Nghiên cứu và đánh giá kỹ thuật lưu lượng mạng trong công nghệ MPLS

DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮTATM Asynchronous Transfer Mode Giao thức truyền tải cận đồng bộBGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng biên CR Constraint-based Routing Định

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 6

LỜI MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MPLS 10

1.1 T ổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS 10

1.1.1 Giới thiệu 10

1.1.2 Các đặc điểm nổi bật của kỹ thuật MPLS 11

1.2 Một số khái niệm cơ bản trong MPLS 11

1.2.1 Miền chuyển mạch nhãn MPLS 11

1.2.2 Lóp chuyển tiếp tương đương 13

1.2.3 Ngăn xếp nhãn 15

1.2.4 Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn 15

1.2.5 Đường chuyển mạch nhãn 16

1.2.6 Truyền tải lưu lượng trong miền chuyển mạch nhãn MPLS 17

1.3 Các thành phần của MPLS 19

1.3.1 Router chuyển mạch nhãn (LSR-Label Switching Router) 19

1.3.2 Đường chuyển mạch nhẫn (LSP - Label Switched Path) 20

1.4 Kiến trúc nút MPLS 22

1.4.1 M ặt phẳng chuyển tiếp MPLS 22

1.4.2 Mặt phẳng điều khiển MPLS 25

1.4.3 Hoạt động của MPLS 25

1.5 Giao thức phân phối nhãn 26

1.5.1 Giới thiệu 26

1.5.2 Hoạt động của LDP 27

1.5.3 Các bản tin LDP 28

1.5.4 Các chế độ phân phối nhãn 32

1.5.5 Các chế độ duy trì nhãn 33

1.6 ưu nhược điểm của MPLS 34

1.6.1 Ưu điểm 34

1.6.2 Nhược điểm 35

1.7 Tổng kết chương 36

CHƯƠNG II: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG TRONG MPLS 37

2.1 Tổng quan về kỹ thuật lưu lượng 37

2.1.1 Khái niệm kỹ thuật lưu lượng 37

2.1.2 Bài toán tắc nghẽn và kỹ thuật lưu lượng 38

2.1.3 Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS 40

2.2 Kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE 41

2.2.1 Sự cần thiết của MPLS-TE 41

2.2.2 Tổng quan về cơ chế hoạt động của MPLS-TE 43

2.2.3 Các thuộc tính ràng buộc của liên kết 47

2.2.4 Các thuộc tính ràng buộc của trung kế lưu lượng 49

2.2.5 Phân phối thông tin ràng buộc 54

2.2.6 Tính toán và thiết lập, báo hiệu đường ràng buộc 56

2.2.7 Truyền tải lưu lượng của trung kế lưu lượng lên LSP ràng buộc 63

CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KỸ THUẬT Lưu LƯỢNG MPLS - TE .64

3.1 Lựa chọn công cụ mô phỏng 64

3.1.1 Kiến trúc NS-2, C++ và OTcl 64

3.1.2 Kiến trúc module MNS v2.0 65

3.2 Mô phỏng và khảo sát các thuật toán điều khiển lưu luợng, bảo vệ và khôi phục đường trong kỹ thuật lưu lượng MPLS-TE 66

3.2.1 Chuẩn bị công cụ mô phỏng 66

3.2.2 Xây dựng topology mô phỏng 67

3.2.3 Mô phỏng mô hình mạng IP không hỗ trợ MPLS 68

3.2.4 Mô phỏng định tuyến ràng buôc trong mạng MPLS 72

3.2.5 Mô phỏng mô hình bảo vệ, khôi phục đường Makam 76

3.2.6 Mô phỏng mô hình bảo vệ, khôi phục đường Haskin 80

3.3 Phân tích và đánh giá kết quả mô phỏng tổng họp đối với các mô hình bảo vệ khôi phục đường 84

3.4 Một số giải pháp lựa chọn mô hình bảo vệ khôi phục đường 89

KẾTLUẬẩ 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

DANH SÁCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ATM Asynchronous Transfer Mode Giao thức truyền tải cận đồng

bộBGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng

biên

CR Constraint-based Routing Định tuyến ràng buộc

CR-LDP Constraint-based Routing Label

Distribution Protocol

Giao thức phân phối nhăn hỗtrợ định tuyến ràng buộcCR-LSP

Constraint-based Routing LabelSwitched Path

Đuờng chuyển mạch nhãnđược định tuyến ràng buộcCSPF Constraint-based Shortest Path

First

Thuật toán tìm đường dẫnngắn nhất trước tiên dựa trênđịnh tuyến ràng buộc

DiffServ Differentiated Service Phân biệt dịch vụ

DSCP Differentiated Service Code Point Mã phân biệt dịch vụ

EGP External Gateway Protocol Giao thức định tuyến ngoại

miền

ERO Explicite Route Object Đối tượng đường tường minh

FEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tương đương

FIB Forwarding Information Base Cơ sở thông tin chuyển tiếpFIS Fault Information Signal Tín hiệu thông báo xảy ra lỗi

FRS Fault Recovery Signal Tín hiệu thông báo khôi phục

lỗiIGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến nội miền

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãnLER Label Edge Router Bộ chuyển mạch nhãn tại biên

LFIB Label Forwarding Information

Base

Cơ sở thông tin chuyển tiếpnhãn

LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn

LSA Link-State Advertisement Bản tin quảng bá trạng thái

liên kếtLSP Label Switched Path Đường chuyển mạch nhãnLSR Label Switching Router Bộ chuyển mạch nhãn

Mẩs MPLS module for â S Module mô phỏng MPLS cho

ẩ SMPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao

thứcMPLS-TE Multiprotocol Label Switching-

Traffic Engineering

Kỹ thuật lưu lượng trongchuyển mạch nhãn đa giaothức

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, mạng Internet đang phát triển rất mạnh và nhu cầu sử dụng những dịch vụ chất lượng cao ngày càngtăng Lưu lượng trên toàn bộ hệ thống mạng chủ yếu là lưu lượng IP Tuy nhiên nó còn bộc lộ một số hạn chế nênđòi hỏi một công nghệ mạng mới với chi phí thấp hon, chất lượng tốt hon Một trong những công nghệ đó là côngnghệ MPLS Công nghệ MPLS ra đời với những tính năng vượt trội hon mạng IP, trong đó nổi bật là khả năng điều

MTU Maximum Transfer Unit Đom vị truyền tải tối đa

ẩ Gẩ a ext-Generation a etwork Mạng thế hệ kế tiếp

ẩ HLFE a ext Hop Label Forwarding Entry Chỉ mục nhãn chuyển tiếp kế

tiếpPID Protocol Identifier Thành phần nhận dạng giao

thứcPHP Penultimate Hop Popping Gỡ nhãn ở chặng cuốiPML Protection Merging LSR LSR khôi phục

PVC Permanent Virtual Circuit Kết nối ảo tĩnhRIB Routing Information Base Cơ sở thông tin định tuyếnRSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành riêng tài

nguyên

soẩ ET Sychronous Optical a etwork Mạng quang đồng bộ

TE Traffic Engineering Kỹ thuật lưu lượngTLV Type, Length, Value Loại, độ dài, giá trịTTL Time to live Thời gian tồn tại của gói tinToS Type of Service Loại dịch vụ của gói tin

khiển lưu lượng qua mạng để nhà cung cấp dịch vụ có thể khai thác hiệu quả tài nguyên mạng, tránh được hiện tượngnghẽn mạng ở một tuyến liên kết này trong khi các tuyến khác rãnh Và đây cũng chính là đối tượng nghiên cứuchính của đề tài Đề tài được tổ chức thành 3 chương với nội dung chính như sau:

