đồ án tốt nghiệp điện tử viễn thông chuyển mạch nhãn

Công nghệ MPLS là kết quả phát triển của công nghệ chuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thayđổi các giao thức định tuyến của

Trang 1

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

MỞ ĐẦU iv

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1

1.1 Tổng quan về NGN 1

-1.1.1 Cấu trúc chức năng của mạng NGN 1

-1.1.2 Cấu trúc vật lý của mạng NGN 2

-1.2 Các công nghệ then chốt cho mạng thế hệ mới 4

-1.2.1 IP 4

-1.2.2 ATM 6

1.2.3 IP over ATM 7

1.2.4 MPLS 8

CHƯƠNG 2 CHUYỂN MẠCH NHÃN 11

2.1 Khái niệm chuyển mạch nhãn 11

2.2 Lý do dùng chuyển mạch nhãn 11

2.2.1 Tốc độ và độ trễ 11

2.2.2 Khả năng đáp ứng 12

2.2.3 Tính đơn giản 13

2.2.4 Sử dụng tài nguyên 13

2.2.5 Điều khiển tuyến 13

2.3 Nhãn địa chỉ 14

2.4 Định tuyến quảng bá 16

2.5 Sự cần thiết cho QoS của mạng 17

2.5.1 Chuyển mạch nhãn và QoS 17

2.5.2 Sự đóng góp của chuyển mạch nhãn 18

2.6 Sự thừa kế của X.25 và VC 18

2.6.1 Kênh ảo trong chuyển mạch nhãn 19

2.6.2 Frame Relay và ATM 20

2.7 Hiện trạng và các khái niệm MPLS 20

2.8 Đường chuyển mạch nhãn 21

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ CHUYỂN MẠCH NHÃN 22

3.1 Lớp tương đương chức năng 22

3.1.1 Độ đáp ứng và bản chất hoạt động 22

-Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT i

Trang 2

3.1.2 Thông tin dùng trong quyết định chuyển tiếp 23

3.2 Các phương pháp chỉ định nhãn 24

3.2.1 Sự liên kết cục bộ và từ xa 24

3.2.2 Liên kết dòng lên và dòng xuống 25

3.2.3 Liên kết điều khiển và liên kết dữ liệu chuyển động 25

3.3 Không gian nhãn và sự phân nhãn 26

3.4 Router biên và miền chuyển mạch nhãn 27

3.5 Ống chuyển mạch nhãn 28

3.6 Sự trao đổi nhãn 29

CHƯƠNG 4 CHUYỂN MẠCH VÀ CHUYỂN TIẾP NHÃN 31

4.1 Sự phân chia mạng chuyển mạch và chuyển tiếp 31

4.1.1 Chuyển mạch lớp 2 32

4.1.2 Định tuyến lớp 3 34

4.2 Ánh xạ từ lớp 3 tới lớp 2 37

4.2.1 LSR lối vào 37

4.2.2 LSR trung gian 38

4.2.3 LSR lối ra 39

4.3 Chuyển mạch thẻ 39

4.3.1 Thành phần chuyển tiếp 39

4.3.2 Thành phần điều khiển 40

CHƯƠNG 5 HOẠT ĐỘNG PHÂN BỔ NHÃN 45

5.1 Giao thức phân bổ nhãn 45

5.1.1 Bản tin LDP 46

5.1.2 Các FEC, không gian nhãn và định danh 47

5.1.3 Phiên LDP 48

5.1.4 Quản lý và phân bổ nhãn 49

5.1.5 Bản tin LDP 50

5.1.5.1 Mào đầu LDP 50

5.1.5.2 Mã hoá TLV 51

5.1.5.3 Khuôn dạng bản tin LDP 51

5.1.5.4 Khuôn dạng và chức năng TLV 52

5.1.5.5 Khuôn dạng và chức năng các bản tin LDP 54

5.2 Giao thức dành trước tài nguyên (RSVP) và phân bổ nhãn 62

-Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT ii

Trang 3

5.3 Giao thức định tuyến cổng miền (BGP) và phân bổ nhãn 63

CHƯƠNG 6 KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG 64

6.1 Định nghĩa kỹ thuật lưu lượng (TE) 64

6.1.1 Hoạt động định hướng lưu lượng và định hướng tài nguyên 64

6.1.2 Tắc nghẽn nhỏ nhất 65

6.2 Dịch vụ liên kết dựa trên QoS và phân lớp dịch vụ 66

6.3 Kỹ thuật lưu lượng và sự sắp đặt lưu lượng 67

6.3.1 Hàng đợi lưu lượng 68

6.3.2 Hoạt động định tuyến hiện nay 69

6.4 Trung kế lưu lượng, luồng lưu lượng và tuyến chuyển mạch nhãn 70

6.4.1 Sự thu hút của MPLS đối với kỹ thuật lưu lượng 70

6.4.2 Dung lượng liên kết 71

6.4.3 Phân bổ tải trọng 71

6.4.4 Các thuộc tính trung kế lưu lượng 72

-KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT iii

Trang 4

MỞ ĐẦU

Trong những năm qua, ngành công nghiệp viễn thông đã và đang tìm mộtphương thức chuyển mạch có thể phối hợp ưu điểm của IP và ATM để đáp ứng nhucầu phát triển của mạng lưới trong giai đoạn tiếp theo Đã có nhiều nghiên cứu đượcđưa ra trong đó có việc nghiên cứu công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS

Công nghệ MPLS là kết quả phát triển của công nghệ chuyển mạch IP sử dụng

cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thayđổi các giao thức định tuyến của IP MPLS tách chức năng của IP thành hai phần riêngbiệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển Bên cạnh đó, MPLS cũng hỗtrợ việc quản lý dễ dàng hơn

Trong những năm gần đây, MPLS đã được lựa chọn để đơn giản hoá và tíchhợp mạng trong mạng lõi Nó cho phép các nhà khai thác giảm chi phí, đơn giản hoáviệc quản lý lưu lượng và hỗ trợ các dịch vụ Internet Quan trọng hơn cả, nó là mộtbước tiến mới trong việc đạt mục tiêu mạng đa dịch vụ với các giao thức gồm di động,thoại, dữ liệu …

Vì vậy, em nhận đề tài nghiên cứu công nghệ chuyển mạch MPLS để hiểu rõsâu hơn các bản chất, cơ chế hoạt động của MPLS

Luận văn tốt nghiệp “Chuyển mạch MPLS ” bao gồm các nội dung chính nhưsau:

Chương 1: Giới thiệu chung về NGN và các công nghệ trong mạng thế hệ sau.Chương 2: Giới thiệu chung về chuyển mạch nhãn

Chương 3: Giới thiệu về các cơ sở hoạt động của chuyển mạch nhãn

Chương 4: Giới thiệu về hoạt động chuyển mạch và chuyển tiếp nhãn

Chương 5: Giới thiệu về hoạt động phân bổ nhãn

Chương 6: Giới thiệu về kỹ thuật lưu lượng được sử dụng trong MPLS

Do thời gian và trình độ có hạn, nên chắc chắn những vấn đề được đề cập trong

đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự lượng thứ và ýkiến đóng góp của các thầy, cô cũng như những ai quan tâm

