Giao thức phân phối nhãn CR LDP trong MPLS

Sự phát triển của Chuyển Mạch Nhãn Đa Giao Thức MPLS chắc chắn là kết quả của một thực tế là nó cho phép mạng thực hiện tất cả các loại lưu lượng, từ lưu lượng IP đến lưu lượng VoiIP đến lưu lượng lớp 2. MPLS cung cấp phương tiện cho mạng IP để thống nhất nhiều mạng lưới thành một. MPLS có thể thống nhất ATM, Frame Relay, Voice, và mạng IP thành một cơ sở hạ tầng mạng lưới thống nhất, do đó tạo ra một ưu thế về chi phí rất lớn.Trong đồ án này, em sẽ khái quát và phân loại các giao thức phân phối nhãn trong MPLS. Tập trung vào giao thức phân phối nhãn dựa trên các ràng buộc, với thuật toán định tuyến ràng buộc CSPF, xác định các tuyến tường minh, truyền lưu lượng tận dụng tối ưu tài nguyên mạng. Để giải quyết các vấn đề đó đầu tiên chúng ta cần phải hiểu MPLS là gì, các lợi ích mà nó đem lại, các khái niệm và hoạt động cơ bản trong MPLS sẽ được giới thiệu trong chương 1. Chương 2, giải thích cách thức nhãn được phân phối trên mạng như thế nào và các cơ chế tái định tuyến trên mạng. Cuối cùng, sử dụng công cụ NS2 mô phỏng mô hình mạng sử dụng công nghệ MPLS với giao thức phân phối nhãn CRLDP ưu điểm hơn so với mạng IP truyền thống và so sánh 2 cơ chế tái định tuyến Kakam và Haskin.

LỜI CAM ĐOAN.

Tôi xin cam đoan :

1 Những nội dung trong đồ án này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếpcủa thầy Tăng Tấn Chiến

2 Mọi tham khảo dùng trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả Têncông trình nghiên cứu

3 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin chịuhoàn toàn trách nhiệm

Nguyễn Văn Tiến

MỤC LỤC.

CR Constraint-based Routing Định tuyến ràng buộc

CR-LDP Constraint Label Distribution

Protocol

Giao thức phân phối nhãn dựatrên sự ràng buộcEGP Exterior Gateway Protocol Giao thức định tuyến ngoại

FEC Forwarding Equivalency Class Lớp chuyển tiếp tương đương

HDLC High-Level Data Link Control Điều khiển liên kết dữ liệu chất

lượng caoIPX Internetwork Packet Exchange Tổng đài gói liên mạng

IGP Interior Gateway Protocol Giao thức cổng nội bộ

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

IS-IS Intermediate

System-to-Intermediate System

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân phối nhãnLIB Label Information Base Bảng cơ sở dữ liệu nhãn

LFIB Label Forwarding Instance Base Cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn

LSR Label Switch Router Bộ định tuyến chuyển mạch

nhãnMNS MPLS Netword Simulation Mô phỏng mạng MPLSMPLS Multiprotool Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

OSI Open Systems Interconnection Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế

OSPF Open Shortest Path Cost Mở tuyến đường ngắn nhất đầu

tiên

RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyếnRSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên

SLA Service Level Agreement Hợp Đồng Lớp Dịch VụSPC Shortest Path Cost Tuyến chi phí thấp nhấtTCP Transmission Control Protocol Giao thức truyền tập tin tin cậy

TE Traffic Engineering Kĩ thuật điều khiển lưu lượng

UDP User Datagram Protocol Giao thức truyền tập tin không

tin cậy

VPI Virtual Packet Indentifier Định danh gói ảo

VRF Virtual routing/ forwarding Định tuyến/chuyển tiếp ảo

LỜI NÓI ĐẦU.

Sự phát triển của Chuyển Mạch Nhãn Đa Giao Thức MPLS chắc chắn là kết quảcủa một thực tế là nó cho phép mạng thực hiện tất cả các loại lưu lượng, từ lưulượng IP đến lưu lượng VoiIP đến lưu lượng lớp 2 MPLS cung cấp phương tiệncho mạng IP để thống nhất nhiều mạng lưới thành một MPLS có thể thống nhấtATM, Frame Relay, Voice, và mạng IP thành một cơ sở hạ tầng mạng lưới thốngnhất, do đó tạo ra một ưu thế về chi phí rất lớn.

Trong đồ án này, em sẽ khái quát và phân loại các giao thức phân phối nhãntrong MPLS Tập trung vào giao thức phân phối nhãn dựa trên các ràng buộc, vớithuật toán định tuyến ràng buộc CSPF, xác định các tuyến tường minh, truyền lưulượng tận dụng tối ưu tài nguyên mạng Để giải quyết các vấn đề đó đầu tiên chúng

ta cần phải hiểu MPLS là gì, các lợi ích mà nó đem lại, các khái niệm và hoạt động

cơ bản trong MPLS sẽ được giới thiệu trong chương 1 Chương 2, giải thích cáchthức nhãn được phân phối trên mạng như thế nào và các cơ chế tái định tuyến trênmạng Cuối cùng, sử dụng công cụ NS2 mô phỏng mô hình mạng sử dụng côngnghệ MPLS với giao thức phân phối nhãn CR-LDP ưu điểm hơn so với mạng IPtruyền thống và so sánh 2 cơ chế tái định tuyến Kakam và Haskin

Em xin gởi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trong Khoa Điện Tử-Viễn Thông đãgiảng dạy và trang bị cho em những kiến thức cơ bản Em xin chân thành cảm ơnthầy Nguyễn Duy Nhật Viễn đã hướng dẫn và định hướng cho em hoàn thành đồ ánnày!

Đà Nẵng, ngày 29 tháng 5 năm 2010

Chương 1: Tổng quan chuyển mạch nhãn đa giao

thức (MPLS).