- Chương 1: Cơ sở lý thuyết: giới thiệu các khái niệm cơ bản, các thành phàn, cơ chế hoạt động cơ bản của côngnghệ chuyển mạch nhãn MPLS

- Chương 2: Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS: trình bày vấn đề nghẽn trong mạng, và các thuật toán điều khiểnlưu lượng, bảo vệ và khôi phục đường

- Chương 3: Mô phỏng và đánh giá: thực hiện mô phỏng các thuật toán điều khiển lưu lượng, bảo vệ và khôiphục đường Khảo sát và đánh giá hiệu năng của 5 mô hình, đưa ra các đánh giá, so sánh và phân tích địnhlượng trong từng mô hình

Vì thời gian thực hiện đề tài có hạn nên đồ án chắc chắn không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được sựđóng góp quý báu từ các thầy cô và các bạn sinh viên để đồ án có thể hoàn thiện kiến thức trong lĩnh vực này hơn vàhoàn thành công việc còn lại của đồ án thật tốt

Em xin chân thành cảm ơn Ths Ngô Thị Vinh , giáo viên hướng dẫn đề tài đã tận tình hướng dẫn em thực hiện

đề tài trong thời gian qua

CHƯƠNG I: TỎNG QUAN VỀ MPLS1.1 Tổng quan về công nghệ chuyển mạch nhãn MPLS

1.1.1 Giới thiệu

Ngày nay mạng máy tính đã phát triển rộng khắp, đặc biệt là mạng Internet nó đã trở thành phổ biến trên toàn thếgiới Và nó đang phát triển cả về số lượng lẫn chất lượng, bên cạnh việc tăng vọt số người sử dụng trong mạng thìviệc gia tăng dịch vụ cũng là vấn đề rất lớn, trước đây nếu như ta chỉ có nhu cầu truyền dữ liệu thì bây giờ ta cầntruyền cả tín hiệu thoại tín hiệu video và một số dịch vụ mở rộng khác, Với mạng Internet truyền thống thì nguồn tàinguyên về băng thông và tốc độ là hạn chế, vì vậy để thực hiện truyền tín hiệu thoại và video có chất lượng là khôngthể

Nhiều mạng thế hệ mới hơn đã ra đời như : Frame-Relay, ISDN, ATM, chúng đã giải quyết phần nào những yêucàu trên nhưng vẫn còn nhiều hạn chế, theo đà phát triển của công nghệ mạng MPLS đã ra đời với ý tưởng dừng

nhãn để chuyển mạch nó đã giải quyết và khắc phục những hạn chế mà các mạng trước đây vẫn còn tồn tại như: Tốc

độ, băng thông không hữu ích, delay

Mạng MPLS là sự kế thừa và kết họp của routing thông minh trong mạng IP và chuyển mạch tốc độ cao trongmạng ATM, có cả routing ở layer 3 (IP) và switching ở layer 2 (VPI/VCI của ATM)

MPLS là cơ chế chuyển mạch nhãn do Cisco phát triển và được IETF chuẩn hóa, hỗ trợ khả năng chuyển mạch,định tuyến luồng thông tin một cách hiệu quả

MPLS là một công nghệ kết hợp đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp ba và chuyển mạch lớp hai cho phépchuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi (core) và định tuyến tốt ở mạng biên (edge) bằng cách dựa vào nhãn(label) MPLS là một phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói trên mạng bằng các nhãn được gắn với mỗi gói IP, tếbào ATM, hoặc frame lớp hai MPLS hỗ trợ mọi giao thức lớp hai, triển khai hiệu quả các dịch vụ IP trên một mạngchuyển mạch IP MPLS hỗ trợ việc tạo ra các tuyến khác nhau giữa nguồn và đích trên một đường trục Internet.Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến trúc mạng, các ISP có thể giảm chi phí, tăng lợi nhuận, cung cấp nhiều hiệu quảkhác nhau và đạt được hiệu quả cạnh tranh cao

1.1.2 Các đăc điểm nồi bât của kỹ thuât MPLS

Kỹ thuật MPLS không chỉ mang lại tính năng truyền tải lưu lượng với hiệu năng cao hom so với kỹ thuật truyền tảitruyền thống mà còn là một loại các công nghệ hỗ trợ cho việc triển khai các dịch vụ giá trị gia tăng mới nhằm thỏamãn các nhu cầu cũng như đòi hỏi của các khách hàng Các đặc điểm và ứng dụng nổi bật mà kỹ thuật MPLS manglại là:

- Cung cấp cơ chế truyền tải lưu lượng với tốc độ cao

- Tăng cường khả năng tích hợp giữa IP và ATM

- Tối ưu hóa đường truyền lưu lượng

- Cung cấp mô hình Peer-to-Peer với ứng dụng mạng riêng ảo tại lớp 2 và 3

- Cung cấp kỹ thuật lưu lượng với ứng dụng MPLS-TE

1.2 Một số khái niệm cơ bản trong MPLS

1.2.1 Miền chuyển mạch nhãn MPLS

Theo đặc tả trong tài liệu RFC 3031 của IETF thì miền chuyển mạch nhãn MPLS là “một tập các node trong hệthống mạng thực hiện hoạt động định tuyến và chuyển mạch nhãn MPLS” Miền chuyển mạch nhãn MPLS thườngđược quản trị bởi một nhà cung cấp dịch vụ mạng

Miền chuyển mạch nhãn được chia làm hai phàn: khu vực mạng lõi (Core) và khu vực mạng biên (Edge) Cácnode thuộc miền chuyển mạch nhãn được gọi là các bộ định tuyến/chuyển mạch nhãn LSR Tại khu vực mạng lõi,chúng được gọi là các Transit-LSR hoặc Core-LSR hay gọi tắt là LSR, tại khu vực mạng biên chúng được gọi là cácEdge-LSR hay gọi tắt là LER Đối với các nhà cung cấp dịch vụ mạng thì các bộ

Hình 1.1: Miền chuyển mạch nhãn trong MPLS Các LER nhận vai trò đưa lưu lượng vào và

đưa lưu lượng ra khỏi miền chuyển mạch nhãn MPLS LER đóng vai trò đưa luồng lưu lượng vào được gọi làIngress-LER và LER đóng vai trò đưa luồng lưu lượng này ra được gọi là Egress-LER Do trong miền MPLS, cácluồng lưu lượng được truyền tải trên các đường dẫn đơn hướng LSP được thiết lập từ quá trình định tuyến tại các khuvực biên nên một LER có thể là Ingress- LER đối với luồng lưu lượng này nhưng cũng đồng thời có thể là Egress-LER đối với luồng lưu lượng khác

về vai trò và nhiệm vụ của các node trong miền chuyển mạch MPLS:

- LSR thực hiện nhiệm vụ chính là tiếp nhận các gói tin dữ liệu đã được gắn nhãn, thực hiện quyết định chuyểnmạch, gắn nhãn mới và chuyển tiếp các gói tin ra giao diện liên kết dữ liệu phù họp

- Edge-LSR hay LER thực hiện nhiệm vụ gắn nhãn cho các gói tin và chuyển tiếp chứng vào miền chuyểnmạch MPLS hoặc dỡ bỏ nhãn cho các gói tin và chuyển tiếp chúng ra khỏi miền chuyển mạch MPLS