Trong quá trình học tập tại Học viện công nghệ Bưu Chính Viễn Thông và thựchiện đồ án tốt nghiệp, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã trực tiếp và gián tiếp

Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT iv

Trang 5

giúp đỡ em hoàn thành tốt chương trình học tập Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn

cô giáo Thạc sĩ Nguyễn Thị Thanh Kỳ đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ ántốt nghiệp này

Hà Nội, ngày 21 tháng 10 năm 2005

Sinh viên

Hà Trương Nhật Linh

Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT v

Trang 6

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Viết tắt Chú giải tiếng Anh Chú giải tiếng Việt

ARP Addresss Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ

ASP Automatic Protection Switching Chuyển mạch bảo vệ tự động ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không

đồng bộ BGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng miền BTT Bidirectional Traffic Trunk Trung kế lưu lượng hai chiều

CR-LDP Constraint Routing LDP Giao thức phân phối nhãn định

tuyến cưỡng bức

CSR Cell Switching Router Thiết bị định tuyến chuyển mạch

tế bào DLCI Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nối lớp liên kết

dữ liệu DVMRP Distance Vector Multicast

IGMP Internet Group Massage

Protocol

Giao thức bản tin nhóm internet

IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong miền

LANE Local Area Network Emulation Mô phỏng mạng cục bộ

LCA Least Common Ancestor Node gốc ít chung nhất

LC-ATM Label Control ATM Giao diện ATM điều khiển

chuyển mạch nhãn LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãn

LER Label Edge Router Router chuyển mạch nhãn biên LFIB Label Forwarding Information

Base

Cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn

Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT vi

Trang 7

LIB Label Information Base Bảng thông tin nhãn trong bộ

định tuyến LSFT Label Switch Forwording Table Bảng chuyển tiếp chuyển mạch

nhãn

LSR Label Switching Router Bộ định tuyến chuyển mạch

nhãn MAC Media Access Controller Thiết bị điều khiển truy nhập

mức phương tiện truyền thông

MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MSC Multicast Server Model Mô hình máy chủ multicast MSF MultiService Switch Forum Diễn đàn chuyển mạch đa dịch

vụ MTBF Mean Time Between Failure Thời gian trung bình giữa hai lỗi

liên tiếp NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

NLPID Network Layer Protocol

Identifier

Nhận dạng giao thức lớp mạng

OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến đường

ngắn nhất PID Protocol Identifier Giao thức multicast độc lập

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RPR Resilient Packet Ring Vòng gói khôi phục nhanh

RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức giành trước tài nguyên TAT Theoretical Arrival Time Thời gian đến lý thuyết

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TDP Tag Distribution Protocol Giao thức phân phối thẻ

TIB Tag Information Base Cở sở thông tin thẻ

TDP Tag Distribution Protocol Giao thức phân bổ thẻ

TLV Type-Length-Value Giá trị-chiều-dài kiểu

TSR Tag Switching Router Router chuyển mạch thẻ

UDP User Data Protocol Giao thức dữ liệu người dùng UPC Usage Parameter Control Điều khiển tham số sử dụng VCI Vitual Chennel Identifier Nhận dạng kênh ảo

VPI Vitual Path Identifier Nhận dạng đường ảo

Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT vii

Trang 8

WAN Wide Area Network Mạng diện rộng

MPLSCP MPLS Conrol Protocol Giao thức điều khiển MPLS

Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT viii

Trang 9

Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT ix

Trang 10

Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT x

Trang 11

Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT xi

Trang 12

Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT xii

Trang 13

Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT xiii

Trang 14

Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT xiv

Trang 15

Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT xv

Trang 16

Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT xvi

Trang 17

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 1 Giới thiệu chung

5 Application Server (Feature Server)

1.2 Các công nghệ then chốt cho mạng thế hệ mới

Ngày nay, do yêu cầu ngày càng tăng về số lượng và chất lượng dịch vụ đã thúcđẩy sự phát triển nhanh chóng của thị trường công nghệ điện tử - tin học - viễn thông.Những xu hướng phát triển công nghệ đã và đang tiếp cận nhau, đan xen lẫn nhaunhằm cho phép mạng lưới thỏa mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trong tươnglai

Theo ITU, có hai xu hướng tổ chức mạng chính:

- Hoạt động kết nối định hướng (CO – Connection Oriented Operation)

- Hoạt động không kết nối (CL – Connectionless Operation )

Trong hoạt động kết nối định hướng, các cuộc được thực hiện với trình tự:gọi số - xác lập kết nối - gửi và nhận thông tin - kết thúc Trong kiểu kết nối này, côngnghệ ATM phát triển cho phép đẩy mạnh các dịch vụ băng rộng và nâng cao chất

Hà Trương Nhật Linh - Lớp D2001VT 18

Trang 18

lượng dịch vụ Hoạt động không kết nối dựa trên giao thức IP như việc truy cậpInternet không yêu cầu việc xác lập trước các kết nối, vì vậy chất lượng dịch vụ có thểkhông hoàn toàn đảm bảo như trường hợp trên Tuy nhiên, do tính đơn giản, tiện lợivới chi phí thấp, các dịch vụ thông tin theo phương thức CL phát triển rất mạnh mẽtheo xu hướng nâng cao chất lượng dịch vụ và tiến tới cạnh tranh với các dịch vụthông tin theo phương thức CO

Tuy vậy, hai phương thức phát triển này dần tiệm cận và hội tụ dẫn đến sự rađời công nghệ ATM/IP Sự phát triển mạnh mẽ của các dich vụ và các công nghệ mớitác động trực tiếp đến sự phát triển cấu trúc mạng

1.2.1 IP

Sự phát triển đột biến của IP, sự tăng trưởng theo cấp số nhân của thuê baoInternet đã là một thực thể không ai có thể phủ nhận Hiện nay, lượng dịch vụ lớn nhấttrên các mạng đường trục trên thực tế đều là từ IP Trong công tác tiêu chuẩn hoá cácloại kỹ thuật, việc bảo đảm tốt hơn cho IP đã trở thành trọng điểm của công tác nghiêncứu

IP là giao thức chuyển tiếp gói tin Việc chuyển tiếp gói tin thực hiện theo cơchế phi kết nối IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến vàcác chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP) Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận,địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy đủ thông tin cần cho việc chuyểngói tới đích

Trang 19

Hình 1.4 Các xu hướng phát triển trong công nghệ mạng

Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng Dovậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin vềnguyên tắc chuyển tin và nó phải có khả năng hoạt động trong môi trường mạng gồmnhiều nút Kết quả tính toán của cơ cấu định tuyến được lưu trong các bảng chuyển tin(Forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới hướngđích

Dựa trên các bản chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói IP tớihướng đích Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một Ở cách này,mỗi nút mạng tính toán mạng chuyển tin một cách độc lập Phương thức này, do vậyyêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất cả các nút phải nhất quán vớinhau Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn đến việc chuyển gói tin sai hướng, điềunày đồng nghĩa với việc mất gói tin

Trang 20

Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng Ví dụ, vớiphương thức này, nếu các gói tin chuyển tới cùng một địa chỉ đi qua cùng một nút thìchúng sẽ được truyền qua cùng một điểm tới đích Điều này khiến cho mạng không thểthực hiện một số chức năng khác như định tuyến theo đích, theo dịch vụ