1.1 Giới thiệu chương.

Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) là một công nghệ mạng phổ biến sửdụng gói dữ liệu đã được dán nhãn để chuyển tiếp qua mạng lõi Trong chương nàychúng ta sẽ giải thích vai trò và những ưu điểm của mạng MPLS được triển khaitrên mạng đường trục, giúp chúng ta hiểu được làm thế nào MPLS hoạt động, hiểuđược mô hình xây dựng mạng MPLS, vị trí của MPLS trong mô hình mạng OSItruyền thống, các khái niệm và hoạt động cơ bản trong MPLS, giải thích nhãn được

sử dụng như thế nào, cách sử dụng và làm thế nào nó phân phối dữ liệu trên mộtmạng lưới Đầu tiên, chúng ta cần hiểu MPLS là gì

1.2 MPLS là gì:

Chuyển Mạch Nhãn Đa Giao Thức (MPLS) là một công nghệ mạng phổ biến sửdụng nhãn gắn với các gói tin để chuyển tiếp dữ liệu qua mạng Các nhãn MPLSđược quảng bá giữa các router để có thể ánh xạ label-to-label Các nhãn này đượcdán vào các gói tin IP, cho phép các router chuyển tiếp lưu lượng truy cập bằngnhãn chứ không phải địa chỉ IP đích Các gói tin được chuyển tiếp bằng chuyểnmạch nhãn thay vì bằng chuyển mạch IP

MPLS là công nghệ dùng chủ yếu trong mạng lõi, bởi vì mạng lõi là nơi mà mọi

dữ liệu của của các mạng thuê bao đều đổ về đây trước khi tới đích, vì vậy nó sẽchịu một tải trọng rất lớn nếu chỉ sử dụng các công nghệ bình thường

Kỹ thuật chuyển đổi nhãn không phải là mới, Frame Relay và ATM đã sử dụng

nó để chuyển tiếp khung và các tế bào trong mạng Trong Frame Relay, mỗi khung

có chiều dài bất kỳ, trong khi tại ATM các tế bào có chiều dài cố định, mỗi tế bàobao gồm phần tiêu đề 5 byte và phần dữ liệu 48 byte dữ liệu Các tiêu đề của các tếbào ATM và các khung của Frame Relay sử dụng kênh ảo để chuyển tiếp các tế bàohoặc các khung Sự giống nhau giữa Frame Relay và ATM là tại mỗi nút mạng,phần tiêu đề được thay đổi Điều này khác với việc chuyển tiếp các gói tin IP, khimột router chuyển tiếp gói IP, nó không thay đổi địa chỉ IP đích của gói tin Thực

tế, các nhãn MPLS được sử dụng để chuyển tiếp các gói tin chứ không còn sử dụng

địa chỉ IP đích nửa, chính điều này làm cho MPLS phát triển mạnh mẽ, tích hợp IPtrên ATM và MPLS VPN tốt hơn.

1.2.1 WAN là gì:

Trước MPLS, WAN là giao thức phổ biến nhất được ATM và Frame Relay sửdụng Giống như MPLS, WAN được sử dụng để thống nhất các mạng với nhau.Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của Internet, IP đã trở thành giao thức phổ biếnnhất, tồn tại ở khắp mọi nơi, VPN được tạo ra trên các giao thức WAN, khách hàngthuê kết nối ATM và Frame Relay hoặc sử dụng đường dây thuê bao và xây dựngmạng riêng của họ trên nó Router của các nhà cung cấp dịch vụ chuyển tiếp lớp 2hướng tới router lớp 3 của thuê bao, bảm bảo chia tách và cô lập các thuê bao khácnhau Các loại mạng đó được gọi là mạng chồng phủ

Mạng chồng phủ vẫn đươc sử dụng đến ngày nay, nhưng nhiều khách hàng hiệntại đang sử dụng dịch vụ MPLS VPN Giải thích những lợi ích của MPLS, sẽ giúpchúng ta hiểu rõ hơn tại sao MPLS là một lựa chọn tuyệt vời cho các nhà cung cấpdịch vụ triển khai nó

1.2.2 Lợi ích của MPLS:

• Sử dụng một cơ sở hạ tầng mạng thống nhất

• Tốt hơn IP-over-ATM

• Không sử dụng Border Gateway Protocol (BGP) trong lõi

• Các peer-to-peer cho mô hình MPLS VPN

• Tối ưu dòng lưu lượng

• Traffic Engineering

Một trong những ưu điểm dễ nhận thấy nhất của giao thức chuyển mạch nhãn làtốc độ Chuyển mạch gói IP được coi là chậm hơn so với chuyển mạch gói bằngnhãn bởi vì chuyển mạch nhãn chỉ cần tra nhãn để định tuyến, trong khi đó đối vớichuyển mạch gói IP, router chuyển tiếp gói IP bằng cách nhìn vào IP đích, và tìm

đường dẫn tốt nhất bằng các tra trong bảng định tuyến Tuy nhiên, vì địa chỉ IP cóthể là unicast hoặc multicast và có đến 4 octets, nên công việc định tuyến có thểphức tạp hơn, nghĩa là việc quyết định chuyển gói tin IP sẽ mất một khoảng thờigian hơn so với chuyển mạch nhãn Vì lý do đó nên một số người cho rằng việc tranhãn sẽ đơn giản và nhanh chóng hơn là tra bằng IP đích sẽ chuyển mạch gói nhanhhơn Ngày nay, liên kết trên các router có băng thông lên đến 40Gbps Một router

