Tài liệu chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

Tài liệu chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Tài liệu chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Tài liệu chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Tài liệu chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Tài liệu chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Tài liệu chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Tài liệu chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Tài liệu chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Tài liệu chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS Tài liệu chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ Bưu CHÍNH VlỄN THÔNG

Cơ Sở TẠI TP HỒ CHÍ MINHBiên soạn: T S T R Ầ N C Ô N G H Ù N G

MỤC LỤC

LỜ I N Ó I Đ Ầ U 5

CHƯOÍNG 1: GIỚI THIỆU 13

1.1 C Á C Y Ế U T Ố D Ã N Đ Ế N V IỆ C N G H IÊ N C Ú tJ C H U Y Ể N M Ạ C H N H Ã N 14 1.1.1 Sự p h á t triển cùa Internet 14

1.1.2 Giá cả và hiệu quả 15

ỉ 1.3 Sự tích hợp IP trên ATM 16

1.1.4 M ở rộng các chức năng định tu yến 19

1.2 T Ó M T Ẳ T L ỊC H S Ừ 20

1.2.1 Bộ định tuyến chuyển mạch tế bào CSR cùa Toshiba 20

1.2.2 Chuyển mạch IP [ 4 ] 21

1.2.3 Chuyển mạch th ẻ 21

1.2.4 A R IS cùa IB M 21

1.2.5 Chuyển mạch nhăn đa giao thức M P L S 22

1.3 KẾT LUẬN : , 22

C H Ư Ơ N G 2: L Ý T H U Y Ế T cơ B Ả N C Ủ A CHUYỂN M Ạ C H N H Â N 23

2.1 TỔNG QUAN 23

2.2 KHÁI NIỆM VÀ HOẠT ĐỘNG c ơ BẢN TRONG MPLS 25

2.2 ỉ M ặt phảng d ừ liệu và m ặt p hằng đ iầ i k h iể n 25

2.2.2 M ặtph ẳ ng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong I P 26

2.2.3 M ặt phẳng dữ liệu và mặt ph ằng điều khiển trong M PLS 26

2.2.4 Những lớp chuyển tiếp tương đương F E C 27

2.2.5 Định tuyển nhất q u á n 28

2.3 T H À N H P H Ầ N Đ ỊN H T U Y Ế N 28

2.3.1 Nhãn là g ì ? 28

2.3.2 Bảng chuyển mạch nhãn 29

2.3.3 Khả năng mang nhãn trong g ó i 31

2.3.4 Thuật toán định tuyến chuyển mạch nh ã n 31

2.3.5 Thuật toán định tuyến đơ n 32

Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

2,3.6 Đa giao thức: trên và d ư ớ i 33

2.4 T H À N H P H À N Đ IỀ U K H IỂ N 34

2 4 J Kết hợp trong và kết hợp ng oài 35

2.4.2 Kết hợp ngược dòng và kết hợp xuôi d òng 35

2.4.3 Nhãn tự d o 36

2.4.4 Kết hợp nhãn luyến điều khiển và tuyển dữ liệu 36

2.4.5 Phân bố thông tin kểt hợp nhãn 41

2.4.6 Điều khiển ‘‘định tuyến tức thờ i” 45

2.5 THIẾT BỊ ở R ÌA 46

2.6 Q U A N H Ệ G IỮ A C H U Y Ê N M Ạ C H N H Ằ N V À V IỆ C Đ ỊN H T U Y Ế N , Đ Á N H Đ ỊA CH Ỉ LỚ P M Ạ N G 46

2.7 C H U Y Ể N M Ạ C H I P 47

2.7 ỉ Tổng quan về chuyển mạch IP 47

2.7.2 Các thành phần cơ bản của chuyển mạch I P 51

2.7.3 Giao thức quản lý luồng Ipsilon IFMP 53

2.7.4 Giao thức quản lý chuyển mạch chung GSM P 57

2.7.5 Thực tế 59

2.8 T Ó M T Ắ T ; 60

CHƯƠNG 3: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC M PLS 61

3.1 T Ổ N G Q U A N C H U Y Ể N M Ạ C H T H Ẻ 61

3.1.1 H ỗ trợ cho định tuyển dựa vào địa chi đ ích 61

3.1.2 Định tuyển phân cấp 66

3.1.3 M ulticast 69

3.1.4 Chuyển mạch thẻ trên A T M 72

3.1.5 Kiểm soát'lặp vòng trong định (uyển tức thời 74

3.2 C H U Y Ể N M Ạ C H N H Ã N Đ A G IA O T H Ứ C M P L S 75

3.2 ỉ Những điểm quan trọng của kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 76

3.2.2 Các thành phần cùa mạng M P L 76

3.2.3 Điều khiển LSP thứ tự và điều khiển LSP độc ỉập 78

3.2.4 Đóng gói dữ liệu 80

3.2.5 Giao thức phân phối nhãn LDP 81

3.2.6 Các kiểu phân phổi nhãn 84

3.2.7 A T M 85

3.3 TÓM TẮT 87

CHƯƠNG 4: CHÁT LƯỢNG DỊCH v ụ 88

4.1 CÁC MÔ HÌNH CHẤT LƯỢNG DỊCH v ụ 89

4.1.1 Các khái niệm và thuật toán 89

4.L2 Dịch vụ tích hợp 93

4.1.3, Dịch vụ phân biệt : 98

4.2 KÊNH THUÊ RIÊNG Ả o 108

4.2.1 Dịch vụ đảm bảo băng thông 108

4.2.2 Các đặc íỉnh của m ặíphảng điều khiển 108

4.2.3 Các đặc tỉnh của mặt phang chuyển tiếp ¡09

4.2.4 Các bước thực hiện để đảm báo chất lượng dịch vụ trong mạng lôi 110

4.2.5 Các dịch vụ hăng thông đàm hảo vởi M P LS 111

4.3 T Ó M T Ắ T 112

CHƯƠNG 5: ĐỊNH TUYẾN 114

5.1 T Ó N G Q U A N G IA O TH Ứ C Đ ỊN H T U Y Ế N 114

5.2 C Á C G IA O T H Ứ C Đ ỊN H T U Y Ế N 114

5.2.1 Giao thức thông tin định tuyến R IP 114

5.2.2 Giao thức định tuyển cổng nội IG R P 115

5.2.3 Giao thức định tuyển nội cao cấp E IG R P 115

5.2.4 Giao thức đường đi ngắn nhất đầu tiên mở OSPF 116

5.2.5 Giao thức cổng biên BG P 122

5.2.6 Cấu hình RIP, OSPF và B G P 128

5.3 K IÉ N T R Ú C Đ ỊN H T U Y Ế N IN T E R N E T ; 131

5.3.1 Định tuyến chinh s á c h 135

5.3.2 Tinh ổn định 136

5.4 Đ ỊN H T U Y Ế N R À N G B U Ộ C 139

5.4.1 Định tuyến ràng buộc là g ì? 139

5.4.2 Những yêu cầu kỹ thuật của chức năng định tuyển ràng buộc 140

“ 5.4.3 CSPK .' 141

5.5.MPLS 143

5.5.1 Giao thức RSVP mở rộn g 143

5.5.2 CR-LD P 149

5.5.3 So sánh giữa CR-LDP và R S V P 154

5.5.4 Giao thức giành trước tài nguyên hỗ trợ phân phổi nhãn RSVP-TE 155

5.5.5 ứ n g dụng chức năng định tuyển ràng buộc vào vấn đề quản lý lưu lượng 162

5.5.6 Chất lượng dịch vụ Ọ o S 170

5.6 TÓM TẮT 171

CHƯƠNG 6: MẠNG RIÊNG Ả o 173

6.1 NHƯ THẾ NÀO LÀ MẠNG RIÊNG Ả o - VPN? 173

6.2 MÔ HÌNH CHỒNG LÁP 174

6.3 M Ô H ÌN H N G A N G C Ấ P 176

6.4 P H Â N BỐ R À N G B U Ộ C T H Ô N G T IN Đ ỊN H T U Y Ế N 178

6.5 B Ả N G Đ A C H U Y Ể N T IẾ P 180

6.6 ĐỊACHỈVPN-IP 181

6.7.MPL S 182

6.7.1 Bào mật 184

6.7.2 H ỗ trợ chất lượng dịch vụ 184

6.7.3 Khả năng mở rộng 187

6 8 T Ó M T Ẳ T ' : 188

CHƯƠNG 7: XÂY DựNG MẠNG ĐƯỜNG TRỤC M PLS 189

7.1 M Ạ N G M PL S T R Ê N G Ó I 189

7.2 M Ạ N G M PL S T R Ê N A T M 190

7.3 M Ạ N G M PL S T R Ê N H Ỏ N H Ợ P G IỮ A A T M V À G Ó I 191

7.4 TÍCH HỢP MPLS VÀO MẠNG ATM 192

7.4.1 Những vấn đề cần quan tâm khi chọn thiết bị LSR A T M ở rìa 194

7.4.2 Những yêu cầu trong lựa chọn LSR ATM 194

7.5 X Â Y D Ự N G M Ạ N G M P L S 195

7.5.1 Thiết kế điểm truy cập PoP 195

7.5.2 Thiết kể PoP của một LSR A T M đơn ở r ìa 195

7.5.3 Thiết kế PoP cho các LSR ở rìa và LSR A T M 195

7.5.4 Thiết kế bộ tập trung, LSR ở rìa và một LSR A T M 196

7.5.5 Thiết kếP o P cùa một L S R 197

7.6 Đ ỊN H H ÌN H L IÊ N K Ế T Đ Ư Ờ N G T R Ụ C M P L S 197

7.6.1 Thiết kế điểm truy c ậ p 198

7.6.2 ước tính lưu lượng từ mỗi P o P 198

7.6.3 ước tính ma trận ¡ưu lượng đơn hư ớ n g 199

7.6.4 ước tỉnh ma trận lim lượng song hướng 199

7.6.5 Thiết kế cấu hình írung kế đường trục 200

7.6 ố ước tính băng thông kết n ố i 201

7.6.7 Gán dung lượng kết n ố i 202

7.6.8 Điểu chỉnh dự p h ò n g 202

7.6.9 Lựa chọn thiết bị thích hợp 202

7.7 T H IẾ T K Ế Đ ỊN H T U Y Ế N LÓ P 3 202

7.8 ĐỊNH HÌNH LVCMPLS ; 204

7.8.1 Tiền tổ địa chi đ ích 204

7.8.2 LVC và dồn v c 205

7.8.3 Thiết kể tinh toán cho LSR ở rìa [3] 206

7.8.4 Thiết kể tinh to.ản cho LSR A T M với dồn v c 207

7.8.5 Thiết kể tinh toán cho L S R A T M m à không dồn v c 207

CHƯƠNG 8: MẠNG QUANG, GMPLS VÀ M P X S 209

8.1 W D M V À M Ạ N G Q U A N G 209

8.2 C H U Y Ể N M Ạ C H L A M B D A Đ A G IA O T H Ứ C 210

8.2.1 Ảnh xạ giữa chuyển mạch nhãn đa giao thức và bước sóng q u a n g 210

8.2.2 Loi cùa các kết noi quang 212

8.2.3 Tương thích điều khiển 213

8.3 G M PLS V À D Ù N G G M PLS CH O M Ạ N G Q U A N G 213

8.3.1 Xem xét liên mạng giữa tầng 1 Lambda và tầng 2 n h ã n 214

8.3.2 Các hoạt động của GM PLS 214

CHƯƠNG 9: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG MẠNG MPLS VÀ DIFFSERV 222

9.1 C Ấ U T R Ú C N S 222

9 2 D IF F S E R V 226

9.3 C H Ư Ơ N G T R ÌN H M Ô PH Ỏ N G H O Ạ T Đ Ộ N G M Ạ N G M PL S; M N S 230

9.3.1 Giới thiệu 230

9.3.2 M NS hỗ trợ các chức năng sau cho M PLS 230

9.3.3 Minh hoạ một số hoại động cơ bản trong mạng M PLS 233

PHỤ LỤC A: ỨNG DỤ N G CỦA M P L S 239

A l C Á C Ứ N G D Ụ N G C Ủ A M P L S 239

A I.l Kỹ thuật lưu lư ợ ng 239

A.1.2 Mạng riêng ảo VP N 239

A 2 M P L S V À A T M 241

A.2.1 Tổng quan ATM 241

A.2.2 Các dạng phát triển và tich hợp của IP trên A TM 242

A.2.3 Đặc điểm thích hợp cùa A T M cho M PLS 244

A.2.4 Liên mạng giữa MPLS và ATM 248

A 3 M PL S V À F R A M E R E L A Y 252

Đặc điểm thích hợp cùa Frame Relay cho M P L S 252

PHỤ LỤC B: CẢC BÀI LAB CẤU HÌNH OSPF VÀ B G P 254

L a b l : 254

L a b 2 256

L a b 3 258

L a i 4 261

L a b s 263

PHỤ LỤC C: KÊNH THUÊ RIÊNG Ả o LỚ P 2 VÀ LỚ P 3 Ì65 Cấu hình cho mạng lõi , 265

Kênh thuê riêng ảo IP 267

Kênh thuê riêng ảọ lớp 2 267

PHỤ LỤC D: HIỆN THựC MPLS TRÊN LINUX 270

Giời thiệu 270

MPLS trên Linux 270

Ỷ tưởng cơ bản của MPLS Linux Project 270

PHỤ LỤC E: DERIVEIT - CHƯƠNG TRÌNH GIẢ LẬP CHO MẠNG GMPLS/MPLS 276

M Ụ C Đ ÍC H V À Đ Ố I T Ư Ợ N G sử D Ụ N G 276

Y Ê U C Ầ U H Ệ T H Ố N G 276

Đ Ặ C Đ IỂ M C H ÍN H 277

H O Ạ T Đ Ộ N G 277

Router chuyển mạch nhãn (LSR) 277

Con đường chuyển mạch nhãn (LSP) 278

Kiển trúc phân tầng L S P 279

Các liên kểt T E 280

KÉT LUẬN 286«

TH UẬT N G Ữ VIỂT TÁ T 287

TÀI LIỆU THAM K H ẢO 293

CIIƯƠI\G 1: GIỚI T IlIỆ r

Internet là một môi trường khá lý tường cho nhũTig phát minh về kỹ thuật mới Khi những kỹ thuật về mạng mới ra đời thì có một vài ý tưởng hấp dẫn đối với các nhà nghiên cúai và đầu tư Kỹ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol Label Switching) là một trong những kỹ thuật đó Chúng ta sẽ khảo sát sơ lược về kỹ thuật MPLS

và trà lời một số câu hỏi về kỹ thuật này, như là, MPLS là gì? nó hoạt động như thế nào? và

nó sẽ mang lại những lợi ích gì?