1.2.2 Lóp chuyển tiếp tương đương

Một lớp chuyển tiếp tương đương là một nhóm hoặc một luồng các gói tin đượcchuyển tiếp trên cùng một đường dẫn đơn hướng LSP và được đối xử với cùng mộtchính sách định tuyến/chuyển mạch xuyên suốt trên tất cả các node dọc đường dẫn LSP.Tất cả các gói tin được xếp vào cùng một FEC sẽ có cùng một nhãn khi một node tiếpnhận và cả khi node đó chuyển tiếp chứng ra giao diện liên kết dữ liệu Tuy nhiên cácgói tin có cùng một nhãn chưa chắc đã thuộc cùng một FEC, trong trường họp trườngEXP nằm trong ngăn xếp nhãn của chúng mang giá trị khác nhau Trong miền chuyểnmạch MPLS, node quyết định gói tin thuộc vào FEC nào là Ingress-LER, điều này cóthể giải thích được là do các Ingress-LER là thiết bị đầu tiên tiếp nhận, phân loại và gắnnhãn các gói tin khi chúng được truyền vào trong miền chuyển mạch MPLS

Các gói tin có cùng một tiêu chí xác định FEC sẽ cùng được truyền tải trên một đường

dẫn LSP trong miền chuyển mạch MPLS như hình 1.2

Hình 1.2: Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) trong MPLS FEC cho phép nhóm các gói vào các lớp Từ nhóm này, giá trị FEC trong một gói có thể được dừng để thiết lập độ ưu tiên cho việc xử lý các gói Nhãn trong MPLS

Các nhãn được gắn vào các gói tin bởi các Ingress-LER trước khi được chuyển tiếpvào miền chuyển mạch nhãn MPLS hoặc được gỡ ra khỏi các gói tin bởi các Egress-LER trước khi được đưa ra khỏi miền MPLS Thông tin trên nhãn được sử dụng để các

node trong miền MPLS có thể định tuyến/chuyển mạch ra đứng giao diện liên kết dữliệu theo đường dẫn đorn hướng LSP đã được thiết lập trước.

Theo tài liệu RFC3031 thì nhãn được định nghĩa là “một bộ nhận dạng có độ dài ngắn

cố định và thống nhất trên toàn miền chuyển mạch MPLS, có tính chất cục bộ, được sửdụng để nhận biết một FEC”

Nhãn sẽ được gắn vào gói tin ở vị trí sau tiêu đề lớp liên kết dữ liệu và trước tiêu đềlớp mạng Một gói tin có thể được gắn nhiều nhãn, các nhãn sẽ được gắn trong cùng một

ngăn xếp nhãn, cấu trúc của từng nhãn như trên hình 1.3

Hình 1.3: Định dạng của một thực thể nhãn trong ngăn xếp nhãn

Một nhãn có độ dài 32 bit, bao gồm 4 trường thành phần như sau:

- Trường giá trị nhãn (LABEL) có độ dài 20 bit, các nhãn từ 0-15 được dành riêngcho các tác vụ điều khiển và không được sử dụng để chuyển tiếp trong miềnMPLS

- Trường Experimental (EXP) có độ dài 3 bit, mang thông tin phục vụ cho các ứngdụng yêu cầu QoS

- Trường Bottom-of-Stack (S) có độ dài 1 bit, được sử dụng để đánh dấu nhãn ở vịtrí cuối cùng trong ngăn xếp nhãn, khi này trường s sẽ có giá trị bằng 1.

- Trường Time-to-live (TTL) có độ dài 8 bit, được sử dụng để ngăn ngừa việc góitin bị định tuyến/chuyển mạch lặp trong miền MPLS, khi gói tin được gắn nhãn

đi qua một node mạng, giá trị của trường này sẽ giảm đi 1 đom vị, khi giá trịgiảm xuống 0 thì gói tin sẽ bị loại bỏ

20 bit 3 bit 1 bit 8bit

◄ X x-x >

31

Hình 1.4: Ngăn xếp nhãnNếu gói tin chưa có nhãn thì ngăn xếp nhãn là rỗng và độ sâu của ngăn xếp nhãn d=0,nếu ngăn xếp nhãn có độ sâu d^o thì mức 1 sẽ là đáy ngăn xếp nhãn (bit s được đặtbằng 1), mức d sẽ là đỉnh của ngăn xếp.

và thành phần chuyển tiếp còn được gọi là thành phần dữ liệu

Mặt phẳng điều khiển sử dụng các giao thức IP để xây dựng nên bảng định tuyến Từthông tin này, thảnh phần điều khiển sẽ tiến hành quá trình ấn định nhãn với các nodemạng lân cận

Thành phần chuyển tiếp sử dụng thông tin của quá trình này để tạo bảng cơ sở thôngtin nhãn LIB Khi nhận được gói dữ liệu, LSR sẽ sử dụng giá trị nhãn của gói và bảngđịnh tuyến nhãn để tìm ra và gắn một giá trị nhãn mới thích họp cho gói dữ liệu

Có 3 loại LSRs trong mạng MPLS:

14

4- Ingress LSRs ( LSR ngõ vào): có chức năng nhận gói chưa có nhãn và gắn nhãn

vào gói tin sau đó chuyển gói tin lên tuyến dữ liệu

4- Egress LSRs ( LSRs ngõ ra ): có chức năng nhận gói tin có nhãn, tiến hành gỡ

bỏ nhãn và gửi gói tin lên tuyến dữ liệu

4 Intermỉdỉate LSRs ( LSRs trung gian ): nó nhận một gói tin có nhãn đến và thực

hiện một thao tác trên gói tin đó, chuyển mạch và sau đó gửi gói tin lên đứngtuyến dữ liệu

i-HiJi tuyển

Các (LSPs)

Trong 3 loại LSR trên thì Ingress LSR và egress LSR là các LSR cấu trúc Edge LSR

có đôi chút khác biệt so với LSR Trong cấu trúc Edge LSR, thành phàn chuyển tiếp cóthêm bảng định tuyến IP Với thành phần này, Edge LSR có thể định tuyến các gói dữliệu IP truyền thống

Hình 1.5: Các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn trong mạng MPLS

1.2.5 Đường chuyển mạch nhãn

Đường chuyển mạch nhãn là tuyến tạo ra từ đầu vào đến đầu ra của mạng MPLSdùng để chuyển tiếp gói của một FEC nào đó sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn Các tuyếnchuyển mạch nhãn chứa một chuỗi các nhãn tại tất cả các node dọc theo tuyến từ nguồntới đích LSP được thiết lập trước khi truyền dữ liệu hoặc trong khi xác định luồng dữ

liệu nào đó Các nhẵn được phân phối bằng các giao thức như LDP, RSVP Mỗi gói dữliệu được đóng gối lại và mang các nhãn trong suốt thời gian di chuyển từ nguồn tớiđích

Ingress LSR là LSR đầu tiên của một LSP, egress LSR là LSR cuối cùng của LSP, tất

cả các LSR nằm giữa ingress LSR và egress LSR đều là intermediate LSR

Ở hình 1.6 bên dưới thì hưáng mũi tên chính là chiều của các gối tỉn đã có nhãn, LSP

là vô hướng Chiều của gói túi có nhãn theo chiều ngược lại với cùng Edge LSR cũng làmột LSP khác nữa

Labeí Switefied Paih

1.2.6 Truyền tảỉ lưu lượng trong miền chuyển mạch nhãn MPLS

Miền chuyển mạch nhãn MPLS được triển khai với khuôn dạng FEC là địa chỉ đíchdạng Unicast, giao thức định tuyến nội miền IGP dạng Link-State đã hội tụ và quảng báđầy đủ tất cả các mạng ừong miền chuyển mạch nhãn MPLS, giao thức phân phối nhãnLDP/TDP đã thực hiện gắn nhãn cho các mạng và quảng bá nhãn giữa các node Ta có

ví dụ thể hiện quá trình truyền tải lưu lượng của miền chuyển mạch gói MPLS đối vớilưu lượng 2 chiều đi từ node A tới node B ở bên ngoài miền MPLS như trên hình 1.7