có liên kết tốc độ cao sẽ không thể chuyển mạch cho tất cả các gói IP bằng cách sửdụng CPU để quyết định chuyển tiếp, CPU có trách nhiệm chính là xử lý Mặtphẳng xử lý là tập hợp các giao thức của mặt phẳng dữ liệu hoặc mặt phẳng chuyểntiếp Thành phần chính của mặt phẳng xử lý là giao thức định tuyến, bản định tuyến,các điều khiển khác và các tín hiệu giao thức được sử dụng để cung cấp cho mặtphẳng dữ liệu Mặt phẳng dữ liệu là con đường chuyển tiếp gói thông qua mộtrouter hoặc switch Công việc chuyển tiếp của các gói (hay còn gọi là mặt phẳngchuyển tiếp) thực hiện trên phần cứng được chế tạo đặc biệt, hay còn gọi là mạchtích hợp chuyên dụng (ASIC).Việc sử dụng những ASIC trong mặt phẳng chuyểntiếp của router làm cho các gói IP được chuyển mạch nhanh như chuyển mạch gói

sử dụng nhãn Vì vậy, nếu lý do duy nhất sử dụng MPLS trong mạng để thực hiệnchuyển mạch gói nhanh thì điều đó hoàn toàn sai lầm, và đó là một lý do khôngchính xác

1.3 MPLS và mô hình OSI.

Mô hình OSI gồm có 7 lớp, thể hiện như hình 1.1 Lớp dưới cùng là lớp 1, lớpvật lý Lớp đầu là lớp 7, lớp ứng dụng Trong đó lớp vật lý là các loại dây cáp, cơkhí, thiết bị điện Lớp 2 là lớp liên kết dữ liệu, liên quan đến định dạng khung Ví

dụ về lớp liên kết dữ liệu là Ethernet, PPP, HDLC và Frame Relay Tầm quangtrọng của liên kết dữ liệu là tạo kết nối giữa hai máy Lớp 3 là lớp mạng, liên quanđến các định dạng của gói dữ liệu end-to-end, mà ví dụ về một giao thức hoạt độngnối tiếng nhất tại lớp 3 là giao thức IP

Hình 1.1: MPLS và Mô hình OSI

MPLS không phải là giao thức lớp 2, cũng không phải là giao thức lớp 3 Vìvậy, MPLS không phù hợp trong mô hình OSI và có thể xem MPLS là giao thứclớp 2,5 Nguyên lý của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được dán nhãn (label) vàchuyển tiếp theo một tuyến đường LSP (Label Switched Path) Các router trênđường dẫn căn cứ vào nội dung của nhãn để thực hiện quyết định tuyển tiếp gói màkhông cần kiểm tra header IP

1.4 Khái niệm và hoạt động cơ bản trong MPLS:

1.4.1 Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển:

Một mặt phẳng điều khiển (control plane) là một tập hợp phần mềm, phần cứngtrong một thiết bị (chẳng hạn một router) và được dùng để điều khiển nhiều hoạtđộng thiết yếu trong mạng, như phân phối nhãn, tìm tuyến mới và khắc phục lỗi.Nhiệm vụ của mặt phẳng điều khiển là cung cấp các dịch vụ cho mặt phẳng dữ liệu.Mặt phẳng dữ liệu chịu trách nhiệm chuyển tiếp lưu lượng người 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 phẳng dữ liệu

1.4.2 Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong IP:

Đối với các giao thức Internet, các ví dụ của mặt phẳng điều khiển là các giaothức 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 trao đổi giữa các router để thực hiệnnhiều hoạt động khác nhau, bao gồm:

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

• Trao đổi các bản tin theo chu kì (gọi là bản tin Hello) để chắc rằng cácnút gần kề hoạt động tốt

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

1.4.3 Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điều khiển trong MPLS:

MPLS cũng hoạt động với các mặt phẳng điều khiển và dữ liệu Nhiệm vụ chínhcủa mặt phẳng điều khiển là quảng cáo các nhãn, địa chỉ và liên kết chúng với nhau

Bô định tuyến chuyển mạch nhãn là một router được cấu hình để hổ trợ MPeLS

Nó dùng cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (Label Forwarding Information LFIB) để xác định cách xử lý các gói MPLS đến, ví dụ xét xem nút kế tiếp nhận gói

Base-dữ liệu là nút nào

Các bản tin điểu khiển được trao đổi giữa các LSR để thực hiện nhiều hoạt độngkhác nhau, bao gồm thiết lập liên kết Sau khi hoạt động này hoàn thành, các nútđược 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, trao đổi các bản tin địa chỉ và nhãn đểliên kết các địa chỉ với nhãn và xây dựng bảng chuyển tiếp cho mặt phẳng dữ liệuMPLS Mặt phẳng dữ liệu MPLS sẽ chuyển tiếp lưu lượng bằng cách kiểm tra nhãntrong tiêu đề gói MPLS, địa chỉ IP không cần kiểm tra Tiêu đề nhãn sau đó bị loại

bỏ và địa chỉ IP được dùng để phân phối lưu lượng đến đích cuối cùng

1.4.4 Lớp chuyển tiếp tương đương-FEC:

Thuật ngữ lớp chuyển tiếp tương đương-FEC (Forwarding Equivalence Classes)được sử dụng trong hoạt động chuyển mạch nhãn FEC mô tả sự liên kết giữa các

gói với địa chỉ đích người nhận cuối, FEC cũng có thể liên kết với một địa chỉ đích

và loại lưu lượng liên quan đến một cổng đích nào đó Tất cả các gói dữ liệu thuộccùng một FEC có nhãn giống nhau Tuy nhiên, không phải tất cả các gói dữ liệu cónhãn giống nhau không phải đều thuộc cùng một FEC, bởi vì giá trị EXP của chúngkhác nhau dẫn đến việc xử lý chuyển tiếp có thể khác nhau và chúng có thể thuộc

về các FEC khác nhau Router quyết định gói thuộc về FEC nào là do router ngõvào quyết định, vì router ngõ vào có nhiệm vụ phân loại và đóng gói nhãn