MPLS đirợc phát triển từ những kỹ thuật tương tự đã được ngliiên cứu giữa thập niôn

90 của thế kỷ 20 Trong đó, kỹ thuật được biết đến nhiều nhất là chuyền mạch IP (IP Switching) do các kỹ sư của công ty Ipsilon nghiên cím, nhưng trước đó Toshiba đã mô tá một cách thức tương ụr từ nghiên cứu bộ định tuyến chuyển mạch tế bào CSR (Cell Switching Router) của họ và nhiều nghiên círu khác đã được công bố, đáng chú ý là chuyến mạch thè (Tag Switching) cùa Cisco và chuyển mạch IP dựa trên định tuyến tổng họp ARIS (Aggregate Route-based IP Switching) của IBM Tất cả các nghiên cứu trên có vài đặc điếm chung là họ đều sử dụng kỹ thuật trao đổi nhãn để định hướng dừ liệu, dùng nhĩmg mẫu điều khiến của bộ giao thức Internet Nghĩa là, họ sử dụng địa chi IP và các giao thức chuan định hướng dữ liệu dùng trong Internet như OSPF và BGP Tuy nhiên, những nghiôn cứii đó khác nhau chủ yéu ở mục đích của nó cũng như chi tiết xây dựng tạo thành

Với các hoạt động như vậy, IETF (Internet Engineering Task Force) đã thành lập một nhóm nghiên cứu để chuẩn hóa những kết quả chung dựa trên những ý tirởng trên Vì không muốn trùng tên với các sản phẩm của các công ty, IETF đã đặt tên cho nhóm là MPLS (Multiprotocol Label Switching) Kỹ thuật MPLS dần đang trở thành một chuẩn công nghiệp.Chúng ta sẽ nghiên cửu tổng quan và phân tích về kỹ thuật MPLS cũng như những vấn đề liên quan Để dễ dàng hơn trong quá trình tim hiổu, chúng ta sẽ làm rõ vài thuật ngữ được sử dụng thường xuyên:

• Chuyển tiếp (forwarding): là hoạt động chuyển (switch) và định tuyến (route) một gói (packet): nhận gói ở một ngõ vào, xác định nó cần đi đến đâu bằng cách xem xét trưòíng thông tin trong nó và gửi nó ra đúng ngõ ra thích hợp

• Nhãn (label): đcm giản là một khung nhận dạng ngắn, có chiều dài cố định được dùng

để định tuyến các gói Giá tìị của nhãn thường được gắn với 1 liên kết đơn (single link).Nhãn không có cấu trúc, nghĩa là nó không bao gồm những thành phần phân biệt Một thiết bị chuyển mạch nhãn sẽ thay nhãn trong một gói bằng một giá trị mới trước khi chuyển tiếp nó tới điểm tiếp theo, do đó chúng ta gọi thuật toán định tuyến là thuật toán trao đổi nhãn Ngoài ra chúng ta còn định nghĩa một thiết bị chuyển mạch nhãn là Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router), dùng những giao thức điều khiển IP chuẩn (ví dụ giao thức định tuyến RSVP) để xác định phải chuyển tiếp gỏi đi đâu

Chúng ta cÈng sẽ khảo sát những kỹ thuật có trước MPLS, các kỹ thuật này đều là kỹ thuật chuyển mạch nhãn, nhưng mỗi cái có cách thực hiện riêng Những tên khác được các nhà nghiên cứu đặt cho LSR là Bộ định tuyến chuyển mạch tế bào CSR (Cell Switching Router), chuyển mạch IP (IP Switching), Bộ định tuyến chuyển mạch thẻ TSR (Tag Switching Router) hay chuyển mạch thè (Tag Switch) và Bộ định tuyến chuyển mạch tích hợp ISR (Integrated Switch Router) Ngoài ra còn có nhiều nghiên cứu khác mà chúng ta khệng đề cập ở đây vì nó không khác bốn nghiên cứu trên lắm Chúng ta cũng không xét đến các bộ định tuyến dựa trên chuyến mạch (Switch-based Routers), có hoạt động giống một router bình thường nhưng được làm bên trong một Switch hỗn hợp Những thiết bị đó là những thiết bị hữu dụng nhưng dùng để giải quyết các vấn đề khác chứ không phải là LSR,Trước khi xem xét chi tiết các nghiên cứu trên, chúng ta cần nên biết qua một số yếu

tố sau:

1.1 CÁ C YẾU T Ó DẪN ĐẾN V IỆ C N G H IÊN c ứ u CH U Y ÊN M Ạ CH NHÃN

Có nhiều yếu tố dẫn đến sự phát triển của chuyển mạch nhãn Trước kia người ta chi quan tâm đến một yếu tố, đó là yêu cầu có những bộ định tuyến IP giá rẻ, nhưng tốc độ nhanh Nó có thể đúng cho một hoặc hai nghiên cứu trước MPLS, chúng ta sẽ đề cập ở phần sau, nói chung chũyển mạch nhãn được thúc đẩy phát triển bời nhiều yếu tố khác hơn là yêu cầu về tốc độ Trong phần sau, ta sẽ đề cập đến tầm quan trọng của tìmg yếu tố trong 6ự phát triên của chuyển mạch nhãn Tuy nhiên, sự kết hợp của tất cả các yếu tố đó lại sẽ cho ta thấy tại sao MPLS dường như chắc chắn là một phần của công nghệ về mạng trong hiện tại và tương lai

1.1.1 S ự p h á t triể n của In te rn e t

Internet rõ ràng đang phát triển không ngừng, và chính sự phát triển này đã cho thấy các điểm yếu của các kỹ thuật cũ Sự gia tăng cà về số lượng người dùng đã làm tăng yêu cầu về băng thông được cung cấp từ các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) Đe thỏa mãn yêu càu về băng thông, các ISP cần có những sản phẩm chuyển mạch và định tuyến có hiệu quả cao Chúng ta sẽ thảo luận về ảnh hưởng và hiệu quả trong phần kế tiếp

Khi phát triển nhanh, các mạng phải đổi mặt với sự gia tăng số lượng nút mạng, số lượng router trong các bảng định tuyến, số lượng các luồng đi qua một nút m ạng, Nhìn chung, các nhà cung cấp mạng cần quan tâm đến vấn đề khả năng phát triển, nghĩa là, khả năng phát triển ở mọi hướng Chuyển mạch nhãn được thúc đẩy một phần cũng do nhu cầu của vấn đề phát triển

N hưng có lẽ yếu tố quan trọng nhất là nhu cầu đa dạng chức năng định tuyến của Internet và của mạng IP (IP Network) nói chung Sự phát triển của Internet liên tục đặt ra những yêu cầu mới cho các giao thức định tuyến Trước kia, các chức năng định tuyến khó

có thể đa dạng, một phàn lý do là sự giống nhau giữa vấn đề định tuyến và chuyển tiếp trong mạng IP Ví dụ, xem xét quá trinh xử lý ưong việc sừ dụng định tuyến liên miền không phân lớp CIDR (Classless Interdomain Routing) Sự ảnh hường của CIDR là để nói về tiền tố mạng IP, trước kia là 8, 16 hay 24 bit, giờ có thể lấy tùy ý Sự m ờ rộng này cho phép mở rộng địa chi và thông tin định tuyến Tuy nhiên, thực hiện thay đổi này cũng yêu cầu thay đổi giải thuật định tuyến của tất cả các bộ định tuyến IP, bởi vi tiền tố có thể lấy bát cứ giá

trị nào Những giải thuật này đã được thực hiện ở cả phần cứng lẫn phần mềm, do đó việc thay đổi nó không phải là chuyện đơn giàn.

Một trong những điểm thú vị của chuyển mạch nhãn là giải tìiuật định tuyến thi cố định và những cách điều khiển mới có thể sử dụng mà không cần phải thay đổi nó, và chúng

ta sẽ thấy trong các phần tiếp là các cách điều khiển khác nhau có thể được sử dụng để điều khiển quá trình chuyển mạch nhãn và chúng hàu như sử dụng chung giải thuật định tuyến

Do đó, có thể đưa toàn bộ việc thực hiện giải thuật định tuyến bằng phần cứng hay bằng một phần mềm có tốc độ cao m à không quan tâm đến việc phải tối ưu lại nó mỗi khi triển khai một chức năng định'tuyến mới Nó hứa hẹn hấp dẫn trong việc phát triển và triển khai những chức năng mới trong mạng IP Và đây có thể chính là lợi ích lớn lứiất của chuyển mạch nhãn và kết quả là chuyển mạch nhãn dường như thực hiện nền móng cho thế hệ tiếp theo của kiến trúc định tuyến

1.1.2 G iá cả và hiệu q u ả

Trong bất kì mạng nào mà dựa trên bộ giao thức của Internet, thì một trong các thành phần quan trọng là bộ định tuyến (router) Nhiệm vụ cơ bản nbất của một router là định tuyến các gói IP (hoặc datagram) qua mạng Ngoài ra, router còn thực hiện các chức năng khác như là lọc ra một luồng của các gói từ những phần khác Iihau của mạng Thật sự, tính chất quan trọng nhất của một router cho nhiều ứng dụng không phải là tốc độ mà là sự đa dạng về chức năng mà nó cung cấp

Một bộ phận quan trọng khác ttong mạng đó là chuyển mạch (switch) Trong khi router là thiết bị lóp 3 (nó định tuyến các gói IP) thì switch là thiết bị lớp 2 (nó định tuyến các gói của giao thức lớp 2) So sánh với router thì switch đơn giản hơn, nó chì cung cấp một số lượng rất giới hạn các giao thức và các kiểu giao tiếp, còn router thường cung cấp một lượng lớn các giao thức, nhiều kiểu giao tiếp và tốc độ Giải thuật định tuyến của switch thì đơn giản và ít thay đổi, nhiều kiểu chuyển mạch (switch) như chuyển mạch ATM (ATM switch) hay chuyển mạch Frame Relay (Frame Relay switch) sử dụng giải thuật định tuyến dựa trên việc trao đổi nhãn

Với sự khác nhau như vậy giữa switch và router, thì đương nhiên có sự khác nhau về giá cả / hiệu quả giữa chúng Nhumg trước hết chúng ta phải xem hiệu quả là gì trong trường hợp này, việc này khá phức tạp vì bị ảnh hưởng bời nhiều yếu tổ, tuy nhiên thông thưÒTig nó được tính là số lượng gói m à thiết bị có thể định tuyến trong 1 giây giữa ngõ vào và ngõ ra trên tổng dung lượng băng thông cùa nó

Khi chúng ta xem xét giá cả / hiệu quả của switch và router, ta thấy switch thường trội hơn Nghĩa là, với một mức hiệu quả định trước, giá của m ột router thường cao hơn giá của một switch tương đương, ngược lại, với một chi phí cho trước, một switch thường cho hiệu quả cao hom một router vì ta thấy router phải định tuyến gói và thực hiện các dịch vụ khác trong khi đó switch chi định tuyến gói vấn đề m à chúng ta bàn đến ở đây nhằm mục đích chi ra là switch thường có hiệu quả cao hơn router

Switch dẫn ra một sổ yếu tố thúc đẩy đưa ra chuyển mạch nhãn Chúng ta có thể xây dựng một thiết bị mà có thể thực hiện hầu hết các công việc của một router mà sừ dụng phần cứng giống một switch Khi quy mô Internet được m ở rộng và IP là giao thức duy nhất được

sử dụng thi việc định tuyến IP ở mức giá cả / hiệu quả của một switch quả là hấp dẫn

16 Chuyền mạch nhãn đa giao thức MPLS

1.1.3 Sự tích h ọp IP trên ATM

Chúng ta biết rằng kiến trúc của ATM rất khác với kiến trúc của IP, trong khi IP phân phối các datagram và sừ dụng kiểu không kết nối thi ATM dựa trên kiểu hưÓTig kết nối hay kết nổi ảo ATM và IP cũng hoàn toàn khác nhau trong cách đánh địa chỉ các host Những

sự khác nhau này đã đưa ra nhiều thách thức lớn, chuyển mạch nhãn ra đời cũng nhằm đáp ứng các thách thức này

Với những UXI điếm của ATM và sự phát triền ngày càng lớn của Internet đà đưa ra vấn đề làm sao đưa kiến trúc IP vào mạng ATM Sự khác nhau về hiệu quà giữa các chuyển mạch ATM và các router hiện tại đã làm cho vấn đề thêm phức tạp Phần lớn mạng hôm nay được xây dựng theo kiểu là các router tốc độ chậm bao xung quanh các chuyển mạch ATM (ATM switch) như hình 1.1

H ình L l : Mô hình IP tích hợp trên A T M [1].