Tuy nhiên, bên cạnh đó, phương thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao độtin cậy cũng như khả năng mở rộng của mạng Giao thức định tuyến động cho phépmạng phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được sự thay đổi

về topo mạng qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối Với các phương thứcnhư CDIR (Classless Inter Domain Routing), kích thước của bản tin được duy trì ởmức chấp nhận được, và do việc tính toán định tuyến đều được các nút tự thực hiệnnên mạng có thể mở rộng mà không cần bất cứ thay đổi nào

Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng mởrộng cao Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương thức địnhtuyến theo từng chặng Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ

1.2.2 ATM

Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, thông tinđược nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, trong đó vị trí của gói không phụthuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kì của kênh trước Các chuyểnmạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau

ATM có hai đặc điểm quan trọng :

- Thứ nhất ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các

tế bào ATM, các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền lan và biếnđộng trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho việchợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn

- Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường ảonhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng

ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm Nó là công nghệ chuyển mạchhướng kết nối Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thôngtin được gửi đi ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiếtlập một cách tự động thông qua báo hiệu Mặt khác, ATM không thực hiện định tuyến

Trang 21

tại các nút trung gian Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữliệu và được giữ cố định trong suốt thời gian kết nối Trong quá trình thiết lập kết nối,các tổng đài ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn Việc này thực hiện haiđiều: dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổngđài Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đanghoạt động đi qua tổng đài Điều này khác với thông tin về toàn mạng chứa trong bảngchuyển tin của router dùng IP

Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc chuyển góitin qua router Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên cell

có kích thước cố định (nhỏ hơn của IP), kích thước bảng chuyển tin nhỏ hơn nhiều sovới của IP router, và việc này được thực hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng

Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP routertruyền thống

1.2.3 IP over ATM

Hiện nay, trong xây dựng mạng IP, có đến mấy loại kỹ thuật, như IP over SDH/SONET, IP over Fiber, IP over WDM Còn kỹ thuật ATM, do có các tính năng nhưtốc độ cao, chất lượng dịch vụ tốt, điều khiển lưu lượng,… mà các mạng lưới dùng bộđịnh tuyến truyền thống chưa có, nên đã được sử dụng rộng rãi trên mạng đường trục

IP Mặt khác, do yêu cầu tính thời gian thực còn tương đối cao đối với mạng lưới, IPover ATM vẫn là kỹ thuật được chọn trước tiên hiện nay Mà MPLS chính là sự cảitiến của IP over ATM kinh điển, cho nên ở đây chúng ta cần nhìn lại một chút về hiệntrạng của kỹ thuật IP over ATM

IP over ATM truyền thống là một kỹ thuật kiểu xếp chồng, nó xếp IP (kỹ thuậtlớp 3) lên ATM (kỹ thuật lớp 2); giao thức của hai tầng hoàn toàn độc lập với nhau;giữa chúng phải nhờ một loạt giao thức ( như NHRP, ARP,….) nữa mới đảm bảo nốithông Điều đó hiện nay trên thực tế đã được ứng dụng rộng rãi Nhưng trong tìnhtrạng mạng lưới được mở rộng nhanh chóng, cách xếp chồng đó cũng gây ra nhiều vấn

đề cần xem xét lại

Trước hết, vấn đề nổi bật là phương thức chồng xếp phải thiết lập các liên kếtPVC tại N nút, tức là cần thiết lập mạng liên kết Như thế có thể sẽ gây nên vấn đề

Trang 22

bình phương N, rất phiền phức, tức là khi thiết lập, bảo dưỡng, gỡ bỏ sự liên kết giữacác điểm nút, số việc phải làm (như số VC, lượng tin điều khiển) đều có cấp số nhânbình phương của N điểm nút Khi mà mạng lưới ngày càng rộng lớn, chi phối kiểu đó

sẽ làm cho mạng lưới quá tải

Thứ hai, phương thức xếp chồng sẽ cắt cả mạng lưới IP over ATM ra làm nhiềumạng logíc nhỏ (LIS), các LIS trên thực tế đều là ở trong một mạng vật lý Giữa cácLIS dùng bộ định tuyến trung gian để liên kết, điều này sẽ ảnh hưởng đến việc truyềnnhóm gói tin giữa các LIS khác nhau Mặt khác, khi lưu lượng rất lớn, những bộ địnhtuyến này sẽ gây hiện tượng nghẽn cổ chai đối với băng rộng

Hai điểm nêu trên đều làm cho IP over ATM chỉ có thể dùng thích hợp chomạng tương đối nhỏ, như mạng xí nghiệp,… nhưng không thể đáp ứng được nhu cầucủa mạng đường trục Internet trong tương lai Trên thực tế, hai kỹ thuật này đang tồntại vấn đề yếu kém về khả năng mở rộng thêm

Thứ ba là, trong phương thức chồng xếp, IP over ATM vẫn không có cách nàođảm bảo QoS thực sự

Thứ tư, vốn khi thiết kế hai loại kỹ thuật IP và ATM đều làm riêng lẻ, khôngxét gì đến kỹ thuật kia, điều này làm cho sự nối thông giữa hai bên phải dựa vào mộtloạt giao thức phức tạp, cùng với các bộ phục vụ xử lý các giao thức này Cách làmnhư thế có thể gây ảnh hưởng không tốt đối với độ tin cậy của mạng đường trục

Các kỹ thuật MPOA (Multiprotocol over ATM – Đa giao thức trên ATM),LANE (LAN Emulation – Mô phỏng LAN),… cũng chính là kết quả nghiên cứu đểgiải quyết các vấn đề đó, nhưng các giải pháp này đều chỉ giải quyết được một phầncác tồn tại, như vấn đề QoS chẳng hạn Phương thức mà các kỹ thuật này dùng vẫn làphương thức chồng xếp, khả năng mở rộng vẫn không đủ Hiện nay, đã xuất hiện mộtloại kỹ thuật IP over ATM không dùng phương thức xếp chồng, mà dùng phương thứcchuyển mạch nhãn, áp dụng phương thức tích hợp Kỹ thuật này chính là cơ sở củaMPLS

1.2.4 MPLS

Đối với các nhà thiết kế mạng mà nói, sự phát triển nhanh chóng, sự mở rộngkhông ngừng của mạng Internet, sự tăng vọt của lượng dịch vụ cũng như sự phức tạp

Trang 23

của các loại hình dịch vụ, đã dần dần làm cho mạng viễn thông hiện tại không cònkham nổi Một mặt, các nhà khai thác than phiền khó kiếm được lợi nhuận, nhưng mặtkhác thì thuê bao lại kêu ca là giá cả quá cao, tốc độ thì quá chậm Thị trường bứcbách đòi hỏi có một mạng tốc độ cao hơn, giá cả thấp hơn Đây chính là nguyên nhâncăn bản để ra đời một loạt các kỹ thuật mới, trong đó có MPLS

