ các giao thức nh IP, ATM, Frame-relay và các giao thức lớp 2 khác

Trớc khi đi sâu về nguyên lý hoạt động và các giao thức cũng nh các vấn đề kỹ thuật khác liên quan tới MPLS, chúng ta cần tìm hiểu về các khái niệm và thành phần cơ bản trong MPLS

1.2.1 Nhãn và liên kết nhãn (Labels and label binding)

Nhãn là một thực thể có độ dài ngắn và cố định không có cấu trúc bên trong Nhãn không trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng nh địa chỉ lớp mạng Nhãn đợc dùng để xác định đờng đi của gói tin Nó đợc

đóng gói trong phần mào đầu của lớp 2 Khi một Router nhận đợc một gói tin nó sẽ xem xét nội dung của nhãn trong đấy để xác định bớc nhảy tiếp theo của gói tin này Một khi gói tin đã đợc dán nhãn thì quá trình chuyển tiếp gói tin này trên mạng sẽ dựa trên chuyển mạch nhãn Các giá trị nhãn chỉ

có ý nghĩa cục bộ, nghĩa là chúng chỉ liên quan đến các bớc nhảy giữa các LSR

Khi một gói tin đã đợc xác định một giá trị FEC, thì nó sẽ đợc cung cấp một nhãn Các giá trị nhãn nhận đợc từ lớp liên kết dữ liệu cơ bản Ví dụ trong mạng Frame-relay, các giá trị DLCI (Data Link Connection Identifier)

đợc sử dụng làm nhãn; còn trong mạng ATM giá trị nhãn là các chỉ số nhận dạng đờng ảo VPI và chỉ số nhận dạng kênh ảo VCI

Các quyết định gán nhãn có thể dựa trên các tiêu chuẩn chuyển tiếp nh sau:

• Đích của định tuyến Unicast

• Kỹ thuật lu lợng

• Multicast

- 18 -

• Mạng riêng ảo (VPN)

• QoS

Hình 1.1: Khuôn dạng của một nhãn tổng quát

Hình 1.2: Giá trị nhãn là VPI/VCI trong ATM

Khuôn dạng của một nhãn tổng quát đợc minh hoạ nh trong hình 1.1 Nhãn có thể đợc đính kèm trong phần mào đầu của lớp liên kết dữ liệu (giá trị VPI/VCI đối với mạng ATM nh trong hình 1.2 và giá trị DLCI đối với mạng Frame relay đợc thể hiện trong hình 1.3) hay trong phần tiếp giáp giữa mào đầu lớp 2 và lớp 3 (đợc minh hoạ trong hình 1.4)

Hình 1.3: Giá trị nhãn là DLCI trong mạng Frame Relay

Hình 1.4: Nhãn đợc chèn giữa lớp 2 và lớp 3

1.2.2 FEC

Lớp chuyển tiếp tơng đơng FEC (Forward Equivalence Class) đại diện cho một nhóm các gói tin có cùng mức yêu cầu khi truyền tải Tất cả các gói tin trong một nhóm nh vậy đợc đối xử nh nhau khi chuyển đến đích Khác với chuyển tiếp IP thông thờng, trong MPLS việc gán giá trị FEC cho một gói tin đợc thực hiện một lần ngay khi gói tin đi vào mạng Các giá trị FEC đợc xác định dựa trên các yêu cầu dịch vụ đối với tập hợp gói tin đó hay

đơn giản dựa vào phần đầu của địa chỉ (address prefix) Mỗi LSR sẽ xây dựng một bảng để từ đấy xác định cách thức chuyển tiếp các gói tin, bảng này đợc gọi là cơ sở dữ liệu nhãn LIB (Label Information Base) Liên kết nhãn (Label Binding) chính là sự kết hợp giữa bảng này và FEC

1.2.3 Bảng chuyển mạch chuyển tiếp nhãn (Label Switchting Forwarding Table )

Là bảng chuyển tiếp nhãn có chứa thông tin về nhãn đầu vào, nhãn đầu

ra, giao diện đầu ra và địa chỉ chuyển tiếp theo

Là tuyến đợc tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLS dùng để chuyển tiếp gói của một phiên nào đó sử dụng cơ chế chuyển đổi nhãn ( Label

- swapping forwarding) LSPs đợc thiết lập trớc khi truyền dữ liệu hoặc cũng có thể đợc thiết lập khi phát hiện ra một luồng dữ liệu nhất định

1.2.5 LSR

Thành phần cơ bản của mạng MPLS là thiết bị định tiến chuyển mạch nhãn LSR Thiết bị này thực hiện chức năng chuyển tiếp gói thông tin trong phạm vi mạng MPLS bằng thủ tục phân phối nhãn

Căn cứ vào vị trí và chức năng của LSR có thể phân thành các loại chính sau đây:

• LSR biên: Nằm ở biên của mạng MPLS LSR này tiếp nhận hay gửi đi các gói thông tin đến mạng khác (IP, Frame Relay ) LSR biên gán hay loại bỏ nhãn cho các gói thông tin đến hoặc đi khỏi mạng MPLS Các LSR này có thể là Ingress Router (Router lối vào) hay Egress Router (Router lối ra)

• ATM - LSR: Là các tổng đài ATM có thể thực hiện chức năng nh LSR Các ATM- LSR thực hiện chức năng định tuyến gói IP và gán nhãn trong mảng điều khiển và chuyển tiếp số liệu trên cơ chế chuyển mạch nối vào ATM trong bảng số liệu Nh vậy các tổng đài ATM

Nhận gói tin có nhãn, loại bỏ nhãn, kiểm tra lại lớp 3,

và chuyển tiếp gói IP đến nút tiếo theo

ATM _LSR

Sử dụng giao thức MPLS trong mảng điều khiển và thiết lập kênh ảo ATM Chuyển tiếp tế bào đến nút ATM- LSR tiếp theo

ATM_LSR biên

Nhận gói có nhãn hoặc không nhãn, phân vào các tế bào ATM và gửi các tế bào đến nút ATM – LSR tiếp theo

Nhận các tế bào ATM từ ATM – LSR cận kề, tái tạo các gói từ các tế bào ATM và chuyển tiếp gói có nhãn

Giao thức phân phối nhãn đợc sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói thông tin yêu cầu Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt

đợc các LSR sử dụng để trao đổi và điều phối quá trình dán nhãn /FEC Giao thức này là một tập hợp các thủ tục trao đổi bản tin cho phép LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC nhất định để truyền các gói thông tin

Một kết nối TCP đợc thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tin LDP đợc truyền một cách trung thực theo đúng thứ tự Các bản tin LDP có thể xuất phát từ bất cứ một LSR nào (điều khiển luồng chuyển mạch nhãn LSP độc lập) hay từ LSR biên lối ra (điều khiển LSP theo lệnh) và chuyển từ LSR phía trớc đến LSR bên cạnh phía sau Việc trao đổi bản tin LDP có thể đợc khởi phát bởi sự xuất hiện của luồng số liệu đặc biệt, của bản tin lập dự trữ RSVP hay khi cập nhật thông tin định tuyến Khi một cặp LSR

đã trao đổi bản tin LDP cho một FEC nhất định thì một đờng chuyển mạch LSP từ đầu vào đến đầu ra đợc thiết lập sau khi mối LSR ghép nhãn đầu vào với đầu ra tơng ứng của nó

1.3.1.1 Các tính chất cơ bản của giao thức phối nhãn LDP

• Các bản tin SESSION: đợc sử dụng để khởi tạo, duy trì, và huỷ

bỏ các phiên giữa hai LSR

• Các bản tin ADVERTISEMENT: đợc sử dụng cho việc khởi tạo, thay đổi và loại bỏ kết hợp nhãn

• Các bản tin NOTIFICATION: đợc sử dụng để cung cấp các thông tin trợ cấp và thông tin lỗi tín hiệu Có 2 loại bản tin LDP

- 22 -

NOTIFICATION:

1) Bản tin thông báo lỗi (error notification): Nếu một LSR nhận đợc bản tin này từ một LSR khác thì nó sẽ kết thúc phiên LDP bằng cách ngắt kết nối truyền tải TCP và huỷ

bỏ tất cả liên kết nhãn đã đợc thực hiện trên phiên đó 2) Bản tin thông báo trợ giúp (advisory notification): Đợc sử dụng để gửi tới một LSR thông tin về phiên LDP hay trạng thái của một vài bản tin đã nhận đợc từ LSR cùng phiên với nó

 Chạy trên TCP cung cấp phơng thức phân phối bản tin đáng tin cậy (ngoại trừ các bản tin DISCOVERY)

 Thiết kế cho phép khả năng mở rộng dễ dàng, tất cả các bản tin LDP

đều có chung cấu trúc và sử dụng nguyên lý mã hoá TLV (kiểu, độ dài, giá trị)

Mã hoá LTV nghĩa là mỗi đối tợng bao gồm mỗi trờng kiểu biểu thị

về loại đối tợng chỉ định, một trờng độ dài thông báo độ dài của đối tợng

và một trờng giá trị phụ thuộc vào trờng kiểu Hai trờng đầu tiên có giá trị

cố định và đợc đặt tại vị trí đầu tiên của đối tợng cho phép thực hiện dễ dàng việc loại bỏ kiểu đối tợng mà nó không nhận ra Trờng giá trị có một

đối tợng có thể gồm nhiều đối tợng mã hoá LTV đơn

3 Khi LSR nhận biết đợc địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì

nó sẽ thiết lập kết nối TCP đến LSR đó

4 Khi đó phiên LDP đợc thiết lập giữa hai LSR Phiên LDP là phiên hai chiều có nghĩa là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi liên kết nhãn

Trong trờng hợp các LSR không kết nối trực tiếp trong một mạng con (subnet) ngời ta sử dụng một cơ chế bổ sung nh sau:

LSR định kỳ gửi bản tin HELLO đến cổng UDP đã biết tại địa chỉ IP xác định đợc khai báo khi lập cấu hình Đầu nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin HELLO khác truyền một chiều đến đầu gửi và việc thiết lập các phiên LDP đợc thực hiện nh trên

Thông thờng trờng hợp này hay đợc áp dụng khi giữa hai LSR có một LSP cho lu lợng điều khiển và nó yêu cầu phải gửi các gói có nhãn qua

đờng LSP đó

1.3.1.3 Giao thức truyền tải tin cậy

Việc quyết định sử dụng TCP để truyền các bản tin LDP là một vấn đề cần xem xét Yêu cầu về độ tin cậy là rất cần thiết vì nếu việc liên kết nhãn hay yêu cầu liên kết nhãn đợc truyền một cách không tin cậy thì lu lợng cũng không đợc chuyển mạch theo nhãn

Một vấn đề quan trọng nữa đó là thứ tự các bản tin phải bảo đảm đúng Nh vậy liệu việc sử dụng TCP để truyền LDP có bảo đảm hay không và có nên xây dựng chức năng truyền tải này trong bản thân LDP hay không?

Việc xây dựng các chức năng đảm bảo độ tin cậy trong LDP không nhất thiết phải thực hiện toàn bộ chức năng cuả TCP trong LDP mà chỉ cần dừng lại ở những chức năng cần thiết nhất ví dụ nh chức năng điều khiển tránh tắc nghẽn đợc coi là không cần thiết trong LDP Tuy nhiên việc phát triển thêm các chức năng đảm bảo độ tin cậy trong LDP cũng có nhiều vấn đề cần xem xét ví dụ các bộ định thời cho các bản tin ghi nhận và không ghi nhận, trong

• Chế độ phân bổ nhãn

• Các giá trị bộ định thời

• Phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa hai LSR đó

Cả hai LSR đều có thể gửi các bản tin Initialization và LSR sẽ trả lời bằng KeepAlive nếu các tham số đợc chấp nhận Nếu có một tham số nào đó không đợc chấp nhận LSR thông báo có lỗi và phiên kết thúc

Dạng bản tin KeepAlive

Các bản tin KeepAlive đợc gửi định kỳ khi không có bản tin nào đợc gửi để đảm bảo cho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDP khác đang

hoạt động tốt Trong trờng hợp không xuất hiện bản tin KeepAlive hay một

số bản tin khác của LDP trong khoảng thời gian nhất định thì LSR sẽ xác định hoặc kết nối bị hỏng và phiên LDP bị dừng

