Báo cáo tốt nghiệp: Vận hành và bảo dưỡng trong MPLS ppt

MPLS là một trong những công nghệ nền tảng của mạng viễn thông thế hệ sau, nó cung cấp những ứng dụng quan trọng trong xử lý chuyển tiếp gói bằng cách đơn giản hóa quá trình xử lý đồng t

Vận hành và bảo

dưỡng trong MPLS

MỞ ĐẦU

Xu hướng hội tụ các công nghệ mạng viễn thông và công nghệ thông tin tác động nhiều đến sự phát triển của mạng viễn thông, đòi hỏi mạng viễn thông phải có cấu trúc mở, linh hoạt, cung cấp nhiều loại dịch vụ khác nhau cho người sử dụng cũng như nâng cao hiệu quả khai thác

Internet đã phát triển rất nhanh và trở nên rất phổ biến trong thời gian qua Hiện nay nó đã trở thành phương tiện thông tin rất hiệu quả và tiện lợi phục vụ cho mục đích giáo dục, thương mại, giải trí, thông tin giữa các cộng đồng Khi mạng Internet ngày càng phát triển nhu cầu về lưu lượng mạng cũng như chất lượng dịch vụ, tính bảo mật,

độ tin cậy ngày càng cao Để đáp ứng được đòi hỏi này các nhà cung cấp dịch vụ Internet cần phải quan tâm đến 3 vấn đề kĩ thuật sau: đó là kiến trục mạng, khả năng mở rộng mạng và kĩ thuật điều khiển lưu lượng

Chuyển mạch nhãn đa giao thức (Multi Protocol Label Switching-MPLS) là công nghệ xuất phát từ ý tưởng hợp nhất tốc độ chuyển mạch của ATM và tính năng kiểm soát của mạng dựa trên IP MPLS cung cấp một nền tảng công nghệ mới cho quá trình tạo các mạng đa người dùng, đa dịch vụ với hiệu năng được cải tiến và đáp ứng được yêu cầu về chất lượng dịch vụ MPLS là một trong những công nghệ nền tảng của mạng viễn thông thế hệ sau, nó cung cấp những ứng dụng quan trọng trong xử lý chuyển tiếp gói bằng cách đơn giản hóa quá trình xử lý đồng thời tích hợp với khả năng quản lý lưu lượng tạo ra môi trường đáp ứng cho yêu cầu của người sử dụng

Khi MPLS, với những ưu điểm của nó sẽ là một trong những giải pháp cho mạng đường trục thế hệ mới, hiện nay xu thế phát triển của MPLS là mọi lưu lượng trên MPLS (Any Traffic Over MPLS - ATOM) có khả năng đáp ứng bất kì loại dịch vụ nào : thoại, video Fax, data…Chính vì vậy đề tài vận hành và bảo dưỡng mạng MPLS làm

đề tài khóa luận tốt nghiệp cung cấp một một nền tảng mạng ổn định, có thể khai thác tối đa các lợi điểm của MPLS, nâng cao chất lượng dịch vụ

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Th.S Nguyễn Quốc Tuấn – Phó chủ nhiệm khoa Điện tử viễn thông kiêm Chủ nhiệm bộ môn Hệ thống viễn thông, khoa Điện tử viễn thông – Trường ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia Hà Nội, người thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em thực hiện bài khóa luận này

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong trường ĐH Công nghệ, đến tất cả những người thân trong gia đình và toàn thể bạn bè đã động viên giúp

đỡ em trong quá trình thực hiện bài khóa luận

Cuối cùng em xin gửi lời chúc tới thầy Nguyễn Quốc Tuấn, các thầy cô giáo trong khoa Điện tử viễn thông nói riêng và tòan thể các thầy cô trong trường luôn luôn mạnh khỏe, công tác tốt

Hà nội, ngày 28/05/2008 Sinh viên

Nhâm Đức Long

MỤC LỤC

1.1 Xu hướng hội tụ của mạng viễn thông 9 1.2 Thực trạng của mạng IP truyền thống 10 1.3 Công nghệ ATM-mô hình hướng kết nối 11 1.4 Sự hình thành công nghệ MPLS 12

2.1.1 Tính thông minh phân tán 14 2.1.2 MPLS và mô hình OSI 14 2.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS 15

2.2.1 Miền MPLS (MPLS domain) 15 2.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) 15 2.2.3 Nhãn và stack nhãn 16 2.2.4 Hoán đổi nhãn (Label Swapping) 16 2.2.5 Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path) 17 2.3 Mã hóa nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS 17 2.3.1 Mã hóa stack nhãn 17 2.3.2 Chế độ Frame 18 2.3.3 Chế độ Cell 19 2.4 Cấu trúc chức năng của MPLS 20

2.4.1 Kiến trúc một nút MPLS (LER và LSR) 20 2.4.2 Mặt phẳng chuyển tiếp (mặt phẳng dữ liệu) 21 2.4.3 Mặt phẳng điều khiển 23 2.5 Hoạt động chuyển tiếp MPLS 24

2.5.1 Hoạt động trong mặt phẳng chuyển tiếp 24 2.5.2 Gỡ nhãn ở hop áp cuối PHP (Penultimate Hop Popping) 25 2.6 Ưu điểm và ứng dụng của MPLS 25 2.6.1 Đơn giản hóa chức năng chuyển tiếp 25 2.6.2 Kỹ thuật lưu lượng 25 2.6.3 Định tuyến QoS từ nguồn 25 2.6.4 Mạng riêng ảo VPN 26 2.6.5 Chuyển tiếp có phân cấp (Hierachical Forwarding) 26 2.6.6 Khả năng mở rộng (Scalability) 26

3.1 Định tuyến trong MPLS 27

3.1.1 Định tuyến ràng buộc (Constrain based Routing) 27 3.1.2 Định tuyến tường minh (Explicit Routing) 28 3.2 Các chế độ báo hiệu trong MPLS 28

3.2.1 Chế độ phân phối nhãn 28 3.2.2 Chế độ duy trì nhãn 29 3.2.3 Chế độ điều khiển LSP 30 3.2.4 Các giao thức phân phối nhãn MPLS 31 3.3 Giao thức LDP (Label Distribution Protocol) 32

3.3.1 Hoạt động của LDP 32 3.3.2 Cấu trúc thông điệp LDP 34

3.3.3 Các bản tin LDP 35 3.3.4 LDP điều khiển độc lập và phân phối theo yêu cầu 36 3.4 Giao thức CR-LDP (Constrain based Routing LDP) 37

3.4.1 Mở rộng cho định tuyến ràng buộc 38 3.4.2 Thiết lập một CR- LSP (Constrain based routing LSP) 38 3.4.3 Tiến trình dự trữ tài nguyên 39 3.5 Giao thức RSVP-TE (RSVP Traffic Engineering) 40

3.5.1 Các bản tin thiết lập dự trữ RSVP 40 3.5.2 Các bản tin Tear Down, Error và Hello của RSVP-TE 41 3.5.3 Thiết lập tuyến tường minh điều khiển tuận tự theo yêu cầu 42 3.5.4 Giảm lượng overhead làm tươi RSVP 43 3.6 Giao thức BGP 44

3.6.1 BGPv4 và mở rộng cho MPLS 44 3.6.2 Kết nối MPLS qua nhiều nhà cung cấp dịch vụ 45

4.2 Các yêu cầu của OAM MPLS 47

4.2.1 Phát hiện và chẩn đóan các lỗi của mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng

điểu khiển 48 4.2.2 Phát hiện lỗi trong một đường chuyển mạch nhãn (LSP) 48 4.2.3 Các gói OAM di chuyển trên cùng một tuyến như là lưu lượng dữ