Kiểu của mạng này thường gọi là kiểu xếp chồng, ý tưởng là mạng IP nằm bên trên mạng ATM Mạng ATM cung cấp kết nối tốc độ cao và mạng IP gồm các router được kết nối với nhau bời các kết nối ảo của ATM

Vấn đề ánh xạ IP vào ATM được nghiên cứu bởi nhiều nhóm ngoài hai tổ chức chính

là ATM Forum và IETF như là:

• Nhóm IP ATM (The IP over ATM) nghiên cứu việc gói các IP datagram vào lớp PDU của ATM và một giao thức phân giải địa chỉ ATMARP để ánh xạ địa chỉ IP vào địa chi ATM.

• Nhóm IPLPDN (IP over Large Public Data Networks) và sau đó là nhóm ROLC (Routing over Large Clouds) đưa ra NHRP (Next Hop Revolution Protocol) cho phép các host và router có the tạo một kết nối ảo trực tiếp thông qua mạng ATM

• Nhóm LANE (The LAN Emulation) đưa ra nhừng thủ tục để làm cho mạng ATM hoạt động giống mạng LAN đa ừTiy cập

• Nhóm MPOA (Multiprotocol over ATM) đã kết hợp và phát triển các kết quả các nhóm khác để đưa ra sự hỗ trợ nhiều giao thức (protocol) lớp mạng (trong đỏ có IP).Hầu hết các nhóm trên đều đưa ra vài kiểu server (ATMAPR, MARS, NHRP,

BU S, ) để thực hiện việc ánh xạ này cũng như những giao thức cần thiết để giao tiếp với các server này vấn đề tiếp theo là phải có thêm các server khác cùng với các giao thức đồng bộ để giữ chúng hoạt động đồng bộ với nhau

Tại sao vấn đề lại phức tạp như vậy, là do các giao thức Internet và các giao thức ATM được phát triển độc lập với nhau và hoạt động trên các điểm khác nhau Và có nhiều người tự hỏi nếu một chuyển mạch ATM (ATM switch) có thề sử dụng các giao thức khác ngoài nhừng giao thức do ATM Forum và ITU như là các giao thức phù hợp với kiến trúc IP hơn thì sè giảm nhiều sự phức tạp của việc ánh xạ Nhiều kỹ thuật chuyển mạch nhàn thực

sự tạo ra những giao thức như vậy, nó có thể điều khiển một chuyển mạch ATM (ATM switch) hoạt động như là định tuyến các gói IP một cách tự nhiên m à không cần nhờ đến các server ánh xạ giừa IP và ATM

Thay vì có hai kiến trúc giao thức khác nhau với sự khác nhau về cách đánh địa chi, các giao thức định tuyến, các kế hoạch định tài nguyên, thi chuyển mạch nhân cho phép nhừng giao thức điều khiển IP chạy trực tiếp trên phần cứng của ATM Nhừng chuyển mạch ATM (ATM switch) thì vẫn định tuyến các gói nhờ kỹ thuật trao đổi nhãn, nhưng cách thức

mà nó tạo bảng định tuyến và tính toán tài nguyên đều được điều khiển bởi các giao thức điều khiên của IP Với cách thức điều khiển như vậy, chuyển mạch ATM (ATM switch) ừở thành các router của IP do đó loại bỏ yêu cầu phải ánh xạ giữa IP và ATM

kênh ảo, là 55 trong hình

Đẻ có thể hiểu rõ vấn đề ở đây, chúng ta cần biết qua cách hoạt động cùa các giao thức định tuyến Mỗi router thường được cấu hình có một chỉ số gắn cho mỗi router kỉiác kết nối tạrc tiếp với nó, chỉ số này cho phép router luôn biết những router cỏ kểt nối đến nó

18 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

và biết cả kết nổi nào không thể hoạt động, nó còn được dùng để trao đổi thông tin định tuyển giữa các router

H ình 1.2: Các kênh ảo giữa các router trong mạng IP/A TM []].

Nhiều nghiên cửu đã thực hiện để làm giảm nhẹ vấn đề phát triển Trong đó có cách

là không làm kết nối hoàn toàn giữa các router, nghĩa là có vài kết nối giữa hai router phải qua một router trung gian khi mà hiệu quà của router trung gian này chấp nhận được Cách khác, Next Hop Resolution Protocol (NHRP) cho phép router thiết lập những kênh ào đến những trạm mà nó cần gửi dữ liệu mà không cần phải thiết lập các chi số định tuyến qua kênh ảo Tuy nhiên, nó có những vấn đề riêng như là nó cần phải có các NHRP server và phải có khả năng không cho xảy ra việc định tuyến lặp vòng NHRP chi phù hợp cho các lưu lượng unicast, nó không hỗ trợ cho multicast

Những nghiên cứu khác giải quyết vấn đề này bằng chuyển mạch nhãn Đầu tiên, nhắc lại là một LSR sử dụng các giao thức điều khiển của IP, bao gồm cả các giao thức định tuyến chạy trên phần cứng của ATM Do đó, với cấu trúc mạng như hình 1.2, chúng ta có thể giảm đáng kể số lượng chi số của các router sử dụng giao thức của IP trên nền ATM, có thể thấy điều này trên hình 1.3

Vì chuyển mạch ATM có thể chạy các giao thức định tuyến của IP, nên các ứạm trung gian thay vì là các router thì nay là các LSR, do đó số lượng các chỉ số mà các router phải có giảm đáng kể và sẽ không tăng theo kích thước của mạng Chú ý rằng ở hình 1.2 các

Chương 1: Giới thiệu 19

router có 10 chi số thì nay chỉ có 1 (nối với LSR), và LSR có không quá 5 chỉ số, 3 nối với 3 router, 2 nối với LSR khác Ta thấy nó luôn giừ chỉ số đỏ khi mạng được mở rộng, và vấn

mà các kỹ thuật định tuyến IP hiện tại không cho phép Đây cũng là một yếu tố thúc đẩy sự

ra đời cùa chuyển mạch nhãn, ờ phần này chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về sự phát triển của việc định tuyến đã nói trong phần trước

Hiện nay, việc định tuyến trong mạng IP là dựa vào địa chỉ đích, nghĩa là quyết định phải gửi gói đi đâu là dựa vào địa chỉ đích, về nguyên tắc, các tnrofng khác trong tiêu đề IP (IP header) (địa chỉ nguồn, kiểu của dịch vụ) đều có thể được sừ dụng trong việc quyết định cho gói tin nhưng hầu hết các nghiên cứu thiết kế cho router đều chỉ sừ dụng địa chỉ đích Trong khi đó các kỹ thuật mạng mà có sừ dụng kỹ thuật trao đổi nhãn như là Frame Relay hay ATM có thể cung cấp những chức năng khác nhau

Đe có thể hiểu chuyển mạch nhãn hỗ trợ những kỹ thuật mới như thế nào, ta xét mạng

có cấu trúc trong hình 1.4

20 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

D, còn những gói khác đến router F thì đi qua router E”, rõ ràng cơ chế định tuyến chỉ dựa vào địa chi đích không thể thực hiện được điều này

Nhưng sẽ dễ dàng thực hiện điều này tại router B nếu B định tuyến gói bằng kỹ thuật chuyển mạch nhãn Nguyên nhân chính là A và c sử dụng các nhãn khác nhau, giả sử A sử dụng nhãn có giá trị là 5 cho các gói có đích là F còn c sử dụng nhãn 12 Do đó, tại B khi các gói đến nó sẽ định tuyến gói có nhãn 5 đến D và gói có nhãn 12 đến E

Mặc dù ví dụ nhỏ này không đi sâu vào chi tiết nhvmg nó cho ta thấy chuyển mạch nhãn

hỗ trợ nhiều chức năng định tuyến mới mà kiểu định tuyển truyền thống không thể hỗ trợ

1.2 T Ó M TẮ T L ỊC H s ử

Bây giờ chúng ta đã biết những lý do tại sao các nhà nghiên cứu lại quan tâm đến kỹ thuật chuyển mạch nhãn, và chúng ta cũng nên có một cái nhìn tổng quan về các sự kiện đã dẫn đến tình hình hiện nay

1.2.1 Bộ định tuyến chuyển m ạch tế bào C SR của Toshiba

Bộ định tuyến chuyển mạch tế bào (Cell Switching Router) của Toshiba là nghiên cứu đầu tiên về chuyển mạch nhãn được công bố Kiến trúc của CSR đã giới thiệu ý tưởng là một phần cứng ATM hỗn hợp có thể được điều khiển bỏd IP (như là các giao thức định tuyến IP hay Rsyp) hơn là các giao thức báo hiệu của ATM (như Q.2931) Theo nghiên cứu này thi có thể bỏ các báo hiệu ATM và cả chức năng ánh xạ giữa IP và ATM

Ý tưởng CSR đầu tiên được trình bày trước IETF vào cuối năm 1994 và đầu 1995, vào thời điểm này cũng có nhiều nhóm nghiên cứu khác đang tập trung vào phát triển ý tường tương tự

Chương 1: Giới thiệu 21

1.2.2 C huyển m ạch IP [4]

Với nhiều nguyên do, bao gồm tối ưu về thời gian, sàn phẩm có chất lượng, cách thức tiếp thị hiệu quả, chuyển mạch IP (IP Switching) được định nghĩa ban đầu bởi công ty Ipsilon đã ảnh hưởng lớn lên thị trường và giới kỹ thuật hcm là nghiên cứu CSR Ipsilon công bố nghiên cứu của họ vào đầu năm 1996 v ề mặt kỹ thuật thl hai nghiên cứu có nhiều điếm tương đồng, tuy nhica những ưu điểm của'chuyển mạch IP hơn các nghiên cứu trước

đó có thể dễ dàng thấy được như sau:

• Chuyển mạch IP cho phép 1 thiết bị với hiệu quả của một chuyển mạch ATM mà có thể thực hiện công việc của một router

• Những router tốc độ cao (không phải là chuyển mạch ATM) có thể thực hiện bởi vì IP

và các giao thức của Internet đang là những giao thức chủ yếu hiện nay mà các router hiện tại thì quá chậm

• Báo hiệu ATM và việc ánh xạ IP vào ATM đã trở nên quá phức tạp, cho mục đích định tuyến IP chúng ta cũng không cần các giao thức điều khiển ATM

Những tài liệu cùa Ipsilon được công bố trong một số các tài liệu Internet là RFC Mặc

dù không phải tất cả RFC đều là tiêu chuẩn, các tài liệu của Ipsilon được coi là nghiên cứu

“mở” vì vài giao thức được công bố đã được thực hiện Một đóng góp có giá ứỊ nữa là việc làm rõ một giao thức điều khiển chuyển mạch đon giản GSMP cho phép biến bất cứ một chuyển mạch ATM nào thành một chuyền mạch IP với những chức năng mới được bổ sung

Để rõ ràng, chúng ta sẽ sừ dụng thuật ngữ chuyển mạch IP là nói về nghiên cứu của Ipsilon, mặc dù nó ứiường được sừ dụng ở chỗ khác để đề cập đến việc mờ rộng vấn đề của các nghiên cứu khác Thuật ngữ tổng quát được sừ dụng khi cần thiết thì chúng ta sử dụng

thuật ngữ chuyển m ạch nhãn.