Dạng bản tin Label Mapping

Các bản tin Label Mapping đợc sử dụng để quảng bá liên kết giữa FEC (Prefix địa chỉ) và nhãn Bản tin Label Withdrawal thực hiện quá trình ngợc lại Nó đợc sử dụng để xoá bỏ liên kết vừa thực hiện Bản tin này đợc sử dụng khi có sự thay đổi trong bảng định tuyến (thay đổi Prefix địa chỉ) hay thay đổi trong cấu hình LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó

Dạng bản tin Label Release

Các bản tin Label Realease đợc sử dụng bởi LSR khi nhận đợc chuyển đổi nhãn mà nó không cần thiết nữa Điều đó thờng xảy ra khi LSR giải phóng nhận thấy nút tiếp theo cho FEC đó không phải là LSR quảng bá liên kết nhãn/FEC đó

Trong chế độ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu từ phía trớc, LSR sẽ yêu cầu gán nhãn từ LSR lân cận phía trớc sử dụng bản tin Label Request Nếu bản tin Label Request cần phải huỷ bỏ trớc khi đợc chấp nhận (do nút

kế tiếp trong FEC yêu cầu đã thay đổi), thì LSR sẽ yêu cầu loại bỏ yêu cầu với bản tin Label Request Abort

Các chế độ phân phối nhãn

Chúng ta đã biết một số chế độ hoạt động trong việc phân phối nhãn nh: Không yêu cầu từ phía trớc, theo yêu cầu từ phía trớc, điều khiển LSP theo lệnh hay độc lập, duy trì tiên tiến hay bảo thủ Các chế độ này đợc thoả thuận bởi LSR trong quá trình khởi tạo phiên LDP

Khi LSR hoạt động ở chế độ duy trì bảo thủ, nó chỉ giữ những giá trị nhãn/FEC mà nó cần tại thời điểm hiện tại Các chuyển đổi khác đợc giải phóng Ngợc lại trong chế độ duy trì tiên tiến, LSR giữ tất cả các chuyển đổi

• Tại thời điểm nào đó sau này có sự xuất hiện thay đổi định tuyến và LSR1 trở thành nút tiếp theo của LSR 2 đối với FEC đó thì LSR 2 sẽ cập nhật thông tin trong bảng định tuyến tơng ứng và có thể chuyển tiếp các gói có nhãn đến LSR 1 trên tuyến mới của chúng Việc này

đợc thực hiện một cách tự động mà không cần đến báo hiệu LDP hay quá trình phân bổ nhãn mới

Ưu điểm lớn nhất của chế độ duy trì tiên tiến đó là khả năng phản ứng nhanh hơn khi có sự thay đổi định tuyến Nhợc điểm lớn nhất là sự lãng phí

bộ nhớ và nhãn Điều này đặc biệt quan trọng và có ảnh hởng rất lớn đối với những thiết bị lu trữ bảng định tuyến trong phần cứng nh ATM LSR Thông -thờng chế độ duy trì bảo thủ nhãn đợc sử dụng trong các ATM-LSR

-Giao thức CR-LDP đợc sử dụng để điều khiển cỡng bức LDP -Giao thức này là phần mở rộng của LDP cho quá trình định tuyến cỡng bức của LSP Cũng giống nh LDP, nó sử dụng các phiên TCP giữa các LSR đồng cấp

để gửi các bản tin phân phối nhãn

Để có thể hiểu đợc khái niệm định tuyến cỡng bức, trớc hết chúng ta xem xét cơ chế định tuyến truyền thống đợc sử dụng trong mạng IP nh trong mạng Internet chẳng hạn Một mạng có thể đợc mô hình hoá nh là tập hợp các hệ thống độc lập AS, trong đó việc định tuyến trong mỗi AS tuân theo giao

thức định tuyến nội vùng (intradomain) còn việc định tuyến tuân theo giao thức định tuyến liên vùng (interdomain) Các giao thức định tuyến nội vùng có thể là RIP, OSPF và IS-IS, còn giao thức định tuyến liên vùng đợc sử dụng ngày nay là BGP Trong phần còn lại của chơng này ta tập trung vào định tuyến nội vùng

Cơ chế tính toán xác định đờng trong các giao thức định tuyến nội vùng tuân theo thuật toán tối u Trong trờng hợp giao thức RIP thì đó là tối

u số nút mạng trên đờng Chúng ta biết rằng bao giờ cũng có thể lựa chọn nhiều đờng để đi đến một đích, RIP sử dụng thuật toán Bellman-Ford để xác

định sao cho đờng đi qua số lợng nút ít nhất Nhà quản trị mạng ứng với giao thức OSPF (hoặc IS-IS) sẽ ấn định cho mỗi kênh trong mạng một giá trị tơng ứng với độ dài của kênh đó OSPF (hoặc IS IS) sẽ sử dụng thuật toán tìm -

đờng ngắn nhất Dijkstra để lựa chọn đờng ngắn nhất trong số các đờng có thể kết nối đến đích, với định nghĩa độ dài của một đờng là tổng độ dài của tất cả các kênh trên đờng đó

Về cơ bản chúng ta có thể định tuyến cỡng bức nh sau Một mạng có thể đợc biểu diễn dới dạng sơ đồ theo V và (V,E) trong đó V là tập hợp các nút mạng và E là tập hợp các kênh kết nối giữa các nút mạng Mỗi kênh có đặc

điểm riêng Đờng kết nối giữa nút thứ nhất đến nút thứ hai trong cặp phải thoả mãn một số điều kiện cỡng bức Tập hợp các điều kiện cỡng bức này

đợc coi là đặc điểm của kênh và chỉ có nút đầu tiên trong cặp đóng vai trò khởi tạo đờng kết nối mới biết các đặc điểm này Nhiệm vụ của định tuyến cỡng bức là tính toán xác định đờng kết nối từ nút này đến nút kia sao cho

đờng này không vi phạm điều kiện cỡng bức và một phơng án tối u theo một tiêu chí nào đó (số nút ít nhất hoặc số đờng ngắn nhất) Khi đã xác định một đờng kết nối thì định tuyến cỡng bức sẽ thực hiện việc thiết lập, duy trì

và truyền trạng thái kết nối dọc theo các kênh trên đờng

Điểm khác nhau chính trong định tuyến IP truyền thống (nh đợc đề

- 28 -

cập đến ở đầu phần này) và định tuyến cỡng bức đó là: Thuật toán định tuyến

IP truyền thống chỉ tìm ra đờng tối u ứng với một tiêu chí (ví dụ nh số nút nhỏ nhất), trong khi đó thật toán cỡng bức vừa tìm ra một đờng tối u theo tiêu chí nào đó đồng thời phơng án đó phải khôngvi phạm điều kiện cỡng bức Yêu cầu không vi phạm các điều kiện cỡng bức là điểm khác nhau cơ bản để phân biệt giữa định tuyến cỡng bức và định tuyến thông thờng