Tại sao sử dụng FEC Trước tiên, nó cho phép nhóm các gói vào các lớp khácnhau và có những đối xử như nhau, có thể sử dụng để hổ trợ chất lượng dịch vụ(QoS) hiệu quả Ví dụ, FEC có thể liên kết với độ ưu tiên cao, lưu lượng thực Đối với các lớp dịch vụ khác nhau, người ta sử dụng các FEC và các nhãn liênkết khác nhau Với Internet, các giá trị sau được sử dụng để thành lập một FEC: địachỉ IP nguồn đích, số cổng nguồn đích, nhận diện giao thức IP (PID), điểm mã(codepoint) của các dịch vụ khác biệt IPv4, IPv6 Ví dụ của FEC là một tập các góiunicast mà địa chỉ đích lớp mạng có cùng tiền tố địa chỉ IP xác định Hoặc là mộttập các gói tin multicast có cùng địa chỉ nguồn và đích lớp mạng

Mỗi LSR xây dựng một bảng để xác định gói được chuyển tiếp như thế nào.Bảng này gọi là bảng cơ sở dữ liệu nhãn (LIB), gồm các ràng buộc của FEC tớinhãn

1.5 Các thành phần của mạng MPLS:

1.5.1 Nhãn là gì?

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 lớp mạng NhãnMPLS sử dụng cấu trúc với 32 bit Hình 1.2 cho thấy cấu trúc của một nhãn MPLS:

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

Hình 1.2: Cấu trúc nhãn MPLS

20 bit đầu tiên là giá trị của nhãn, giá trị này có thể từ 0 đến 220-1 Tuy nhiên, 16giá trị đầu tiên mang một ý nghĩa đặc biệt Các bit từ 20 đến 22 là 3 bit EXP, đó lànhững bit chỉ dùng cho mục đích chất lượng dịch vụ (QoS).

Bit 23 là bit Bottom of Stack (BoS) BoS mang giá trị 0, trừ trường hợp là nhãncuối cùng trong ngăn xếp, khi đó nó có giá trị là 1 Ngăn xếp là tập hợp các nhãn ởphần đầu của gói dữ liệu Ngăn xếp có thể chỉ gồm 1 nhãn hoặc nhiều hơn Sốlượng nhãn trong ngăn xếp là vô hạn, mặc dù hiếm khi thấy một ngăn xếp từ 4 nhãntrở lên

Bit 24 đến 31 gồm 8 bit được sử dụng cho Time To Live (TTL) TTL này cóchức năng tương tự như TTL trong tiêu đề IP, nó chỉ đơn giản là giảm 1 tại mỗihop, và chức năng chính của nó là để tránh một gói bị mắc kẹt trong một vòng lặpđịnh tuyến Nếu lặp vòng định tuyến xảy ra và không có TTL, các gói sẽ lặp vòngmãi mãi Nếu TTL của nhãn đạt 0, gói dữ liệu được bỏ đi

Dán nhãn có thể được quyết định dựa trên các cơ sở chuyển tiếp sau:

Ví dụ: 2 ứng dụng của MPLS là MPLS VPN và AToM, cả 2 đều đặt 2 nhãntrong nhãn ngăn xếp

Nhãn ngăn xếp nằm ở đâu? Nhãn ngăn xếp nằm ở phía trước của lớp 3, nghĩa làtrước tiêu đề của giao thức vận chuyển, nhưng sau tiêu đề của lớp 2 Thông thường,các ngăn xếp MPLS được gọi là tiêu đề chèn do vị trí của nó Hình 1.4 cho thấy vịtrí của nhãn ngắn xếp trong gói

Layer 2 Header MPLS Label Stack Transported Protocol

Layer 2 Frame

Hình 1.4: Vị trí ngăn xếp trong gói

Lớp 2 có thể đóng gói bất kỳ gói nào mà Cisco IOS hỗ trợ: PPP, High-LevelData Link Control (HDLC), Ethernet, v v Giả sử rằng giao thức vận chuyển làIpv4, và đóng gói kết nối là PPP, khi đó nhãn ngăn xếp nằm sau tiêu đề PPP nhưngtrước tiêu đề Ipv4

1.5.3 Bảng chuyển tiếp nhãn:

1.5.3.1 Bảng cơ sở thông tin nhãn-LIB:

Mỗi LSR xây dựng một bảng thông tin liên quan đến nhãn (LIB), địa chỉ vàđường dẫn để xác định rõ ràng cách thức mà một gói dữ liệu được chuyển tiếp nhưthế nào qua mạng Bảng thông tin đó được gọi là cơ sở thông tin nhãn LIB và gồmcác thông số sau đây:

• Nhãn đầu vào.

• Nhãn đầu ra

• Tiền tố địa chỉ (Address Prefix)

1.5.3.2 Bảng cơ sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB):

LFIB là bảng dùng để chứa thông tin cần thiết để chuyển tiếp gói đến chặn kếtrong MPLS, nó chính là tập con của LIB Nó là nơi mà nhãn đến và nhãn đi trongLSP Nhãn đến là nhãn từ nhãn cục bộ (Local Binding) trên LSR cụ thể Nhãn đi lànhãn từ nhãn từ xa (Remote Binding) được chọn bởi LSR trong tất cả các nhãn từ

xa có khả năng Tất cả các nhãn từ xa được chọn từ LIB LFIB chỉ chọn 1 nhãntrong số trong số tất cả các nhãn từ xa trong LIB và thiết lập nó lên LFIB Các nhãn

từ xa được chọn phụ thuộc vào tuyến đường tốt nhất trong bảng định tuyến

1.5.4 Router chuyển mạch nhãn (Label Switch Router-LSR):

Một bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR) là một router hổ trợ MPLS, có khảnăng định tuyến gói tại lớp 3 (lớp mạng) cũng như chuyển mạch gói tại lớp 2 (lớpliên kết dữ liệu) Cấu trúc cơ bản của một thiết bị LSR gồm có 2 thành phần chính:thành phần điều khiển, còn gọi là mặt phẳng điều khiển (Control Plane) và thànhphần chuyển tiếp, còn gọi là thành phần dữ liệu