4.2.4 Mô tả đặc điểm của tuyến 49 4.2.5 Đo đạc các SLA 50 4.2.6 Sự ảnh hưởng lẫn nhau của OAM 50

4.2.8 Việc tính toán 51

4.3 Vận hành và bảo dưỡng trên MPLS 51

4.3.1 LSP connectivity 51 4.3.1.1 Connectivity Verification (CV) 53 4.3.1.2 Chỉ thị lỗi chuyển tiếp gói tin (FDI) 54 4.3.1.3 Chỉ thị lỗi ngược (BDI) 55 4.3.2 Defect type codepoint 57 4.3.3 Tùy chọn cảnh báo router và nhãn cảnh báo router 61 4.3.3.1 Tùy chọn cảnh báo router 61 4.3.3.2 Nhãn cảnh báo router 62 4.3.4 Ping LSP MPLS 64 4.3.4.1 Các chi tiết Ping LSP 64 4.3.4.2 Điều hành Ping MPLS 69 4.3.4.3 Ping MPLS trong IOS Cisco 70 4.3.5 Traceroute LSP MPLS 71

4.3.7 IP Service Level Agreement 74 VRF – aware IP SLA 75 4.3.8 Netflow Accounting 76 4.3.9 SNMP/MIBs 78 4.3.9.1 Context – Based Access for SNMP over MPLS VPN 81 4.3.9.2 Các MIB VPN MPLS 82 4.3.10 Syslog 82

* Ánh xạ thông điệp OAM (OAM Message Mapping) 83 4.3.11 Chuyển mạch bảo vệ (protection switching) 85 4.3.12 Định tuyến lại nhanh (Fast rerouting) 87 4.3.13 MPLS và kĩ thuật lưu lượng 88

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AS Automonuos System – Hệ tự trị

ATM Asynchronous Transfer Mode – Chế độ truyền dẫn bất đồng bộ

BGP Border Gateway Protocol – Giao thức cổng biên

CAC Connection Admission Cotrol – Chức năng điều khiển chấp nhận kết nối

CBR Constraint Based Routing – Định tuyến ràng buộc

CR-LDP Constraint Routing Label Distribution Protocol – Định tuyến ràng buộc

với giao thức phân phối nhãn

CoS Class of Service – Lớp dịch vụ

CSPF Constraint Shortest Path First – Định tuyến ràng buộc với đường ngắn

nhất

EGP Exterior Gateway Protocol – Giao thức cổng ngoài

Egress LSR Egress Label Switching Router – Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn lối vào

ER Explicit Routing – Định tuyến tường minh

FEC Forwarding Equivalence Class – Lớp chuyển tiếp tương đương

FR Frame Relay – Một giao thức truyền tin

FTN FEC to NHLFE

IETF Internet Engineering Task Force – Nhóm làm việc về các cơ cấu trên

Internet

IGP Interior Gateway Protocol – Giao thức cổng nội

Igress LSR Igress Label Switching Router – Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn lối ra ILM Incoming Label Map – Bảng ánh xạ nhãn đến

IP Internet Protocol – Giao thức Internet

ISP Internet Service Provider – Nhà cung cấp dịch vụ Internet

LDP Label Distribution Protocol – Giao thức phân phối nhãn

LER Label Edge Router – Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn biên

LFIB Label Forwarding Information Base – Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn

LSP Label Switching Path – Đường chuyển mạch nhãn

LSR Label Switching Router – Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn

NHLFE Next Hop Label Forwarding Switching Entry – Entry chuyển tiếp nhãn

Hop tiếp theo

MPLS Multi Protocol Label Switching – Chuyển mạch nhãn đa giao thức

OSPF Open Shortest Path First – giao thức mở định tuyến theo đường ngắn nhất

PHB Per Hop Behavior - Ứng xử theo từng chặng

PHP Penuntimate Hop Popping – Gỡ nhãn ở hop áp chót

QoS Quality of Service – Chất lượng dịch vụ

RIP Routing Information Protocol – Giao thức thông tin định tuyến

RSPV Rersource Rersevation Protocol – Giao thức yêu cầu đặt trước các tài

nguyên

SE Shared Explicit – Chia sẻ tường minh

TE Traffic Engineering – Kĩ thuật lưu lượng

ToS Type of Service – Kiểu của dịch vụ

TTL Time To Live – Thời gian sống của gói tin

UDP User Datagram Protocol – Giao thức dữ liệu người dùng

VC Virtual Circuit – Mạch ảo

VCI Virtual Circuit Identifier – Nhận dạng kênh ảo

VP Virtual Path – Tuyến ảo

VPI Virtual Path Identifier – Nhận dạng tuyến ảo

VPN Virtual Private Network – Mạng riêng ảo

Chương 1

CÔNG NGHỆ MPLS

Mô hình TCP/IP là nền tảng của mạng truyền thông Internet ngày nay, Với TCP/IP cho phép hoạt động thông tin diễn ra trong bất kì một mạng nào trong liên mạng phù hợp tốt như trong hoạt động truyền tin cả ở WAN và LAN Mô hình TCP/IP hướng đến tối đa độ linh hoạt tại lớp ứng dụng cho người phát triển phần mềm, với mô hình này sẽ không cần quan tâm đến ứng dụngnào yêu cầu dịch vụ mạng và không quan tâm đến giao thức vận chuyển nào đang được dùng, chỉ có một giao thức mạng là IP TCP/IP sử dụng kĩ thuật chuyển tiếp gói IP cho phép phục vụ như một giao thức đa năng cho phép bất kì máy tính nào ở bất cứ đâu truyền dữ liệu vào bất cứ thời điểm nào

1.1 Xu hướng hội tụ của mạng viễn thông

Trong mạng điện thoại, các điện thoại thông thường chỉ được sử dụng để kết nối với một phía đối diện tương ứng nhằm thiết lập một cuộc gọi Trong truyền số liệu, các đường dây chuyên dụng dùng cho một lượng hạn chế các thuê bao cũng được sử dụng Ngoài ra các mạng lưới điện tín hiện nay cũng đang hoạt động như các mạng độc lập với các hệ thống thông tin khác Mạt khác tầm quan trọng của việc đảm bảo các phương tiện thích hợp để trao đổi thông tin ngày càng tăng khi xã hội hiện đại ngày càng tiến gần đến thời đại thông tin Để đương đầu với những thay đổi này các hệ thống chuyển mạch điện tử đang được tích hợp với những đặc điểm mới đang đươc phát triển Thêm nữa việc nghiên cứu các dịch vụ mới hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu của người sử dụng cũng đang được tiến hành Gần đây các cố gắng nhằm kết hợp các hình thức khác nhau của các hệ thống thông tin đang được thực thi nhằm tạo được hiệu quả cao khác nhau của các hệ thống thông tin đang được thực thi nhằm tạo được hiệu quả cao hơn, chi phí thấp hơn Nói chung mục tiêu cơ bản của truyền thông có thể coi như là quá trình gửi và nhận các thông tin cần thiết qua các lọai phương tiện truyền thông khác nhau Đồng thời sự giao tiếp máy – máy được sử dụng để xử lý các số liệu cũng như điều khiển các tín hiệu

Những dịch vụ kể trên có thể phân lọai theo chức năng thành các dịch vụ chuyển mạhc điện thoại, video và thông tin số liệu Tùy theo dạng thông tin được xử lý mà các phương pháp phục vụ, các đặc tính lưu lượng, độ rộng các dải tần tryền dẫn và các đặc tính của các thiết bị đầu cuối sẽ được xắc định Do vậy, để thỏa mãn nhu cầu ngày càng tăng, mạng viễn thông đòi hỏi có cấu trúc hiện đại, linh hoạt, cho phép kêt hợp các phưong tiện và nhất là phải thỏa mãn nhu cầu về truyền tải đa dịch vụ, đa phương tiện nhưng đồng thời cũng phải tận dụng được cơ sở hạ tầng của mạng viễn thông truyền thống và phải được chuẩn hóa trên toàn cầu để phá vỡ tính độc quyền