Hình 1.7: Truyền tải lưu lượng trong miền chuyển mạch nhãn MPLS

1 Quá trình thiết lập LSP xác định đường dẫn để truyền lưu lượng từ bộ định tuyến

RI tới bộ định tuyến R4 đi theo đường R1-R2-R3-R4

2 Quá trình thiết lập LSP xác định đường dẫn để truyền lưu lượng từ bộ định tuyếnR4 về bộ định tuyến RI đi theo đường R4-R3-R2-R1

3 Gói tin IP xuất phát từ node A vào trong miền MPLS được tiếp nhận bởi bộ địnhtuyến RI đóng vai trò làm Ingress-LER cho lưu lượng từ A đến B, RI sẽ bóc tách

và phân tích tiêu đề gói tin này, dựa vào các bảng FIB/LFIB để xác định FEC chogói tin, xác định đích đến và Egress-LER ở đầu ra, sau đó gắn nhãn và ngăn xếpnhãn vào gói tin rồi chuyển tiếp gói tin ra đường truyền LSP tưomg ứng Giả sửnhãn gắn vào có giá trị 12 và được chuyển tiếp tới bộ định tuyến R2

4 Bộ định tuyến R2 đóng vai trò làm LSR trong nội miền chuyển mạch nhãnMPLS tiếp nhận gói tin được gắn nhãn giá trị 12, phân tích, xử lý, xác địnhđường dẫn LSP và dựa vào bảng LFIB để thực hiện thủ tục hoán đổi nhãn, tráođổi nhãn cũ giá trị 12 trên đỉnh ngăn xếp bằng nhãn mới có giá trị 23, rồi mã hóahoàn chỉnh ngăn xếp nhãn, đính vào gói tin ban đầu vào chuyển tiếp gói tin vớinhãn có giá trị mới 23 ra đường truyền LSP tưomg ứng, gói tin được truyền tảitiếp đến bộ định tuyến R3

5 Quá trình xử lý trên bộ định tuyến R3 đóng vai trò làm LSR trong nội miềnchuyển mạch nhãn MPLS giống như trên bộ định tuyến R2, giả sử nhãn có giá trịmới lúc này là 34 và được truyền tải tới bộ định tuyến R4

6 Bộ định tuyến R4 đóng vai trò làm Egress-LER cho lưu lượng từ A đến B, R4 sẽtiếp nhận gói tin được gắn nhãn giá trị 34, phân tích, truy xuất bảng FIB/LFIB đểtiến hành ra quyết định, để truyền dữ liệu ra khỏi miền MPLS, R4 tiến hành gỡ

bỏ hoàn toàn ngăn xếp nhãn đính kèm với gói tin ban đầu và truyền gói tin ragiao diện liên kết dữ liệu tương ứng tới node B

7 Đối với lưu lượng có chiều từ B về A, quá trình thực hiện tương tự như lưulượng truyền từ A đến B, nhưng do LSP có tính chất đơn hướng nên lưu lượng

sẽ được truyền trên một LSP khác với LSP ban đầu

1.3 Các thành phần của MPLS

1.3.1 Router chuyển mạch nhãn (LSR-Label Switching Router)

LSR là một thiết bị thực hiện điều khiển và chuyển tiếp MPLS LSR chuyển tiếp góidựa trên giá trị nhãn trong gói

LSR là các router hỗ trợ MPLS hoặc chuyển mạch ATM hỗ trợ MPLS sử dụng nhãn

để chuyển tiếp lưu lượng Một bước cơ bản trong chuyển mạch nhãn là các router thỏathuận các nhãn mà nó sử dụng để chuyển tiếp nhãn Điều này được thực hiện dựa trêncác giao thức phân phối nhãn như CR-LDP, RSVP hoặc LDP Có 2 loại LSR:

• LSR lõi hay LSR quá giang (core hay transit LSR): nằm bên trong mạngMPLS và thực hiện chức năng chuyển tiếp gói Chứng sẽ không kiểm traheader của gói tin mà chỉ thực hiện hoán đổi nhãn và chuyển tiếp gói dựatrên hoạt động tìm kiếm nhãn đơn giản

• Router chuyển mạch nhãn biên (LER): là các nút ở biên của miền MPLS.Các nút này có thể đặt ở ngõ vào và ngõ ra của mạng MPLS LSR lối vàonhận gói IP, thực hiện tìm kiếm trong bảng định tuyến lớp 3, sau đó phânloại gói bằng cách nhóm các gói vào trong các FEC, chỉ định nhãn vàchuyển tiếp gói tin được dán nhãn đến router lõi LSR lối ra gỡ bỏ nhãn

và chuyển tiếp gói IP đến đích dựa trên địa chỉ đích trong gói IP

Ingress LER

push L1 swap LI, L2LSR

1.3.2 Đường chuyển mạch nhãn (LSP - Label Switched Path)

Đường chuyển mạch nhãn LSP là một đường nối giữa router ngõ vào và router ngõ

ra, được thiết lập bởi các nút MPLS để chuyển các gói đi xuyên qua mạng Đường dẫncủa một LSP qua mạng được định nghĩa bởi sự chuyển đổi các giá trị nhãn ở các LSRdọc theo LSP bằng cách dùng thủ tục hoán đổi nhãn

LSP (Label Switched Path)

LSP được cung cấp bởi các giao thức như LDP, RSVP-TE,CR-LDP hoặc BGP

LSP có thể xem như là con đường bao gồm một tập các router mà các gói thuộc về 1FEC nào đó đi qua để đến đích LSP cho phép sử dụng chồng nhãn Vì vậy có thể cócác LSP khác nhau tại các mức nhãn khác nhau để 1 gói đến đích LSP là đơn hướng(các gói tin không thể đi ngược trở lại) Đe xây dựng LSP, LSR phải sử dụng các giaothức định tuyến và các tuyến được học từ các giao thức này

4- Thiết lập LSP : thiết lập LSP có thể thực hiện theo 2 cách:

• Điều khiển độc lập: LSR tự chọn một nhãn trong số các nhãn chưa

được sử dụng trong bảng LIB cho một FEC cụ thể và cập nhật LFIB Sau đó, thông tinkết nhãn cục bộ này sẽ được gửi đến các LSR láng giềng của nó sử dụng giao thức phânphối nhãn LDP Các láng giềng sau khi nhận thông tin này sẽ kiểm tra sự hiện diện củakết nhãn cục bộ trong bảng LFIB Nếu có, nó sẽ gán nhãn ngõ ra cho chỉ mục đó bằnggiá trị nhãn nhận được Lúc này bảng LFIB đã sẵn sàng cho việc chuyển tiếp gói Neukhông, nó có 2 lựa chọn: loại bỏ hoặc là giữ lại thông tin

LSR

swap L2 L3 Egress LERpop L3

Hình 1.5: Đường chuyển mạch nhãn LSP

LabelRequeđ <— Lãhel Mãpping

Hình 1.6 : Thiết lập LSP điều khiển độc lập

• Điều khiển theo thứ tư:

■

Hình 1.7: Thiết lập LSP điều khiển theo thứ tựViệc gán nhãn được thực hiện theo thứ tự từ LSR lối ra đến LSR lối vào của LSP.Việc thiết lập LSP có thể bắt nguồn từ LSR lối vào hoặc LSR lối ra Điểm thiết lập này

sẽ lựa chọn LSR và các LSR dọc theo LSP đó cũng phải sử dụng cùng FEC Phươngpháp điều khiển này yêu cầu các thông tin ràng buộc nhãn lan truyền qua tất cả các LSRtrước khi thiết lập LSP Điều này dẫn đến thời gian hội tụ chậm hơn nhưng lại có khảnăng ngăn ngừa vòng lặp tốt hơn phương pháp điều khiển độc lập

1.4 Kiến trúc nút MPLS

Hình 1.8: Kiến trúc cơ bản của một nút MPLS Nút MPLS bao gồm

2 mặt phẳng kiến trúc: mặt phẳng chuyển tiếp MPLS và mặt phẳng điều khiển MPLS Các nút MPLS có khả năng thực hiện chức năng định tuyến lớp 3 cũng như chuyển mạch lớp 2 cùng với chức năng chuyển mạch gói được dán nhãn

1.4.1 Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS

Mặt phẳng chuyển tiếp MPLS chịu trách nhiệm chuyển tiếp gói dựa trên các giátrị chứa trong nhãn đính kèm Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng 1 cơ sở thông tin chuyểntiếp nhãn LFIB (Label Forwarding Information Base) để chuyển tiếp gói tin được dánnhãn Mỗi nút MPLS duy trì 2 bảng liên quan đến việc chuyển tiếp MPLS là cơ sởthông tin nhãn LIB (Label Information Base) và cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB.LIB chứa tất cả các nhãn được gán bởi nút MPLS đó và ánh xạ các nhãn đó với nhãnnhận được từ các nút MPLS lân cận LFIB sử dụng 1 nhóm nhỏ các nhãn chứa trongLIĐ để thực hiện chức nầng chuyển tiếp gói

a Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn LFIB.

Trong mạng IP, quyết định chuyển tiếp gói được xác lập bằng cách thực hiện ưa cứuđịa chỉ đích ừong bảng FIB để xác định Hop kế và gỉao diện ra Trong mạng MPLS,mỗi LSR duy trì một bảng LFIB riêng rẽ và tách biệt với FIB Bảng LFIB có hai loạiEntry là ILM (Incoming Lable Map) và FTN (FEC-To-NHLFE)

NHLFE (Next Hop Lable Forwarding Entry) là Subentry chứa các trường như địachỉ Hop kế, các tác vụ Stack nhãn, giao diện ra và thông tin mào đầu lớp 2 ILM ánh xạmột nhãn đến một hoặc nhiều NHLFE Nhãn ưong gói đến sẽ dủng để chọn một EntryILM cụ thể nhằm xác định NHLFE Còn FTN ánh xạ mỗi FEC vào một hoặc nhiềuNHLFE Nhờ các Entry FTN, gói chưa có nhãn được chuyển thành gói có nhãn

Như vậy, khi một gói không nhãn thuộc một FEC đi vào miền MPLS, LER lối vào

sẽ sử dụng một entry LFIB loại FTN để chuyển gói không nhãn thành gói cỏ nhãn Sau

đó, tại các Transit-LSR sử dụng một loại entry LFIB loại ILM để hoán đổi nhãn vàobằng nhãn ra Cuối cùng, tại LER lối ra sử dụng một entry LFIB loại ILM để gỡ bỏnhãn đến và chuyển vào gói không nhãn đến router kế tiếp

Các NHLFE

Hình 1.9: FTN, ILM và NHLFE

b Thuật toán chuyển tiếp nhãn.

Các nút MPLS sử dụng giá trị nhãn trong các gói đến làm chỉ mục (entry) để trabảng LFIB Khi tìm thấy chỉ mục tương ứng với nhãn đến, nút MPLS thay thế nhãntrong gói bằng nhãn ra và gửi gói đi giao diện ra để đến Hop kế được đặc tả ừongSubentry NHLFE Nếu Subentry có chỉ định hàng đợi ra, nút MPLS sẽ đặt gói trên hàngđợi đã chi định Trường hợp nút MPLS duy trì một LFIB riêng cho mỗi giao diện, nó sẽdùng LFIB của giao diện mà gói đến để tra cứu chuyển tiếp gói

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

c NHLFE (Next Hop Lable Forwarding Entry)

NHLFE là Subentry của ILM hoặc FTN, nó chứa các thông số sau:

• Hop kế (chặng tiếp theo của gói)

• Tác vụ sẽ được tiến hành trên stack nhãn của gói

Ngoài ra, NHLFE cũng có thể chứa những thông tin sau:

• Đóng góp lớp Datalink để sử dụng khi truyền gói

• Cách thức mã hóa stack nhãn khi truyền gói

Hình 1.10: Thuật toán chuyển tiếp nhãn

• Bất kỳ các thông tin khác cần thiết để xử lý gói một cách chính xác.

1.4.2 Mặt phẳng điều khiển MPLS

Mặt phang điều khiển chịu trách nhiệm tạo ra và lưu trữ LFIB Tất cả các nút MPLSphải chạy cùng 1 giao thức định tuyến IP để trao đổi thông tin định tuyến với tất cả cácnút trong mạng Các giao thức trạng thái liên kết (link-state) như OSPF và IS-IS đượcchọn vì chúng cung cấp cho mỗi nút MPLS thông tin của toàn mạng Trong các routerthông thường, bảng định tuyến IP được sử dụng để xây dựng cơ sở thông tin chuyểntiếp được sử dụng bởi Cisco Express Forwarding (CEF) Tuy nhiên, trong MPLS bảngđịnh tuyến IP cung cấp thông tin về mạng đích và subnet prefix được sử dụng để hoánđổi nhãn

1.4.3 Hoạt động của MPLS

Khi một gói tin vào mạng MPLS, các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn không thựchiện chuyển tiếp theo từng gói mà thực hiện phân loại gói tin vào trong các lớp tươngđương chuyển tiếp FEC, sau đó các nhãn được ánh xạ vào trong các FEC Một giaothức phân bổ nhãn LDP được xác định và chức năng của nó là để ấn định và phân bổcác ràng buộc FEC/nhãn cho các bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR Khi LDP hoànthành nhiệm vụ của nó, một đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP được xây dựng từ lốivào tới lối ra Khi các gói vào mạng, LSR lối vào kiểm tra nhiều trường trong tiêu đềgói để xác định xem gói thuộc về FEC nào Nếu đã có một ràng buộc nhãn/FEC thì LSRlối vào gắn nhãn cho gói và định hướng nó tới giao diện đầu ra tương ứng Sau đó góiđược hoán đổi nhãn qua mạng cho đến khi nó đến LSR lối ra, lúc đó nhãn bị loại bỏ vàgói được xử lý tại lớp 3 Hiệu năng đạt được ở đây là nhờ việc đưa quá trình xử lý lớp 3tới biên của mạng và chỉ thực hiện 1 lần tại đó thay cho việc xử lý tại từng nút

trung gian như của IP Tại các nút trung gian việc xử lý chỉ là tìm sự phù hợp giữa nhẫn trong gói và thực thể tương ứng trong bảng kết nối LSR và sau đó hoán đổi nhãn - quá trình này thực hiện bằng phần cứng.