Bất kể kỹ thuật ATM từng được coi là nền tảng của mạng số đa dịch vụ băngrộng (B-ISDN), hay là IP đạt thành công lớn trên thị trường hiện nay, đều tồn tạinhược điểm khó khắc phục được Sự xuất hiện của MPLS - kỹ thuật chuyển mạchnhãn đa giao thức đã giúp chúng ta có được sự chọn lựa tốt đẹp cho cấu trúc mạngthông tin tương lai Phương pháp này đã dung hợp một cách hữu hiệu năng lực điềukhiển lưu lượng của thiết bị chuyển mạch với tính linh hoạt của bộ định tuyến Hiệnnay, càng có nhiều người tin tưởng một cách chắc chắn rằng MPLS sẽ là phương án lýtưởng cho mạng đường trục trong tương lai

MPLS tách chức năng của IP router làm hai phần riêng biệt : chức năng chuyểngói tin và chức năng điều khiển Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệm vụ gửi góitin giữa các router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như ATM Trong MPLS,nhãn là một số có độ dài cố định và không phụ thuộc vào lớp mạng Kỹ thuật hoán đổinhãn về bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để xác địnhtuyến của gói và tìm nhãn mới của nó Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lýgói tin theo kiểu thông thường, do vậy cải thiện được khả năng của thiết bị Các router

sử dụng kỹ thuật này được gọi là LSR (Label Switch Router) Phần chức năng điềukhiển của MPLS bao gồm các giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phốithông tin giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành cácbảng định tuyến cho việc chuyển mạch MPLS có thể hoạt động được với các giaothức định tuyến Internet khác như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (BorderBateway Protocol) Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lậptuyến cố định, việc đảm bảo chất lượng dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi.Đây là một điểm vượt trội của MPLS so với các định tuyến cổ điển

Ngoài ra MPLS còn có cơ chế chuyển tuyến (Fast rerouting) Do MPLS là côngnghệ chuyển mạch hướng kết nối, khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền thườngcao hơn các công nghệ khác Trong khi đó, các dịch vụ tích hợp mà MPLS phải hỗ trợ

Trang 24

lại yêu cầu dung lượng cao Do vậy, khả năng phục hồi của MPLS đảm bảo khả năngcung cấp dịch vụ của mạng không phụ thuộc vào cơ cấu khôi phục lỗi của lớp vật lýbên dưới

Bên cạnh độ tin cậy, công nghệ MPLS cũng khiến cho việc quản lý mạng được

dễ dàng hơn Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo các luồng thông tin, các gói tinthuộc một FEC có thể được xác định bởi một giá trị của nhãn Do vậy, trong miềnMPLS, các thiết bị đo lượng mạng có thể dựa trên nhãn để phân loại các gói tin Lưulượng đi qua các tuyến chuyển mạch nhãn (LSP) được giám sát một cách dễ dàngdùng RTFM (Real Time Flow Measurement) Bằng cách giám sát lưu lượng tại cácLSR, nghẽn lưu lượng sẽ được phát hiện và vị trí xảy ra nghẽn lưu lượng có thể đượcxác định nhanh chóng Tuy nhiên, giám sát lưu lượng theo phương pháp này khôngđưa ra được toàn bộ thông tin về chất lượng dịch vụ (ví dụ như trễ từ điểm đầu đếnđiểm cuối của miền MPLS)

Tóm lại, MPLS là một công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng Với tínhchất cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụ củamạng IP truyền thống Bên cạnh đó, thông lượng của mạng sẽ được cải thiện một cách

rõ rệt Tuy nhiên, độ tin cậy là một vấn đề thực tiễn có thể khiến việc triển khai MPLStrên mạng Internet bị chậm lại

Trang 25

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương 2 Chuyển mạch nhãn

Hình 2.1 Định tuyến cơ sở đích

Chuyển mạch nhãn cho phép các tuyến xuyên qua mạng để điều khiển tốt hơn

Ví dụ một gói có nhãn bắt nguồn từ router 2 đến địa chỉ đích là router 6, gói có nhãncũng có thể bắt nguồn từ router 3 Tuy nhiên, giá trị nhãn khác nhau của các gói sẽ chỉthị cho router 1 gửi một gói có nhãn tới router 4 và gói có giá trị nhãn khác tới router 5

Khái niệm này cung cấp một công cụ để bố trí các nút và liên kết lưu lượng phùhợp, thuận lợi hơn, cũng như đưa ra phân lớp chính xác các phân lớp lưu lượng (dựatrên QoS cần) khác nhau của dịch vụ Có thể liên kết giữa router 1 và router 4 hay giữarouter 1 và router 5 là DS3 hoặc SONET tương ứng Việc dùng chuyển mạch nhãn và

sự cần thiết của phân lớp lưu lượng là kỹ thuật lưu lượng

2.3 Nhãn - địa chỉ

Nhãn không có ý nghĩa hình thể cố hữu nào Cho đến trước khi tương quan vớiđịa chỉ thì nhãn không ý nghĩa định tuyến nào Do đó, một yêu cầu vẫn đang tồn tại

đối với việc quy ước quảng bá địa chỉ IP được chỉ ra trong hình 2.2 Một phần công

việc của mạng chuyển mạch nhãn là tương quan giữa địa chỉ và định tuyến với cácnhãn

Các tuyến được phát hiện thông qua các giao thức định tuyến IP dựa trên địachỉ IP Trong ví dụ này, các router chuyển mạch nhãn đang quảng báo địa chỉ192.168.1.1 Trong hầu hết trường hợp, tiền tố địa chỉ được quảng báo nhưng nókhông liên quan tới ví dụ chung này Sự quảng báo này chuyển tới router bên phía tráihình Router này lưu trữ thông tin định tuyến trong bảng định tuyến của nó Sau đó,khi router nhận được gói của địa chỉ đích 191.168.1.1 thì nó biết làm cách nào để tớiđịa chỉ này bằng cách tra cứu bảng định tuyến của nó

thể tới đây

Địa chỉ 919.168.1.1 có thể tới đây

Trang 26

Hình 2.2 Quảng báo địa chỉ

Trong mạng chuyển mạch nhãn, việc quan trọng là chọn giá trị nhãn để đặt vàomào đầu gói dùng trong mạng và thông báo cho các router chuyển mạch nhãn khác về

sự kết hợp của giá trị nhãn với địa chỉ Quá trình hoàn thành được chỉ ra trong hình 2.3, router A thông báo cho router B rằng địa chỉ 191.168.1.1 được kết hợp với nhãn

88888 Sự kết hợp này được gọi là một bind.

Hình 2.3 Quảng báo nhãn/địa chỉ

Khi router B nhận nhãn hay địa chỉ quảng báo này, nó kiểm tra bảng định tuyến

của nó và tìm kiếm nút tiếp theo để nhận lưu lượng đích của 191.168.1.1 Trong hình 2.2 thì nút tiếp theo là router C nên router B tạo ra một cổng trong một bảng khác

(được gọi bằng các tên khác nhau như: bảng chuyển mạch nhãn, bảng sắp xếp nhãn)

để một nhãn đến từ nút A với giá trị 88888 được định tuyến tới nút C Quá trình nàytiếp tục tới khi đến được đích cuối cùng

Phải chú ý rằng, quá trình xử lý giữa router A và router B không được chỉ ra

trong hình 2.2 Do có quá nhiều quá trình xử lý giữa LSR A và LSR B.