Trên đây chúng ta đã đề cập đến việc tìm đờng không vi phạm các

điều kiện cỡng bức, tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu thế nào là điều kiện cỡng bức

Một điều kiện cỡng bức phải là điều kiện giúp ta tìm ra một đờng có các tham số hoạt động nhất định Ví dụ nh chúng ta muốn tìm ra một đờng

có độ rộng băng tần khả dụng nhỏ nhất Trong trờng hợp đó điều kiện cỡng bức sẽ đợc đa vào thuật toán định tuyến để tìm đờng và số liệu đầu vào ít nhất phải có độ rộng băng tần khả dụng của tất cả các kênh dọc theo đờng

Đặc điểm của kênh cần quan tâm ở đây là độ rộng băng tần khả dụng Lu ý rằng các đờng khác nhau trong mạng có thể có điều kiện cỡng bức về độ rộng băng tần khác nhau tơng ứng

Một điều kiện cỡng bức khác có thể là điều kiện về quản trị Ví dụ nh một nhà quản trị mạng muốn ngăn một loại lu lợng nào đó không đợc đi qua một số kênh nhất định trong mạng, trong đó các kênh đợc xác định bởi các đặc điểm cụ thể Trong trờng hợp đó điều kiện cỡng bức sẽ đợc đa vào thuật toán định tuyến để xác định đờng cho lu lợng đó không đợc đi qua các kênh đã đợc chỉ ra Hoặc nhà quản trị mạng lại muốn một lu lợng nào đó chỉ đợc đi qua một số kệnh nhất định trong mạng và các kênh cũng

đợc xác định bằng các đặc điểm cụ thể Khi đó điều kiện cỡng bức sẽ đợc

đa vào thuật toán định tuyến để xác định đờng đi cho lu lợng chỉ có thể đi qua các kênh thoả mãn điều kiện Lu ý rằng cũng giống nh điều kiện cỡng bức về khả năng của kênh, điều kiện cỡng bức là quản trị ứng với các đờng

khác nhau cũng có thể có các điều kiện cỡng bức là các điều kiện quản trị khác nhau

Định tuyến có thể kết hợp cả hai điều kiện cỡng bức là quản lý và tính năng của kênh chứ không nhất thiết chỉ là một trong hai điều kiện Ví dụ nh

điều kiện cỡng bức phải tìm ra đờng vừa phải có một độ rộng băng tần nhất

định vừa phải loại trừ một số kênh có đặc điểm nhất định

Câu hỏi đặt ra là liệu phơng pháp định tuyến IP đơn giản có thể hỗ trợ

đợc phơng thức điều kiện cỡng bức trong đó các điều kiện cỡng bức có thể là tính năng hoặc quản lý hoặc cả hai? Câu trả lời là không và có rất nhiều nguyên nhân để lý giải câu trả lời này Nguyên nhân chủ yếu đó là điều kiện cỡng bức yêu cầu tuyến (hay đờng) phải đợc tính toán từ phía nguồn Đó chính là vì các nguồn khác nhau có thể có các điều kiện cỡng bức khác nhau

đối với một đờng đến cùng một đích Các điều kiện cỡng bức tơng ứng với

bộ định tuyến của một nguồn cụ thể chỉ đợc biết đến bởi bộ định tuyến đó mà thôi, không một bộ định tuyến nào khác trong mạng có thể biết các điều kiện này Ngợc lại với bộ định tuyến IP đơn giản, một tuyến (đờng) đợc tính toán xác định bởi tất cả các định tuyến phân tán trong toàn mạng

Một nguyên nhân khác để phơng pháp định tuyến IP đơn giản không thể hỗ trợ điều kiện cỡng bức là: Khi một đờng đợc xác định bởi nguồn thì mô hình chuyển tiếp đờng đợc sử dụng trong phơng pháp định tuyến IP

đơn giản lại không đợc hỗ trợ bởi phơng pháp điều kiện cỡng bức Đối với phơng pháp định tuyến cỡng bức cần có một khả năng định tuyến “explicit ” (hoặc “nguồn”) vì các nguồn khác nhau có thể tính toán xác định các đờng khác nhau đến cùng một đích; vì vậy chỉ có thông tin về đích là không đầy đủ

để có thể xác định đờng truyền các gói tin

Nguyên nhân cuối cùng, đối với phơng pháp định tuyến cỡng bức thì việc tính toán xác định đờng phải tính đến các thông tin về đặc điểm tơng ứng của từng kênh trong mạng, ở đây phải có một số cách để truyền các thông

- 30 -

tin này trong mạng

Hiển nhiên là phơng pháp định tuyến IP đơn giản không hỗ trợ yêu cầu này; các giao thức định tuyến truyền thông dựa vào trạng thái kênh (ví dụ nh OSPF, IS IS) chỉ truyền đi duy nhất các thông tin (bận / rỗi) của từng kênh -

và độ dài của từng kênh và các giao thức định tuyến vector khoảng cách (Distance Vector Routing Protocols) (ví dụ nh RIP) chỉ truyền đi các thông tin địa chỉ nút tiếp theo và khoảng cách

Định tuyến cỡng bức không đợc hỗ trợ bởi các phơng thức định tuyến IP đơn giản không có nghĩa định tuyến IP đơn giản không thể bổ xung thêm để hỗ trợ các chức năng tơng ứng; trong thực tế có thể thực hiện đợc việc này Hơn nữa bằng cách nâng cấp định tuyến IP đơn giản chúng ta có thể xây dựng đợc một hệ thống định tuyến có khả năng kết hợp và hỗ trợ cả định tuyến IP đơn giản và định tuyến cỡng bức Ví dụ nh đối với hệ thống định tuyến kiểu này thì một vài kiểu lu lợng có thể đợc định tuyến dựa trên phơng pháp định tuyến đơn giản trong khi một vài kiểu lu lợng khác lại