1.2.3 C huyển m ạch thẻ

Vài tháng sau khi Ipsilon công bố nghiên cứu của họ, Cisco Systems công bố một nghiên cứu khác về chuyển mạch nhãn mà họ đặt tên là chuyển mạch thè (Tag Switching) Như chúng ta sẽ thấy ở phần sau, chuyển mạch thè là một kỹ thuật xuất sắc xuất phát từ các nghiên cứu chuyển mạch IP và CSR Ví dụ là nó không dựa trên dòng lưu lượng dừ liệu để thiết lập bảng định tuyến trong chuyển mạch và nó còn được làm để phù hợp với nhiều kỹ thuật lórp liên kết (link layer) khác nừa ngoài ATM

Giống Ipsilon, Cisco dùng 1 RFC để mô tả nghiên cứu của họ, nhưng không giống Ipsilon, Cisco công bố phát minh của họ để thuyết phục sự tiêu chuẩn hóa của chuyển mạch thẻ qua IETF Và sau đó, một lượng lớn các bài viết về Internet được công bố, mô tả những

kì vọng cùa chuyển mạch thẻ, bao gồm hoạt động trên ATM, ppp, liên kết 802.3, hỗ trợ cho định tuyến multicast, cho dự trữ tài nguyên sử dụng RSVP, Sự tiêu chuấn hóa những cô gắng làm việc cùa Cisco đưa ra đã trờ thành chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (M ultiprotocol Label Switching) và MPLS hiện nay được sừ dụng rộng rãi như là một thuật ngữ cùa chuyển mạch nhãn

1.2.4 A R IS của IBM

Chi sau công bố của Cisco và việc cố gắng tiêu chuẩn hoá của IETF một thời gian ngắn, một lượng bài viết Intenet đã được phát hành bởi các tác già từ IBM, mô tả một

nghiên cứu khác về chuyển mạch nhãn gọi là chuyển mạch IP dựa trên bộ định tuyến tổng họp (Aggregate Router-based IP Switching) hay ARIS ARIS thì giống với chuyển mạch thẻ hơn là các nghiên cứu khác ở chỗ dùng lưu lượng điều khiến để thiết lập bảng định tuyến chứ không phải dùng lưu lượng dừ liệu, nhưng ARIS khác với chuyển mạch thẻ ở vài điểm đáng kể Nhiều ý tưởng của ARIS đã có trong việc tiêu chuẩn hóa MPLS.

1.2.5 Chuyển m ạch nhãn đa giao thức M PLS

Khi Cisco công bố về chuyển mạch thẻ, họ cũng mong muốn được tiêu chuẩn hóa kỹ thuật này Sau một loạt báo cáo đầu tiên của chuyển mạch thẻ trên báo cáo Intenet, một hội nghị BOF (Birds o f a Feather), là hội nghị cần thiết trước khi tổ chức một nhóm nghiên cứu,

và xác định vấn đề nào cần tiêu chuẩn hoá) được tổ chức vào tháng 12 năm 1996, với sự trình bày của Cisco, IBM, và Toshiba (lúc này công bổ những báo cáo mới về CSR)

Với mức độ quan tâm trong BOF và với thực tế là có quá nhiều công ty đưa ra nhiều giải pháp tương tự chi cho 1 vấn đề, thì việc tiêu chuẩn hóa phải ra đời là chuyện phải làm

Do đó việc thành lập nhóm nghiên cứu cho việc tiêu chuẩn hóa được IETF chấp nhận vào đầu năm 1997 Và cuộc gặp đầu tiên của nhóm diễn ra vào tháng 4 năm 1997

Như đã nói trên, tên chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS (Multiprotocol Label Switching) được chấp nhận chủ yếu bởi tên chuyển mạch IP và chuyển mạch thè đã được đặt cho sản phẩm của các công ty Mặc dù dùng tên là đa giao thức (Multiprotocol) nhưng chủ yếu chi tập trung vào các giao thức‘của IP horn là các giao thức của lớp mạng khác

1.3 K É T LUẬN

Chúng ta đã khảo sát một cách sơ lược sự ra đời cùa kỹ thuật chuyển mạch nhãn.-Và

để hiểu rõ hơn về kỹ thuật này chúng ta sẽ xem xét các nghiên cứu tiêu biểu cho kỹ thuật này, đó là chuyển mạch IP, chuyển mạch thẻ, sau cùng là MPLS

CHIỈƠIVG 2: LÝ THUYẾT cơ BẢl^ CỦA

là một giải pháp tối ưu cho dịch vụ VPN và các ứng dụng đòi hỏi về chất lượng dịch vụ và

kỹ thuật lưu lượng

Hầu hết các mạng diện rộng ở Việt Nam đều được tổ chức với kết nối sử dụng dịch

vụ thuê kênh riêng, X25 hoặc Frame Relay thông qua các nhà cung cấp dịch vụ viễn ứiông Hầu hết chúng đều hoạt động dựa trên định tuyến IP truyền thống với không ít nhược điểm, đáp ứng chậm khi có yêu cầu xử lý luồng lưu lượng lớn trên mạng, làm cho việc xử lý tại các router bị quá tải Hậu quả là mất lưu lượng, mất kết nối và làm giảm đặc tính mạng Ngoài ra, mỗi nút trong mạng đều phải thực hiện hai chức năng là định tuyến và chuyển tiếp Quá trình chuyển tiếp chi dựa trên địa chỉ đích của gói mà không dựa trên các tham số chất lưgrng dịch vụ

MPLS được xem là giải pháp cho các vấn đề nầy Điểm nổi bật cùa công nghệ MPLS

là khả năng chuyển tiếp lưu lượng nhanh, đom giản, điều khiển phân luồng, định tuyến linh hoạt và tận dụng tài nguyên mạng Nó kểt hợp những đặc điểm tốt nhất của chuyển mạch kênh ttong ATM và chuyển mạch gói trong IP, có khả năng chuyển tiếp gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến như bình thưòfng ở mạng biên Khi các gói đi vào miền MPLS, thường là mạng trục của nhà cung cấp dịch vụ, chúng được chuyển mạch đơn giản bằng chuyển mạch nhãn Các nhãn còn giúp xác định chất lượng dịch vụ mà cáG-góLnhận được Khi chúng ra khỏi mạng thì các nhãn sẽ được cắt bỏ ờ các router biên mạng và ă ^ c định tuyến như thông thường

MPLS có một số iru điểm hcm định tuyến IP như chuyển các gói qua mạng nhánh hơn router IP Trong IP, việc định tụyến chì dựa vào tiêu đề của gói còn MPLS có thể phân biệt các giao diện khác nhau, các thông tin khác nhau để xác định chính sách xử lý thích hợp, đôi khi gói có thể được định tuyến theo một đường biết trước khi gói đi vào mạng

Ta xét qua hoạt động của các router hỗ trợ MPLS, gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router): ở chặng đầu tiên trong mạng MPLS, router chuyển tiếp gói dựa vào địa chi đích (hoặc bất cứ thông tin nào ờ phần tiêu đề theo chính sách cục bộ); sau đó nó xác định một nhãn thích hợp - giá trị này được xác định cho một lớp chuyển tiếp tương đương FEC - gán nhãn cho gói và chuyển nó tới nút tiếp theo, ở chặng tiếp theo, router dùng giá trị của nhãn như một chỉ mục cùa một bảng để xác định nhãn mới LSR gán

24 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

nhãn mới rồi chuyển gói đến nút tiếp theo Tuyến đưcmg mà một gói gán nhãn đi qua được gọi là đưòng chuyin mạch nhãn LSP (Label Switched Path) Do MPLS sử dụng nhãn để quyết định chặng tiếp theo nên router ít phải làm việc hơn và hoạt động gần giống với switch Vì các nhãn thể hiện các tuyến đường đi trong mạng nên các nhà quản trị mạng có thể điều khiển chính xác hơn các quá ttình xử lý lưu lượng ttong mạng bằng cách dùng các chính sách nhãn

Có hai cách chính để gán và phân phối nhãn là mô hình lái dữ liệu và mô hình lái điều khiển Mô hình lái dữ liệu như chuyển mạch IP (Ipsilon) hay bộ định tuyến chuyển mạch tế bào (Toshiba) Mô hình lái điều khiển như chuyển mạch thẻ (Cisco), IP Navigator (AscencyLucent) và ARIS MPLS (B M ), MPLS

Khác với quá trình định tuyến và chuyển mạch thông thưÒTig của mạng IP là dựa trên tiêu đề của gói tin IP, trong mạng MPLS, quá trình chuyển mạch dựa trên một nhãn gắn thêm vào gói tin Còn quá trình định tuyến thì không khác biệt nhiều lắm, tức vẫn dựa vào địa chỉ IP và các giao thức định tuyến để định tuyến Tuy nhiên router còn phải nắm giữ sự thay đổi về hhãn của các gói tin khi đi các gói này được chuyển tiếp qua router Như vậy, khác với router thông thưòĩig, các router trong mạng MPLS phải hiểu được các giao thức phân phối nhãn (Tuy nhiên, với định tuyến ràng buộc, ta có thể chỉ định một con đường độc lập với các giao thức định tuyến)

Để minh hoạ hoạt động của MPLS, ta hãy xét đường đi của một gói tin theo từng bước ưong mạng sau

B ảng 2.1: Địa chi IP các thiết bị

Trước hết, các giao thức định tuyến như OSPF, IS-IS hoạt động để xây dựng những router kế cận trong bảng định tuyến của một router (Router kế cận là router kế tiếp mà gói tin cần được truyền đến để đến được một đích nào đó)

Ta có thể dùng lệnh:

PEl#show ip route

Kế đến, giao thức phân phối nhãn sẽ hoạt động để gán nhãn và ta sẽ có một sự tương ứng giữa một nhãn và một router kế cận cùng với cổng ngõ ra tương ứng Trong mạng MPLS, bộ định tuyến ngoài rìa có 2 ngõ là ingress (ngõ vào) và egress (ngõ ra) Bộ định tuyến ngõ v Ị ^ s ẽ nhận vào một gói IP và thực hiện so sánh trong bảng định tuyến, sau đó gán những dịch vụ tương ứng lên gói tin đó, và cuối cùng gán nhãn thích hợp dựa trên những dịch vụ đó Những nhãn khác nhau sẽ biểu thị những mức dịch vụ khác nhau trong mạng Và khi gói tin đã có nhãn, nó được chuyển đến thiết bị kế tiếp và router kế tiếp sẽ xem trong bảng chuyển tiếp để xác định cổng ra và nhãn cần dùng cho gói tin

Như vậy ở đây, ta thực hiện chuyển các gói tin trong mạng chỉ dựa vào nhãn gói tin thay vì địa chỉ Và qua đây ta cũng thấy được một sổ ưu điểm tuyệt vòd của chuyển mạch nhãn Đầu tiên là tốc độ rất nhanh và độ trễ cũng như độ trễ rung pha (jitter) là rất thấp Do nhãn dùng để tham chiếu (index) trực tiếp đến bảng chuyển tiếp cùa router nên chỉ yêu cầu truy cập bảng này một lần, trong khi định tuyến truyền thống phải yêu cầu truy cập bảng định tuyến hàng ngàn lần để tìm ra địa chỉ IP phù họfp nhất Do đó chuyển mạch nhãn giảm được độ trễ và thời gian chờ đáp ứng tại mỗi nút kéo theo làm giảm độ biến động trễ rang pha cộng dồn khi gói tin đi qua nhiều nút, điều này rất có ý nghĩa đối với các ứng dụng thòi gian thực Tuy nhiên, lí do để sử dụng chuyển mạch nhãn không chỉ dừng ở đây mà còn do tính đơn giản và dễ mở rộng của nó Chuyển mạch nhãn cho phép ghép nhiều địa chi IP vói một hoặc một số nhãn mà thôi nên làm giảm kích thước của bảng địa chỉ, cho phép router hỗ ượ nhiều ngưòi dùng hon Và đối với các cơ sở hạ tầng mạng vốn có sẵn chức năng chuyển mạch, chuyển tiếp trong phần cứng như các router hay các chuyển mạch ATM, Frame Relay, ta chỉ cần phủ lên tìiêm phần mềm tương ứng để điều khiển việc chuyển mạch nhãn mà ửiôi

2.2 KHÁI NIỆM VÀ HOẠT ĐỘNG c ơ BẢN TRONG MPLS

2.2.1 M ặt phẳng d ữ liệu và m ặ t phẳng điều khiển

M ột mặt phẳng điều khiển (control plane) là một tập họp phần mềm và/hoặc phần cứng trong một thiết bị, chẳng hạn một router, và được dùng để điều khiển nhiều hoạt động thiết yếu trong mạng, như phân phối nhãn, tìm tuyến mói, và khắc phục lỗi Nhiệm vụ của mặt phang điều khiển là cung cấp các dịch vụ cho mặt phẳng dữ liệu M ặt phang dữ liệu chịu trách nhiệm chuyển tiếp lưu lượng ngưòi dùng qua router Các thuật ngữ mặt phẳng người dùng (user plane) hoặc mặt phẳng truyền dẫn (transport plane) cũng được dùng để mô

tả mặt phang dữ liệu

26 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

2.2.2 Mặt phẳng dữ lỉệu và mặt phẳng điều khiển trong IP

H ình 2.2: M ặt phẳng điều khiến và d ữ liệu IP.

Router

Hình 2.2 mô tả mối quan hệ giữa mặt phẳng điều khiển IP và mặt phẳng dữ liệu IP Đối với các giao thức Internet, các ví dụ của mặt phẳng điều khiển là các giao thức định tuyến như OSPF, IS-IS, BGP Nó cho phép IP chuyển tiếp lưu lượng một cách chính xác.Các bản tin điều khiển được ừao đổi giữa các router để thực hiện nhiều hoạt động khácnhau, bao gồm:

• Trao đổi các bản tin giữa các nút để thiết lập một tuyến liên kết

• Trao đổi các bản tin ứieo chu kì (gọi là bản tin hello) để chắc rằng các nút gần kề hoạtđộng tốt

• Trao đổi các bản tin quảng cáo (advertisement) về địa chi và tuyến để xây dựng các bảng định tuyến được sử dụng bởi IP để chuyển tiếp lưu lượng

2.23 Mặt phăng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong MPLS

H ình 2.3: M ặt phẳng điều khiển và d ữ liệu

LSR

MPLS cũng hoạt động vói các mặt phang điều khiển và dữ liệu, như mô tả ở hình 2.3 Nhiệm vụ chính của mặt phẳng điều khiển là quảng cáo các nhãn, địa chỉ và liên kết chúng.

Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn là một router được cấu hình để hỗ trợ MPLS Nó dùng cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (Label Forwarding Information Base_LFIB) để xác định cách xử lý các gói MPLS đến, chẳng hạn xét xem nút kế tiếp nhận gói là nút nào

Các bản tin điều khiển được trao đổi giữa các LSR để thực hiện nhiều hoạt động khác nhau, bao gồm thiết lập liên kết Sau khi hoạt động này hoàn thành, các nút được gọi là các LSR ngang hàng (peer), trao đổi các bản tin chu kì (bản tin hello) để chắc rằng các nút gần , kề hoạt động tốt, ttao đổi các bản tin địa chỉ và nhãn để liên kết các địa chỉ với nhãn và xây dựng bảng chuyển tiếp cho mặt phẳng dữ liệu MPLS Mặt phẳng dữ liệu MPLS sẽ chuyển tiếp liru lượng bằng cách kiểm tra nhãn trong tiêu đề gói MPLS, địa chi IP không cần kiểm tra Tiêu đề nhãn sau đó bị bỏ đi, và địa chi IP lại được dùng để phân phổi lưu lượng đến người dùng cuối

2.2.4 N hững lóp chuyển tiếp tương đư ong FE C

* Lớp chuyển tiếp tương đương F E C

Thuật ngữ lớp chuyển tiếp tưcmg đương FEC (Forwarding Equivalence Classes) được

sử dụng trong hoạt động chuyển mạch nhãn FEC mô tả sự liên hệ giữa các gói với địa chỉ đích người nhận cuối, FEC cũng có thể liên kết với một địa chì đích và loại lưu lượng liên quan đến một cổng đích nào đó

Tại sao lại sử dụng FEC? Trước tiên, nó cho phép nhóm các gói vào các lớp khác nhau, có thể sử dụng để hỗ trợ chất Ịượng dịch vụ hiệu quả Ví dụ, FEC có thể liên kết với

độ ưu tiên cao, lưu lượng thực

FEC được xác định duy nhất bằng việc sử dụng một nhãn Đối với các lớp dịch vụ khác nhau, người ta sử dụng các FEC và các nhãn liên kểt khác nhau Với Internet, các giá

ừị sau được sử dụng để thành lập một FEC: địa chỉ IP nguồn và/hoặc đích, số cổng nguồn và/hoặc đích, nhận diện giao thức (PID), điểm mã (codepoint) của các dịch vụ khác biệt IPv4, dòng nhãn IPv6

Chúng ta có thể nghĩ về các thủ tục được sử dụng bời thành phần định tuyến như là cách chia thành tập tất cả các gói mà router có thể định tuyến vào một số hữu hạn các subnet rời nhau Từ quan điểm định tuyến, những gói trong mỗi subnet được router đối xử như nhau (nghĩa là chúng đậu được gửi đến cùng một trạm kế tiếp) ngay cả nếu những gói trong subnet khác nhau về những thông tin còn lại ưong tiêu đề (header) lóp mạng Chúng ta xem các subnet như là các lớp chuyển tiếp tương đưcmg (FEC) Nguyên nhân mà router định tuyến tất cả các gói trong 1 FEC giống nhau là vì sự ánh xạ giữa thông tin được mang trong tiêu đề lớp mạng và những mục trong bảng định tuyến là nhiều - một (mà một - một là trường hợp đặc biệt) Nghĩa là những gói khác nhau về nội dung trong tiêu đề lớp mạng có thể được ánh xạ vào cùng một mục trong bảng định tuyến khi mục đó được gắn vói một FEC xác định

M ột ví dụ của FEC là một tập các gói unicast mà địa chỉ đích lớp mạng có cùng tiền

tố địa chỉ IP xác định M ột ví dụ khác của FEC là một tập các gói multicast có cùng địa chỉ nguồn và đích lớp mạng

Một phần quan ữọng của một mục định tuyến được duy trì bởi router đó là địa chỉ router kế tiếp Một gói khi rơi vào một FEC mà liên kết với một mục định tuyến xác định thì được định tuyến đến router kế tiếp được chỉ rõ bởi mục đó Do đó việc xây dựng bảng định tuyến bởi thành phần điều khiến có thể xem như là việc xây dựng một tập FEC và ừạm kế tiếp cho mỗi FEC đó.

Một tính chất quan trọng của một FEC là tính định tuyến phân cấp của nó V í dụ như một FEC có thể bao gồm những gói mà có địa chi đích lớp mạng gắn với cùng một tiền tố địa chỉ xác định Kiểu này của FEC cung cấp định tuyến thô Mặc khác, một FEC có thể bao gồm chỉ những gói thuộc vào một ứng dụng xác định chạy giữa hai máy tính, nghĩa là nó chỉ bao gồm những gói có cùng địa chỉ nguồn và đích lớp mạng (địa chỉ hai máy tính) cũng như cùng số port lớp vận chuyển (những port này xác định ứng dụng trong máy tính) Kiểu này của FEC cung cấp định tuyến tinh

Có thể thấy rõ ràng là định tuyến thô cần thiết cho việc mở rộng toàn mạng Nhưng mặc khác nếu chỉ hỗ ttợ định tuyến thô sẽ làm mạng hoạt động không được uyển chuyển, như vậy

nó không cho phép có nhiều kiểu lưu lượng khác nhau Những nhận định trên cho thấy muốn xây dựng một hệ thống lớn và có nhiều chức năng thì yêu cầu hệ thống phải hỗ trợ nhiều kiểu định tuyến cũng như khả năng ưộn lẫn và kết hợp nhiều kiểu định tuyến khác nhau

Thành phần định tuyến chịu trách nhiệm nhất quán các thủ tục ưong việc lấy thông tin từ các gói cũng như việc sử dụng thông tin này để tìm một mục thích hợp trong bảng định tuyến, kết quả là có sự nhất quán trong ánh xạ những gói vào các FEC qua nhiều router Và sự nhất quán này cho phép hệ thống có chức năng định tuyến chính xác

2.3, THÀNH PHÀN ĐỊNH TUYẾN

Sự phân tích việc định tuyến lớp mạng ra làm hai phần: điều khiển và định tuyến không chỉ được áp dụng vào kiểu định tuyến truyền thống mà còn có thể áp dụng cho kỹ thuật chuyển mạch nhãn Trọng phần này chúng ta mô tả vài lý thuyết nền tảng liên quan đến thành phần định tuyến của chuyển mạch nhãn

Thuật toán mà thành phần định tuyến của chuyển mạch nhãn sử dụng để đưa ra quyết định định tuyến cho m ột gói tin sẽ sử dụng hai nguồn thông tin: thông tin thứ nhất là bảng định tuyến được duy trì bởi một router chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router) và thứ hai là một nhãn chứa ừong gói

23.1 Nhãn là

Nhãn là một khung nhận dạng ngắn, có chiều dài cố định và không có cấu trúc Một nhãn không thực hiện trực tiếp bất cứ thông tin nào từ tiêu đề lóp mạng Dạng của nhãn sẽ được xét ở phần sau

Chương 2: Lý thuyết cơ bản của chuyển mạch nhãn 29

Hình 2.5 là bảng LFIB tại nút D cho tiền tố địa chỉ 192.168.20.4/24 Lưu ý rằng bảng này chỉ chứa thông tin cần thiết để chuyển tiếp gói đến chặng kế trong LSP, nó chính là tập con của LIB Nhãn 40 được dùng cho LSP giữa nút c và D, nhãn 38 giữa D và E, nhãn 47 giữa E và F Nhãn 40 là nhãn nội (local label) của nút D vì nó được tạo bởi D và phân phối đến tất cả các “ngang cấp” của D Còn nhãn 38 được cấp bởi nút E Do đó hai nhãn này là nhãn được gán bởi nút xuôi dòng đến nút ngược dòng tương ứng với tiền tố 192.168.20.0/24 Trong bảng LFIB tại D ta thấy (a) nhãn nội cho tiền tố địa chỉ 192.168.20.0/24 là 40, (b) nhãn ra là 38 vốn được gán trước đó bởi nút E, (c) giao tiếp vật lý

để đến chặng kế tức hop E là giao tiếp n Hai điều quan trọng cần nhớ là nếu LSR không nhận thông điệp liên kết nhãn từ LSR kế, gói tin sẽ được chuyển đi bình thường mà không gán nhãn Còn nếu LSR nhận được thông điệp liên kết nhãn từ LSR kế thì nhãn này và nhãn nội sẽ được thêm vào LFIB

Khi một liên kết hay một nút bị phát hiện là hư bằng giao thức phân phối nhãn hay bằng giao thức định tuyến lớp 3, các sự kiện sau sẽ lần lượt xảy ra: ví dụ nút D phát hiện liên kết đến E bị hư LFIB được cập nhận để phản ánh sự hư hỏng này bằng cách xóa liên

30 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

kết từ D đến E Giao tiếp của liên kết bị hư cũng được xóa khỏi bảng định tuyến Việc xóa này kích hoạt OSPF chọn ra một liên kết thay thế Ichác và đưa vào bảng định tuyến, ví dụ liên kết giữa D và J Việc thêm một FEC mới vào bảng định tuyến lớp 3 sẽ kích hoạt nút D cập nhật LFIB mà không cần triệu gọi giao thức phân phối nhãn bởi vì trước đó nút D đã thiết lập mổi quan hệ MPLS ngang hàng với tất cả nút lân cận và đã cài đặt liên kết nhãn cho những nút này trong bảng LIB rồi Do đó nút D sẽ gắn nhãn 87 cho các gói đến 192.168.20.0/24 và gửi chúng đến nút J J lúc này là thành viên mới của con đường chuyển mạch nhãn đến 192.168.20.0/24

Chương 2: Lý thuyết cơ bản của chuyển mạch nhãn 31

M ột LSR có thể duy trì một bảng định tuyến đơn hay là nhiều bảng định tuyến, mỗi bảng cho mỗi giao diện của nó Với trưòfng hợp sau, việc xử lý một gói tin được xem xét không bởi chì nhãn chứa trong gói mà cả giao diện nào mà gói tin đi tới, còn trong ùrrờng hợp đầu thì chỉ cần thông tin chứa trong nhãn LSR có thể sử dụng trưÒTig hợp một hoặc hai như là một tuỳ chọn, hay có thể kết hợp cả hai

2 3 3 K h ả n ăn g m ang n h ã n tro n g gói

M ột chức năng quan ưọng của thành phần định tuyển chuyển mạch nhãn là khả năng mang nhãn trong gói, có nhiều cách để thực hiện điều này

Với các kỹ thuật lớp liên kết, như ATM và Frame Relay, có thể mang nhãn như một phần của tiêu đề (header) lớp liên kết của nó Cụ thể, với ATM, nhãn có thể được mang trong trường VCI hay VPI của tiêu đề ATM Còn với Frame Relay, nhãn có thể được mang ưong tìTTỜng DLCI của tiêu đề Frame Relay

Sử dụng tùy chọn việc mang nhãn như là một phần của tiêu đề lớp liên kết cho phép

hỗ trợ chuyển mạch nhãn với một số kỹ thuật lớp liên kết chứ không phải là tất cả Bắt buộc chuyển m ạch nhãn chi cho những kỹ thuật lớp liên kết mà có thể mang nhãn trong tiêu đề lớp liên kết sẽ giới hạn nhiều đến sự hữu dụng của chuyển mạch nhãn (hạn chế sự sử dụng chuyển m ạch nhãn ữên những môi trường khác như Ethernet hay liên kết point-to-point)

M ột cách cho phép chuyển mạch nhãn hoạt động trên nhiều kỹ thuật lóp liên kết khi

mà những kỹ thuật đó không thể mang nhãn trong tiêu đề của nó là bằng cách mang nhãn trong một tiêu đề nhãn riêng Tiêu đề nhãn này được xen vào giữa tiêu đề lóp mạng và tiêu

đề lóp liên kết (xem hình 2.7), nên do đó có thể được sử líạng bởi bất cứ kỹ thuật lớp liên kết nào như Ethernet, FDDI, Token Ring, point-to-point

H ình 2.7: M ang nhãn trong tiêu đề thêm

Trong phần trước, chúng ta giả sử là một LSR duy trì một bảng định tuyến đcm, tuy nhiên, một LSR có thể duy trì 1 bảng định tuyến riêng biệt cho mỗi giao diện của nó Trong trường hợp này, sau khi LSR nhận gói tin, LSR sử dụng giao diện mà gói tin đi tới để lựa chọn bảng định tuyến để định tuyến gói tin đó