Mặt phẳng điều khiển sử dụng các giao thức định tuyến IP để xây dựng nênbảng định tuyến Từ thông tin này, thành phần điều khiển sẽ tiến hành quá trình ấnđịnh nhãn với các nút mạng lân cận

Thành phần chuyển tiếp (forwarding component) sử dụng thông tin của quátrình này để tạo bảng cơ sở thông tin nhãn LIB (Label Information Based) Khinhận được gói dữ liệu, LSR sẽ sử dụng giá trị nhãn của gói và bảng định tuyến nhãn

để tìm ra và gắn một giá trị nhãn mới thích hợp cho gói dữ liệu

Có 3 loại LSR trong một mạng MPLS:

• Ingress LSRs: LSR ngõ vào nhận gói dữ liệu IP truyền thống chưa cónhãn, căn cứ vào thông tin trong tiêu đề IP và bảng định tuyến nhãn LIB,LSR sẽ ấn định một giá trị nhãn thích hợp cho gói dữ liệu và chuyển nóđến LSR tiếp theo

• Egress LSRs: LSR ngõ ra tháo bỏ nhãn cuối cùng của gói dữ liệu và từđây gói dữ liệu sẽ được định tuyến như một gói IP thông thường IngressLSRs và Egress LSRs là những Edge LSR (LSR biên)

• Intermediate LSRs: LSR trung tâm nhận gói có nhãn gởi đến, thực hiệncác hoạt động trên nó, chuyển mạch gói và gởi gói đó vào liên kết dữ liệuchính xác

Một LSR có thể thực hiện 3 hoạt động: pop, push hoặc swap.

LSR có thể pop một hoặc nhiều nhãn, tức là loại bỏ một hoặc nhiều nhãn ngănxếp, trước khi chuyển mạch gói tin ra ngoài Một LSR cũng phải có khả năng đẩy(push) một hoặc nhiều nhãn vào ngăn xếp nhãn Nếu nhận được gói tin đã dán nhãn,LSR đẩy một hoặc nhiều nhãn lên nhãn ngăn xếp và chuyển các gói tin di Nếu góitin chưa có nhãn, LSR có thể tạo một nhãn ngăn xếp và đặt nó vào gói Một LSRcũng có khả năng trao đổi (swap) nhãn, nghĩa là khi nhận được một gói đã có nhãn,phần đầu của nhãn trong nhãn ngăn xếp được trao đổi với nhãn mới và chuyển góitin đi

1.5.5 Đường chuyển mạch nhãn (Label Switch Path-LSP):

Một con đường chuyển mạch nhãn (LSP) là một chuỗi các LSR để chuyển mạchmột gói tin được dán nhãn qua mạng MPLS Về cơ bản, LSP là đường dẫn thôngqua toàn mạng MPLS hoặc một phần của nó Đường chuyển mạch nhãn này đượcthiết lập từ igress LSR đến egress LSR để chuyển gói trong mạng bằng kỹ thuậtchuyển mạch nhãn LSP được xây dựng bằng các giao thức như LDP, RSVP, …

Hình 1.5: LSP trên mạng MPLS

Các LSR ngõ vào của một LSP không nhất thiết phải là các router đầu tiên dánnhãn cho gói Các gói tin có thể được dán nhãn bởi một LSR trước đó Trường hợpnhư vậy sẽ có một LSP lồng bên trong một LSP khác Trong hình 1.5 ta thấy mộtLSP bao trùm toàn bộ chiều rộng của mạng lưới MPLS LSP khác bắt đầu tạo cácLSR thứ 3 và kết thúc tại LSR kề cuối Như vậy khi gói đi vào LSP thứ 2 của nó,gói đã có nhãn

Hình 1.6: LSP lồng nhau.

Điều này nghĩa là LSR ngõ vào của LSP phía trong sẽ đẩy nhãn thứ hai vào gói.Nhãn ngăn xếp của các gói dữ liệu trên LSP thứ hai bây giờ sẽ có 2 nhãn Nhãn đầuthuộc về LSP bên trong và nhãn dưới cùng thuộc về LSP bao trùm toàn mạng Kỹthuật lưu lượng sử dụng tunnel là ví dụ cho LSP lồng nhau

1.6 Điều khiển LSP thứ tự và điều khiển độc lập:

MPLS hổ trợ hai phương pháp để dán nhãn vào một FEC, gọi là điều khiển độclập và điều khiển theo thứ tự.

1.6.1 Điều khiển LSP độc lập:

Hình 1.7: Điều khiển độc lập.

Với điều khiển độc lập, router dán các nhãn vào mọi FEC mà nó biết Vì vậymỗi FEC có một nhãn được gán cho nó Các giao thức định tuyến IP như OSPFđược sử dụng để làm điều này

Hình 1.7 chỉ ra rằng LSR D đang thông báo cho các LSP ngang hàng rằng nhãnnội bộ 40 liên kết với tiền tố IP 192.168.20.0/24 Điều này có nghĩa là các nút gần

kề với D phải sử dụng nhãn 40 khi gởi lưu lượng đến địa chỉ 192.168.20.0/24 thôngqua nút D Một cách khác, nút ngược dòng sử dụng giá trị nhãn được ấn định bởiLSR xuôi dòng khi nó gửi lưu lượng đến nhãn/ tiền tố ấn định bởi LSR xuôi dòngnày Rõ ràng là nút C sử dụng nhãn 40 để gửi bất cứ gói IP nào có địa chỉ192.168.20.x đến nút D Tuy nhiên, nút D sẽ không dùng nhãn 40 để truyền lưulượng đến nút I, E, J Ví dụ để truyền lưu lượng đến nút E, nút D sẽ dùng giá trịnhãn đã được gởi bởi nút E, chẳng hạn 38

Cấn nhấn mạnh rằng nút D quảng cáo nhãn 40 cho tiền tố 192.146.20.0/24 đếntất cả các nút ngang hàng Các nút này có sử dụng nhãn này hay ko tuỳ thuộc vàomối quan hệ của chúng với nút D là xuôi dòng hay ngược dòng.