đợc định tuyến dựa trên phơng pháp định tuyến cỡng bức

Một trong những đặc tính quan trọng nhất của hệ thống định tuyến kết hợp cả định tuyến IP đơn giản và định tuyến cỡng bức là hệ thống loại này phải cung cấp nhiều kiểu thông tin cho các ứng dụng định tuyến

1.3.2.2 Các phần tử định tuyến cỡng bức

Để biết đợc chúng ta cần bổ sung những chức năng nào vào hệ thống

định tuyến IP đơn giản sao cho nó có thể hỗ trợ định tuyến cỡng bức, trớc hết chúng ta hãy lợc lại đặc điểm chính của định tuyến cỡng bức cần hỗ trợ

Đặc điểm đầu tiên đó là khả năng tính toán và xác định đờng tại nguồn, việc tính toán xác định này phải xem xét đến không chỉ các tiêu chí để tối u mà còn phải tính đến các điều kiện cỡng bức không đợc vi phạm

Điều đó có nghĩa là phía nguồn phải có đầy đủ các thông tin cần thiết để tính toán và xác định đờng

Các thông tin mà phía nguồn cần có để tính toán xác định đờng có thể

là một phần thông tin có sẵn trong cơ sở dữ liệu của nguồn và các thông tin khác trong mạng Các thông tin có sẵn trong nguồn là các thông tin về điều kiện cỡng bức của các nguồn khác nhau xuất phát từ nguồn Các thông tin

mà nguồn có thể có đợc từ các bộ định tuyến khác trong mạng bao gồm thông tin về cấu trúc mạng cũng nh các thông tin về đặc điểm của các kênh tơng ứng trong mạng Tất cả các nút trong mạng đều có thể là nguồn khởi phát lu lợng định tuyến theo phơng thức cỡng bức vì vậy các nút trong mạng đều phải có đợc thông tin này khi cần Vì vậy đặc điểm thứ hai là cần phải có khả năng phân phối thông tin về cấu trúc mạng và đặc điểm các kênh thông tin tới tất cả các nút trong mạng

Khi tính toán xác định đờng, chúng ta cần biết phơng thức truyền thông tin dọc theo đờng Vì vậy đặc điểm thứ ba là hệ thống phải hỗ trợ định tuyến hiện

Cuối cùng khi xác định một tuyến cho một nhóm lu lợng có thể yêu cầu dự phòng tài nguyên tuyến đó vì vậy có thể thay đổi các đặc điểm tơng ứng của các kênh trong mạng tơng ứng Ví dụ nh nếu độ rộng băng tần khả dụng là một trong những điều kiện cỡng bức của kênh thì khi chúng ta muốn truyền một lu lợng qua một tuyến mà lu lợng đó yêu cầu có dự phòng độ rộng băng tần dọc theo tuyến thì nó sẽ làm thay đổi giá trị độ rộng băng tần khả dụng của các kênh dọc theo tuyến Vì vậy đặc điểm thứ t là tài nguyên mạng phải dự phòng và các thông số của kênh phải thay đổi đợc khi truyền lu lợng tơng ứng trên tuyến

a Điều kiện cỡng bức "chọn đờng ngắn nhất"

Nh đã đề cập ở trên định tuyến cỡng bức phải tính toán xác định đợc

đồng thoả mãn các điều kiện sau:

 Là tối u theo một tiêu chí nào đó (ví dụ nh con đờng ngắn nhất hoặc

số nút ít nhất)

- 32 -

 Không vi phạm các điều kiện cỡng bức

Một trong các cách thoả mãn tiêu chí tối u là sử dụng thuật toán “trớc tiên là đờng ngắn nhất” (SPF) Quay trở lại thuật toán SPF ứng với định tuyến IP đơn giản, việc tính toán xác định đờng tối u theo một tiêu chí nào

đó (ví dụ nh khoảng cách) Vì vậy để xác định đờng không vi phạm các

điều kiện cỡng bức chúng ta cần sửa đổi thuật toán sao cho nó tính đến các

điều kiện cỡng bức Chúng ta xem xét một thuật toán loại này đó là: điều kiện cỡng bức “chọn đờng ngắn nhất” (CSPF)

Để hiểu đợc làm cách nào để sửa đổi SPF để nó có thể tính đến các

điều kiện cỡng bức, trớc hết chúng ta tìm hiểu hoạt động của SPF đơn giản Thuật toán SPF đơn giản hoạt động khởi đầu tại một nút gốc và bắt đầu tính toán xây dựng đờng ngắn nhất ứng với gốc là nút đó Tại mỗi vòng của thuật toán sẽ có một danh sách các nút “ứng cử” (khởi đầu danh sách này chỉ có nút gốc) Thông thờng, đờng từ nút gốc đền các nút “ứng cử” không nhất thiết phải là ngắn nhất Tuy nhiên đối với nút “ứng cử” ở ngay cạnh nút gốc thì

đờng nối tới nút này phải là ngắn nhất Vì vậy tại mỗi vòng, thuật toán sẽ tách nút có đờng ngắn nhất tới nút gốc từ danh sách nút “ứng cử” Nút này sẽ

đợc bổ sung vào cây đờng ngắn nhất và loại bỏ khỏi danh sách các nút “ứng cử” Khi mà nút này đợc bổ sung vào cây đờng ngắn nhất, thì các nút không nằm trên cây đờng ngắn nhất nhng liền kề nút này cũng đợc kiểm tra để bổ sung hoặc sửa đổi danh sách nút “ứng cử” Sau đó thuật toán đợc thực hiện lặp lại Trong trờng hợp tìm đờng ngắn nhất từ nút gốc đến tất cả các nút khác trong mạng thì thuật toán sẽ dừng khi nào damh sách các nút “ứng cử” là rỗng Trong trờng hợp tìm đờng ngắn nhất từ một gốc đến một nút cụ thể thì thuật toán sẽ dừng khi nào nút đó đợc bổ sung vào cây đờng ngắn nhất

Thuật toán SPF để tính toán xác định đờng ngắn nhất từ nút S (nguồn)

đến một số nút D (đích) có thể mô tả qua các bớc sau:

 Bớc 1 (khởi tạo): Đặt danh sách các nút ứng cử bằng rỗng Đặt cây

đờng ngắn nhất chỉ có gốc S Đối với mỗi nút liền kề gốc đặt độ dài đờng bằng độ dài kênh giữa gốc và nút Đối với tất cả các nút khác, đặt độ dài này bằng vô cùng

 Bớc 2: Đặt tên nút bổ sung vào đờng ngắn nhất là V Đối với mỗi kênh nối với nút này kiểm tra các nút đầu kia của kênh Đánh đấu các nút này

“ứng cử” thì bổ sung W vào danh sách này vầ gắn đô dài đờng từ gốc đến nút

W bằng khoảng cách này Nếu nh W nằm trong danh sách các nút “ứng cử” thì độ dài đờng hiện thời lớn hơn độ dài đờng mới tính và gắn độ dài đờng

từ gốc đến nút V bằng độ dài mới tính

 Bớc 3: Trong danh sách nút “ứng cử”, tìm một nút với độ dài đờng ngắn nhất Bổ sung nút này vào cây đờng ngắn nhất và xoá nút này khỏi danh sách các nút “ứng cử” Nếu nh nút này là nút D thì thuật toán kết thúc và ta

đợc cây đờng ngắn nhất từ nút nguồn là S đến nút dích là D Nếu nút này cha phải là D thì ta quay lại bớc 2

Từ các bớc của thuật toán SPF đơn giản trên đây, chúng ta sửa đổi để

nó trở thành CSPF Tất cả việc chúng ta phải làm đó là sửa đổi bớc thực hiện việc bổ sung/ sửa đổi danh sách các nút “ứng cử” Cụ thể là bớc 2, khi chúng

ta kiểm tra các kênh nối với nút V, đối với mỗi kênh trớc hết chúng ta kiểm tra xem kênh đó có thoả mãn điều kiện cỡng bức không? Chỉ khi điều kiện này đợc thoả mãn, khi đó chúng ta mơi kiểm tra nút W ở đầu kia của kênh Thông thờng chúng ta hay gặp bài toán tìm đờng từ S đến D thoả mãn một

- 34 -

số điều kiện cỡng bức là C1, C2, … Khi đó tại bớc 2 chúng ta sẽ kiểm tra tất cả các kênh đối với nút V, đối với mỗi kênh trớc hết chúng ta kiểm tra xem nó có thoả mãn các điều kiện C1, C2, Chỉ khi kênh thoả mãn tất cả các

điều kiện cỡng bức thì chúng ta mới kiểm tra nút W ở phía đầu kia của kênh

Về tổng quát, thủ tục kiểm tra xem kênh có thoả mãn một điều kiện cỡng bức cụ thể là đặc điểm của định tuyến cỡng bức Ví dụ nh nếu điều kiện cỡng bức cần thoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng, khi đó chúng ta cần kiểm tra độ rộng băng tần khả dụng của kênh có lớn hơn một giá trị độ rộng băng tần đợc chỉ ra trong điều kiện cỡng bức; chỉ khi thoả mãn chúng

ta mới kiểm tra nút W ở đầu kia của kênh

Để kiểm tra kênh có thoả mãn một điều kiện cỡng bức cụ thể nào đó thì chúng ta phải biết trớc các thông tin của kênh tơng ứng có liên quan đến

điều kiện cỡng bức Ví dụ nh khi điều kiện cỡng bức cần thoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng thì thông tin cần có là độ rộng băng tần khả dụng của từng kênh

Lu ý rằng thuật toán tính toán xác định đờng sử dụng trong CSPF yêu cầu bộ định tuyến phải thực hiện việc tính toán xác định đờng phải có các thông tin về tất cả các kênh trong mạng Điều đó có nghĩa là chỉ một số loại giao thức định tuyến có thể định tuyến cỡng bức đó là các giao thức định tuyến theo trạng thái kênh (ví dụ nh IS IS, OSPF) Còn giao thức định tuyến -theo véc tơ khoảng cách (ví dụ nh RIP) không hỗ trợ định tyuến cỡng bức

Hình 1.5: Ví dụ về CSPF

Để minh hoạ cho CSPF, chúng ta hãy xem xét ví dụ trên hình 1.5 Chúng ta giả sử rằng tất cả các kênh đều bằng nhau và có giá trị là 1 Chúng ta cũng giả sử rằng tất cả các kênh đều có độ rộng băng tần khả dụng là 100 Mbps, ngoại trừ kênh nối từ LSR2 đến LSR4 có độ rông băng tần khả dụng là

10 Mbps Nhiệm vụ của chúng ta là tìm đờng từ LSR1 đến LSR6 sao cho có

độ dài ngắn nhất và độ rộng băng tần khả dụng phải lớn hơn hoặc bằng 50Mbps ở đây điều kiện cỡng bức cần thoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng Khởi đầu cây đờng ngắn nhất (có gốc ở LSR1) chỉ có nút LSR1 Tiếp theo chúng ta kiểm tra hai nút bên cạnh LSR1 đó là LSR2 và LSR3 với lu ý rằng độ rộng băng tần khả dụng của kênh (LSR1-LSR2) và (LSR1-LSR3) đều lớn hơn giá trị cần thiết là 50Mbps Kết luận không kênh nào vi phạm điều kiện cỡng bức, vì vậy chúng ta bổ sung LSR2 và LSR3 vào danh sách các nút

“ứng cử” Nút này là LSR2 (ở đây hai nút LSR2 và LSR3 đều có khoảng cách nh nhau đến LSR1 cho nên có thể chọn ngẫu nhiên là LSR2), chúng ta bổ sung nó vào cây đờng ngắn nhất (LSR1, LSR2) và xoá nó khỏi danh sách các nút “ứng cử” Kết thúc một vòng của thuật toán

Tại vòng thứ 2 của thuật toán, chúng ta kiểm tra nút bên cạnh nút LSR2

là LSR4 Với nút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên kênh (LSR2-LSR4) nhỏ hơn độ rộng băng tần yêu cầu Vì vậy kênh này không thoả mãn điều kiện cỡng bức và chúng ta không bổ sung LSR4 vào danh sách nút

“ứng cử” Chúng ta vẫn còn LSR3 trong danh sách nút “ứng cử”, vì vậy ta bổ sung nó vào cây đờng ngắn nhất (LSR1, LSR3) và xoá nó khỏi danh sách nút

