Báo cáo chuyên đề chuyển mạch

Báo cáo chuyển mạch Nhóm 16 Trang1 LỜI NÓI ĐẦU Khi mạng Internet phát triển mở rộng, các nhu cầu về sử dụng mạng Internet vào mục đích học tập, giải trí, làm việc ngày càng cao. Dẫn đến lưu lượng truyền tải trong mạn tăng cao. Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS ra đời đã đáp ứng được nhu cầu phát triển của mạng hiện nay. Kỹ thuật định tuyến MPLS là một kỹ thuật khá mới, trong quá trình nghiên cứu đè tài này không tránh khỏi sai sót, mong thầy thông cảm. Sau đây em xin trình bày nội dung của đề tài gồm 4 phần Phần 1: Tổng quan MPLS Phần 2: Các khái niệm cơ bản trong MPLS Phần 3: Cơ sở dữ liệu MPLS Phần 4: Giao thức phân phối nhãn Báo cáo chuyển mạch Nhóm 16 Trang2 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Báo cáo chuyển mạch Nhóm 16 Trang3 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 2 1. Tổng quan về MPSL 5 2. Các khái niệm cơ bản trong MPLS 6 2.1. Miền MPLS 6 2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) 7 2.3 Nhãn (Label), Stack nhãn (Label stack) 8 2.4 Đường chuyển mạch nhãn LSP 9 2.5 Đường hầm 9 2.6 Các LSR ngược dòng (upstream) và xuôi dòng (downstream) 10 3. Các cấu trúc dữ liệu 10 3.1 Mục chuyển tiếp nhãn chặng tiếp theo (NHLFE) 11 3.2 Mục FEC to NHLFE (FTN) 11 3.3 Ánh xạ nhãn đưa đến (ILM) 12 3.4 Chuyển đổi nhãn 12 4. Giao thức phân phối nhãn: 12 4.1 Các định danh LDP và các địa chỉ chặng tiếp theo 13 4.1.1 Các định danh LDP 13 4.1.2 Tìm địa chỉ cho chặng tiếp theo 13 4.2 Cơ chế hoạt động của LDP 14 4.2.1 Phát hiện phiên LDP 14 4.2.2 Khởi động ,thiết lập và duy trì phiên LDP 15 4.2.3 Cấu trúc thông điệp LDP 16 4.2.3.1 LDP-PDU 17 4.2.3.2 Định dạng thông điệp LDP 17 Báo cáo chuyển mạch Nhóm 16 Trang4 4.2.3.3 Các bản tin LDP 18 4.2.4 Các kiểu công bố nhãn 24 4.2.4.1 Công bố nhãn xuôi dòng theo yêu cầu 24 4.2.4.2 Công bố nhãn xuôi dòng không theo yêu cầu 24 4.2.5 Các kiểu điều khiển LSP 25 4.2.5.1 Điều khiển phân bố nhãn độc lập 25 4.2.5.2 Điều khiển phân bố nhãn theo kiểu tuần tự 25 4.2.6 Các kiểu duy trì nhãn 27 4.2.6.1 Kiểu duy trì nhãn bảo toàn 27 4.2.6.2 Duy trì nhãn kiểu tự do 27 4.3 Hoạt động định tuyến và duy trì tuyến LSP 28 4.3.1 Hoạt động định tuyến 28 4.3.1.1 Định tuyến từng chặng 28 4.3.1.2 Định tuyến tường minh 29 4.4 Thiết lập và duy trì tuyến LSP 29 Báo cáo chuyển mạch Nhóm 16 Trang5 1. Tổng quan về MPSL Công nghệ MPLS (MultiProtocol Label Switching) là sự kết hợp những ưu điểm của chuyển mạch IP và chuyển mạch ATM. Trong chuyển mạch IP, IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến. Gói tin IP chứa địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là 1 số duy nhất trong toàn mạng mang đầy đủ thông tin cần cho chuyển gói tới đích. Phương thức chuyển tin của IP là chuyển theo từng chặng một. Mỗi nút mạng tính toán bản chuyển tin 1 cách độc lập. Điều này có điểm lợi là làm cho giao thức này đáng tin cậy vì các router định tuyến độc lập nên có thể phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi định tuyến khi router biết được sự thay đổi topo mạng thông qua việc cập nhập thông tin về trạng thái kết nối. Tuy nhiên việc này làm cho việc chuyển mạch xảy ra chậm vì các gói tin sẽ bị kiểm tra trên từng chặng. Giao thức ATM là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối. Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin gởi đi. Giao thức ATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian. Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu và giữ cố định trong thời gian kết nối. Điều này giúp ATM chuyển mạch nhanh hơn với lưu lượng lớn hơn. Báo cáo chuyển mạch Nhóm 16 Trang6 Công nghệ MPLS sử dụng cơ chế chuyển gói tin của ATM để tăng tốc độ truyền tin mà không cần thay đổi giao thức định tuyến của IP. MPLS tách chức năng của IP router ra làm 2 phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển: - Phần chức năng chuyển gói tin, với nhiệu vụ gởi gói tin giữa các IP router, sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn tương tự như của ATM. Kỹ thuật hoán đổi nhãn về bản chất là việc tìm nhãn của một gói tin trong một bảng các nhãn để xác định tuyến của gói và nhãn mới của nó. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gói tin theo kiểu thông tương do vậy cải thiện khả năng của thiết bị. Các Router sử dụng thuật này gọi là LSR (Label Switching Router) - Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm các định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phân phối thông tin giữa các LSR, và thủ tục gán nhãn để chuyển thông tin định tuyến thành các bảng định tuyến cho việc chuyển mạch. 2. Các khái niệm cơ bản trong MPLS 2.1. Miền MPLS Miền MPLS là tập hợp các nút mạng thực hiện hoạt động định tuyến và chuyển tiếp MPLS. Một miền MPLS thường được quản lý và điều khiển bởi một nhà quản trị. Miền được chia ra thành 2 phần : phần mạng lõi (Core) và phần mạng biên. Các nút thuộc miền MPLS được gọi là Router chuyển mạch nhãn LSR (Label Switching Router). Các nút ở biên gọi là Router nhãn biên LER (Label Edge Router). Báo cáo chuyển mạch Nhóm 16 Trang7 Hình 2-1 Một miền MPLS tiêu biểu 2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) Lớp chuyển tiếp tương đương (Forwarding Equivalence Class): mô tả sự kết hợp các gói tin có cùng địa chỉ đích thành các lớp để có chính sách xử lý tương ứng, nghĩa là chúng được chuyển tiếp cùng giao tiếp với cùng chặng tiếp theo và được ấn định cùng lớp phục vụ. Giá trị FEC trong gói tin có thể thiết lập mức độ ưu tiên cho việc điều khiển gói nhằm hỗ trợ hiệu quả hoạt động của QoS (Quality of Service). Khi một gói đi vào miền MPLS tại node ngõ vào, nó được ánh xạ đến 1 FEC. Việc ánh xạ một gói vào FEC có thể nhờ các thông số sau : - IP nguồn, IP đích - Cổng nguồn, cổng đích Hình 2-2: Lớp chuyển tiếp tương đương FEC Báo cáo chuyển mạch Nhóm 16 Trang8 2.3 Nhãn (Label), Stack nhãn (Label stack) Nhãn là một bộ phận nhận dạng gói tin có độ dài ngắn nhất định, mạng ý nghĩa cục bộ để nhận biết 1 FEC. Nhãn được gán lên một gói tin để báo cho LSR biết gói này này cần đi đâu.Một gói được ấn định đến 1 FEC dựa trên cơ sở địa chỉ đích lớp mạng của nó nhưng nhãn không được mã hóa trực tiếp các thông tin từ header lớp mạng. Nhãn có thể nằm trong header đóng gói gọi là header chèn. Nó cũng có thể ở trong khung lớp tuyến dữ liệu nòa đó, miễn là một trường sẵn sàng cho mục đích này. Ví dụ 1 header chèn gồm các trường: - Trường nhãn Label: 20bits, mang các giá trị nhãn xác thực. - Trường thực nghiệm: 3bits, chưa được định nghĩa. - Trường S: 1bit, stack hỗ trợ phân cấp stack nhãn. - TTL: 8bits, Time-to-Live kết hợp với chức năng IP. Hình 2-3: Header chèn Stack nhãn là một tập hợp các thứ tự các nhãn gắn theo các gói tin để truyền tải thông tin về nhiều FEC và về các LSP tương ứng mà các gói sẽ đi qua. Ngăn xếp nhãn được đại diện bằng một chuỗi “các chỉ số của