32 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

Những ai quen thuộc với ATM chú ý rằng khi LSR duy trì bảng định tuyến trên mỗi giao diện của nó, thuật toán định tuyến trên tùy thuộc vào thuật toán định tuyến của chuyển mạch ATM Đây là yếu tố quan trọng của một số nghiên cứu chuyển mạch nhãn và chúng ta

sẽ thảo luận ờ phần sau

Một nhãn luôn luôn mang thông tin định tuyến và còn có thể mang cả thông tin tài nguyên dành riêng Nhãn mang thông tin định tuyến là vì nội dung của nó xác định một mục ừong bảng định tuyến và mục này chứa thông tin xác định phải định tuyến gói tin đi đâu Còn nhãn có thể mang thông tin về việc để dành tài nguyên là vì mục mà được xác định bởi nhãn có thể, tùy chọn, bao gồm thông tin liên quan tói tài nguyên nào mà gói tin có thể sử dụng, ví dụ như là một hàng đợi xác định mà gói tin được đặt vào Khi nhãn được mang trong tiêu đề ATM (header ATM) hay Frame Relay, nhãn phải mang cả hai thông tin định tuyến và tài nguyên dành riêng Còn khi nhãn được mang trong một tiêu đề riêng, thì thông tin về tài nguyên mà gói tin có thể sử dụng có thể bị mã hóa như là một phần cùa tiêu đề đó, nên nHãn chỉ mang thông tin về định tuyến Nhưng việc mã hóa phần thông tin của nhãn là tùy chọn do đó một nhãn ở trong tiêu đề riêng có thể mang cả hai thông tin trên

Đofn giản hóa thuật toán định tuyến mà được sử dụng bởi thành phần định tuyến chuyển mạch nhãn sẽ làm đơn giản việc tạo thuật toán bằng phần cứng và sẽ cho phép định tuyến nhanh hơn mà không cần đến các phần cứng đắt tiền

Một tính chất quan trọng của thuật toán định tuyến được sử dụng bởi chuyển mạch nhãn là một LSR có thể lấy tất cả thông tin cần thiết cho việc định tuyến một gói tin cũng như phải quyết định tài nguyên nào mà gói tin có thể sử dụng chỉ trong một lần truy cập bộ nhớ Bởi vì một mục trong bảng định tuyến có chứa tất cả các thông tin cần thiết và nhờ có nhãn mà ta sẽ xác định đúng mục cần tìm Chính đặc điểm này làm cho chuyển mạch nhãn thích hợp như là một kỹ thuật cho hiệu quả định tuyến cao

Việc trao đổi nhãn kết họp với khả năng mang nhãn trong các kỹ thuật lóp liên kết sẽ cho phép nhiều thiết bị khác nhau có thể được sử dụng để làm LSR V í dụ, mang nhãn trong trường VCI của tế bào ATM cho phép biến phần cứng của chuyển mạch ATM thành LSR với việc cung cấp thêm phần mềm điều khiển thích họp Tương tự, việc mang nhãn trong tiêu đề riêng trong gói tin làm cho các router truyền thống có thể xử lý nó bằng phần mềm,

do đó, với một phần mềm thích hợp, một router truyền thống có thể trờ thành một LSR.2.3.5 T h u ậ t toán đ ịnh tuyến đơn

Trong kiến trúc định tuyển truyền thống, những chức năng khác nhau được cung cấp bởi thành phần điều khiển (như là định tuyến unicast, định tuyến multicast, định tuyến unicast với kiểu của dịch vụ) yêu cầu những thuật toán khác nhau trong thành phần định tuyến (xem hình 2.8)

H ình 2,8: Kiến trúc định tuyển truyền thong.

Chức năng

định tuyến

Định tuyến unicast

Định tuyến unicast với Loại dịch vụ

Định tuyến multicast

Thuật toán

định hướng

Kết hợp dài nhất với địa chỉ đích

Kết hợp dài nhất với địa chỉ đích + kết hợp chính xác với Loại dịch vụ

Kết hợp dài nhất với địa chỉ nguồn + kết hợp chính xác với địa chỉ đích

và giao diện ngõ vào

Chương 2: Lý thuyết cơ bản của chuyển mạch nhãn 33

M ột tính chất quan trọng của chuyển mạch nhãn là sẽ không có nhiều thuật toán định tuyến khác nhau trong thành phần định tuyến của nó, thành phần định tuyến chỉ gồm một thuật toán dựa trên việc trao đổi nhãn (xem hình 2.9) Đây là điểm phân biệt quan trọng giữa hai kiểu kiến trúc định tuyến

H ình 2.9: Kiến trúc chuyển mạch nhãn.

Chức năng định tuyến

Định tuyến unicast

Định tuyến unicast với Loại dịch vụ

Định tuyến multicast

Thuật toán định hướng

Thuật toán định hướng chung

(trao đổi nhãn)

Chúng ta có thể nghĩ rằng nếu thành phần định tuyến chi có một thuật toán định tuyến

có thể hạn chế đến các chức năng được hỗ trợ bời chuyển mạch nhãn Nhưng thật sự thì không phải vậy, ìchả năng hỗ trợ nhiều chức năng định tuyến với chỉ một thuật toán định tuyến là một trong những điểm quan trọng của chuyển mạch nhãn Thực sự, như chúng ta sẽ xem sau, thì chức năng mà chuyển mạch nhãn hỗ trợ nhiều hơn so với các kiến trúc định tuyến truyền thống

23.6 Đa giao thức: trên và dưó4

Từ những mô tả trước về thành phần định tuyến chuyển mạch nhãn, chúng ta có thể thấy rõ hai điều quan ưọng Điều đầu tiên là thành phần định tuyến không làm rõ là với một lớp mạng nào cả, ví dụ, cùng một thành phần định tuyến có thể được sử dụng để chuyển mạch nhãn với IP cũng như chuyển mạch nhãn với IPX Điều này làm cho chuyển mạch nhãn như là một giải pháp đa giao thức (multiprotocol) tương thích với các giao thức lớp mạng (xem hình 2.10)

H ình 2A0: Đa giao thức: trên và dưới.

Chuyển mạch nhãn (Label Switching)

Giao thức lớp liên kết

Ngoài ra, khả năng đa giao thức của chuyển mạch nhãn vượt xa khả năng hỗ trợ nhiều giao thức lớp mạng khác nhau, chuyển mạch nhãn còn có khả năng hoạt động ừên bất kỳ giao thức lớp liên kết nào Điều này làm cho chuyển mạch nhãn như là một giải pháp đa giao thức tương thích với các giao thức lớp liên kết

34 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

Những tính chất txên của chuyển mạch nhãn đã giải thích tại sao nhóm làm việc IETF đặt tên cho việc tiêu chuẩn hoá kỹ thuật mới này là Chuyển mạch nhãn đa giao thức - MPLS (Multiprotocol Label Switching)

Có sự giống nhau rất lớn về thành phần điều khiển giữa kiểu kiến ttúc truyền thống và chuyển mạch nhãn Thực tế, thành phần điều khiển của chuyển mạch nhãn bao gồm tất cả các giao thức định tuyến (như là OSPF, BGP, PIM , ) đã được sử dụng bởi thành phần điều khiển của kiểu định tuyến trước Và có thể hiểu là thành phần định tuyến kiểu truyền thống

là một phần của ứiành phần định tuyến chuyển mạch nhãn

Tuy nhiên, thành phần điều khiển của kiểu định tuyến truyền thống không đủ để hỗ trợ chuyển mạch nhãn Bởi vì thông tin định tuyến được cung cấp bời thành phần này không

đủ để xây dựng bảng định tuyến cho thành phần định tuyến của chuyển mạch nhãn, vì bảng này phải chứa sự ánh xạ giữa nhãn và ữạm kế tiếp

Để có thể hỗ ttợ được thì chúng ta cần có những thủ tục để LSR có thể

• Tạo sự kết hợp giữa nhãn và FEC

• Thông tin cho các LSR khác về sự kết hợp này

• Sử dụng hai thủ tục ữên để xây dựng và duy trì bảng định tuyến để chuyển mạch nhãn

Sự duy trì bảng đjnh hướng

Những giao thức định tuyến lớp mạng cung cấp cho LSR sự ánh xạ giữa các FEC và địa chỉ trạm kế tiếp Những thủ tục để tạo ra sự kết hợp giữa nhãn và FEC, và phân bố thông tin kết hợp này glw’a các thiết bị chuyển mạch nhãn cung cấp cho LSR sự ánh xạ giữa các

Chương 2: Lý thuyết cơ bản của chuyển mạch nhãn 35

FEC và nhãn Sự kết hợp hai ánh xạ trên cung cấp những thông cần thiết để xây dựng bảng định tuyến được sử dụng bời thành phần định tuyến chuyển mạch nhãn (xem hình 2.12)

H ình 2.12: Quá trình xây dựng một bảng định hướng

2.4.1 K ết hợ p tro n g và kết h ọp ngoài

Nhắc lại là mỗi mục ừong bảng định tuyến được duy trì bởi LSR chứa một nhãn vào

và một hay nhiều nhãn ra Tưong ứng với hai kiểu nhãn trong bảng định tuyến, thành phần điều khiển cung cấp hai kiểu kết hợp nhãn Kiểu kết hợp đầu tiên xảy ra khi router tạo sự kết hgrp với nhãn được chọn và gán một cách nội bộ Kiểu kết họp nhẫn thử hai xảy ra khi router nhận các thông tin kết hợp nhãn của những LSR khác

Điểm khác nhau quan trọng giữa kết hợp trong và kết hợp ngoài là với kết họp ưong nhãn đuợc chọn một cách nội bộ, bởi chính LSR đó, trong khi đó thì vói kết hợp ngoài thì nhãn được chọn bởi các LSR khác

2.4.2 K ết h ọp ngược dòng và k ết h ọ p xuôi dòng

Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn sử dụng cả hai kiểu kết hợp trong và ngoài

để xây dựng bảng định tuyến với nhãn vào và nhãn ra Có hai cách để thực hiện điều này Cách đầu tiên là khi nhãn từ kết hợp ưong được dùng là nhãn vào và nhãn từ kết hợp ngoài được dùng là nhãn ra Cách thứ hai thì hoàn toàn ngược lại, nhãn từ kết hợp trong được dùng làm nhãn ra và nhãn được dùng từ kết họp ngoài được dùng làm nhãn vào

Cách đầu tiên được gọi là kết hợp nhãn xuôi dòng (downstream label binding) vì sự kết hợp giữa một nhãn được mang trong gói tin và một FEC được tạo bởi một LSR xuôi dòng (downstream LSR) so với LSR gắn nhãn vào gói tin (xem hình 2.13) Rõ ràng rằng với kết hợp nhãn xuôi dòng, gói tin mang nhãn chạy ngược hướng so với chiều chạy của luồng thông tin kết hợp nhãn

Cách thứ hai gọi là kết hợp ngược dòng (upstream label binding) bởi vì sự kết hợp giữa một nhãn được mang trong gói tin và một FEC được tạo bời cùng một LSR mà đặt

36 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

nhãn vào gói tin, nghĩa là sự kết họp nhãn ở “ngược dòng” so với luồng chảy của gói tin (xem hình 2.13) Rõ ràng rằng vói kết hợp nhãn ngược dòng, gói rin mang nhãn chạy cùng hướng so với chiều chạy của luồng thông tin kết họp nhãn

H ình 2.13: Ket hợp nhãn ngược dòng và xuôi dòng

Thông tin kết hợp cho nhanX

Nhắc lại là một LSR có thể duy ưì một bảng định tuyến đơn hay là nhiều bàng định tuyến, mỗi bàng cho một giao diện Khi router duy ứì một bảng định tuyến, nó sẽ duy tri một tập nhãn tự do, còn khi router duy trì nhiều bảng thì nó sẽ duy trì nhiều tập nhãn, mỗi tập cho một bảng

2.4.4 K ết h ọp n h ã n tuyến điều k hiển và tuyến d ữ liệu

LSR tạo ra hay hủy bỏ một kết hợp nhãn giữa một nhãn và một FEC khi có một sự kiện xảy ra Sự kiện đó có thể được kích hoạt bời những gói dữ liệu mà được định tuyến bởi LSR đó hay bỏi những thông tin điều khiển định tuyến (như là các bản tin OSPF routing updates, P M JOIN/PRUNE, RSVP PATH / RESV) mà được xử lý bời LSR đó Khi việc tạo ra hay hủy bỏ kết hợp được kích hoạt bởi các gói dữ liệu thì chúng ta gọi đó là kết hợp nhãn tuyến dữ liệu (data_driven label binding), còn khi được kích hoạt bởi thông tin điều khiển, chúng ta gọi là kết hợp nhãn tuyến điều khiển (conttol_driven label binding)

Có nhiều tùy chọn đối với cả hai loại ưên Ví dụ, phần tuyến dữ liệu sẽ tạo ra sự kết họp cho một luồng gói của một ứng dụng ngay khi nó thấy gói tin đầu tiên cùa luồng, hay

nó sẽ đợi cho đến khi có nhiều gói tin hom để luồng đủ dài để được phép tạo kết hợp

Sự lựa chọn giữa các phương pháp thiết lập kết họp rõ ràng ảnh hường đến hiệu quả

và vấn đề phát triển (được đề cập ờ phần trước), nghĩa là phương pháp thiết lập đó hoạt động như thế nào khi mạng phát triển V à chúng ta cũng xét vài ảnh hưởng đến sự linh hoạt, được hiểu là các phương pháp hoạt động như thể nào trong các điều kiện khác nhau

2,4.4 L Hiệu quả

Điều đầu tiên phải chú ý về hiệu quả là, dưới điều kiện lý tưởng, một LSR có thể định tuyến dữ liệu tại bất cứ tốr độ nào mà thành phần định tuyến chuyển mạch nhãn hoạt động, bất kể đến LSR sử dụng kết họp nhãn tuyến dữ liệu hay là tuyến điều khiển Trong nhiều tnrcng họp, điều này được quyết định bòi tốc độ phần cứng nằm dưới Do đó, ví dụ, nếu một chuyển mạch nhan chạy trên một chuyển mạch ATM, thì hiệu quả định tuyến cao nhất

là hiệu quả cao nhất của chuyển mạch ATM đó Hầu hết chuyển mạch ATM có thể định tuyến lưu lượng với vận tốc “đưòìig dây” tại tất cả giao tiếp của nó Do đó, ví dụ, một chuyển mạch 16 cổng OC-3 sẽ có khả năng định tuyến gần tới 16*155 Mb/s = 2.5 Gb/s Trong điều kiện lý tưởng, bất cứ chuyển mạch nhãn nào sử dụng chuyển mạch này đều có thể đạt được cùng thông lượng ưên

Điều quan trọng ở đây là “trong điều kiện lý tường” Câu hỏi được đặt ra là môi trường hoạt động thực tế gần với điều kiện lý tưởng như thế nào Câu hỏi này thật sự khó

mà trả lời, đặt biệt đối với kết hợp hướng dữ liệu Ví dụ, điều kiện lý tưởng cho kết hợp hướng dữ liệu mà nhãn được liên kết với luồng dữ liệu ứng dụng là khi luồng đó có chiều dài vô tận Trong trường họp này, cái giá thiết lập đường dẫn chuyển mạch nhãn cho một luồng được trả dần qua chiều dài vô hạn của luồng đó trở nên không thể chấp nhận được.Các nghiên cứu đã được thực hiện để xác định các mạng thực tế cách xa bao nhiêu so với điều kiện lý tưởng Phần khó kliăn của các nghiên cứu trên là tìm các số liệu thống kê

lưu lượng thực tế, vì hầu hết các nhà vận hành mạng rất không thích thú ưưởc việc đưa ra

chi tiết các dấu tích lưu lượng của họ trước công chúng Ngoài ra, ngay cả nếu có lẩy được các dữ liệu cần thiết thì cũng không đảm bảo rằng nó sẽ phản ánh chính xác một mạng tiêu biểu ngay tại thời điểm nó được thu thập

Kết hợp nhãn tuyến dữ liệu già sử rằng một LSR hỗ trợ cả hai thành phần định tuyến của chuyển mạch nhãn và của kiểu định tuyến truyền thống Hiệu quả chính của tuyến dừ liệu khi điều kiện hoạt động chệch khỏi điều kiện lý tưỏTìg là các gói tin nào không được chuyển mạch nhãn thì phải được xử lý bởi thành phần định tuyến truyền thống, và đương nhiên, khả năng định tuyến của nó phải bé hơn so với thành phần định tuyến của chuyển mạch nhãn Điều quan tâm ở đây là bao nhiêu tải có thể được chuyển cho thành phần định tuyến truyền thống

Nếu chúng ta thích tạo kết họp nhãn bằng kết họp tuyến dữ liệu, ví dụ, bằng cách tạo kết hợp nhãn tại gói tin đầu tiên của một luồng mới, thì có thể chúng ta không cần dùng tới thành phần định tuyến truyền thống vì thành phần này chỉ định tuyến một gói cho mồi luồng Nhưng điều này sẽ có ảnh hưởng ngược lại lên vấn đề phát triển, và trong lúc ban đầu để tạo kết hợp nhãn chúng ta phải đợi quá trình phân bố và thiết lập kết hợp nhãn tại các LSR khác,

sẽ hiệu quả hơn nếu trong khi đó, các gói tin bắt đầu của một luồng được định tuyến bằng thành phần định tuyến truyền thống Nhưng chúng ta cần phải biết ở đây là bao nhiêu gói tin bắt đầu của một luồng được định tuyến bởi thành phần định tuyến truyền thống thì đủ (trong quá trình kết hợp nhãn), các gói sau đó sẽ được định tuyến bằng chuyển mạch nhãn (khi quá trình kết họp nhãn xong) Phần gói tin được định tuyến bởi thành phần định tuyến truyền thống phụ thuộc vào tốc độ của luồng mói đến và số lưọTig gói tin mỗi luồng mà không được chuyển mạch nhãn Tốc độ của luồng đến PPS (Packet per second) bằng với tải đưa ra trong các gói tin trong một giây chia cho số lưọTig gói tin trung bình trong mỗi luồng

PPS yêu cầu = (các gói được định tuyến mỗi luồng) * (PPS đưa ra)/(số gói mỗi luồng).

Phần khó ờ chỗ này là số các gói được định tuyến mỗi luồng Ngay cả nếu phần nhận dạng dòng có một quy luật đơn giản như “tạo kết hợp nhãn cho bất cứ luồng nào mà dài hơn

10 góỉ”, sẽ có nhiều luồng chỉ có một gói, sẽ đặt nhiều tải lên phần định tuyến truyền thống

Sự thống nhất của nghiên cứu là hiệu quả của kết hợp tuyến dữ liệu ưong điều kiện tải thực tế khá cao 70-80% và do đó có thể đạt được hiệu suất của phần cứng nằm dưới Phần quan tâm chính của tuyến dữ liệu là vấn đề phát triển và sự linh hoạt trong điều kiện có sự thay đổi lưu lượng

Một hệ quả nữa phát smh bởi việc tuyến dữ liệu (và ít ảnh hường bởi tuyến điều khiển) là phần tài nguyên được yêu cầu của thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn Mỗi lần một LSR quyết định một luồng có thể được chuyển mạch nhãn, nó cần phải trao đổi thông tin kết hợp nhãn với các LSR xung quanh, mà nó có thể cần thay đổi vài trạng thái kết họp trong của nó Tất cả các việc ữên sẽ tiêu tốn tài nguyên của thành phần điều khiển chuyển, ưiạch nhãn Thật là khó mà tính được hoạt động của việc thiết lập và phân bố kết hợp nhãn sẽ tiêu tốn bao nhiêu tài nguyên, nhưng mà ta dễ dàng thấy được hiệu quả của tuyến dữ liệu dễ bị ảnh hưởng bởi việc này nhất Neu LSR không thiết lập và phân bố trạng thái kết hợp nhãn tại tốc độ yêu cầu bời thuật toán phát hiện dòng(flow detection algorithm), thì chỉ có phần nhỏ của luồng được chuyển mạch nhãn, và do đó hiệu quả cũng giảm

Thế thì còn kết hợp tuyến điều khiển thì sao? Giống như tuyển dữ liệu, nó có thể hoạt động tại tốc độ phần cứng nằm dưới trong điều kiện lý tưởng, nhưng định nghĩa cho “lý tường” thì rất khác Ví dụ, khi cung cấp chức năng định tuyến dựa vào địa chì đích, thì điều kiện lý tường cho hướng điều khiển khá đom giàn: chừng Hào mà cấu trúc mạng còn ổn định, thì tất cả lưu lượng mà đến tại một LSR (không phải ở rìa) có thể được chuyển mạch nhãn

mà không có 1 gói nào phải được chuyển cho phần xử lý điều khiển Không giống với tuyến

dữ liệu, chúng ta có thể tường tượng mạng trong điều kiện lý tướng có thể tồn tại trong một khoảng thời gian dài

Khi cấu ttúc mạng thay đổi, thì vẫn có khả năng cho tuyến điều khiển đạt được hiệu quả lý tưởng, nhắc lại là một kết họp tuyến điều khiển có thể biết thông tin kết hợp cho router từ những “láng giềng”(neighbor) mà không phải là trạm kể tiếp của router đó, trong trường hợp cấu hình mạng thay đổi làm những “láng giềng” đó trở thành những trạm kế tiếp thì chuyển mạch nhãn cũng không bị gián đoạn (có thể có ữên.vài nền phần cứng, có một vài gói tin bị mất ttong khi bảng định tuyến bị thay đổi)

Chú ý là khi cấu hình mạng thay đổi thì cũng ảnh hưỏfng đến hiệu quả của tuyến dữ liệu Nếu đường dẫn của một luồng thay đổi, thì đối với các LSR mới ttên đường dẫn đó xem như là một luồng mới được tạo ra Và những luồng đó đầu tiên phải được định tuyến bằng thành phần định tuyến ữaiyền thống Do đó, khi mạng thay đổi sẽ đặt gánh nặng lên LSR nào

bị ữ ở thành một trạm kế mới cho vài LSR khác Đầu tiên, nó đột nhiên nhận được một lưọfng lớn các luồng mà ứiưòng đi bằng đường dẫn khạc Sau đó các luồng mới này cần được phân tích bởi các thuật toán phát hiện luồng, và nó sẽ đặt thêm tải lên cả hai thành phần định tuyến truyền thống và chuỵển mạch nhãn làm giảm hiệu quả của chuyển mạch nhãn

M ột vấn đề đáng chú ý về hiệu quả phát sinh khi có sự tập trung định tuyến xảy ra

Và chúng ta lại sẽ thấy có sự xung đột giữa vấn đề phát triển và hiệu quả Hình 2.14 trình bày tình huống có sự tập trung định tuyến xảy ra, LSR X có thể giao tiếp với mạng có tiền

Chương 2: Lý thuyết cơ bản của chuyển mạch nhãn 39

tố 10.0.1/24 (/24 nghĩa là tiền tổ này có 24 bit) qua LSR Y và có thể giao tiếp với mạng có tiền tổ 10.0.0/24 qua LSR z Những tiền tố này có cùng 23 bit cao và do đó chúng có thể được tổng hợp lại thành 10.0.0/23 Do đó, LSR X có thể quảng bá tiền tố tổng hợp này cho LSR M, nghĩa là, nếu LSR X và M tạo kết họp nhãn cho tiền tố tổng hợp này trong bảng định tuyến của nó, thì X chi có thể quảng bá một nhãn đofn đến M cho tiền tố tổng hợp này Khi LSR X nhận những gói từ M mà chứa nhãn này, nó không thể xác định chính xác là phải định tuyến gói tin đi đâu và nó phải dùng định tuyến truyền thống sử dụng tiêu đề lóp 3

để định tuyến Chú ý rằng X vẫn có thể chuyển mạch nhãn cho các gói khác, các gói từ Y sang z và ngược lại

H ình 2.14: Ẩnh hưởng cùa tập trung tuyến.

Tình huống này là tình huống tệ nhất đối với tuyến điều khiển LSR vấn đề phát triển chi ra rằng sự kết hợp địa chỉ là tốt, nhưng nó lại tạo ra tình huống mà định tuyến kiểu truyền thống thực hiện nhiều hơn chuyển mạch nhẫn Sự ảnh hưổíng đến hiệu quả đưcmg nhiên tùy thuộc vào bao nhiêu phần của lưu lượng không thể thực hiện bằng chuyển mạch nhãn và vào sự tương quan của hai thành phần định tuyến

Chúng ta cũng nên chú ý rằng việc kết hợp địa chỉ không phải xảy ra ngẫu nhiên, nó được chọn kỹ lưỡng bởi các nhà thiết kế mạng để nâng cao khả năng phát triển mạng Do

đó, có thể dự đoán trước ở chỗ nào nó sẽ gây ra ảiủi hưởng, và việc thiết kế mạng như vậy,

có sự kết họp địa chi, không được đặt ở những nơi mà chuyển mạch nhãn được sử dụng chủ yếu, như là phần chính của mạng đường trục (backbone) tốc độ cao Và các nhà thiết kế mạng phải cẩn thận đảm bảo rằng nếu một LSR được đặt tại một điểm kết hợp thì nó phải có

đủ khả năng định tuyến kiểu truyền thống để xừ lý một phần lưu lượag không thể được chuyển mạch nhãn

2A.4.2 Vẩn đề p h á t triển

Như chúng ta đã vừa thảo luận, hiệu quả và vấn đề phát triển khá liên quan đến nhau

và thường xung đột với nhau M ột cách để ước định tính chất phát triển của một chuyển mạch nhãn là xem bao nhiêu nhãn được chỉ định ưong các tình huống khác nhau

Tổng quát, những bước để nâng cao hiệu quả như tăng sự nhạy cảm của thuật toán phát hiện dòng, có những ảnh hưởng ngược lại đối với vấn đề phát txiển vì tăng số lượng nhãn Để có cái nhìn sâu hơn về mối quan hệ giữa hiệu quả và vấn đề phát triển của kết hợp

40 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

tuyến dữ liệu, chúng ta sẽ xem xét một vài dữ liệu lưu lưọng được thu thập từ năm 1995 tại một điểm trao đổi Internet ở vịnh San Francisco Dữ liệu này được phân tích bởi các nhà nghiên cứu của Ipsilon đã dưa ra các hình vẽ 2.15 và 2.16 Chúng ta chú ý là tổng-các lưu lượng chạy qua điểm thu thập tương đối nhỏ (so với nước Mỹ), chỉ vào khoảng 30-40 Mbps, nên thông tin chủ yếu ở đây chủ yếu là về ý tưởng hơn là các số liệu chính xác

Hình 2.15 [1] chỉ ra cả hai số lượng nhãn (được kết hợp) tức thời và số lượng trao đổi thông tin kết hợp nhãn (để thiết lập kết nối) trên mỗi giây được yêu cầu như là một chức năng của số lượng gói tin trong một luồng xem xét trước khi thiết lập đường chuyển mạch nhãn Dễ dàng ừong thấy, nếu giảm sự nhạy của thuật toán phát hiện dòng sẽ nhanh chóng làm giảm số lượng nhãn cần thiết

H ình 2.15: Ảnh hưởng của độ nhạy tới phân loại dòng

Số kết nối Tổng két nổi

H ình 2.16: Ảnh hưởng cùa độ nhạy tới phân loại dòng

Phần trăm byte được chuyển mạch

Phần trăm gói được chuyển mạch

Các gói được nhận trước khi chuyển mạch luồng

Hình 2.16 [1] cho thấy phần trăm của số byte và sổ gói tin kết thúc được chuyển mạch nhãn, một lần nữa là một chức năng của số lượng các gói tin được xem xét tại bắt đầu mỗi luồng trước khi nó được chuyển mạch nhãn Điều tốt ở đây là tổng lượng dữ liệu mà có thể được chuyển mạch nhãn được đo bằng byte hoặc bàng gói sẽ giảm chậm số lượng nhãn yêu cầu cho thuật toán phật hiện dòng giảm (chú ý rằng một nhãn là tương đương với một kết

nối) Nó có nghĩa là chúng ta sẽ xem xét nhiều gói tin hơn trước khi quyết định chuyển mạch nhãn cho một luồng.