Hoạt động trong hình 2.3 có nhãn được ấn định bởi LSR A sau khi nó phát hiện

ra đường đi tới địa chỉ đích Một cách tiếp cận khác là sự liên kết xảy ra ở cùng thời

Liên kết nhãn 88888

với địa chỉ IP

191.168.1.1

Liên kết nhãn 88888 với địa chỉ IP

191.168.1.1

Liên kết nhãn 191.168.1.1 với 88888 có thể thực hiện bởi phát hiện trước đó

Trang 27

điểm địa chỉ được quảng báo Do vậy, trong hình 2.4, quá trình liên kết bắt đầu từ nút

C Mạng chuyển mạch nhãn có thể hỗ trợ đồng thời cả hai hoạt động

Tuy nhiên, rất nhiều thuật ngữ được dùng để miêu tả hai loại giao thức này vàchúng cũng không là khuôn mẫu chính xác và chúng ta sẽ tiếp nhận chúng thông quamạng chuyển mạch nhãn

Các thuật ngữ cũ miêu tả giao thức 1 là định tuyến và giao thức 2 là quảng báđịnh tuyến và phát hiện tuyến Hiện nay, thuật ngữ định tuyến được dùng để mô tảgiao thức 2 và các thuật ngữ chuyển tiếp và chuyển mạch được dùng để mô tả giaothức 1 Các thuật ngữ bảng định tuyến và bảng nhãn để mô tả bảng địa chỉ và bảngnhãn được dùng trong việc chuyển tiếp gói trong mạng

Chuyển tiếp và chuyển mạch được dùng trong bảng định tuyến và bảng nhãn đểthiết lập một quyết định chuyển tiếp

Định tuyến là việc dùng các tuyến được quảng bá để thu được thông tin nhằmtạo ra bảng định tuyến và bảng nhãn sử dụng trong giao thức chuyển tiếp Đối vớimạng chuyển mạch nhãn sự quảng bá này đòi hỏi một địa chỉ quảng bá và nhãn liênkết của nó

2.5 Sự cần thiết cho QoS của mạng

Liên kết nhãn 88888 với địa chỉ IP

191.168.1.1

Địa chỉ mới 919.16.1.1Đang quảng báo địa chỉ 191.168.1.1

Trang 28

Sự chuẩn bị đầy đủ tài nguyên cho một ứng dụng (như băng tần để chuyểnnhanh dữ liệu qua mạng) không phải là việc đơn giản Do bởi sự phức tạp của nó, cácmạng cũ đã xử lý tất cả các lưu lượng ứng dụng giống nhau và phân chia lưu lượngtrên cơ sở nỗ lực tối đa, điều này giống như dịch vụ bưu chính trong việc chuyển thưđều đặn Lưu lượng được phân phát nếu như mạng có đủ tài nguyên để đáp ứng sựphân phát Tuy nhiên, nếu mạng tắc nghẽn thì phải huỷ bỏ lưu lượng này Một vàimạng cố gắng thiết lập các phương pháp phản hồi (điều khiển tắc nghẽn) tới ngườidùng để giảm bớt lưu lượng đi vào mạng Nhưng kỹ thuật này không thường xuyênhiệu quả, bởi có nhiều luồng lưu lượng trong mạng dữ liệu rất ngắn, như có thể chỉ cóvài gói trong một phiên giao dịch user to user Bởi vậy khi người sử dụng nhận đượcthông tin phản hồi thì đã kết thúc việc gửi lưu lượng Các thông tin phản hồi là vôdụng và không được dùng nhưng lại tạo thêm lưu lượng thừa

Khái niệm nỗ lực tối đa có nghĩa lưu lượng bị đào thải một cách ngẫu nhiên,không nỗ lực nào được tạo ra để chuyển lưu lượng này Cách thức này có nỗ lực loại

bỏ nhiều gói hơn cho phía ứng dụng đòi hỏi băng tần cao rồi cho nhiều gói vào mạngcòn yêu cầu băng tần ít hơn thì gửi ít gói vào mạng Vì vậy, những khách hàng lớnnhất tức cần nhiều băng tần là người thiệt hại nhất Cách thức nỗ lực tối đa không phải

là mô hình tốt

2.5.1 Chuyển mạch nhãn và QoS

Trong vài năm gần đây, các loại lưu lượng tăng lên một cách rõ ràng, mạng cần

có khả năng phân biệt các loại lưu lượng và xử lý chúng Khái niệm QoS được dùnglần đầu tiên trong mô hình tham chiếu OSI, nó đặt ra khả năng của nhà cung cấp dịch

vụ để hỗ trợ những yêu cầu ứng dụng của người dùng như băng tần, độ trễ, dung sai vàtổn thất lưu lượng Chú ý rằng sự phân loại này khá giống những nguyên nhân củaviệc dùng chuyển mạch nhãn

Thứ nhất, dự phòng băng tần cho một ứng dụng nghĩa là một mạng có đủ dunglượng để hỗ trợ yêu cầu qua mạng, lượng thoại, số gói trên một giây

Loại chất lượng dịch vụ thứ hai là sự đáp ứng thể hiện ở thời gian để chuyểngói từ nút gửi đến nút nhận Một thuật ngữ khác là round trip time (RTT) là thời gian

để gửi một gói tới nút đích và nhận hồi âm từ nút khác RTT bao gồm thời gian truyền

Trang 29

cả hai hướng đi và về và thời gian xử lý ở nút đích Các ứng dụng như Voice hayVideo yêu cầu sự đáp ứng chính xác Nếu một gói đến quá trễ, nó sẽ không được dùng

và bị loại bỏ gây nên lãng phí băng tần và làm giảm chất lượng dịch vụ

Loại chất lượng dịch vụ thứ ba là rung sai, sự biến thiên độ trễ giữa các gói vàthường xảy ra tại mỗi đầu ra liên kết nơi router hoàn thành việc tìm ra đường đi tiếptheo cho gói Biến thiên độ trễ là sức ép đối với tốc độ Nó gây rắc rối tới việc chuyểnlời nói tới người nghe

Loại chất lượng dịch vụ cuối cùng là tổn thất gói Việc mất gói khá là quantrọng đối với ứng dụng thoại và hình ảnh, nó ảnh hưởng tới đầu ra của quá trình giải

mã và sự nghe nhìn của người sử dụng

2.5.2 Sự đóng góp của chuyển mạch nhãn

Chuyển mạch nhãn có ưu điểm gì về QoS, nó không có vẻ gì là thuận lợi đốivới các loại QoS như là băng tần sử dụng Nhưng một điều sớm nhận ra là chuyểnmạch nhãn là một công cụ hữu ích chống lại độ trễ thời gian và dung sai, hai loại QoSquan trọng đối với các loại lưu lượng nhạy cảm với thời gian (như Voice và Video)

Từ khi chuyển mạch nhãn được thiết kế để tăng tốc độ chuyển tiếp lưu lượng trongmạng, nó cho phép giảm độ trễ và cải thiện rung sai Thật vậy, một mạng không sửdụng chuyển mạch nhãn mà hoạt động liều lĩnh dựa trên kinh nghiệm sẽ không thoảmãn QoS cho các loại lưu lượng nhạy cảm với thời gian