Một thuật lợi của điều khiển độc lập là hoạt động dán nhãn xảy ra sau sự quảngcáo địa chỉ Nếu việc quảng cáo địa chỉ nhanh sẽ dẫn đến sự định tuyến nhanh, cácliên kết nhãn cũng được thiết lập một cách nhanh chóng Tuy nhiên điều khiển độclập phải thiết lập sao cho các LSR lân cận tương thích với FEC mà chúng sẽ dùng

• Ưu điểm: kỹ thuật này cho phép các LSR ấn định và quảng bá thông tinnhãn bất cứ lúc nào, không phải chờ thông tin đó đến từ LSR kế cận Hơnnữa, các LSR vẫn giữ lại thông tin nhãn nhận được từ LSR kế cận ngay

cả khi LSR này không phải là nút mạng kế tiếp sẽ nhận được dữ liệu Do

đó khi định tuyến có sự thay đổi, LSP mới có thể nhanh chóng được xâydựng

• Khuyết điểm: với kỹ thuật này, mỗi LSR sẽ tự định nghĩa về FEC Ví dụmột LSR có thể quyết định mỗi tiền tố trong bảng định tuyến của nó làmột FEC Do đó nếu LSR kế cận không định nghĩa như vậy về một FECthì không thể xây dựng LSP

1.6.2 Điều khiển LSP tuần tự:

Trong kỹ thuật này, quá trình ấn định nhãn diễn ra theo thứ tự từ đầu cuối nàyđến đầu cuối kia của LSP Như vậy LSP được bắt đầu xây dựng từ igress LSP hoặcegress LSP Ví dụ như LSP được xây dựng từ egress LSP Trong trường hợp nàychỉ có egress LSP có khả năng tiến hành xây dựng LSP Ứng với một FEC nào đó,một LSR là egress LSR nếu như nút mạng kết tiếp nhận dữ liệu thuộc FEC khôngphải là LSR Khi đó egress LSR sẽ ấn định một nhãn thích hợp cho FEC và gởithông tin này đến tất cả LSR lân cận Bất cứ LSR nào nhận được thông tin này vàđồng thời egress LSR nói trên là nút mạng kế tiếp cho dòng dữ liệu thuộc FEC, LSR

sẽ ấn định giá trị nhãn đó cho FEC và cùng gởi thông tin nhãn đến các LSR kế cận

• Ưu điểm: Edge LSR sẽ tiến hành định nghĩa FEC Như vậy khi xây dựngLSP, tất cả các LSR đều sử dụng chung định nghĩa ấy Do đó không mất

sự đồng nhất khi ấn định FEC cho dữ liệu Đặc biệt kỹ thuật này rất cóích trong mạng đang chuyển từ hình thức định tuyến truyền thống sangchuyển mạch nhãn Đối với những mạng như thế, một nhà quản trị mạngcần kiểm soát chặt chẽ việc chuyển gói dữ liệu bằng MPLS, ngoài ra cóthể kiếm soát bằng cách cấu hình một danh sách truy cập tại LSR khởiđầu cho quá trình xây dựng LSP, có thể igress LSR hoặc egress LSR.Trong khi đó, với kỹ thuật điều khiển độc lập, cần thiết phải cấu hình chomỗi LSR trong mạng

• Khuyết điểm: kỹ thuật này làm tăng thời gian xây dựng một LSP Vì đểxây dựng một LSP, một LSR sẽ gởi thông tin nhãn đến tất cả các LSP kếcận Do đó gói dữ liệu có thể bị mất hoặc tăng thời gian trễ

Chúng ta hoàn toàn có thể sử dụng kết hợp cả hai kĩ thuật trên ở trong mạng.Tuy nhiên nếu như một nhà quản trị muốn nhận đầy đủ ưu điểm của kỹ thuật điềukhiển LSP tuần tự, tất cả các LSP trong mạng phải hỗ trợ kỹ thuật này

1.7 Chế độ phân phối nhãn:

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

1.7.1 Chế độ nhãn không cần yêu cầu:

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

có yêu cầu thực hiện việc gắn kết nhãn Nếu downstream-LSR chính là hop kế đốivới định tuyến IP cho một FEC cụ thể thì upstream-LSR có thể sử dụng kiểu kếtnhãn này để chuyển tiếp các gói trong FEC đó đến downstream-LSR

Hình 1.8: Chế độ nhãn không cần yêu cầu.

1.7.2 Chế độ nhãn theo yêu cầu:

Upstream-LSR phải yêu cầu rõ ràng một gắn kết nhãn cho một FEC cụ thể thìdownstream-LSR mới phân phối Trong phương thức này, downstream-routerkhông nhất thiết phải là hop kế đối với định tuyến IP cho FEC đó, điều này rất quantrọng đối với các LSP định tuyến tường minh

Hình 1.9: Chế độ nhãn yêu cầu 1.8 Tổng kết chương.

Trong chương này, chúng ta đã biết được nhiều nhãn có thể xếp chồng lên nhau,gọi là nhãn ngắn xếp Nhãn ngăn xếp nằm trên phần đầu của gói, để chuyển tiếpgói Nhãn ngăn xếp nằm ở phía trước của lớp 3, nghĩa là trước tiêu đề của giao thứcvận chuyển, nhưng sau tiêu đề của lớp 2 Chúng ta đã hiểu làm thế nào các nhãnđược chuyển đến cho mỗi LSR trong mạng MPLS Một chuỗi các LSR tạo thànhđường chuyển mạch nhãn (LSP) FEC là một nhóm hoặc một luồng các gói tin đượcchuyển tiếp trên cùng tuyến đường và được xử lý như nhau MPLS hỗ trợ haiphương pháp để dán nhãn vào một FEC, gọi là điều khiển độc lập và điều khiểntuần tự, chúng ta hoàn toàn có thể kết hợp 2 kỹ thuật trên trong mạng Chương tiếptheo chúng ta sẽ tìm hiểu về các giao thức phân phối nhãn trong MPLS

Chương 2: Định tuyến và phân phối nhãn trong

MPLS.