1.5 Gỉao thức phân phối nhãn

1.5.1 Gỉới thiệu

Giao thức phân phối nhãn được nhóm nghiên cứu MPLS của IETF xây dựng và banhành có tên là RFC 3036 Phiên bản mới nhất được công bố năm 2001 đưa ra nhữngđịnh nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao thức LDP

một FEC nhất định thì một đường chuyển mạch LSP từ đầu vào đến đầu ra được thiếtlập sau khi mỗi LSR ghép nhẫn đầu vào với đầu ra tương ứng trong LIB của nó.

1.5.2 Hoạt động của LDP

LDP có 4 chức năng chính là:

• Discovery: Thông báo và duy trì sự tồn tại của một LSR trên mạng

• Session: Thiết lập, duy ữì và xóa các phiên làm việc giữa các ngang cấp LDP

• Advertisement: Tạo, thay đổi và xóa các ánh xạ nhãn cho các FEC

• Notification: Cung cấp thông tin trạng thái, chẩn đoán và thông tin lỗi

4- Phát hiện LSR lân cận:

Thủ tục phát hiện LSR lân cận của LDP chạy trên UDP và thực hiện như sau:

Một LSR định kỳ gửi bản tin Hello tới tất cả giao diện của nó Những bản tin nàyđược gửi trên UDP, với địa chỉ multicast của tất cả router trên mạng con Tất cả cácLSR tiếp nhận bản tin Hello này trên cổng UDP Như vậy, tại một thòi điểm nào đóLSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có thể kết nối trực tiếp Khi LSR nhận biếtđược địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lập kết nối TCP đến LSRđó.Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR Phiên LDP là phiên hai chiều có nghĩa

là mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi ràng buộc nhãn

Trong trường họp các LSR không kết nối trực tiếp trong một mạng con, người ta sửdụng một cơ chế bổ sung như sau:

LSR định kỳ gửi bản tin Hello trên UDP đến điạ chỉ IP đã được khai báo khi lập cấuhình Phía nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin Hello khác truyền ngược lạiđến LSR gửi và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên

1.5.3 Các bản tin LDP

a Mào đầu bẳn tin LDP

Mỗi một bản tin LDP được gọi là đơn vị dữ liệu giao thức PDU, được bắt đầu bằng tiêu đề bản tin và sau đó là các bản tin LDP

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

• Phiên bản (Version): số phiên bản của giao thức, hiện tại là phiên bản 1

• Độ dài PDU(PDU Length): Tổng độ dài của PDU tính theo octet, không

LDP lndentifier

Hình 1.14: Mào đầu LDP

tính trường phiên bản và trường độ dài.

• Nhận dạng LDP (LDP Indentifier): Nhận dạng không gian nhãn của LSRgửi bản tin này Bốn octet đầu tiên chứa địa chỉ IP được gán cho LSR:nhận dạng bộ định tuyến Hai octet cuối nhận dạng không gian nhãn bêntrong LSR.VỚi LSR có không gian nhãn lớn, trường này có giá trị bằng0

• Kiểu bản tin (Message Type): Chỉ ra kiểu bản tin là gì

• Chiều dài bản tin (Message Length): Chỉ ra chiều dài của các phần nhậndạng bản tin, các thông số bắt buộc, và các thông số tuỳ chọn

• Nhận dạng bản tin (Message ID): là một số nhận dạng duy nhất bản tin.Trường này có thể được sử dụng để kết họp các bản tin thông báo với mộtbản tin khác

• Các tham số bắt buộc, và tham số tuỳ chọn tuỳ thuộc vào từng bản tin LDP về mặt nguyên lý, mọi thứ xuất hiện trong bản tin LDP có thể được mã hoá theo

TLV, nhưng các đặc tả LDP không phải luôn luôn sử dụng lược đồ TLV Nó khôngđược sử dụng khi nó không cần thiết và sự sử dụng của nó sẽ gây lãng phí không gian

Chẳng hạn không cần thiết phải sử dụng khuôn dạng TLV nếu chiều dài của giá trị là cốđịnh hay kiểu của giá trị được biết và không phải chỉ định một nhận dạng kiểu.

c Các bản tin và chức năng của bản tin trong LDP

Bao gồm các bản tin LDP:

- Bản tin thông báo (Notifícation Message) : Bản tin này được sử dụng bởi mộtLSR để thông báo với các LSR đồng cấp khác về trạng thái mạng là đang trong điềukiện bình thường hay bị lỗi Khi LSR nhận được một bản tin thông báo về một lỗi, nó sẽngắt phiên truyền ngay lập tức bằng việc đóng phiên kết nối TCP lại và xoá bỏ các trạngthái liên quan đến phiên truyền này

- Bản tin Hello : Bản tin này dùng để trao đổi giữa 2 LDP đồng cấp

- Bản tin Initilization : Các bản tin thuộc loại này được gửi khi bắt đầu một phiênLDP giữa 2 LSR để trao đổi các tham số, các đại lượng tuỳ chọn cho phiên Các tham

số này bao gồm:

■ Chế độ phân phối nhãn

■ Các giá trị định thời

■ Phạm vi các nhãn sử dụng trong kênh giữa 2 LSR đó

Cả hai LSR đều có thể gửi các bản tin Initilization và LSR nhận sẽ nhận trả lời bằngKeep Alive nếu các tham số được chấp nhận Nếu có một tham số nào đó không đượcchấp nhận thi LSR trả lời thông báo và phiên kết thúc

- Bản tin Keep Alive : Bản tin này dùng để trao đổi giữa các thực thể đồng cấp đểgiám sát tính ổn định và liên tục của việc hỗ trợ của một kết nối TCP trong một phiênLDP Các bản tin này được gửi định kỳ khi không có bản tin nào được gửi để đảm bảocho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDP khác đang hoạt động tốt Trongtrường hợp không xuất hiện bản tin Keep Alive hay một số bản tin khác của LDP trongkhoảng thời gian nhất định thì LSR sẽ cho rằng kết nối bị hỏng và phiên truyền sẽ bịdừng

- Bản tin Address : Bản tin này được gửi đi bởi một LSR tới các LDP đồng cấp đểthông báo các địa chỉ giao diện của nó Một LSR khác nhận bản tin mang địa chỉ này đểduy trì cơ sở dữ liệu, để ánh xạ trường nhận dạng và các địa chỉ chặng tiếp theo giữacác LDP đồng cấp.

- Bản tin Address Withdraw (Bán tin huỷ bỏ đia chi) : Bản tin này dùng để xoá địachỉ đã được thông báo trước đó Danh sách địa chỉ TLV chứa một loạt các địa chỉ đangđược yêu cầu cần xoá bỏ bởi LSR

- Bán tin Label Mapping (Bản tin ảnh xa nhãnk Các bản tin ánh xạ nhãn được sửdụng để quảng bá liên kết giữa FEC và nhãn giữa các thực thể đồng cấp.Bản tin nàyđược sử dụng khi có sự thay đổi trong bảng định tuyến (thay đổi tiền tố địa chỉ ) haythay đổi trong cấu hình và LSR tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó Nếumột LSR phân phối một ánh xạ đối với một FEC tới nhiều thực thể đồng cấp LDP, vấn

đề cục bộ được đặt ra là liệu nó ánh xạ một nhãn đơn tới FEC này và phân phối sự ánh

xạ này tới tất cả các thực thể LDP đồng cấp của nó hay sử dụng các ánh xạ khác nhaucho từng LDP khác nhau

- Bản tin Label Withdraw (Bán tin xóa nhãn): Bản tin này có nhiệm vụ ngược lại sovới bản tin ánh xạ địa chỉ, được sử dụng để xoá bỏ các liên kết giữa các FEC và cácnhãn vừa thực hiện Bản tin này được gửi tới một thực thể đồng cấp để thông báo rằngnút không còn tiếp tục sử dụng các liên kết nhãn-FEC mà LSR đã gửi trước đó