Tất nhiên, chuyển mạch nhãn không tự nó giải quyết được các vấn đề về độ trễ

và biến thiên độ trễ của mạng dữ liệu nói chung Nếu chúng ta kết nối với một mạngbăng tần nhỏ thì chuyển mạch nhãn cũng không thể cho chúng ta một băng tần rộnghơn nhưng nó sẽ có ý nghĩa với việc cải thiện độ trễ và rung sai

2.6 Sự thừa kế của X.25 và VC

Chúng ta tạm dừng bước ở đây và nhìn lại lịch sử một chút Khái niệm chuyểnmạch nhãn bắt nguồn từ X.25 Vào cuối những năm 60 và đầu những năm 70, rấtnhiều mạng truyền thông dữ liệu được tạo ra bởi các công ty, cơ quan chính phủ và các

tổ chức khác Thiết kế và các chương trình của các mạng này được thực hiện bởi các tổchức để đáp ứng sự cần thiết của kinh doanh Trong khoảng thời gian này, một tổ chứckhông có lý do gì để tham gia vào bất cứ một hiệp định chung nào đối với các giao

Trang 30

thức truyền thông dữ liệu từ khi mạng riêng của tổ chức cung cấp dịch vụ cho riêng

nó Kết quả, những mạng này dùng giao thức đặc trưng đã được liên kết để làm thoảmãn các yêu cầu của tổ chức

Trong khi đó, một vài công ty và nhà quản lý điện thoại ở Mỹ, Canada và Châu

Âu cung cấp một lượng mạng dữ liệu công cộng dựa trên khái niệm chuyển mạch gói.Những hệ thống này được thai nghén để cung cấp một dịch vụ cho lưu lượng dữ liệusong song với dịch vụ của hệ thống thoại cho lưu lượng thoại

Nhưng chúng không giữ cố định băng tần giống như hệ thống thoại Thực tế,X.25 tiêu biểu cho sự thay đổi lớn trong cách phục vụ yêu cầu người dùng như việcdùng cách thức nỗ lực tối đa nhưng vẫn cho phép người dùng yêu cầu sự chắc chắncủa dịch vụ Những nhà cung cấp mạng công cộng đã đối diện với một câu hỏi lớn làlàm thế nào mạng cung cấp một giao diện tốt nhất cho đầu cuối người dùng hoặc máytính tới mạng Tầm quan trọng của vấn đề này là rất lớn bởi mỗi nhà cung cấp đầu cuốihoặc máy tính đã phát triển nó lên đến giao thức truyền thông dữ liệu Thực vậy, mộtvài công ty như IBM đã phát triển nhiều giao thức khác bên trong dòng sản phẩm củahọ

X.25 đã phát triển rộng khắp bởi những mạng mới sinh ra nhận ra rằng giaothức giao diện mạng chung là cần thiết đặc biệt từ sự nhìn xa trông rộng của các nhàcung cấp dịch vụ mạng Năm 1974, CCITT phát hành bản phác thảo đầu tiên của X.25

(Gray Book) Nó được duyệt lại vào năm 1976, 1978, 1980 và vào năm 1984 đã được công bố trong Red Book Cho đến năm 1988, X.25 được xem xét lại và công bố lại trong chu kì 4 năm Năm 1988, ITU-T đã công bố ý định của họ là thay đổi Red Book

(bao gồm cả X.25) khi họ được phép

2.6.1 Kênh ảo trong chuyển mạch nhãn

X.25 đồng nhất mỗi gói với một chỉ số kênh ảo Chỉ số kênh ảo được dùng đểphân biệt các lưu lượng người dùng khác nhau mà đang hoạt động trong cùng một liênkết vật lý Việc làm này che dấu người dùng thực tế rằng liên kết đó đang bị chia xẻbởi nhiều người dùng khác, từ đó có thuật ngữ kênh ảo Một kênh ảo và nhãn của nó,chỉ số kênh logic là khá giống với mạng chuyển mạch nhãn hiện đại Sự khác nhaugiữa chúng sẽ được chỉ ra trong những chương sau

Trang 31

2.6.2 Frame Relay và ATM

Tiếp theo X.25 là Frame Relay (FR) và ATM cũng dùng khái niệm kênh ảo.Với Frame Relay, kênh ảo IDs được gọi là đường kết nối dữ liệu IDs (DLCIs), vớiATM đường ảo IDs hay kênh ảo IDs (VPIs/VCIs) Bỏ qua tên gọi, thì chúng là kênh

ảo IDs và giá trị nhãn

Mạng MPLS phải liên kết với các mạng này, bởi chúng khá thịnh hành như làgiá đỡ chủ yếu của các dịch vụ trong các mạng khu vực lớn Tất nhiên, nhãn củaMPLS đã sớm có mối tương quan với nhãn của Frame Relay và của ATM

2.7 Hiện trạng và các khái niệm MPLS

MPLS là kỹ thuật chuyển tiếp và trao đổi nhãn, nhưng có kết hợp trao đổi nhãnvới định tuyến lớp mạng Việc trao đổi nhãn nghĩa là thay đổi giá trị nhãn trong màođầu gói khi gói di chuyển từ một nút tới nút khác

Ý tưởng này của MPLS cải thiện hoạt động của định tuyến lớp mạng và độ đápứng của lớp mạng Một mục đích hơn nữa là cung cấp độ linh hoạt lớn hơn trong việcphân phối dịch vụ định tuyến (bởi việc cho phép thêm vào các dịch vụ định tuyến mới

mà không thay đổi mô hình chuyển tiếp) MPLS không tạo ra một quyết định chuyểntiếp với mỗi dữ liệu đồ lớp 3 nhưng dùng một khái niệm là lớp tương đương chức năng(FEC) Một FEC được kết hợp với một lớp dữ liệu đồ, lớp này phụ thuộc vào một sốnhân tố như địa chỉ đích và loại lưu lượng trong dữ liệu đồ (voice, data, fax…) Dựavào FEC, một nhãn khi ấy sẽ thương lượng với các LSR lân cận nhau từ lối vào đến lối

ra của miền định tuyến Nhãn cũng được dùng để chuyển lưu lượng qua mạng

Sự nỗ lực đầu tiên của MPLS trong nhóm làm việc tập trung vào IPv4 và IPv6

Kĩ thuật nòng cốt có thể mở rộng tới đa giao thức lớp mạng như IPX và SNA Tuynhiên, có sự thú vị nhỏ trong việc mở rộng MPLS tới các giao thức lớp mạng khác đó

là IP đã phát triển rộng khắp

Tư tưởng nền tảng không giới hạn MPLS với bất cứ kĩ thuật lớp liên kết đặcbiệt nào, giống như ATM hoặc Frame Relay Cho đến nay, mọi nỗ lực đã được thihành để kết hợp MPLS và ATM nhưng trong tương lai MPLS có thể hoạt động trựctiếp với IP thông qua lớp vật lý mà không cần dùng ATM chút nào

Trang 32

Thêm vào đó, MPLS không yêu cầu một giao thức phân phối nhãn riêng biệt(chấp nhận việc dùng của các giá trị nhãn giữa các LSR cạnh nhau) Các giao thức đó

là RSVP, BGP, LDP Trong đó LDP được chú ý nhất ngay từ khi nó được thiết kế đểcho mạng MPLS, các giao thức còn lại cũng là các phương thức tốt cho việc phân bổnhãn