ngăn xếp nhãn” xuất hiện sau header lớp tuyến dữ liệu nhưng trước header lớp mạng. Các chỉ số có thể đẩy vào hay lấy ra khỏi stack Hình 1-6 Stack nhãn Báo cáo chuyển mạch Nhóm 16 Trang9 2.4 Đường chuyển mạch nhãn LSP Đường chuyển mạch nhã được thiết lập từ router LER đầu vào (dữ liệu đầu vào là gói IP truyền thống, LSR đầu vào sẽ ấn định nhã cho gói thông tin này) đến LER đầu cuối (sẽ gỡ bỏ nhãn cho gói dữ liệu khi đi ra khỏi miền MPLS). LSP được xây dựng bằng các giao thức LDP (Label Distributed Protocol). Một LSP nối từ đầu đến cuối gọi là đường hầm liên kết các đoạn LSP giữa các nút. Hình 2-4 Đường chuyển mạch nhãn LSP 2.5 Đường hầm LSR R1 có thể chuyển một gói đến LSR R4, mặc dù R1 và R4 không phải là các router liên tiếp trên đường dẫn từng chặng (hop-by-hop) cho gói này. Hình 2-5 Đường hầm Xét Hình 1-7, trong đó, một LSP được hình thành bởi{R1, R2, R3, R4}. Giả sửR1 nhận gói không dán nhãn P và đẩy vào trong stacknhãn của nó để nó theo đường dẫn này. Giả sử R2 và R3 là không nối trực tiếp mà qua các LSR {R21, R22, R23}. Vậy, LSP là {R1, R2,R21, R22, R23, R3, R4}. P sẽ có stack nhãn với độ sâu bằng 1 khi nó đi từ R1 đến R2, tại R2, nó được xác định rằng P phải được đưa vào trong đường hầm. R2 trước tiên thay nhãn đưa đến bằng một nhãn có nghĩa đầy đủ đến R3 Báo cáo chuyển mạch Nhóm 16 Trang10 và đưa vào một nhãn được xác nhận bởi R21. Nhãn mới này có độ sâu là 2 để chuyển mạch cho R21, R22,R23. Khi P đến R23, nhãn đỉnh sẽđược đẩy ra khỏi stack và stack nhãn chỉ có độ sâu bằng 1. Nhãn này sẽ được xác nhậnbởi R3 và sử dụng nó để chuyển gói đến R4. Quá trình xếp chồng nhãn cho phép LSP đào hầm để có thể xuất hiện ở mọi độ sâu của stack. 2.6 Các LSR ngược dòng (upstream) và xuôi dòng (downstream) Giả sử Ru và Rd là các LSR (Label Switching Router) và Ru và Rd đã thỏa thuận dán nhãn L với FEC F cho các gói được gởi từ Ru tới Rd thì Ru là LSR ngược dòng và Rd là LSR xuôi dòng. Hình 2-6 Các LSR ngược dòng và xuôi dòng 3. Các cấu trúc dữ liệu Hình 3-1Chuyển tiếp các gói trong miền MPLS Phần này mô tả các cấu trúc dữ liệu mà được yêu cầu để thiết lập và duy trì các LSP gồm có - Mục chuyển tiếp nhãn chặng tiếp theo (NHLFE) - FEC tới NHLFE - Ánh xạ nhãn đưa đến (ILM). [...]... khi chuyển tiếp gói đưa đến như các gói được dán nhãn 3.4 Chuyển đổi nhãn Chuyển đổi nhãn là các dùng các thử tục để chuyển tiếp gói Để chuyển tiếp gói có nhãn, LSR kiểm tra nhãn trên đỉnh stack và ánh xạ ILM để ánh xạ nhãn này tới một Entry của chuyển tiếp nhãn NHLFE Sử dụng thông tin trong NHLFE, LSR xác định nơi chuyển tiếp gói và thực hiện trên Stack nhãn Rồi nó mã hóa Stack nhãn mới vào gói và chuyển. . .Báo cáo chuyển mạch 3.1 Mục chuyển tiếp nhãn chặng tiếp theo (NHLFE) Mục chuyển tiếp nhãn chặng tiếp theo NHLFE (Next Hop LabelForwarding Entry) được sử dụng khi chuyển tiếp một gói được đóng gói trong một khung MPLS, nghĩa là gói được dán nhãn Nó chứa các thông tin sau: • Chặng tiếp... định tuyến hay thay đổi trong cấu hình LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó Hình4-11 Định dạng bản tin Label Mapping Nhóm 16 Trang21 Báo cáo chuyển mạch Trường FEC TLV: chứa nhóm chuyển tiếp tương đương mà nhóm này sẽ được gán cho một nhãn,nhãn này nằm trong trường Label TLV Trường Label TLV: chữa nhãn được gán cho nhóm chuyển tiếp tương đương Trường Optional TLV: gồm có số nhận dạng... phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR Phiên LDP là phiên song hướng nên mỗi LSR ở hai đầu nối kết đều có thể yêu cầu và gửi liên kết nhãn.Trong trường hợp hai LSR không có kết nối trực tiếp thì LSR định kỳ gửi bản tin Hello đến cổng UDP đã biết tại địa chỉ IP xác định được khai báo Nhóm 16 Trang14 Báo cáo chuyển mạch khi thiết lập cấu hình.