- Bản tin Label Request (Bán tin yêu cầu nhãn) : bản tin nàyđược LSR sử dụng đểyêu càu một LDP đồng cấp cung cấp một sự kết họp nhãn (Binding ) cho một FEC MộtLSR có thể phát bản tin yêu cầu nhãn dưới bất kỳ một trong những trường họp sau:

■ LSR nhận ra một FEC mới thông qua bảng chuyển tiếp và hop tiếp theo

là một thực the LDP đồng cấp nhưng LSR không có ánh xạ từ hop tiếptheo đối với FEC đã cho

■ Có sự thay đổi FEC của chặng tiếp theo nhưng LSR không có sự ánh xạ

từ chặng tiếp theo đối với FEC đã cho

■ LSR nhận một yêu cầu nhãn đối với một FEC từ một LDP đồng cấp lênFEC hop tiếp theo là một LDP đồng cấp và LSR không ánh xạ nhãn chochặng tiếp theo

- Bản tin giải phóng nhãn ÍLabel Release Message): Bản tin này được LSR sử

■ LSR gửi ánh xạ nhấn không thuộc Hop tiếp theo đối với một FEC đãđược ánh xạ và LSR được cấu hình đề duy trì cho quá trình hoạt động.

■ LSR nhận một ánh xạ nhãn từ một LSR mà chúng không phải là củaHop tiếp theo đối với một FEC và LSR được cấu hình cho việc duy trìquá trình hoạt động

Ở chế độ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu từ phía trước, LSR sẽ yêu cầu gán nhãn

từ LSR lân cận phía trước sử dụng bản tin Label Request Nếu bản tin Label Requestcần phải huỷ bỏ trước khi được chấp nhận (do nút kế tiếp trong FEC yêu cầu đã thayđổi) thì LSR yêu cầu sẽ loại bỏ yêu cầu nhờ bản tin Label Request Abort

- Bản tin Label Abort Request ( Bản tin bỏ dở nhãn 1: Bản tin này được sử dụng đểloại bỏ các bản tin yêu cầu nhãn bất thường

1.5.4 Các chế độ phân phếỉ nhãn

Hình 1.16: Chế độ xuôi dòng tự nguyệnLSR xuôi dòng phân phối các gán kết nhãn đến LSR ngược dòng mà không cần có yêu cầu thực hiện việc kết nhãn Neu LSR xuôi dòng chính là hop kế đối với định tuyến

IP cho một FEC cụ thể thì LSR ngược dòng này có thể sử dụng kiểu nhãn này để

chuyển tiếp các gói trong FEC đó đến LSR xuôi dòng, b Chế độ xuôỉ dòng theo yêu

cầu

LSR ngược dòng phải yêu cầu rõ ràng 1 gán kết nhãn cho 1 FEC cụ thể thì LSR xuôi

dòng mới phân phối Trong phương pháp này LSR xuôi dòng không nhất thiết

Network t72.16.10.iV2

4 N«od LMxH Mapping lc< 172.116 !O Orĩt » -| 1 —

Eữge LÊR -0- Law UaM»r>9 17’>1IS

có sẵn Nhược điểm là LSR phải duy trì nhiều kết nhãn không sử dụng và có thể gâyvòng lặp định tuyến tạm thời khi thay đổi định tuyến

Hình 1.18: Chế độ duy trì nhãn tự do

b Duy trì nhãn bảo thủ

LSR ngược dòng hủy tất cả các kết nhãn khác, chỉ giữ lại các kết nhãn gửi từ LSRxuôi dòng đang là hop kế hiện thời Chế độ này có UU điểm là duy trì số gán kết FECnhãn ít hơn nhưng đáp ứng chậm khỉ có thay đổi định tuyến vỉ gán kết nhãn mới phảiđược yêu cầu và phân phối lại.

1.6 ưu nhươc đỉểm của MPLS

• VPN: sử dụng MPLS, các nhà cung cấp dịch vụ có thể tạo ra các mạng riêng

ảo VPN sử dụng hạ tầng mạng của mình để cung cấp cho nhiều khách hàngcùng lúc và không cần phải mã hóa các ứng dụng đầu cuối của người dùng

• Kĩ thuật lưu lượng : Cung cấp khả năng thiết lập 1 hoặc nhiều con đường cụthể để chuyển tỉếp lưu lượng qua mạng đồng thờỉ cũng cung cấp khả năngthiết lập các đặc tính hoạt động cho một loại lưu lượng và tối ưu hóa khảnăng tận dụng băng thông

• Chất lượng dịch vụ (QoS): Với QoS MPLS, nhà cung cấp có khả năng cungcấp nhiều loại dịch vụ với tiêu chuẩn QoS nghiêm ngặt cho các khách hàngVPẩ của mình.

- Kết hợp IP và ATM : hàu hết các mạng của các nhà cung cấp dịch vụ đều triển khai mô hình chồng phủ trong đó ATM được sử dụng ở lớp 2 và IP được sử dụng ở lớp

3 Giải pháp này gặp phải khó khăn trong vấn đề mở rộng Sử dụng MPLS, các nhàcung cấp dịch vụ có thể sử dụng các chức năng của mặt phẳng điều khiển của ATM cholớp 3 vì vậy giảm thiểu độ phức tạp của mạng cũng như đơn giản hóa quá trình quản lí

Kĩ thuật này cung cấp khả năng mở rộng lớn và loại bỏ vấn đề cell tax của ATM khimang gói tin IP

- MPLS kết họp hiệu năng và khả năng chuyển mạch của lớp 2 với khả năng mởrộng đã được chứng minh của định tuyến lớp 3 Điều này cho phép các nhà cung cấpdịch vụ đáp ứng được yêu cầu thông tin bùng nổ trong khi vẫn có khả năng phân biệtcác loại dịch vụ mà không cần phải hi sinh hạ tầng mạng đang tồn tại Kiến trúc MPLSrất linh hoạt và có khả năng triển khai với bất kì công nghệ lớp 2 nào

- MPLS cho phép vận chuyển hiệu quả các dịch vụ IP qua mạng ATM MPLS hỗtrợ tạo ra nhiều con đường khác nhau từ nguồn đến đích ữong mạng backbone Bằngcách kết họp mạng MPLS trong kiến trúc mạng của mình, các nhà cung cấp dịch vụ cóthể cắt giảm được chi phí, tăng lợi nhuận cũng như cung cấp các dịch vụ khác nhau đểtăng tính cạnh tranh với các nhà cung cấp dịch vụ khác

1.6.2 Nhược điểm

- Hỗ trợ đồng thời nhiều giao thức sẽ gặp phải những vấn đề phức tạp trong kết nối

- Khó hỗ trợ QoS xuyên suốt

- Họp nhất vc càn phải được nghiên cứu sâu hơn để giải quyết vấn đề chèn gói tin khitrùng nhãn (interleave)

1.7 Tổng kết chưong

Trong các giao thức lớp mạng truyền thống, khi một gói tin đi từ một router đến router kế tiếp thì quyết địnhchuyển tiếp phải được đưa ra độc lập tại mỗi router Việc lựa chọn router kế tiếp dựa trên kết quả phân tích mào đàu(header) của gói tin kết quả của giải thuật định tuyến

Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức cho phép thay thế kĩ thuật chuyển tiếp gói tin truyền thống theo kiểuhop-by-hop dựa trên địa chỉ đích bằng kĩ thuật chuyển tiếp hoán đổi nhãn giúp đom giản hóa việc chuyển tiếp gói,cho phép khả năng mở rộng, cung cấp các loại dịch vụ mới, đảm bảo yêu cầu dịch vụ và hỗ trợ kĩ thuật lưu lượng

