Tổng quan MPLS Tác giả: Nguyễn Tuấn Vũ 1. Sơ lược lịch sử MPLS Điểm thành công của Internet ở chỗ các công nghệ của Internet được triển khai và phát triển theo nhu cầu của thị trường . Internet không đưa ra các tiêu chuẩn theo kiểu Recommendation như của ITU-T mà đưa ra các RFC (Request For Comments) với mục đích công bố các giải pháp công nghệ đã đạt được và thu thập những đóng góp thêm nhằm hoàn thiện, phát triển sản phẩm đó chứ không bắt buộc phải tuân thủ. + Khi mạng Internet phát triển và mở rộng, lưu lượng Internet bùng n ổ. Các ISP xử lý bằng cách tăng dung lượng các kết nối và nâng cấp router nhưng vẫn không tránh khỏi nghẽn mạch. Lý do là các giao thức định tuyến thường hướng lưu lượng vào cùng một số các kết nối nhất định dẫn đến kết nối này bị quá tải trong khi một số tài nguyên khác không được sử dụng. Đây là tình trạng phân bố tải không đồng đều và sử dụng lãng phí tài nguyên mạng Internet. + Vào thập niên 90, các ISP phát triển mạng của họ theo mô hình chồng lớp (overlay) bằng cách đưa ra giao thức IP over ATM . ATM là công nghệ connection-oriented, thiết lập các kênh ảo (Virtual Circuit), tuyến ảo (Virtual Path) tạo thành một mạng logic nằm trên mạng vật lý giúp định tuyến, phân bố tải đồng đều trên toàn mạng. . Tuy nhiên, IP và ATM là hai công nghệ hoàn toàn khác nhau, được thiết kế cho những môi trường mạng khác nhau, khác nhau về giao thức, cách đánh địa chỉ, định tuyến, báo hiệu, phân bổ tài nguyên . Khi các ISP càng mở rộng mạng theo hướng IP over ATM, họ càng nhận rọ nhược điểm của mô hình này, đó là sự phức tạp của mạng lưới do phải duy trì hoạt động của hai hệ thống thiết bị. Sự bùng nổ của mạng Internet dẫn tới xu hướng hội tụ các mạng viễn thông khác như mạng thoại, truyền hình dựa trên Internet, giao th ức IP tr ở th ành g iao th ức chủ đạo trong lĩnh vực mạng . * Xu hướng của các ISP là thiết kế và sử dụng các router chuyên dụng, dung lượng chuyển tải lớn, hỗ trợ các giải pháp tích hợp, chuyển mạch đa lớp cho mạng trục Internet. * Nhu cầu cấp thiết trong bối cảnh này là phải ra đời một công nghệ lai có khả năng kết hợp những đặc điểm tốt của chuyển mạch kênh ATM và chuyển mạch gói IP . Công nghệ MPLS ra đời trong bối cảnh này đáp ứng được nhu cầu của thị trường đúng theo tiêu chí phát triển của Internet đã mang lại những lợi ích thiết thực, đánh dấu một bước phát triển mới của mạng Internet trước xu thế tích hợp công nghệ thông tin và viễn thông (ICT - Information Communication Technology) trong thời kỳ mới. 2. Tổng quan MPLS Định nghĩa Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS - Multiprotocol Label Switching) là một công nghệ lai kết hợp những đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 (layer 3 routing) và chuyển mạch lớp 2 (layer 2 switching) cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi (core) và định tuyến tốt ở các mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn (label). Lợi ích của MPLS - Làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu. - Tương thích với hầu hết các giao thức định tuyến và các công nghệ khác liên quan đến Internet. - Hoạt động độc lập với các giao thức định tuyến (routing protocol). - Tìm đường đi linh hoạt dựa vào nhãn(label) cho trước. - Hỗ trợ việc cấu hình quản trị và bảo trì hệ thống (OAM). - Có thể hoạt động trong một mạng phân cấp. - Có tính tương thích cao. Đặc điểm mạng MPLS - Không có MPLS API, cũng không có thành phần giao thức phía host. - MPLS chỉ nằm trên các router. - MPLS là một giao thức độc lập nên có thể hoạt động với các giao thức mạng khác IP như IPX, ATM, Frame-Relay, PPP hoặc trực tiếp với tầng Data Link. - Định tuyến trong MPLS được dùng để tạo các luồng băng thông cố định tương tự như kênh ảo của ATM hay Frame Relay. - MPLS đơn giản hoá quá trình định tuyến, đồng thời tăng cường tính linh động với các tầng trung gian. Một số khái niệm thường gặp - FEC (Forwarding Equivalence Class) là một nhóm các gói tin ở lớp mạng được dán nhãn giống nhau và gửi đi đồng nhất theo một đường đi xác định. - LSR (Label Switching Router) là bộ định tuyến có hỗ trợ MPLS, bao gồm các giao thức điều khiển MPLS, các giao thức định tuyến lớp mạng và cách thức xử lý nhãn MPLS. - LER( Label Edge Router) là các LSR ở biên mạng MPLS trong MPLS domain, gồm có LER vào (Ingress LER) và LER ra (Egress LER). - LSP (Label Switching Path) là đường đi xuất phát từ một LSR và kết thúc tại một LSR khác. Tất cả các gói tin có cùng giá trị nhãn sẽ đi trên cùng một LSP. - MPLS domain là tập các nút mạng MPLS. 3. Kiến trúc MPLS * Label : Nhãn được sử dụng trong tiến trình gửi gói tin sau khi đã thiết lập đường đi. MPLS tập trung vào quá trình hoán đổi nhãn (Label Swapping). Một trong những thế mạnh của kiến trúc MPLS là tự định nghiã các chồng nhãn(label stack). Công thức để dán nhãn gói tin là: Network Layer Packet + MPLS Label Stack Label Spaces : chia làm 2 loại Per-Platform Label Space: các interface dùng chung giá trị nhãn. Per-Interface Label Space: mỗi interface mang giá trị nhãn riêng. Hoạt động của LSR : - Ý tưởng chính của MPLS là sử dụng nhãn để quyết định chặn kế tiếp, nên router làm việc ít hơn và hoạt động gần giống như switch. Vì các nhãn thể hiện các tuyến đường trong mạng nên ta có thể điều khiển chính xác quá trình xử lý lưu lượng bằng cách dùng các chính sách gán nhãn. + Ở chặng router đầu tiên, router chuyển gói tin dựa vào địa chỉ đích, xác định nhãn thích hợp tùy vào FEC để gán nhãn cho gói & chuyển gói đi tiếp. + Ở chặng kế tiếp, LSR dùng giá trị nhãn để xác định nút tiếp theo cần chuyển gói, gán nhãn mới rồi chuyển gói đi tiếp. Label Switch Path - LSP : LSP xác định đưởng đi gói tin MPLS, chia làm 2 loại: Hop by hop signaled LSP - xác định đường đi khả thi nhất (best-effort path) và Explicit route signaled LSP(ER-LSP) - xác định các tuyến đường đi bắt nguồn từ nút gốc. ER-LSP có các ưu điểm sau: khả năng định tuyến linh hoạt, xác định nhiều đường đi đến đích, quản lý lưu lượng linh hoạt, việc tìm đường dựa trên quan hệ ràng buộc như mạng ATM. Một số ứng dụng -Các dịch vụ internet có thể chia làm 3 nhóm chính:voice, data, video với các yêu cầu khác nhau. Như voice yêu cầu độ trễ thấp, cho phép thất thoát dữ liệu để tăng hiệu quả. Video cho phép mất mác dữ liệu ở mức chấp nhận được, mang tính real time. Data yêu c ầu độ bảo mật, độ chính xác cao Việc triển khai công nghệ MPLS làm tăng hi ệu quả khai thác các tài nguyên mạng sao cho hữu hiệu nhất. Hiện có một số ứng dụng MPLS đang được triển khai là: - MPLS Traffic Engineering - MPLS VPN - MPLS QoS - MPLS Unicast/Multicast IP Routing Nhận xét Giải pháp chuyển mạch nhãn đa giao thức là một kỹ thuật mạng mới với mục tiêu kết hợp tính mềm dẻo của công nghệ IP và ATM. MPLS bao gồm 3 thành phần chính: - Giao thức định tuyến IP như OSPF, BGP tại biên mạng và lõi mạng để tìm kiếm các bộ định tuyến MPLS. - Chuyển mạch gói tin dựa trên địa chỉ IP tại biên mạng. - Gán nhãn và phân bố nhãn trong lõi mạng để gửi gói nhanh và hiệu quả nhất. Phương pháp định tuyến trong MPLS hỗ trợ 2 dạng hop-by-hop(định tuyến từng bước) và explicit(định tuyến nguồn). Phương pháp định tuyến nguồn có tính động lớn hơn trên cơ sở yêu cầu QoS và các chính sách khác. Quá trình phân phối nhãn là độc lập với quá trình truyền tin và thông qua giao thức phân phối nhãn. Quá trình gán nhãn và phân phối nhãn phụ thuộc rất nhiều vào topo mạng, lưu lượng điều khiển và lưu lượng số liệu. Đối với nhà quản trị mạng sẽ quan tâm đến MPLS ở khía cạnh quản lý chính sách để quyết định nhãn nào dùng ở đâu, chứ không phải là các nhãn thực tế được phân phối như thế nào. . Internet đã mang lại những lợi ích thiết thực, đánh dấu một bước phát triển mới của mạng Internet trước xu thế tích hợp công nghệ thông tin và viễn thông (ICT - Information Communication Technology) . Hiện có một số ứng dụng MPLS đang được triển khai là: - MPLS Traffic Engineering - MPLS VPN - MPLS QoS - MPLS Unicast/Multicast IP Routing Nhận xét Giải pháp chuyển mạch nhãn đa giao. chia làm 2 loại Per-Platform Label Space: các interface dùng chung giá trị nhãn. Per-Interface Label Space: mỗi interface mang giá trị nhãn riêng. Hoạt động của LSR : - Ý tưởng chính của