2.1 Giới thiệu chương:

Trong chương này chúng ta giải quyết cách thức làm thế nào xác định tuyếnđường trên mạng hỗ trợ kĩ thuật MPLS bằng giao thức phân phối nhãn (LDP), giaothức dành trước tài nguyên (RSVP) và giao thức phân phối nhãn dựa trên sự ràngbuộc (CR-LDP), so sánh 2 giao thức RSVP và CR-LDP, giải quyết sự cố trên mạngbằng các cơ chế tái định tuyến

2.2 Định tuyến trong mạng MPLS:

MPLS hỗ trợ cả hai kỹ thuật định tuyến: định tuyến từng chặng (hop-by-hop) vàđịnh tuyến ràng buộc (constrain-based routing) Định tuyến từng chặng cho phépmỗi nút nhận dạng các FEC và chọn hop kế tiếp cho mỗi FEC một cách độc lập,giống như định tuyến IP Tuy nhiên, nếu muốn triển khai kỹ thuật lưu lượng vớiMPLS thì cần phải sử dụng định tuyến ràng buộc

2.2.1 Định tuyến từng chặng (hop-by-hop):

Phương pháp này là tương đương với phương pháp được sử dụng hiện nay trongcác mạng IP truyền thống Các giao thức định tuyến truyền thống chẳng hạn nhưOSPF, BGP được sử dụng để thăm dò địa chỉ IP Trong phương pháp này mỗi LSRlựa chọn một cách độc lập tuyến kế tiếp với một FEC cho trước Mỗi node MPLSxác định nội dung của LIB bằng việc tham chiếu tới bảng định tuyến IP của nó Vớimỗi lối vào trong bảng định tuyến, mỗi node sẽ thông báo 1 ràng buộc (chứa 1 địachỉ mạng và 1 nhãn) tới các node lân cận

2.2.2 Định tuyến ràng buộc (Constrain-based Routing):

Nhắc lại về những giao thức định tuyến sử dụng trong mạng IP Mạng IP là tậphợp của nhiều AS, những giao thức định tuyến sử dụng trong phạm vi một AS đượcgọi là giao thức định tuyến nội vùng (IRP) như RIP, OSPF, IS-IS, IGRP Ngược lạinhững giao thức định tuyến được sử dụng trao đổi thông tin định tuyến giữa các ASgọi là giao thức định tuyến liên vùng (EGP) như là BGP.

Quay trở lại giao thức định tuyến nội vùng Giao thức RIP sử dụng thuật toánBellman_Ford để chọn đường đi đến một địa chỉ nhất định với yêu cầu số lượngnút mạng trên đường đi là nhỏ nhất Như vậy giao thức RIP sẽ tốt ưu hoá số lượngnút mạng trên đường định tuyến Trong khi đó giao thức OSPF và IS-IS sẽ tối ưuhoá metric quản trị của đường định tuyến

Như vậy định tuyến ràng buộc khác biệt gì với định tuyến IP truyền thống?Trong pham vi một mạng, tuyến nối giữa hai nút mạng bất kỳ sẽ có một số đặttính Những đặc tính này được xem là những ràng buộc và luồng lưu lượng đi quatuyến này không được vi phạm những đặc tính đó Như vậy định tuyến ràng buộc sẽthiết lập tuyến cho luồng lưu lượng vừa phải tối ưu hoá metric, vừa không vi phạmnhững ràng buộc cụ thể trên mỗi đường nối giữa các nút mạng Đây cũng chính làđiểm khác biệt giữa định tuyến ràng buộc và định tuyến IP truyền thống

Hình 2.1: Ví dụ hoạt động định tuyến ràng buộc.

Để minh hoạ hoạt động của định tuyến ràng buộc, xét cấu trúc mạng như hìnhtrên Giả sử rằng định tuyến ràng buộc sử dụng số hop (hop count) và băng thôngkhả dụng làm metric Lưu lượng 600Kbps được định tuyến trước tiên, sau đó là lưu

lượng 500Kbps và 200Kbps Cả 3 loại lưu lượng này đều hướng đến cùng mộtegress-router Ta thấy rằng:

• Vì lưu lượng 600Kbps được định tuyến trước nên nó đi theo đường ngắnnhất là R8-R2-R3-R4-R5 Vì băng thông khả dụng là như nhau trên tất cảcác chặng kênh (1Mbps), nên lưu lượng 600Kbps chiếm 60% băng thông

• Sau đó, vì băng thông khả dụng của đường ngắn nhất không đủ cho cả 2lưu lượng 600Kbps và 500Kbps nên lưu lượng 500Kbps được định tuyến

đi theo đường mới qua R6 và R7 mặc dù nhiều hơn một hop so với đườngcũ

• Với lưu lượng 200Kbps tiếp theo, vì vẫn còn băng thông khả dụng trênđường ngắn nhất nên đường này được chọn để chuyển lưu lượng

200Kbps

Định tuyến ràng buộc có 2 kiểu online và ofline Kiểu online cho phép cácrouter tính đường cho các LSR bất kỳ lúc nào Trong kiểu offline, một server tínhđường cho các LSP theo định kỳ (chu kỳ có thể được chọn bởi nhà quản trị thường

là vài giờ hoặc vài ngày) Các LSP được báo hiệu thiết lập theo các đường đã đượcchọn

2.2.3 Định tuyến tường minh (ER):