Nếu một mạng lưới thông tin với mục đích đặc biệt và dễ thiết kế đứợc thiết lập

nó có thể sẽ không đủ linh hoạt để đáp ứng những đòi hỏi mới một cách có hiệu quả Ngược lại nếu nhiều loại dịch vụ thông tin được két hợp lại thành một mạng lưới duy nhất để hoạt động thì mạng lưới đó cho dù hơi kém nhiệu quả đôi chút nhưgn nó vẫn

có thể dễ dàng vận hành, thay đổi và mở rộng Ngoài ra các tổng đài như vậy sẽ dễ dàng điều khiển Điều này đồng nghĩa với xu thế phát triển của các hệ thống viễn thông là hội tụ về một mạng viễn thôgn duy nhất đáp ứng được các đặc điểm kể trên đó chính là mạng IP

Mô hình TCP/IP vẫn có một số hạn chế nhất định đó là trong vấn đề định tuyến

IP từ khả năng mở rộng cho đến việc quản lý lưu lượng của mạng Với việc xét các trường địa chỉ cho mỗi lần định tuyến, nếu mạng mở rộng càng lớn thì việc định tuyến

sẽ hết sức khó khăn

- Thứ nhất là vấn đề tốc độ và độ trễ, chuyển tiếp dựa trên IP cổ điển quá chậm để có thể điều khiển các đường truyền có lưu lượng lớn trên Internet Tuy đã xuất hiện các phương pháp để nâng cao tốc độ như sử dụng bảng định tuyến nhanh cho các gói tin quan trọng, tuy nhiên các gói đến router vẫn lớn hơn so với khả năng xử lý của router do các giao thức đinh tuyến thường hướng lưu lượng vào cùng một số các kết nối nhất định vì vậy dẫn đến tình trạng mất gói, mất kết nối…

- Thứ hai là khả năng mở rộng của mạng Với mạng internet hiện nay, số

đồng nghĩa với việc các router core phải hoạt động nhiều hơn và việc mở rộng mạng là khó khăn

- Thứ ba là khả năng tích hợp các kĩ thuật của các lớp với nhau Như ta đã biết trong mô hình TCP/IP các lớp được phân ra khá cụ thể và rõ ràng về các chức năng vì vậy mà việc tích hợp kĩ thuật mạng lớp 2 và lớp 3 là tương đối khó khăn

ATM là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối, tức là kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được gởi đi Việc tạo kết nối mạch ảo

có thể đạt hiệu quả trong mạng nhỏ, nhưng đối với mạng lớn thì những vấn đề có thể xảy ra: Mỗi khi một router mới đưa vào mạng lõi WAN thì mạch ảo phải được thiết lập giữa router này với các router còn lại để đảm bảo việc định tuyến tối ưu Điều này lưu lượng định tuyến trong mạng tăng

Thông thường việc thiết lập kết nối này được thực hiện bởi giao thức báo hiệu Giao thức này cung cấp các thông tin trạng thái liên quan đến kết nối cho các chuyển mạch nằm trên đường đã định tuyến Chức năng điều khiển chấp nhận kết nối CAC (Connection Admission Control) đảm bảo rằng các tài nguyên liên quan đến kết nối hiện tại sẽ không được đưa vào để sử dụng cho các kết nối mới Điều này buộc mạng phải duy trì trạng thái của từng kết nối (bao gồm thông tin về sự tồn tại của kết nối và tài nguyên mà kết nối đó sử dụng) tại các node có dữ liệu đi qua Việc lựa chọn tuyến được thực hiện dựa trên các yêu cầu về QoS đối với kết nối và dựa trên khả năng của thuật toán định tuyến trong việc tính toán các tuyến có khả năng đáp ứng các yêu cầu QoS đó

Do khả năng nhận dạng mạng, khả năng cô lập từng kết nối với các tài nguyên liên quan đến kết nối trong suốt thời gian tồn tại của kết nối mà môi trường hướng kết nối có thể đảm bảo chất lượng cho từng luồng thông tin Mạng sẽ giám sát từng kết nối, thực hiện định tuyến lại trong trường hợp có sự cố và việc thực hiện định tuyến lại này cũng phải thông qua báo hiệu

Từ cơ chế truyền tin ta thấy mạng hướng kết nối thích hợp với :

- Các ứng dụng yêu cầu phải đảm bảo QoS một cách nghiêm ngặt

- Các ứng dụng có thời gian kết nối lớn

Đối với các ứng dụng có thời gian kết nối ngắn thì môi trường hướng kết nối dường như lại không thích hợp do thời gian để thiết lập kết nối cũng như tỉ lệ phần thông tin header lại quá lớn Với các loại lưu lượng như vậy thì môi trường phi kết nối với phương thức định tuyến đơn giản, tránh phải sử dụng các giao thức báo hiệu phức tạp sẽ phù hợp hơn

Định tuyến IP truyền thống có nhiều giới hạn, từ vấn đề khả năng mở rông cho đến việc quản lý lưu lượng và tích hợp mạng lớp 2 đã tồn tại trong mạng của các nhà cung cấp dịnh vụ lớn đã họat động từ lâu Nhưng với sự phát triển nahnh chóng của mạng internet và hầu hết trong các môi trường đều chọn IP là giao thức lớp 3 thì những nhược điểm của IP truyền thống ngày càng bộc lộ rõ, trong khi đó công nghệ ATM có tốc độ truyền tin cao, đảm bảo thời jan thực và chất lượng dịch vụ theo yêu cầu định trước Hơn nữa các dịch vụ thông tin thế hệ sau được chia thành hai xu hướng phát triển chính là: hoạt động kết nối định hướng và hoạt động không kết nối Hai xu hướng páht triển này dần tiệm cận và hội tụ nhau tiến tới ra đời công nghệ IP over ATM Sự kết hợp IP với ATM có thể là giải pháp kì vọng cho mạng viễn thông trong tương lai

Tuy nhiên, IP và ATM là hai công nghệ hoàn toàn khác nhau, được thiết kế cho những môi trường mạng 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/MLPS/ATM (IP over ATM), họ càng nhận rõ 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 của mạng viễn thông khác như mạng thoại, truyền hình dựa trên Internet, giao thức IP trở thành giao thức chủ đạo trong lĩnh vực mạng

Xu hướng của các ISP là thiết kế và sử dụng các router chuyên dụng, dung lượng

Internet Nhu cầu cấp thiết trong bối cảnh này là phải ra đời một công nghệ lai có khả năng kết hợp các những đặc điểm tốt của chuyển mạch kênh ATM và chuyển mạhc gói

IP Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ra đời đã đáp ứng được những nhu cầu của thị trường đúng theo tiêu chí páht triển của Internet đã mang lại những lợi ích thiết thực, đánh giấu một bước phát triển mới của mạng Internet trước xu thế tích hợp công nghệ thông tin và viễn thông MPLS liên kết các ưu điểm của định tuyến lớp

3 connectionless và chuyển mạch lớp 2 connection-oriented MPLS là một phương thức được cải tiến cho việc chuyển tiếp các gói tin trong bằng cách sử dụng các nhãn được gán thêm vào trong các gói tin IP Mục tiêu chính của MPLS là tạo ra một cấu trúc mạng mềm dẻo để cung cấp cho đặc tính mở rộng và ổn định mạng Điều này bao gồm

kĩ thuật điều khiển lưu lượng và khả năng hoạt động của VPN và có liên quan đến chất lượng dịch vụ (QoS) và nhiều lớp dịch vụ (CoS)

Chương 2

CÁC ĐẶC TÍNH MẠNG MPLS

2.1 TỔNG QUAN

2.1.1 Tính thông minh phân tán

Trong mạng chuyển mạch kênh, tính thông minh chủ yếu tập trung ở mạng lõi (core) Tất cả những thiết bị thông minh nhất đều đặt trong mạng lõi như các tổng đài toll, transit, MSC…Các thiết bị kém thông minh hơn thì đặt ở mạng biên (edge), ví dụ như các tổng đài nội hạt, truy nhập…