Đầu nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin Hello khác và... đường chuyển mạch nhãn LSP Còn trong trường hợp điều khiển theo kiểu tuần tự thì các bản tin Label Mapping sẽ tuần tự từ R3 trả về R2,và từ R2 mới gửi về R1 mà không có bất cứ yêu nào từ R1 Ta có thể kết luận,kiểu điều khiển độc lập có quan hệ với việc công bố nhãn theo yêu cầu,và kiểu điều khiển tuần tự có quan hệ math thiết với công bố nhãn không theo yêu cầu Nhóm 16 Trang26 Báo cáo chuyển mạch 4.2.6... và xác định rằng nó không phải là LER ngõ ra thì LSR đó chuyển nó đến chặng tiếp theo.Khi LSR xác định nó chính là LER ngõ ra cho FEC đó thì nó sẽ gán một nhãn và lại gởi thông điệp Label Mapping được đính kèm Label Request trước đó Nhóm 16 Trang30 Báo cáo chuyển mạch Khi LSR nhận được thông điệp Label Mapping từ chặng tiếp theo thì sẽ lần lượt chuyển ngược về lại cho đến khi đến được LSR ngõ vào cho... kiểu TLV,tuy nhiên đặc tả LDP không phải lúc nào cũng sử dụng lược đồ TLV 4.2.3.3 Các bản tin LDP  Bản tin Notification Hình4-5 Định dạng bản tin Notification Nhóm 16 Trang18 Báo cáo chuyển mạch LSR sử dụng bản tin Notification để báo cho các LSR cung cấp về các điều kiện bất thường hay xảy ra lỗi như: - Nhận biết các bản tin bị khiếm khuyết,bị lỗi hay không xác định Hoàn thành bản tin Keep Alive Việc... thời gian  Bản tin Initialization Nhóm 16 Trang19 Báo cáo chuyển mạch Hình4-7 Định dạng bản tin Initialization Các bản tin thuộc loại này được gửi khi bắt đầu một phiên LDP giữa 2 LSR để trao đổi các tham số,các tùy chọn cho phiên.Các tham số này bao gồm: - Chế độ phân bố nhãn Chế độ định thời Phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa 2 LSR đó Cả 2 LSR đều có thể gửi các bản tin Initialization và LSR... thu hồi lại địa chỉ đã công bố trước đó Nhóm 16 Trang13 Báo cáo chuyển mạch 4.2 Cơ chế hoạt động của LDP 4.2.1 Phát hiện phiên LDP Phát hiện LDP là một phương pháp cho phép một LSR phát hiện những LSR ngang hàng (peers) có kết nối trực tiếp hoặc gián tiếp với nó.Có 2 phương pháp phát hiện đó là phát hiện cơ bản và phát hiện mở rộng.Ở mục này,chỉ đề cập đến phát hiện cơ bản Hình4-1: Các bước thiết lập... tới một thông điệp đến một LSR ngang cấp rằng nút không tiếp tục sử dụng các nối kết giữa FEC với nhãn mà LSR này đã quảng bá Nhóm 16 Trang22 Báo cáo chuyển mạch  Bảng tin Label Release Hình4-14 Định dạng bản tin Label Release LSR sẽ gửi bản tin này khi nhận được chuyển đổi nhãn mà nó không cần thiết nữa.Điều đó thường xảy ra khi LSR giải phóng nhận thấy nút tiếp theo cho FEC đó không phải là LSR quảng . Báo cáo chuyển mạch Nhóm 16 Trang5 1. Tổng quan về MPSL Công nghệ MPLS (MultiProtocol Label Switching) là sự kết hợp những ưu điểm của chuyển mạch IP và chuyển mạch ATM. Trong chuyển. đẩy vào hay lấy ra khỏi stack Hình 1-6 Stack nhãn Báo cáo chuyển mạch Nhóm 16 Trang9 2.4 Đường chuyển mạch nhãn LSP Đường chuyển mạch nhã được thiết lập từ router LER đầu vào (dữ liệu. thời gian kết nối. Điều này giúp ATM chuyển mạch nhanh hơn với lưu lượng lớn hơn. Báo cáo chuyển mạch Nhóm 16 Trang6 Công nghệ MPLS sử dụng cơ chế chuyển gói tin của ATM để tăng tốc độ