2.8 Đường chuyển mạch nhãn

Đường đi qua một mạng chuyển mạch nhãn được quyết định bởi một trong haicách Thứ nhất, các giao thức định tuyến truyền thống (như OSPF hay BGP) được sửdụng để phát hiện các địa chỉ IP Thông tin này, từ nút tiếp theo đến địa chỉ là tươngđương với một nhãn, một đường chuyển mạch nhãn mềm dẻo Thứ hai, LSP có thểđược thiết lập dựa trên ý tưởng của định tuyến cưỡng bức Cách này có thể dùng mộtgiao thức định tuyến để hỗ trợ việc thiết lập LSP nhưng LSP cũng bị cưỡng bức bởimột số nhân tố khác như sự cần thiết phải cung cấp một mức độ QoS tốt Thực vậy,lưu lượng nhạy cảm với thời gian thực là thử thách đầu tiên của định tuyến cưỡng bức

Trang 33

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ CHUYỂN MẠCH NHÃN

Chương này giới thiệu các khái niệm cơ bản của chuyển mạch nhãn Lớp chứcnăng tương đương đã được giới thiệu ở chương 1 sẽ được giải thích chi tiết hơn Cácthông tin cấu thành một FEC cũng như cách một router liên kết FEC với một nhãn vàmột lớp dịch vụ cũng được miêu tả

Các phương pháp chỉ định nhãn, các ví dụ về liên kết cục bộ và liên kết xa, liênkết dòng lên và liên kết dòng xuống, hoạt động liên kết điều khiển và liên kết dữ liệu,Khái niệm không gian nhãn được giới thiệu và cách các nhãn được thiết lập giữa cácrouter cạnh nhau

3.1 Lớp tương đương chức năng (FEC)

Thuật ngữ FEC được sử dụng trong hoạt động chuyển mạch nhãn FEC đượcdùng để miêu tả sự kết hợp của các gói riêng biệt với một địa chỉ đích thường là điểmnhận lưu lượng cuối cùng chẳng hạn như một tổng đài host FEC cũng có thể liên kếtmột giá trị FEC với một địa chỉ đích và một lớp lưu lượng Lớp lưu lượng được liênkết với một chỉ số cổng đích

Tại sao phải dùng FEC ? Thứ nhất, nó cho phép nhóm các gói vào các lớp Từnhóm này, giá trị FEC trong một gói có thể được dùng để thiết lập độ ưu tiên cho việc

xử lý các gói FEC cũng có thể được dùng để hỗ trợ hiệu quả hoạt động QoS Ví dụ,FEC có thể liên kết với độ ưu tiên cao, lưu lượng thoại thời gian thực, lưu lượng nhómmới ưu tiên thấp…

Sự kết hợp một FEC với một gói được thực hiện bởi việc dùng một nhãn đểđịnh danh một FEC đặc trưng Với các lớp dịch vụ khác nhau, phải dùng các FECkhác nhau và các nhãn liên kết khác nhau Đối với lưu lượng Internet, các định danh

sử dụng là các tham số ứng cử cho việc thiết lập một FEC Trong một vài hệ thống, chỉđịa chỉ đích IP được sử dụng

3.1.1 Độ đáp ứng và bản chất hoạt động

Nhà quản trị mạng điều khiển các bảng chuyển tiếp trở thành bản chất quá trìnhhoạt động của FEC Giá như địa chỉ đích được dùng cho FEC, thì bảng này được giữlại để quản lý kích thước Tuy nhiên bản chất quá trình này không cung cấp một cách

Trang 34

thức nào để hỗ trợ lớp lưu lượng và hoạt động QoS Mặt khác, sự hỗ trợ tốt mạng bởiviệc dùng các chỉ số cổng và các PID sẽ mang lại nhiều phân lớp lưu lượng hơn, nhiềuFEC hơn, nhiều nhãn hơn và một bảng chuyển tiếp rộng hơn Mạng này có thể khôngcùng tỉ lệ với cơ sở người dùng lớn

3.1.2 Thông tin dùng trong quyết định chuyển tiếp

Điểm trọng tâm của chuyển mạch nhãn là việc chuyển tiếp một gói tới đích cuốicùng của nó Và như chúng ta biết, sự hoạt động này dựa vào các trường của gói tới đểđưa ra quyết định chuyển tiếp của nó

Các trường này là:

- Địa chỉ IP nguồn hoặc đích

- Chỉ số cổng nguồn hoặc đích

- Định danh giao thức IP

- Các dịch vụ phân biệt IPv4

- Nhãn dòng IPv6

Chú ý rằng một vài trường được trình bày trong chương này không được liệt kê

ở trên Bởi vì chúng có thể được dùng bởi một router, một switch hay một bridge đểtạo ra một quyết định chuyển tiếp nhưng chúng không thường xuyên được dùng bởiFEC

IP Datagram Payload

TCP/UDP Payload

Chỉ số cổng Địa chỉ IP và PID Địa chỉ MAC

hoặc ATM/FR VCID

Hình 3.1 Thông tin được dùng trong quyết định chuyển tiếp

- Lớp 2 : a Địa chỉ một mạng LAN (địa chỉ IEEE MAC)

b Định danh kênh ảo ATM hoặc Frame Relay

Mào đầu lớp 2

Mào đầu bản tin

Đuôi lớp 2

Lưu lượng user

Mào đầu mảng

Mào đầu dữ liệu

Trang 35

- Lớp 3 : Địa chỉ IP nguồn hoặc đích (hoặc địa chỉ IPX, Appletalk,…)

- Lớp 4 : Chỉ số cổng nguồn hoặc đích

- Định danh giao thức IP (PID)

Lý do các chỉ số cổng và PID được dùng trong FEC và quá trình quyết địnhchuyển tiếp bởi các trường này là loại lưu lượng nằm trong tải trọng dữ liệu đồ IP Ví

dụ, một PID có thể được mã hoá bởi bộ phát của dữ liệu đồ gốc để biểu thị rằng tảitrọng là lưu lượng OSPF Một router có thể được lập trình để xử lý lưu lượng này nếuPID chỉ ra tải trọng là lưu lượng UDP hay TCP Nếu quả thực tải trọng chứa lưu lượngTCP hoặc UDP thì chỉ số cổng trong mào đầu TCP hoặc UDP sẽ chỉ ra loại tải trọngnào nằm trong phần còn lại của gói Ví dụ, chỉ số cổng đích được mã hoá để chỉ ra lưulượng là thoại, thư điện tử, truyền file,… Do đó, các trường này trở nên khá quan trọngtrong các mạng cần hỗ trợ các dịch vụ QoS khác nhau cho các kiểu dữ liệu khác nhau,

Thuật ngữ liên kết ám chỉ sự hoạt động tại một router chuyển mạch nhãn mà ở

đó một nhãn được liên kết với một FEC Như hình 3.2, chỉ định nhãn cục bộ là một

quá trình mà router cục bộ thiết lập mối quan hệ giữa một nhãn và một FEC Router cóthể thiết lập mối liên hệ này ngay khi nó nhận lưu lượng hoặc khi nó nhận được thôngtin điều khiển từ dòng dữ liệu lên hoặc dòng xuống của router bên cạnh Liên kết từ xa

là quá trình mà một nút bên cạnh phân cho một liên kết tới nút cục bộ Đặc biệt, điềunày được thực hiện với các bản tin điều khiển như bản tin phân phối nhãn