Trong mạng gói IP, tính thông minh phân tán gần như chia đều cho các thiết bị trong mạng Tất cả các router đều phải làm hai nhiệm vụ đó là định tuyến và chuyển mạch Đấy là ưu điểm nhưng cũng là nhược điểm của mạng IP Quan điểm của MPLS

là tính thông minh càng đưa ra mạng biên thì mạng càng hoạt động tốt Lý do là những thành phần ở mạng lõi phải chịu tải rất cao Thành phần mạng lõi nên có độ thông minh thấp và năng lực chuyển tải cao MPLS phân tách hai chức năng định tuyến và chuyển mạch: các router ở biên thực hiện định tuyến và gắn nhãn (label) cho gói Còn các router ở mạng lõi chỉ tập trung làm nhiệm vụ chuyển tiếp gói tin với tốc độ cao dựa vào các nhãn Tính thông minh được đẩy ra ngòai biên là một trong những ưu điểm lớn nhất của MPLS

2.1.2 MPLS và mô hình tham chiếu OSI

Nguyên lý của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được gắn nhãn và chuyển tiếp theo một đường dẫn LSP (Label Switched Path) Các router trên đường dẫn chỉ căn cứ vào nội dung của nhãn để thực hiện quyết định chuyển tiếp gói tin mà không cần phải kiểm tra IP

2.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG MPLS

2.2.1 Miền MPLS (MPLS domain)

Chuẩn RFC3031 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

Miền MPLS được chia thành 2 phần: phần mạng lõi (core) và phần mạng biên (edge) Các nút thuộc miền MPLS được gọi là router chuyển mạch nhãn LSR (Label Switch Router) Các nút ở phần mạng lõi được 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 được gọi là LER lối vào (ingress-LER), còn nếu là nút cuối cùng thì nó được gọi

là LER lối ra(egress-LER)

2.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC)

Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class) là một tập hợp các gói được đối xử như nhau bởi một LSR, như vậy FEC là một nhóm các gói IP được chuyển tiếp trên cùng một đường chủyển mạch nhẵn LSR cho dù chúng có thể khác nhau về thông tin header lớp mạng Hình dưới cho thấy cách xử lý này:

Hình 2.1 Lớp chuyển tiếp tương đương

2.2.3 Nhãn và stack nhãn

RFC 3031 định nghĩa nhãn là “một bộ phận nhận dạng có độ dài ngắn và cố định mang ý nghĩa cục bộ dùng để nhận biết một FEC” Nhãn được dán lên một gói để báo cho LSR biết gói này cần đi đến đâu Phần nội dung nhãn có độ dài 20bit không cấu trúc, như vậy số giá trị nhãn có thể có là 2 Giá trị nhãn định nghĩa chỉ số (index) để dùng trong bảng chuyển tiếp

Một gói lại có thể được “dán chồng” nhìều nhãn, các nhãn này chứa trong một nơi gọi là stack nhãn (Label Stack) Stack nhãn là một tập hợp gồm một hoặc nhiều lối

vào nhãn tổ chức theo nguyên tác LIFO Tại mỗi hop trong mạng chỉ xử lý nhãn hiện

hành trên đỉnh stack Chính nhãn này sẽ được LSR sử dụng để chuyển tiếp gói tin

Hình 2.2: Stack nhãn

Nếu gói tin chưa 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 là 1)

và mức d sẽ ở đỉnh của stack Một entry nhãn có thể được cất 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 chuỷên tiếp gói tin 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 tin 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 xắc 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 ngõ vào và router ngõ ra, được thiết lập bởi các nút MPLS để chuyển các gói đi xuyên qua mạng Đường dẫn của một LSP qua mạng được định nghĩa bởi sự chuyển đổi các giá trị nhãn ở các LSR dọc theo LSP bằng cách dùng thủ tục hoán đổi nhãn Khái niệm LSP tương tự như khái niệm mạch ảo (VC) trong ATM

Hình 2.4: Định dạng một entry trong stack nhãn

Một chồng nhãn 32 bit bao gồm các trường sau:

 Nhãn: là nhãn thực sự, có chiều dài là 20 bit Do đó ta có thể tạo ra được 220 giá trị nhãn khác nhau

 Exp: trường Experimental có 3 bit, được dùng để định nghĩa lớp dịch

vụ

 S: bit S là bit bottom-of-stack (dưới cùng của chồng nhãn) Một gói tin

có thể có nhiều nhãn, nếu nhãn thêm vào chồng nhãn là cuối cùng thì bit này được thiết lập lên 1

 TTL: trường Time to live có 8 bit, trường này mang ý nghĩa giống như bên IP Tức là nó sẽ giảm đi 1 khi qua mỗi hop để ngăn chặn routing loop

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

2.3.2 Chế độ Frame

Các kĩ thuật lớp 2 như Ethernet, Token Ring, FDDI, PPP không có trường nào phù hợp trong header của frame có thể mang nhãn Vì vậy stack nhãn sẽ được chứa trong header chêm (shim header) Shim header được chêm vào giữa header lớp liên kết

và header lớp mạng, như trong hình 11 Đỉnh stack nằm liền sau header lớp 2 và đáy stack nằm liền trước header lớp mạng

Hình 2.5 : Shim header được chêm vào giữa header lớp 2 và lớp 3

Roưter gửi frame phải có cách để báo cho router nhận biết rằng frame này có chứa shim header, cách thức này khác nhau giữa các kĩ thuật lớp 2 Ethernet sử dụng cặp giá trị ethertype 0x8847 và 0x8848 để chỉ thị frame đang mang gói MPLS unicast

và multicast tương ứng PPP sử dụng NCP (Network Control Program) sửa đổi gọi là MPLSCP (MPLS Control Protocol) và đánh dấu tất cả các gói có chứa shim header bằng giá trị 0x8281 trong trường PPP protocol

2.3.3 Chế độ cell

Chế độ cell được dùng khi ta có một mạng gồm cá ATM-LSR (là các chuyển mạch ATM có hỗ trợ MPLS), trong đó nó sử dụng các giao thức phân phối nhãn MPLS

để trao đổi thông tin VPI/VCI, trong VPI hoặc VCI của header cell ATM

Hình 2.6 : Nhãn trong chế độ Cell ATM

Cell ATM gồm có 5 byte header và 48 byte payload Để chuyển tải gói tin có kích thước lớn hơn 48 byte từ lớp trên đưa xuống, ATM phải gói tin thành nhiều phần nhỏ hơn, việc này gọi là phân đoạn (fragmentation) [4] Quá trình phân đoạn do lớp AAL (ATM Adaptation Layer) đảm trách Cụ thể AAL 5 PDU sẽ đựợc chia thành nhiều đoạn 48byte, mỗi đoạn 48byte này được thêm header 5byte để tạo ra một cell ATM

Hình 2.7 : Đóng gói (encapsulation) gói có nhãn trên link ATM

Khi đóng gói có nhãn MPLS trên ATM, toàn bộ stack nhãn được đặt trong AAL

5 PDU Giá trị thực sự của nhãn đỉnh được đặt trong trường VPI/VCI, hoặc đặt trong

trường VCI nếu 2 ATM-LSR kết nối nhau qua một đường ảo ATM (VP) Entry đỉnh stack nhãn phải chứa giá trị 0 (coi như entry giữ chỗ) và được bỏ qua khi nhận Lý do các nhãn phải chứa ở cả trong AAL5 PDU và header ATM là để mở rộng độ sâu stack nhãn Khi các cell ATM đi đến cuối LSP, nó sẽ được tái hợp lại Nếu có nhiều nhãn trong stack nhãn, AAL5 PDU sẽ bị phân đoạn lần nữa và nhãn hiện hành trên đỉnh stack sẽ được đặt vào trường VPI/VCI