Với kết hợp tuyến điều khiển, tính chất phát triển không phụ thuộc vào tính tự nhiên của lưu lượng dữ liệu nhưng vào tính chất của lưu lượng điều khiển, mà nó lại phụ thuộc vào cấu trúc mạng V í dụ, trong kết họp nhãn tuyến điều khiển cho mỗi tiền tố ttong bảng định tuyến, số lượng của nhãn dễ dàng có thể tính được, vào năm 2000, những bảng định tuyến lớn nhất trong backbone Internet chứa khoảng 60.000 tiền tố mạng Đương nhiên, không kết hợp một nhãn cho mỗi mục trong bảng định tuyến Như chúng ta sẽ thấy ở sau, ví

dụ một LSR tại lõi của Internet có thể kết hợp một nhãn cho mỗi router ở rìa (edge router) của một miền mà nó ở trong, trên thứ tự vài trăm nhãn

2.4.4.3 Đ ộ linh hoạt

Trong khi so sánh độ linh hoạt của các nghiên cứu khác nhau, chúng ta cố gắng trả lời câu hỏi “Cái nào dễ bị ảnh hưởng hơn về hiệu quả và vấn đề phát triển khi môi trường mạng thay đổi ?” Như vài thảo luận trước đã chỉ ra, kết họp tuyến dữ liệu dưcmg như không theo kịp với tuyến điều khiển Bởi vì điều này khá trực giác: sự thay đổi của luồng dữ liệu luôn khó dự đoán hơn luồng thông tin điều khiển Đe tạo thay đổi trong luồng dữ liệu là một ứng dụng mới hay là một thay đổi ữong việc sử dụng của một ứng dụng đang dùng Ví dụ, giả sử một W eb site cung cấp vài dịch vụ giao dịch như định giá cổ phiếu trên Internet, đột nhiên luồng lưu lượng đến website đó sẽ bao gồm nhiều luồng nhỏ mà không thể được chuyển mạch nhãn, làm gia tăng tải lưu lượng lên thành phần định tuyến truyền thống

Không khó để đưa ra nhiều tình huống khác nhau về sự thay đổi cách sử dụng của người sử dụng hay của ứng dụng sẽ có thể gây ảnh hường nghiêm trọng trong kết hợp tuyến

dữ liệu Nhưng những thay đổi đó khó có thể ảnh hường đến tuyến điều khiển Thường thường, không có sự thay đổi của thông tin định tuyến trong một khoảng thời gian ngấn, chỉ

có những thay đổi căn bản thực sự trong cách xây dựng mạng mới có thể ảnh hưởng đến kết hợp tuyến điều khiển

2.4.5 Phân bố thông tin kết họp nhãn

M ột khi tạo ra hay hủy bỏ một kết hợp giữa một nhãn được chọn nội bộ và một FEC, LSR cần thông báo cho các LSR khác về việc này để các LSR khác tạo ra hay hủy bỏ kết họp nhãn ngoài Phân bố thông tin kết hợp nhãn có thể thực hiện bời nhiều cách

2.4.5.1 Đột trên đỉnh của các gùio thức định tuyến

M ột cách để phân bố thông tin kết hợp là đặt thông tin này vào các giao thức định tuyến Điều này chi thực hiện được đối với kết hợp tuyển điều khiển, bời vì nó “cột” (ties) phân bố thông tin nhãn vào phân bố thông tin điều khiển (định tuyến), và nó có vàí tính chất khá hấp dẫn Đầu tiên, nó làm phân bố thông tin kết hợp nhãn phù hợp với phân bố của thông tin định tuyến Nó còn tránh được hiện tượng tranh chấp, khi thông tin kết họfp nhãn (kết hợp giữa nhãn và FEC) có mặt, nhưng thông tin định tuyến liên quan đến (là thông tin kết hợp giữa FEC và trạm kế tiếp) khốíig có Sau đó nó làm đơn giản hoạt động của hệ thống bởi nó làm giảm yêu cầu nhiều giao thức để phân bố thông tin định tuyến

Tuy nhiên, nó cũng có những nhược điểm nhất định Trước hết, thông tin định tuyến

mà được phân bố bởi một giao thức xác định có thể không phù hợp cho phân bố thông tin kết hợp nhãn, chỉ có những giao thức mà phân bố thông tin định tuyến rõ ràng có chứa ánh

xạ giữa FEC và địa chi ttạm kế thì có thể phù hợp cho việc đặt vào giao thức Vì nguyên nhân này mà những giao thức định tuyến trạng thái liên kết (Routing Link-State) (như OSPF) không phù hợp cho yêu cầu phân bổ thông tin kết hợp nhãn Nhưng đối với các giao thức khác như BGP và P M dường như hoàn toàn phù hợp cho yêu cầu này.

Nhưng ngay cả nếu phân bố thông tin định tuyến bởi một giao thức nào đó phù hợp cho việc phân bố thông tin kết hợp nhãn, thì mờ rộng giao thức để mang thông tin này có thể không luôn luôn khả thi Bỏi vì mở rộng giao thức có thể liên quan đến sự thay đổi khuôn dạng của bản tin được sử dụng bời giao thức đó, và điều này có thể gây ra sự không tưomg thích giữa các hệ thống Chúng ta có thể quan tâm đến trưòfng hợp giao thức mang thông tin nhãn đến một ứũết bị không hiểu nhãn sẽ gây ra những hiểu nhầm không mong muốn

2.4.5.2 N hữ ng giao thứ c p h â n bố nhãn

Tiền thân của MPLS trưộc đây là chuyển mạch thẻ của Cisco, sử dụng giao thức phân phối thẻ là TDP Giao thức này về hoạt động thì giống LDP nhưng không tương thích hoàn toàn vói LDP do nó lắng nghe trên cổng 711 trong khi TDP lắng nghe trên cổng 646 H ệ điều hành Cisco lOS từ phiên bản 11.1 đã hỗ trợ chuyển mạch thẻ, từ 12.3 ừ ở lên mới hỗ trợ MPLS Cú pháp lệnh tùy thuộc vào lOS

Giao thức LDP giống OSPF ở chỗ các láng giềng thấy nhau một cách tự động lủiờ giao thức hello, giống BGP ở chỗ các láng giềng dùng kết nối TCP để thiết lập một kênh truyền thông tin cậy Điểm khác biệt của LDP là thủ tục trao đổi thông tin nhãn của nó như nhận các láng giềng, thiết lập phiên, trao đổi nhãn, duy trì nhãn, chống vòng lặp mà ta sẽ đề cập

Kết hợp nội bộ và từ xa

Thuật ngữ kết hợp liên quan đến một hoạt động tại LSR mà trong đó một nhãn được kết hợp vói một FEC Kết hợp nhãn nội bộ là một hoạt động trong đó router nội bộ thiết lập mối kết hợp nhãn với một FEC Router có thể làm việc này khi nó nhận được thông tin điều kỉiiển từ router lân cận Thông thường thì router ấn định một nhãn cho mỗi tiền tố IP mà nó biết và sau đó quảng cáo sự kết hợp này Còn kết hợp xa thường được thực hiện bởi các bản tin điều khiển

2.4.5.3 Thực thi của các m ặ tp h ẳ n g đ ề u khiển trong vùng chuyển m ạch nhã n

H ình 2.17: Việc tìm ra địa chỉ và vị trí cùa chúng.

Chương 2: Lý thuyết cơ bản của chuyển mạch nhãn 43

Mạng chuyển mạch nhãn được tổ chức thành các vùng chuyển mạch nhãn Các vùng thuộc về một ISP hoặc một công ty riêng và giao tiếp với nhau bằng các thỏa thuận

Ta xét hình 2.17, 2.18, 2.19 có các nút người dùng là 172.16.1.1 (ngược dòng) và 172.16.2.1 (xuôi dòng) Theo dòng dữ liệu từ nút 172.16.1.1 đến nút 172.16.2.1, LSR A là nút ngõ vào, LSR c là nút ngS ra LSR B được gọi là LSR chuyển tiếp, LSR nội hay LSR lõi Các hình này chỉ ra cách rnà các nút biết được địa chỉ 172.16.2.1 bằng cách sử dụng giao thức định tuyến như OSPF, BGP để quảng cáo nhãn (hình 2.17) hay dùng giao thức phân phối nhãn LDP theo yêu cầu (hình 2.18) hoặc không theo yêu cầu (hình 2.19) Kết quả

là các nút đều biết về địa chỉ 172.16.2.1 và cách để đi đến nút đó Thông tin này sẽ được giữ trong cơ sở thông tin nhãn

H ình 2.18: Liên kết nhãn theo yêu cầu.

Gán nhãn 30 Gán nhãn 21

Chúng ta xét hai kịch bản trong việc ấn định nhãn của giao thức LDP Hình 2.18 minh họa hoạt động phân phối nhãn theo yêu cầu (solicited hoặc downstream-on-demand) Bản tin yêu cầu nhãn được gửi đi trước khi bản tin liên kết thật sự được gửi

Hình 2.19 là một ví dụ về liên kết nhãn không theo yêu cầu (unsolicited), ơ đây nút xuôi dòng ở bên phài hình gửi bản tin liên kết đến các nút ngược dòng, và chúng tiếp tục gửi

44 Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

đến các nút ngược dòng kế tiếp trong vùng chuyển mạch nhãn Các nút ngược dòng không yêu cầu liên kết nhưng lại nhận các liên kết một cách tự do

2.4.5Â Chuyển đỗi nhãn

Giá trị nhãn bị thay đổi khi gói dữ liệu truyền qua vùng chuyển mạch nhãn Thông thường mỗi LSR nhận được một gói tin vào và thay đổi giá trị của nhãn trước khi gửi gói đến nút kế tiếp trong lộ trình

H ình 2.20: Bảng đầu vào LS cho một LSR giữa 2 người dùng.

IN b.21

OUT d.30

d

172.16.2,1 55

Lưu ý chuyển mạch nhãn chỉ dùng các giao thức phân bố thông tin định tuyến để phân bố thông tin kết hợp nhãn là không thể M ột cách khác là phân bố thông tin kết hợp nhãn bằng các giao thức riêng

Nhưng nó có mặt hạn chế, đỏ là khó tránh hoàn toàn hiện tượng tranh chấp, bạn có thể kết thúc trong tình huống khi mà một LSR có thông tin kết hợp nhãn (giữa nhãn và FEC) nhưng không có thông tin định tuyến (FEC và trạm kế tiếp) cần để sử dụng thông tin kết hợp nhãn và ngược lại, vì hai giao thức này không liên quan đến nhau

Một nhược điểm khác của nghiên cứu này là nó phải đưa ra một giao thức mới cho hệ thống, sẽ làm tăng độ phức tạp của hệ thống

Nếu thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn chỉ sử dụng một giao thức phân bố nhãn, thì nó sẽ khó mà làm sự phân bố thông tin kết họp nhãn nhất quán với sự phân bố của thông tin định tuyến Để thấy điều này thì chúng ta xem xét các giao thức định tuyến, trong khi một vài giao thức ưao đổi thông tin định tuyến dựa trên sự cập nhật dần dần và bắt buộc phúc đáp (như là BGP), còn các giao thức khác sử dụng sự “làm tưoi” (refresh) một cách tuần hoàn của thông tin định tuyến (như PIM)