Trang 36

3.2.2 Liên kết dòng lên và dòng xuống

Luồng của lưu lượng

Dòng xuốngDòng lên

Hình 3.3 Liên kết dòng xuống và dòng lên

Như chỉ ra trong hình, chỉ định nhãn dòng xuống ám chỉ một phương pháp màviệc chỉ định nhãn được thực hiện bởi LSR dòng xuống Thuật ngữ dòng xuống ám chỉphương hướng mà một gói tin người dùng được gửi Khi router dòng lên gửi một góitới router dòng xuống, thì gói đã được xác định như một phần của FEC và nhãn đượcliên kết với FEC này Do đó, nhãn là nhãn đầu ra dòng lên của router và là nhãn đầuvào dòng xuống của router

3.2.3 Liên kết điều khiển và liên kết dữ liệu chuyển động

Phạm trù lớn của liên kết điều khiển chống lại dữ liệu chuyển động hoặc luồngchuyển động được phân biệt như sau Liên kết điều khiển được thiết lập trước với bảntin điều khiển hoặc dùng những lệnh thủ công tại nút Liên kết dữ liệu (hoặc điềukhiển luồng) xảy ra rất linh hoạt dựa trên sự phân tích dòng gói Những ý tưởng này

được minh hoạ trong hình 3.4.

Luồng của lưu lượng

Hình 3.4 Điều khiển với liên kết luồng

Trong hầu hết hệ thống, cả hai khái niệm được sử dụng cùng nhau Đầu tiên,một liên kết được thiết lập giữa hai nút thông qua việc dùng giao thức phân bổ nhãn đểliên kết một nhãn với một FEC Sau đó, khi các gói đến một nút LSR (thường là nútđầu vào với mạng chuyển mạch nhãn) nội dung của gói thích hợp với FEC này sẽ

Trang 37

được kiểm tra Giá trị nhãn thích hợp được đem về từ bảng và được đặt vào mào đầunhãn của gói

3.3 Không gian nhãn và sự phân nhãn

Nhãn có thể được phân giữa các LSR bởi một hoặc hai phương pháp Để giảithích điều này, thuật ngữ không gian nhãn để chỉ ra cách thức mà một nhãn được kếthợp với một LSR

Không gian nhãn giao diện

Không gian nhãn

1-5000Không gian nhãn

1-5000

Không gian nhãn nền

Không gian nhãn

1-5000

Hình 3.5 Không gian nhãn và phân nhãn.

Phương pháp đầu tiên là giao diện không gian nhãn Nhãn được kết hợp vớimột giao diện đặc trưng ở một LSR như DS3 hoặc giao diện SONET Hoạt độngchung của phương pháp này thực hiện trên mạng ATM và Frame Relay, nơi các nhãnđịnh danh kênh ảo được liên kết với một kênh ảo Điều này chỉ được dùng khi hai nútngang cấp kết nối trực tiếp thông qua một giao diện Nếu một LSR dùng một giá trịgiao diện để giữ dấu vết của các nhãn ở mỗi giao diện thì giá trị một nhãn có thể đượcdùng lại tại mỗi giao diện Khi đó định danh giao diện này trở thành một nhãn nội bộtrong LSR đối với nhãn bên ngoài được gửi đi giữa các LSR

Phương pháp thứ hai là nền không gian nhãn Ở đây, các nhãn đầu vào đượcchia xẻ dọc theo tất cả các giao diện tham gia tại một nút Điều này nghĩa là nút nàyphải chỉ định không gian nhãn dọc theo tất cả các giao diện Sự lựa chọn các phươngpháp này là đặc trưng hoạt động mặc dù phương pháp giao diện không gian nhãn làphổ thông hơn

Giao diện A

Giao diện B

Tất cả giao diện

Trang 38

3.4 Router biên và miền chuyển mạch nhãn

Hình 3.6 chỉ ra ba LSR (A, B, C) và hai host với địa chỉ 191.168.1.1 và

191.168.1.2 LSR A và C được gói là LSR biên bởi chúng nằm ở biên của mạngchuyển mạch nhãn

User

191.168.1.2

1.Gửi gói

2 Phân Router biên A

Bước 1, nút phía trên gửi một gói tới LSR A Gói này bị kiểm tra các trường

thích hợp để thiết lập một FEC Dựa trên sự kiểm tra này, LRS A đưa ra quyết địnhcách thức xử lý gói này Nếu nó phụ thuộc vào các hoạt động của nhãn, LSR sẽ thôngbáo cho host 191.168.1.2 trong bước 2 bởi việc phân một nhãn (chỉ số 21) vào luồng

Trang 39

FEC Bước 3, 4 và 5 chỉ ra các liên kết dòng lên Các liên kết này diễn ra thông qua

giao thức phân bổ nhãn

Trong hình 3.6 thì a, b, c và d là các giao diện đầu vào và ra ở mỗi trạm host

như SONET hay liên kết DS1 Trong ví dụ này, nhãn được liên kết với một giao diệnđặc trưng ở mỗi nút

Vai trò của các host và LSR

Các trạm host ở đây có thể không phải các thiết bị đầu cuối người dùng như PChay điểm làm việc Chúng là các router nội hạt hoặc các server đặt giữa mạng công ty

và các LSR biên Với cách nhìn này chúng là các thiết bị thụ động trong hoạt độngchuyển mạch nhãn mặc dù phần mềm chuyển mạch nhãn phải thể hiện tất cả các thiết

bị này Điều này bắt nguồn từ mạng ATM và Frame Relay mà ở đó các nhãn đượcphân bởi switch của nhà cung cấp mạng tới các các router hoặc switch nội hạt của thuêbao

Ý tưởng này gọi là ống chuyển mạch nhãn mà ở đó gói nội bộ không được kiểmtra bởi các LSR nội bộ trong mạng Chúng chỉ liên quan tới quá trình xử lý nhãn của

IP nguồn =191.168.1.2

IP đích = 191.168.1.1 PID = “UDP”:17 Cổng nguồn=3500 Cổng đích=8000 8000

Trang 40

mào đầu gói đầu ra Tại nút đầu ra gói được mở và địa chỉ IP đích cùng với các địnhdanh khác được sử dụng để quyết định cách gói được xử lý ở nút nhận

3.6 Sự trao đổi nhãn

Nhãn bị thay đổi giá trị khi gói truyền qua miền chuyển mạch nhãn Mỗi LSRchấp nhận một gói đi vào và thay đổi giá trị của nhãn trước khi nó gửi gói tới nút tiếptheo trong tuyến đường định tuyến Hoạt động này gọi là thay đổi nhãn

User

191.168.1.2

Switch A Nhãn 21

Nhãn 30 Switch B

Nhãn 21

Switch C

Nhãn 21 : Định danh LSP giữa người dùng 191.168.1.2 với switch A

21.a : giao diện đầu ra tại 191.168.1.221.b : giao diện đầu vào tại switch A Nhãn 30 : Định danh LSP giữa switch A với switch B