2.4.1 Kiến trúc một nút MPLS (LER và LSR)

Hình dưới minh họa mặt phẳng điều khiển và chuyển tiếp của LSR và LER Mặt phẳng điều khiển có chức năng định tuyến IP dùng để giao tiếp với các LSR, LER khác họăc các router IP thông thường bằng các giao thức định tuyyến IP Kết quả là một cơ

sở thông tin định tuyến RIB (Routing Information Base) được tạo lập gồm các thông tin miêu tả các route khả thi để tìm các prefix địa chỉ IP LER sẽ sử dụng các thông tin này

để xây dựng cơ sở thông tin chuyển tiếp FIB (Fơrwarding Information Base) trong mặt phẳng chuyển tiếp

Hình 2.8 : Cấu trúc của LER và transit LSR

Mặt phẳng điều khiển còn có chức năng báo hiệu MPLS dùng để giao tiếp với các LSR khác bằng một giao thức phân phối nhãn Kết quả là một cơ sở thông tin nhãn LIB (Label Information Base) gồm các thông tin liên quan đến các gán kết nhãn đã được thương lượng với các router MPLS khác Thành phần báo hiệu MPLS nhận thông tin từ chức năng định tuyến IP và LIB để xây dựng cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB (Label Forwarding Information Base) trong mặt phẳng chuyển tiếp Một LER có thể chuyển tiếp các gói IP, gắn nhẵn vào gói (Label Push), hoặc gỡ nhãn ra khỏi gói (Label pop) trong khi đó một transit –LSR chỉ có khả năng chuyển tiếp gói có nhãn thêm hoặc bỏ bớt nhãn

2.4.2 Mặt phẳng chuyển tiếp (mặt phẳng dữ liệu)

Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS chịu trách nhiệm chuyển tiếp dữ liệu của người dùng Nó sử dụng LFIB để thực hiện chuyển tiếp các gói có gắn nhãn căn cứ vào giá trị của nhãn nằm trên đỉnh stack nhãn

2.4.2.1 Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB

Trong mạng IP, quyết định chuyển tiếp gói được xắc lập bằng cách thực hiện tra cứu địa chỉ đích trong bảng FIB để xắc định hop kế tiếp và giao diện ra Trong mạng MPLS mỗi LSR duy trì một bảng LFIB riêng rẽ và tách biệt với FIB Bảng LFIB có hai loại entry là ILM và FTN (FEC to NHLFE)

NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry) là subentry chứa các trường như địa chỉ hop kế, các tác vụ stack nhãn, giao diện ra và thông tin header lớp 2, ILM ánh xạ một nhãn đến một hoặc nhiều NHLFE Nhãn trong gói đến sẽ dùng để chọn ra một entry ILM cụ thể nhằm xắc định NHLFE Còn FTN ánh xạ mỗi FEC vào một hoặc nhiều NHLFE Nhờ các entry FTN, gói chưa có nhãn được chuyển thành gói có nhãn FTN, ILM và NHLFE

Hình 2.9 : NHLFE

Như vậy khi một gói không nhãn thuộc một FEC đi vào miền MPLS, ingress-LER sẽ sử dụng một entry LFIB loại FTN để chuyển gói không nhãn thành gói có nhãn Sau đó tại các transit-LSR sử dụng một entry LFIB loại ILM để hoán đổi nhãn vào bằng nhãn ra Cuối cùng, tại egress-LER sử dụng một entry LFIB loại ILM để gỡ bỏ nhãn đến và chuyển tiếp gói không có nhãn đến router kế tiếp

2.4.2.2 Thuật toán chuyển tiếp nhãn

Các nút MPLS sử dụng giá trị nhãn trong các gói đến là chỉ mục để tra bảng LFIB Khi tìm thấy entry tương ứng với nhãn đến, nút MPLS thay thế nhãn trong gói bằng nhãn ra và gởi gói đi qua giao diện ra để đến hop kế được đặc tả trong subentry NHLFE Nếu subentry có chỉ định hàng đợi ra, nút MPLS sẽ đặt gói trên hàng đợi đã chỉ định Trường hợp nút MPLS duy trì một LFIB riêng cho mỗi giao diện nõ sẽ dùng LFIB của giao diện mà gói đến để tra cứu chuyển tiếp gói tin

Hình 2.10 : Qúa trình chuyển tiếp một gói đên next hop

Nút MPLS có thể lấy định vị được các thông tin chuyển tiếp cần thiết trong LFIB chỉ trong một lần truy xuất bộ nhớ, tốc độ thực thi rất cao nhờ các chip ASIC

2.4.2.3 NHLFE (Next Hop Label Fơrwarding Entry)

NHLFE là lối vào phụ của ILM hoặc FTN, nó chứa các thông tin sau:

- Hop kế của gói

- Tác vụ sẽ được tiến hành trên stack nhãn của gói như sau:

- Swap : thay nhãn ở đỉnh stack nhãn bằng một nhãn mới được chỉ định

- Pop : bóc một nhãn ra khỏi stack

- Pusch: chồng thêm một nhãn vào trong stack nhãn

Một ví dụ NHLFE cũng có thể chứa những thông tin sau:

- Đóng gói lớp datalink để sủ dụng khi truyền gói

- Cách thức mã hóa stack nhãn khi truyền gói

- Bất kì các thông tin khác cần thiết để xử lý gói một cách chính xác

2.4.3 Mặt phẳng điều khiển

Nhiệm vụ của các giao thức trong mặt phẳng điều khiển là phân phối cac thông tin cần thiết cho mỗi LER và LSR để cấu hình bảng FIB và LFIB Trong hình 14 một giao thức định tuyến sử dụng bảng thông tin định tuyến RIB hoạt động kết hợp với một giao thức báo hiệu MPLS sử dụng bảng thông tin nhãn LIB để phân phối các nhãn Việc phân tách mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng chuyển tiếp cho phép cài đặt một giao thức điều khiển MPLS trên một ATM switch

Có vấn đề đặt ra là : Tại sao MPLS cần giao thức báo hiệu, trong khi router IP cổ điển chỉ cần định tuyến IP Một lý do quan trọng phải dùng giao thức báo hiệu MPLS kêt hợp với một giao thức định tuyến xuất phát từ sự cần thiết phải thực hiện định tuyến ràng buộc của đường chuyển mạch nhãn MPLS

2.5 CHUYỂN TIẾP MPLS

2.5.1 Hoạt động trong mặt phẳng chuyển tiếp

FEC là một tập con các gói căn cứ theo một số thông tin trong header IP được dùng bởi FIB Một FEC được dùng thường dựa theo luật “longest prefix mạtch” trên địa chỉ IP đích Ví dụ: các địa chỉ IP so trùng 16bit đầu có dạng “a.b.*.*” đựoc biểu diễn là a.b/16” cho entry FEC đầu tiên trong bảng FIB FEC còn có thể căn cứ bổ sung theo các trường khác trong header IP như ToS hay Diffserv, FIB sử dụng FEC để xác định ra giao tiếp đi đến hop kế cho các gói tin IP, cách thực hiện giống các router cổ điển

Hình 2.11: Bên trong mặt phẳng chuyển tiếp MPLS

Với các ví dụ về hoạt động LFIB ở hình trên, phần ILM của LFIB thao tác trên một gói có nhãn và ánh xạ một nhãn vào (incoming label) tới một tập các entry NHLFE ILM được thể hiện trong hình bởi các cột IN-IF và IN-LBL, nhưng cũng có thể là một bảng riêng rẽ cho một giao tiếp FTN (FEC to NHLFE) của FIB ánh xạ một FEC tới một tập hợp gồm môt hoặc nhiều NHLFE Như ví dụ trong hình, nhãn A được đẩy (push) lên các gói IP thưộc FEC “d.e/16” Lưu ý ILM hoặc FTN có thể ánh xạ tới nhiều NHLFE, chẳng hạn để dùng trong cân bằng tải