“ứng cử” Kết thúc vòng thứ hai của thuật toán

- 36 -

Tại vòng thứ 3 chúng ta kiểm tra nút cạnh LSR3 là LSR5 Với nút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên kênh (LSR3-LSR5) lớn hơn độ rộng băng tần yêu cầu Vì vậy kênh này thoả mãn điều kiện cỡng bức

và ta bổ sung nó và danh sách nút “ứng cử” Tiếp theo chúng ta tìm trong danh sách các nút “ứng cử” nút có khoảng cách ngắn nhất đến LSR1 là nút LSR5 Vì vậy ta bổ sung LSR5 vầo cây đờng ngắn nhất (LSR1,LSR3,LSR5) và xoá LSR5 ra khỏi danh sách các nút “ứng cử” Kết thúc vòng thứ 3 cuả thuật toán

Tại vòng thứ 4 của thuật toán, ta kiểm tra nút cạnh LSR5 là LSR4 Với nút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên kênh (LSR5-LSR4) lớn hơn độ rộng băng yêu cầu, vì vậy kênh này thoã mãn điều kiện cỡng bức

và ta bổ sung nó vào danh sách nút “ứng cử” Tiếp theo chúng ta tìm trong danh sách nút “ứng cử” nút có khoảng cách ngắn nhất tới LSR1 là LSR4 Vì vậy ta bổ sung LSR4 vào cây đờng ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4)

và xoá LSR4 ra khỏi danh sách các nút “ứng cử” Kết thúc vòng thứ 4 của thuật toán

Tại vòng thứ 5 của thuật toán, ta kiểm tra nút cạnh LSR4 là LSR6 và LSR7 Với nút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên các kênh (LSR4,LSR6) và (LSR4,LSR7) lớn hơn độ rộng băng tần yêu cầu Vì vậy các kênh này thoã mãn điều kiện cỡng bức và ta bổ sung chúng vào danh sách nút “ứng cử” Tiếp theo chúng ta tìm trong danh sách nút “ứng cử” nút có khoảng cách ngắn nhất tới LSR1 là LSR6 Vì vậy ta bổ sung LSR6 vào cây

đờng ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4, LSR6) và xoá LSR6 ra khỏi danh sách các nút “ứng cử” Tại đây chúng ta nhận thấy rằng cây đờng ngắn nhất đã có chứa LSR6 là nút đích của đờng cần tìm Vậy thuật toán kết thúc tại đây Kết quả đờng ngắn nhất từ LSR1 đến LSR6 là (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4, LSR6) Chúng ta có thể nhận thấy đờng này khác với đờng đợc xác

định theo thuật toán SPF có thể là (LSR1, LSR2, LSR4, LSR6)

b Sử dụng MPLS làm phơng tiện chuyển tiếp thông tin

Có hai lý do để sử dụng MPLS Trớc hết MPLS cho phép tách các thông tin sử dụng để chuyển tiếp (nhãn) từ các thông tin có trong mào đầu của gói IP Thứ hai là việc chuyển đổi giữa FEC và LSP chỉ đợc giới hạn trong LSR tại một đầu của LSP Nói một cách khác, việc quyết định gói IP nào sẽ

định tuyến hiện nh thế nào hoàn toàn do LSR tính toán xác định tuyến Và nh đã trình bày ở trên, đây chính là điều kiện hỗ trợ định tuyến cỡng bức Cũng nh các chức năng khác cuả MPLS, chức năng định tuyến hiện của MPLS cũng đợc chia làm hai phần: Điều khiển và chuyển tiếp Phần tử điều khiển chịu trách nhiệm thiết lập trạng thái chuyển tiếp (nhãn) dọc theo tuyến hiện

1.3.3 Giao thức RSVP

RSVP là giao thức báo hiệu đóng vai trò rất quan trọng trong MPLS RSVP là giao thức cho phép các ứng dụng thông báo các yêu cầu về QoS với mạng và mạng sẽ đáp ứng bằng những thông báo thành công hoặc thất bại RSVP phải mang các thông tin nh sau:

• Thông tin phân loại, nhờ vậy mà các luồng lu lợng và các yêu cầu QoS cụ thể có thể đợc nhận biết trong mạng Thông tin này bao gồm

địa chỉ IP phía gửi và phía nhận, số cổng UDP

• Chỉ tiêu kỹ thuật của luồng lu lợng và các yêu cầu QoS, theo khuôn dạng Tspec và Rspec, bao gồm các dịch vụ yêu cầu (có đảm bảo hoặc tải điều khiển)

Rõ ràng là RSVP phải mang các thông tin trong hai loại bản tin là: PATH và RESV Các bản tin PATH từ bộ gửi tới một hoặc nhiều bộ phận có chứa Tspec và các thông tin phân loại do bộ gửi cung cấp Một lý do cho phép

có nhiều bộ phận là RSVP đợc thiết kế để hỗ trợ multicast Một bản tin PATH bao giờ cũng đợc gửi tới một địa chỉ gọi là địa chỉ phiên, nó có thể là

địa chỉ unicast hoặc multicast Chúng ta thờng xem một phiên đại diện cho một ứng dụng đơn, nó đợc xác nhận bằng một địa chỉ đích và số cổng đích sử

- 38 -

dụng riêng cho ứng dụng Trong phần tiếp theo chúng ta sẽ thấy rằng không

có lý do nào để xem xét một phiên theo cách hạn chế nh vậy

Khi bộ nhận nhận đợc bản tin PATH nó có thể gửi bản tin RESV trở lại cho bộ gửi Bản tin RESV xác nhận phiên có chứa thông tin về số cổng dành riêng cho Rspec xác nhận mức QoS mà bộ phận yêu cầu Nó cũng bao gồm một vài thông tin xem xét những bộ gửi nào đợc phép sử dụng tài nguyên đang đợc cấp phát Hình 1.6 biểu diễn trình tự trao đổi bản tin giữa

bộ gửi và bộ nhận với lu ý rằng các cổng dành riêng là đơn công Nếu cần sử dụng các cổng dành riêng là song công (ví dụ nh phục vụ cho thoại truyền thống) thì phải có bản tin bổ sung theo chiều ngợc lại Chú ý rằng các bản tin