CHƯƠNG II : KỸ THUẬT Lưu LƯƠNG TRONG MPLS

2.1 Tổng quan về kỹ thuật lira lượng

2.1.1 Khái niệm kỹ thuật lưu lượng

Kỹ thuật lưu lượng là quá trình điều khiển cách thức các luồng lưu lượng đi qua mạng nhằm tối ưu hóa việc sửdụng tài nguyên và hiệu năng của các liên kết trong mạng Kỹ thuật lưu lượng tiến hành đo lường, mô hình hóa, đặctrưng hóa các tham số cụ thể của các nguồn tài nguyên trong mạng từ đó điều khiển lưu lượng nhằm sử dụng mộtcách tối ưu nhất các nguồn tài nguyên này

Khi triển khai kỹ thuật lưu lượng trong mạng, có hai phương thức triển khai tập trung vào hai mục tiêu như sau:

- Kỹ thuật lưu lượng hướng lưu lượng (Traffic-Oriented)

- Kỹ thuật lưu lượng hướng tài nguyên (Resource-Oriented)

Kỹ thuật lưu lượng hướng lưu lượng bao gồm một loạt các phương thức giải quyết những vấn đề nảy sinh từ yêucầu đáp ứng chất lượng dịch vụ QoS cho từng loại lưu lượng cụ thể như băng thông, độ trễ, biến động trễ, tỉ lệ mấtgói

Kỹ thuật lưu lượng hướng lưu lượng chủ yếu tối ưu hóa hoạt động của mạng trong điều kiện có xảy ra tắc nghẽncục bộ và tạm thời trong mạng hay nói cách khác là xử lý trong quá trình bùng nổ lưu lượng và tắc nghẽn với thờigian ngắn Kỹ thuật lưu lượng hướng lưu lượng đã được triển khai và phát triển mạnh mẽ trong các mạng IP truyềnthống nên các phương thức trên thường được gọi là các kỹ thuật IP QoS

Kỹ thuật lưu lượng hướng tài nguyên thực hiện đo lường, mô hình hóa, đặc trưng hóa các nguồn tài nguyên trongmạng, từ đó đưa ra phương thức điều khiển cách thức truyền tài luồng lưu lượng tại thời điểm cụ thể nhằm tối ưu hóahoạt động của mạng Các nguồn tài nguyên của mạng bao gồm băng thông tối đa, băng thông khả dụng hiện thời, độtrễ đường truyền, biến động trễ, suy hao của đường truyền, năng lực chuyển mạch của thiết bị, tỉ lệ mất gói trungbình, Trong đó băng thông là một tài nguyên cốt yếu của mạng, do đó chức năng trọng tâm của kỹ thuật lưu lượnghướng tài nguyên là quản lý và đưa ra các phưomg thức điều khiển lưu lượng để sử dụng hiệu quả tài nguyên này.

2.1.2 Bài toán tắc nghẽn và kỹ thuật lưu lượng

Tắc nghẽn là tình huống xảy ra trong mạng khi khả năng truyền tải lưu lượng của mạng không đáp ứng được nhucầu truyền tải lưu lượng đi qua mạng đó Tắc nghẽn có thể xảy ra do các nguyên nhân mang tính vật lý như liên kết,node và cũng có thể xảy ra do các nguyên nhân mang tính logic, điều khiển:

• Tắc nghẽn xảy ra trên một liên kết khi tốc độ truyền tải vật lý của liên kết không đáp ứng được dung lượng dữliệu truyền tải yêu cầu trên liên kết đó Tắc nghẽn cũng có thể xảy ra trong nội bộ một thiết bị khi năng lựcchuyển mạch của thiết bị không đáp ứng được yêu cầu Năng lực chuyển mạch của thiết bị phụ thuộc vàotrường chuyển mạch của thiết bị đó

• Tắc nghẽn xảy ra khi các dòng lưu lượng được ánh xạ không hiệu quả lên các tài nguyên làm cho một số tậpcon các tài nguyên luôn luôn phải hoạt động với cường độ tải cao trong khi đó số khác hoạt động rất ít hoặcthậm chí không hoạt động Tắc nghẽn loại này thường xảy ra do sự hoạt động không tối ưu của các giao thứcđiều khiển như các giao thức định tuyến, báo hiệu

Để giải quyết bài toán tắc nghẽn, ta có thể giải quyết theo hai hướng sau:

• Tăng cường dung lượng, tốc độ vật lý của các liên kết, mở rộng năng lực xử lý của các node trên mạng, hoặcứng dụng các phưomg thức của kỹ thuật lưu lượng hướng lưu lượng (Traffic-Oriented)

• Sử dụng kỹ thuật lưu lượng hướng tài nguyên (Resource-Oriented) để điều chỉnh các ánh xạ giữa lưu lượng vàtài nguyên trong mạng từ đó cấp phát các tài nguyên sao cho tối ưu và hiệu quả cao

Ta trở lại với vấn đề với Topology hình con cá kinh điển thể hiện bài toán tắc nghẽn với hình 2.1

Hình 2.1: Bài toán tắc nghẽn Trong Topology này có hai đường truyền dữ liệu từ R2 tới R6

•S R2—>R5—>R6 với Total-Cost=45 •/ R2—>R3—>R4—>R6 với

Total-Cost=60

Do tất cả các liên kết đều có chung giá trị Cost=15, với cơ chế định tuyến truyền thống dựa trên địa chỉ đích, tất cảcác luồng lưu lượng đến từ RI hay R7 mà có đích đến là R6 sẽ đều được R2 truyền tải ra giao diện R2—>R5 dođường truyền này có giá trị Cost tổng cộng nhỏ nhất

Giả sử tất cả các liên kết đều có tốc độ 155Mbps, các đường truyền có băng thông tối đa là 150Mbps Nếu lưulượng truyền tải Rl—>R6 có dung lượng 90Mbps và R7—>R6 có dung lượng lOOMbps, như vậy R2 sẽ cố gắng đưakhối dung lượng tổng cộng 190Mbps xuống đường truyền R2—>R5 tốc độ 150Mbps Với cơ chế chuyển mạchthông thường R2 sẽ phải hủy một khối dữ liệu dung lượng 40Mbps trong tổng dung lượng đưa xuống vì dung lượng190Mbps không thể được truyền trên đường 150Mbps một cách “vừa vặn”

Kỹ thuật lưu lượng hướng lưu lượng có thể được triển khai để giảm thiểu khối dung lượng bị hủy nhỏ hơn 40Mbps

có phép hủy gói tin có lựa chọn bằng các phương thức hàng đợi, các phương thức giảm thiểu nghẽn, các phương thứcđiều chỉnh lưu lượng, và các phương thức phân mảnh/chèn

Với điều kiện bùng nổ lưu lượng tạm thời, kỹ thuật lưu lượng hướng lưu lượng hoàn toàn có thể trở thành một giảipháp họp lý cho mạng, tuy nhiên trong điều kiện bừng nổ lưu lượng thường xuyên xảy ra thì kỹ thuật này không thểgiải quyết triệt để vấn đề tắc nghẽn Kỹ thuật lưu lượng hướng tài nguyên là giải pháp cho vấn đề tắc nghẽn kéo dàihay thường xuyên xảy ra tại một khu vực nào đó trong mạng trong khi các khu vực khác hoạt động dưới hiệu năngkhả dụng

Cost-15