2.5.2 Gỡ nhãn ở hop áp cuối PHP (Penultimate Hop Popping)

Một tối ưu hóa quan trọng mà MPLS hỗ trợ là tránh việc tra cứu nhãn (label lookup) phải xứ lý o ử egress-LER trong trường hợp một gói đi trên một LSP mà yêu cầu tra cứu IP (IP lookup) tiếp ngay sau đó Trong hình 2.11 một gói đến có nhãn A được gỡ nhãn và chuyển sang FIB để tra cứu tiếp trên header IP Để tránh việc xử lý phát sinh thêm này, MPLS định nghĩa một tiến trình gọi là gỡ nhãn ở hop áp cuối PHP, trong đó router áp cuối trên LSP sẽ gỡ nhãn thay vì egress-LER phải làm việc này Nhờ vậy cắt giảm được việc xử lý ở router cuối cùng trên LSP

2.6 ƯU ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA MPLS

2.6.1 Đơn giản hóa chức năng chuyển tiếp

MPLS sử dụng cơ chế chuyển tiếp căn cứ vào nhãn có độ dài cố định nên quyết định chuyển tiếp có thể xắc định ngay chỉ với một lần tra cứu chỉ mục trong LFIB Cơ chế này đơn giản và nhanh hơn nhiều so với giải thuật “longest prefix match” dùng trong chuyển tiếp gói datagram thông thường

2.6.2 Kỹ thuật lưu lượng

Ưu điểm lớn nhất cua MPLS là khả năng thực hiện kỹ thuât lưu lượng (TE- Traffic Engineering), nó đảm bảo lưu lượng được định tuyến đi qua một mạng theo một cách thức tin cậy và hiệu quả nhất Kỹ thuật lưu lượng cho phép các ISP định tuyến lưu lượng theo cách họ có thể cung cấp dịch vụ tốt nhất cho khách hàng ở khía cạnh thông lượng và độ trễ MPLS – TE cho phép lưu lượng đựoc phân bố hợp lý qua toàn bộ hạ tầng mạng Tối ưu hóa hiệu suất sử dụng mạng

2.6.3 Định tuyến QoS từ nguồn

Định tuyến QoS từ nguồn là một cơ chế trong đó các LSR được xác định trước ở nút nguồn (LSR lối vào) dựa vào một thông tin về độ khả dụng tài nguyên trhogn mạng cũng như yêu cầu QoS của luồng lưu lượng Nói cách khác, nó là một giao thức định tuyến có mở rộng chỉ tiêu chọn dường để bao gồm các tham số như băng thông khả

dụng, việc sử dụng link và đường dẫn end to end, độ chiếm dụng tài nguyên của nút,

độ trễ và biến động trễ

2.6.4 Mạng riênng ảo VPN

VPN là cho phép khách hàng thiết lập mạng riêng giống như thuê kênh riêng nhưng với chi phí thấp hơn bằng cách sử dụng mạng hạ tầng công cộng dùng chung Kiến trúc MPLS đáp ứng tất cả các yêu cầu cần thiết để hỗ trợ VPN bằng cách thiết lập các đường hầm LSP sử dụng định tuyến tường minh Do đó, MPLS sử dụng các đường hầm LSP cho phép nhà khai thác cung cấp dịch vụ VPN théo cách tích hợp trên cùng hạ tầng mà họ cung cấp dịch vụ Internet Hơn nữa, cơ chế xếp chồng nhãn cho phép cấu hình nhiều VPN lồng nhau trên cùng hạ tầng mạng

2.6.5 Chuyển tiếp có phân cấp (Hiearchical Forwarding)

Thay đổi đáng kể nhất được MPLS đưa ra không phải ở kiến trúc định tuyến mà

là kiến trúc chuyển tiếp Sự cải tiến trong kiến trúc chuyển tiếp có tác độngđáng kể đến khả năng cung cấp chuyển tiếp phân cấp Chuyển tiếp phân cấp cho phép lông một LSP vào trong một LSP khác (xếp chồng nhãn hay còn gọi là điều khiển gói đa cấp) Thực ra chuyển tiếp phân cấp không phải là kĩ thuật mới; ATM đã cung cấp cơ chế chuyển tiếp

2 mức với khái niệm đường ảo (VP) và kênh ảo (VC) Tuy nhiên MPLS cho phép các LSP được lồng nhau một cách tùy ý, cung cấp điều khiển gói đa cấp cho việc chuyển tiếp

2.6.6 Khả năng mở rộng Scalability

Chuyển mạch nhãn cung cấp một sự tách biệt tòan diện hơn giữa định tuyến liên miền (inter domain) và định tuyến nội miền (intra domain) điều này cải thiện đáng kể khả năng mở rộng của các tiến trình định tuyến Hơn nữa khả năng mở rông của MPLS còn nhờ vào FEC (thu gom luồng) và xếp chồng nhãn để hợp nhất (merging) hoặc lồng nhau (nesting) các LSP Ngòai ra nhiều LSP liên kết với các FEC khác nhau có thể được trộn vào cùng một LSP Sử dụng các LSP lồnhg nhau cũng cải thiện khả năng mở rộng của MPLS

3.1.1 Định tuyến ràng buộc

Định tuyến ràng buộc là một phương tiện để thực hiện xử lý tự động hóa kĩ thuật lưu lượng, khắc phục đựoc các hạn chế của định tuyến theo đích (destination based routing) Khắc phục được các hạn chế của định tuyến theo đích (thuật toán chọn đường ngắn nhất OSPF) mà còn sử dụng các metric đặc thù khác như băng thông, trễ, cost và biến động trễ Giải thuật chọn đường có khả năng tối ưu hóa theo một hoặc nhiều metric này, thông thường người ta sử dụng metric dựa trên số lượng hop và băng thông

Để đường được chọn có số lượng hop nhỏ nhất nhưng phải đảm bảo băng thông khả dụng trên tất cả các chặng liên kết, quyết định cơ bản như sau: chọn đượng ngắn nhất trong số tất cả các đường có băng thông khả dụng thỏa mãn yêu cầu

Hình 3 1 : Một ví dụ về định tuyến ràng buộc

Định tuyến ràng buộc có 2 kiểu online và offline Kiểu online cho phép các router tính đường cho các LSP bất kì lúc nào Trong kiểu offline, một server tính đường

cho các LSP theo định kì (chu kì có thể đựoc chọn bởi nhà quản trị, thừờng là vài giờ hoặc vài ngày) Các LSP được báo hiệu thiết lập theo các đường đã chọn

3.1.2 Định tuyến tường minh

Định tuyến tường minh (Explicit Routing) là một tập con của định tuyến ràng buộc, trong đó sự ràng buộc là đối tượng tuyên tường minh ER

Tuyến tường minh là một danh sách các nút trừu tượng (abstract node) mà một đường chuyển mạch nhãn ràng buộc CR-LSP phải đi qua Nút trừu tượng có thể là một nút địa chỉ IP hoặc một nhóm nút (như IP prefix hoặc một AS) Nếu ER chỉ quy định một nhóm trong số các nút mà CR-LSP đi qua thì nó được gọi là tuyến tường minh thả lỏng (loose ER) Ngược lại nếu ER quy định toàn bộ các nute trên CR-LSP thì được gọi

là tuyến tường minh ngiêm ngặt (strict ER)

CR-LSP được mã hóa như là một chuỗi các ER-hop (chặng tường minh) chứa trong một cấu trúc Type-Length-Value ràng buộc (contraint based route TLV) Mỗi ER-hop có thể xắc định một nhóm các nút CR-LSP khi đó bao gồm tất cả các nhóm nút đã được xắc định theo thứ tự xuất hiện trong cấu trúc TLV