đợc nhận và chuyển tiếp bởi tất cả các bộ định tuyến dọc theo đờng truyền thông tin, do đó việc cấp phát tài nguyên cần phải đợc thực hiện tại tất cả các nút cần thiết trong mạng

Khi các cổng dành riêng đợc thiết lập, các bộ định tuyến nằm giữa bộ gửi và bộ nhận sẽ xác định các gói tin thuộc cổng dành riêng nào nhờ việc kiểm tra năm phần mào đầu của IP và giao thức truyền tải tin đó là: địa chỉ

đích, số cổng đích, số giao thức (ví dụ UDP), địa chỉ nguồn và cổng nguồn Chúng ta gọi tập các gói tin đợc nhận dạng theo cách này là luồng dành riêng Các gói tin trong luồng dành riêng thờng bị khống chế (đảm bảo cho luồng không phát sinh lu lợng vợt quá so với thông báo trong Tspec) và xếp vào hàng đợi để phù hợp với yêu cầu về QoS Ví dụ một cách để có dịch

vụ bảo đảm là sử dụng các hàng đợi có trống (WFQ), ở đây mỗi cổng dành riêng đợc xem nh một luồng đối với hàng đợi, và trọng số ấn định cho mỗi luồng phù hợp với tốc độ dịch vụ yêu cầu trong Rspec của nó

Đối với các luồng unicast thì RSVP khá đơn giản Nó trở nên phức tạp hơn trong môi trờng multicast, bởi vì có thể có rất nhiều bộ phận dành riêng cổng cho một phiên đơn và các bộ phận khác nhau có thể yêu cầu về QoS khác nhau Hiện nay MPLS chú trọng vào các ứng dụng unicast cuả RSVP

chúng ta sẽ không đi sâu vào khía cạnh multicast của RSVP

Hình 1.6: Các bản tin PATH truyền từ bộ gửi tới bộ nhận và các bản tin

RESV truyền theo hớng ngợc lại

Điểm cuối cùng ở RSVP cần phải lu ý là nó là giao thức “trạng thái

mềm” Đặc tính để phân biệt giao thức trạng thái mềm với các giao thức loại

khác là trạng thái sẽ tự động hết hiệu lực sau một thời gian trừ khi nó đợc

làm tơi liên tục theo chu kỳ Điều đó có nghĩa là RSVP sẽ định kỳ gửi đi các

bản tin PATH và RESV để làm tơi các cổng dành riêng Nếu chúng không

đợc gửi đi trong một khoảng thời gian xác định thì cổng dành riêng tự động

bị huỷ bỏ

1.3.3.1 MPLS hỗ trợ RSVP

Trong phần này chúng ta chỉ tập chung vào vai trò của RSVP về khía

cạnh hỗ trợ QoS, còn vai trò của nó trong điều khiển lu lợng sẽ đợc đề cập

trong phần điều khiển lu lợng

Mục tiêu đầu tiên của việc bổ sung hỗ trợ RSVP vào MPLS là cho phép

các LSP dựa vào việc phân loại gói tin theo nhãn chứ không phải theo mào đầu

nhãn IP để nhận biết các gói tin thuộc các luồng của cổng dành riêng Nói

cách khác, cần phải tạo và kết hợp phân phối giữa các luồng và các nhãn cho

các luồng có cổng dành riêng RSVP Chúng ta có thể xem một tập các gói tin

tạo ra bởi cổng dành riêng RSVP nh một trờng hợp riêng khác của FEC

- 40 -

Điều này trở nên khá dễ dàng để kết hợp giữa các nhãn với các luồng dành riêng trong RSVP, ít nhất là với unicast Chúng ta định nghĩa một đối tợng RSVP mới là đối tợng LABEL đợc mang tên trong bản tin RSVP RESV Khi một LSR muốn gửi bản tin RESV cho một luồng RSVP mới, LSR cấp phát một nhãn từ trong tập nhãn rỗi, tại một lối vào trong LFIB của nó với nhãn lối vào đợc đặt cho nhãn cấp phát, và gửi đi bản tin RESV truyền từ bộ nhận tới bộ gửi là dới dạng cấp phát nhãn xuôi

Khi nhận đợc bản tin RESV chứa đối tợng LABEL, một LSR thiết lập LFIB của nó với nhãn này là nhãn lối ra Sau đó nó cấp phát một nhãn để sử dụng nh là nhãn lối vào và chèn nó vào bản tin RESV trớc khi truyền nó đi

Rõ ràng là, khi các bản tin RESV truyền lên LSR ngợc thì LSP đợc thiết lập dọc theo tuyến đờng Cũng chú ý là, khi các nhãn đợc cung cấp trong các bản tin RESV, mỗi LSR có thể dễ dàng kết hợp các tài nguyên QoS phù hợp với LSP Hình 1.7 minh hoạ quá trình trao đổi này Trong trờng hợp này chúng ta giả sử máy chủ không tham gia vào việc phân phối nhãn LSR R3 cấp phát nhãn 5 cho cổng dành riêng này và thông báo với R2 R2 cấp phát nhãn 9 cũng cho cổng dành riêng này và thông báo nó với R1 Bây giờ đã có một LSP cho luồng dành riêng từ R1 tới R3 Khi các gói tin tơng ứng với cổng dành riêng này (ví dụ gói tin gửi từ H1 tới H2 với cổng nguồn, đích thích hợp và số giao thức giao vận thích hợp) tới R1, R1 nhận biết nó bằng các thông tin mào đầu IP và lớp truyền tải để tạo ra QoS thích hợp cho cổng dành riêng ví dụ nh đặc điểm và hàng đợi các gói tin trong hàng đợi lối ra Nói cách khác, nó thực hiện các chức năng của bộ định tuyến thích hợp dịch vụ sử dụng RSVP Hơn nữa, R1 đa mào đầu nhãn và các gói tin và chèn giá trị nhãn lối ra là 9 trớc khi gửi gói tin tới R2

Khi R2 nhận gói tin mang nhãn 9, nó sẽ tìm kiếm nhãn đó trong LFIB

và tất cả các trạng thái liên quan đến QoS để xem kiểm soát luồng, xếp hàng

đợi gói tin, v.v nh thế nào Điều này tất nhiên không cần kiểm tra mào đầu lớp IP hay lớp truyền tải Sau đó R2 thay thế nhãn trên gói tin với một nhãn lối