3.2.1 Chế độ phân phối nhãn

MPLS cho phép hai chế độ hoạt động của các LSR để phân phối các ánh xạ nhãn, đó là phân phối không cần yêu cầu (downstream unsolicited) và phân phối theo yêu cầu (downstream on demand) Thuật ngữ downstream ở đây ngụ ý rẳng phía downstream sẽ thực hiện gán kết nhãn và thông báo gán kết đó cho phía upstream

3.2.1.a Phân phối nhãn không cần yêu cầu (downstream unsolicited)

Downstream-LSR phân phối các gán kết nhãn đến upstream-LSR mà không cần

có yêu cầu thực hiện việc kết nhãn.Nếu downstream-LSR chính là hop kế đối với định tuyến IP cho một FEC cụ thể thì upstream-LSR có thể sử dụng kiểu kết nhãn này để

Hình 3.2 : Phân phối nhãn không theo yêu cầu

3.2.1.b Phân phối nhãn theo yêu cầu

Upstream-LSR phải yêu cầu rõ ràng một gán kết cho một FEC cụ thể thì downstream-LSR mới phân phối Trong phương thức này, downstream-router không nhất thiết phải là hop kế đối với định tuyến IP co FEC đó, điều này rất quan trọng đối với các LSP định tuyến tường minh

Hình 3.3 : Phân phối nhãn theo yêu cầu

Hình 3.4 : Duy trì nhãn tự do

3.2.2.b Duy trì nhãn bảo thủ

Upstream-LSR hủy tất cả các gán kết nhãn khác, chỉ giữ lại gán kết nhãn gởi từ downstream-LSR đang là hop kế hiện hành Chế độ này có ưu điểm là LSR chỉ cần duy trì số gán kết FEC nhãn ít hơn, nhưng đáp ứng chậm khi thay đổi định tuyến vì gán kết nhãn mới phải được yêu cầu và phân phối lai Đây là chế độ thích hợp cho các LSR chỉ

hỗ trợ một số lượng nhãn hạn chế (như các chuyển mạch ATM)

Hình 3.5 : Duy trì nhãn bảo thủ

3.2.3 Chế độ điều khiển LSP

Khi một FEC ứng với một prefix địa chỉ được phân phối định tuyến IP, việc thiếp lập mối kết hợp giữa các gán kết nhãn tại một LSR có thể thực hiện theo hai cách sau:

3.2.3.a Điều khiển độc lập

Khi mỗi LSR nhận dạng ra một FEC thì nó quyết định gán kết ngay một nhãn cho FEC đó và công bố luôn gán kết đó cho các đối tác phân phối nhãn (label distribution peers) Điều này tương tự như định tuyến IP thông thường, ở đó mỗi router

ra quyết định độc lập về nơi cần chuyển gói tin đi Điều khiển độc lập có ưu điểm là

lượng có thể bắt đầu truyền mà không cần đợi cho tất cả các gán kết nhãn thiết lập xong

Hình 3.6 : Điều khiển độc lập

3.2.3.b Điều khiển tuần tự

Một downstream-LSR thực hiện kết nhãn cho một FEC và thông báo gán kết đó chỉ nếu nó là LSR lối ra hoặc nếu nó đã nhận được một gán kết nhãn cho FEC đó từ router hướng downstream của nó Việc thiết lập LSP tuần tự bắt đầu ở LSR lối ra và diễn ra nối tiếp theo hướng ngược về LSR lối vào Các LSP định tuyến tường minh bắt buộc phải sử dụng kiểu điền khiển tuần tự và quá trình phân phối nhãn theo chuỗi có thứ tự sẽ tạo ra thời gian trễ trước khi dòng lưu lượng đi trên LSP có thể bắt đầu Tuy nhiên điều khiển tuần tự cung cấp phương tiện tránh loop và đạt được mức độ thu gom chắc chắn hơn

Hình 3.7 : Điều khiển tuần tự

3.2.4 Các giao thức phân phối nhãn MPLS

Giao thức phân phối nhãn là một tập hợp các thủ tục mà nhờ nó một LSR có thể thông báo cho một LSR khác biết về các mối gán kết nhãn FEC mà nó đã tiến hành Kiến trúc MPLS không chỉ định một giao thức phân phối nhãn duy nhất nào, do đó có thể có nhiều lựa chọn, mỗi giao thức có ưu điểm và nhược điểm riêng

3.3 Giao thức LDP (Label Distribution Protocol)

LDP được chuẩn hóa trong RFC 3036, nó được thiết kế để thiết lập và duy trì các LSP định tuyến không ràng buộc (unconstraint routing) Vùng hoạt động của LDP

có thể là giữa các LSR láng giềng trực tiếp hoặc gián tiếp

Hình 3.8 : Vùng hoạt động của LDP

3.3.1 Hoạt động của LDP

LDP có 4 chức năng chính là phát hiện LSR láng giềng (neighbor discovery), thiết lập và duy trì phiên, quảng bá nhãn (label advertisement) và thông báo (notification), tương ứng với các chức năng trên, có 4 lớp thông điệp LDP sau đây:

- Discoverry: Để trao đổi định kì bản tin hello nhằm loan báo và kiểm tra một LSR kết nối gián tiếp hoặc trực tiếp

- Session: Để thiết lập thương lượng các thông số cho việc khởi tạo, duy trì và chấm dứt các phiên ngang hàng LDP Nhóm này bao gồm bản tin Initialization, keepalive

- Advertisement: Để tạo ra , thay đổi hoặc xóa các ánh xạ FEC tới nhãn Nhóm này bao gồm bản tin Label Mapping, Label Withdrawal, Label Release, Label Request, Label Request Abort

- Notification: Để truyền đạt các thông tin trạng thái, lỗi hoặc cảnh báo

Các thông điệp discovery được trao đổi trên UDP Các kiểu thông điệp còn lại đòi hỏi phát tin cậy nên dùng TCP Trường hợp hai LSR có kết nối lớp 2 trực tiếp thì thủ tục phát hiện neighbor trực tiếp như sau:

- Một LSR định kì gửi đi bản tin hello tới các cổng UDP 646 địa chỉ multicast (tất cả các router trong subnet)

- Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin hello này trên cổng UDP Đến một thời điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có kết nối trực tiếp

- Khi LSR nhận biết đựoc địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lập kết nối TCP đến LSR đó Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR Phiên LDP là phiên song hướng nên mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi liên kết nhãn

Hình 3.9 : Trao đổi thông điệp LDP

Trong trường hợp hai LSR không có kết nối lớp 2 trực tiếp (neighbor gián tiếp) thì LSR định kì gửi bản tin hello đến cổng UDP đã biết tại địa chỉ IP xắc định được khai báo khi lập cấu hình Đầu nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin hello khác

và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên

3.3.2 Cấu trúc thông điệp LDP

Trao đổi thông điệp LDP thực hiện bằng cách gửi các LDP-PDU thông qua các phiên LDP trên kết nối TCP Mỗi LDP-PDU có thể mang một hoặc nhiều thông điệp và các thông điệp này không nhất thiết phải có liên quan với nhau

- Version và PDU Length

- LDP Identifier (6octet): xác định không gian nhãn được cấp phát Bốn octet đầu là giá trị duy nhất toàn cục nhận dạng LSR, như địa chỉ IP (router ID) được gán cho LSR Hai octets sau xắc định một không gian nhãn bên trong LSR Hai octets này được set vè 0 cho không gian nhãn “ per platform”

3.3.2.b Định dạng thông điệp LDP

Tất cả các thông điệp LDP có cùng format như sau:

Bít U: bít “unknown”, luôn là 0 vì đặc tả LDP không có kiểu bản tin unknown Bảng sau là các giá trị định nghĩa trường message type:

Message Length: Chiều dài của các trường sau Message Length tính theo octet (gồm Message ID, các tham số bắt buộc và tùy chọn)

Message ID đôi khi được dùng để liên kết một số bản tin với các bản tin khác, ví

dụ như một bản tin đáp ứng sẽ có cùng Message ID với bản tin yêu cầu tương ứng Các tham số bắt buộc và tùy chọn phụ thuộc vào các loại bản tin được gửi, chúng thường dùng kiểu mã hóa TLV (Type Length Value) Nói chung mọi thứ xuất hiện trong một thông điệp LDP có thể được mã hóa kiểu TLV, tuy nhiên đặc tả LDP không phải lúc nào cũng sử dụng lươc đồ TLV

Cả 2 LSR đều có thể gửi các bản tin Initialization và LSR nhận được sẽ trả lời bằng Keepalive nếu các tham số được chấp nhận Nếu có một tham số nào

đó không được chấp nhận thì LSR trả lời thông báo có lỗi và phiên kết thúc

- Keepalive: Được gửi định kì khi không còn bản tin nào cần gửi để đảm bảo cho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDP khác đang họat động tốt trường hợp không xuất hiện bản tin Keepalive hay một số bản tin LDP khác trong khoảng thời gian nhất định thì LSR sẽ xắc định đối tác LDP hỏng hoặc kết nối có sự cố và phiên LDP chấm dứt

- Label Mapping: được sử dụng để quảng bá gán kết giữa FEC và nhãn

- Label Withdrawal: Thực hiện quá trình ngược lại với bản tin Label Mapping,

nó được sử dụng để xóa bỏ gán kết đã thực hiện trong label mapping Bản tin này được sử dụng trong trường hợp:

+ Khi có sự thay đổi trong bảng định tuyến (thay đổi Prefix địa chỉ), lúc

đó LSR không còn nhận ra FEC này nữa

+ Thay đổi trong cấu hình LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó

- Label Release: được sử dụng bởi LSR khi nhận được chuyển đổi nhãn mà nó không cần thiết nữa Điều đó thừong xảy ra khi LSR giải phóng nhận thấy nút tiếp theo cho FEC không phải là LSR quảng bá liên kết nhãn/ FEC đó

- Label Request: Sử dụng trong chế độ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu, LSR

sẽ yêu cầu gán nhãn từ LSR kế cận phía downstream bằng bản tin này

- Label Request Abort: Nếu bản tin Label Request cần phải hủy bỏ trước khi được chấp nhận (do nút kế tiếp trong FEC yêu cầu đã thay đổi), thì LSR yêu cầu sẽ loại bỏ yêu cầu trước đó bằng bản tin Label Request Abort

3.3.4 LDP điều khiển độc lập và phân phối theo yêu cầu

Ví dụ dưới đây minh họa việc sử dụng bản tin Label Request và Label Mapping trong chế độ công bố nhãn theo yêu cầu và điều khiển LSP độc lập Trình tự thời gian trao đổi các bản tin LDP giữa các đối tác (peer) thiết lập một LSP từ router lối vào R1 qua R2 rồi đến router lối ra R3 cho một FEC có Prefix “a.b/16”, R1 khởi tạo tiến trình bằng cách yêu cầu một nhãn cho FEC “a.b/16” từ hop kế của nó là R2 Vì sử dụng điều khiển độc lập nên R2 trả ngay một ánh xạ nhãn về cho R1 là R2 Vì sử dụng điều khiển

phía downstream là R3 Cả R2 và R3 đáp ứng bằng bản tin Label Mapping, kết quả là trong FIB của R1 và LFIB của R2 và R3 có các entry gán kết nhãn hình thành nên đường chuyển mạch nhãn LSP

Hình 3.10 : Ví dụ LDP chế độ điều khiển độc lập theo yêu cầu

LDP còn hỗ trợ các chế độ phân phối nhãn khác Khi cấu hình ở chế độ công bố không cần yêu cầu (downstream unsolicited 0, các router sẽ không dùng bản tin Label Request Nếu điều khiển tuận tự (ordered control) được cấu hình trên mỗi giao diện, các yêu cầu nhãn sẽ làm cho các bản tin Label Mapping được trả về theo thứ tự từ R3 đến R2 rồi từ R2 về R1 Tổng quát, trong chế độ phân phối theo yêu cầu điều khiển tuần tự, ánh xã nhãn diễn ra đầu tiên ở router lối ra, rồi sau đó lẫn lườt ngược về đến router lối vào

3.4 Giao thức CR-LDP (Constrain based routing LDP)

CR-LDP là giao thức mở rộng từ LDP (RFC 3212) nhằm hỗ trợ đặc biệt cho định tuyến ràng buộc, kỹ thuật lưu lượng (TE) và các họat độgn dự trữ tài nguyên Các khả năng cảu CR-LDP tùy chọn bao gồm thương lượng các tham số lưu lượng như cấp phát băng thông, thiết lập và cầm giữ quyển ưu tiên

3.4.1 Mở rộng cho định tuyến ràng buộc

CR-LDP bổ sung thêm các đối tượng Type Length Value mới sau đây (RFC 3212):

+ Tuyến tường minh ER (explicit Route)

+ Chặng từờng minh ER-hop (Explicit route hop)

+ Các tham số lưu lượng

+ Sự lấn chiếm (preemptions)

+ Nhận diện LSP (LSPID)

+ Ghim tuyến (routing Pinning)

+ Lớp tài nguyên (resource class)

+ CR – LSP FEC

Một số thủ tục mới cũng được bổ sung để hỗ trợ các chức năng cần thiết như:

+ Báo hiệu đường (Path signalling)

+ Định nghĩa các tham số lưu lượng

+ Quản lý LSP (quyền ưu tiên, cam kết quản trị,…)

CR-LDP sử dụng cơ chế gán nhãn theo yêu cầu và điều khiển tuần tự Một LSP được thiết lập khi một chuỗi các bản tin Label Request lan truyền từ ingress-LSP đến egress-LSR, và nếu đường được yêu cầu thỏa mãn các ràng bụộc (ví dụ đủ băng thông khả dụng), thì các nhãn mới được cấp phát và phân phối bởi một chuỗi các bản tin Label Mapping lan truyền ngược về igress-LSR Việc thiết lập một CR-LSP có thể thất bại vì nhiều lý do khác nhau và các lỗi sẽ được báo hiệu bằng bản tin Notification

3.4.2 Thiết lập một CR-LSP (constrain based routing LSP)

Để thiết lập một LSP theo một con đường định trứơc, CR-LDP sử dụng đối tượng tuyến tường minh ER (explicit route) ER được chứa trong các bản tin Label

Hình 3.11 : Thiết lập LSP với CR-LDP

3.4.3 Tiến trình dự trữ tài nguyên

Hình 3.12 : Tiến trình dự trữ tài nguyên

Tiến trình dự trữ tài nguyên như trong hình Khi một nút CD-LDP nhận được một bản tin Label Request, nó gọi Admission Control để kiểm tra xem nút này có các tài nguyên được yêu cầu không Nếu có đủ tài nguyên khả dụng, Admission Cotrol dự trữ nó bằng cách cập nhật bảng định Resource Sau đó bản tin Label Request được chuyển tiếp đến nút MPLS kề sau

Khi nút CR-LDP nhận bản tin Label Mapping, nó lưu thông tin nhãn và giao diện vào bảng LIB, lưu thông tin CR-LSP được yêu cầu vào bảng cơ sở thôgn tin tuyến tường minh ERB (explicit route information base) Rồi nó gọi resource manager để tạo một hàng đợi phục vụ cho CR-LSP được yêu cầu,và lưư Service ID của nó vào bảng ERB Cuối cùng, nó chuyển tiếp bản tin LSP Mapping tới nút MPLS kề trước