Định tuyến tường minh (Explicit Routing) là một tập con của định tuyến ràngbuộc, trong đó sự ràng buộc là đối tượng tuyến tường minh ER (explicit router).Tuyến tường minh ER là một danh sách các “nút trừu tượng” (abstract node) màmột đường chuyển mạch nhãn ràng buộc phải đi qua Nút trừu tượng có thể là mộtnút (địa chỉ IP) hoặc một nhóm nút (như IP prefix hoặc một AS) Nếu ER chỉ quyđịnh một nhóm trong số các nút mà đường chuyển mạch nhãn ràng buộc đi qua thì

nó được gọi là “losse ER” Ngược lại, nếu ER quy định toàn bộ các nút trên đườngchuyển mạch nhãn ràng buộc thì được gọi là “strict ER”

2.3 Các giao thức phân phối nhãn:

Giao thức LDP (Label Distribution Protocol) là giao thức chính và được sử dụngnhiều nhất Tuy nhiên một số giao thức khác như RSVP (Resource ReservationProtocol) hay BGP (Border Gateway Protocol) vẫn có thể thực hiên trao đổi thôngtin nhãn Đầu tiên chúng ta sẽ đề cầp đến giao thức LDP.

2.3.1 Giao thức LDP:

LDP là một giao thức mới cho việc phân phối thông tin kết hợp với nhãn tới cácLSR trong mạng MPLS Nó được sử dụng để ánh xạ các FEC tới nhãn, tạo tuyếnLSP Các tuyến LDP được thiết lập giữa các LDP ngang hàng trong mạng MPLS(không nhất thiết kề nhau) Những đặc tính cơ bản của giao thức LDP:

-Cung cấp kỹ thuật giúp cho các LSR có kết nối trực tiếp nhận ra nhau và thiếtlập liên kết cơ chế khám phá (discovery mechanism)

• Advertisement message : Tạo, thay đổi, và xoá nhãn cho các FEC

• Notification message : Cung cấp thông tin tham khảo và thông tin báohiệu lỗi

-Thiết lập kết nối TCP để trao đổi các bản tin (ngoại trừ bản tin Discovery).-Các bản tin là tập hợp những thành phần có cấu trúc <type, length, value>

2.3.1.1 Các bản tin LDP:

Như đã đề cập ở trên, có bốn loại bản tin cơ bản và các bản tin được sử dụngthông dụng nhất là:

• Initilization

số đó Nếu như không chấp nhận, LSR sẽ gởi một thông báo lỗi và kết thúc quá trình khởi tạo.

2.3.1.1.2 Bản tin Keepalive:

Ngoài chức năng như đã nói ở trên, bản tin này được gởi tuần tự theo chu kỳ trong khoảng thời gian không có các bản tin khác được gởi đi Bản tin này giúp cho LSR nhận biết LSR gởi vẫn đang hoạt động bình thường Nếu không chấp nhận được bản tin này, hay bất cứ một bản tin khác trong một khoảng thời gian được ấn định trước thì kết nối LDP giữa hai LSR sẽ bị cắt

2.3.1.1.3 Bản tin Label mapping:

Được các LSR sử dụng để truyền các thông tin ánh xạ từ một FEC sang một nhãn

2.3.1.1.4 Bản tin Label withdraw:

Chúng ta biết rằng có hai hình thức ấn định nhãn usolicited downstream và downstream_on_demand Với cách thức sau, một LSR sẽ yêu cầu nút mạng tiếp theo sẽ nhận dữ liệu thuộc một FEC nào đó ấn định nhãn cho FEC bằng cách gởi

đến LSR này bản tin Label Request Nếu như bản tin này huỷ bỏ, bởi vì nút mạng nhận dữ liệu thuộc FEC thay đổi, LSR sẽ tiếp tục gởi yêu cầu này bằng bản tin Label Request Abort.

2.3.1.1.5 Bản tin Label release:

Bản tin này dùng để huỷ bỏ các thông tin ánh xạ đã gởi đi Lý do của việc huỷ

bỏ giá trị nhãn bao gồm cả việc xoá bỏ một địa chỉ ra khỏi bảng định tuyến do sự thay đổi trong thông tin định tuyến hoặc do cấu hình của LSR

2.3.1.1.6 Bản tin Label request abort:

Sau khi nhận được bản tin Label Mapping và nếu không sử dụng thông tin này, LSR sẽ gởi đi bản tin Label Release Trường hợp này xảy ra, ví dụ khi LSR nhận được từ LSR1 thông tin ánh xạ từ FEC sang một nhãn, nhưng LSR2 nhận ra rằng LSR1 không phải là nút mạng kế tiếp nhận dữ liệu thuộc FEC này

2.3.1.2 Láng giềng LSR:

Giao thức này hoạt động trên kết nối UDP và có thể được xem là giai đoạn nhậnbiết nhau của hai LSR trước khi giữa chúng thiết lập kết nối TCP Một LSR sẽquảng bá bản tin Hello tới tất cả LSR kết nối trực tiếp với nó trên một cổng UDPmặc định theo một chu kỳ nhất định Tất cả các LSR đều lắng nghe bản tin Hellonày trên cổng UDP Nhờ đó LSR biết được địa chỉ của tất cả các LSR kết nối với

nó Sau khi biết được địa chỉ của một LSR nào đó, một kết nối TCP sẽ được thiếtlập giữa hai LSR này Ngay cả khi không kết nối với nhau thì LSR vẫn có thể gởiđịnh kỳ bản tin Hello đến cổng UDP mặc định của một địa chỉ IP xác định Và LSRnhận cũng có thể gởi lại bản tin Hello cho LSR gởi để thiết lập kết nối TCP

2.3.1.3 Thiết lập và duy trì phiên LDP:

2.3.1.3.1 Thiết lập phiên LDP:

Các LSR thiết lập các phiên giữa LDP giữa chúng để công bố và trao đổi nhãn.Quá trình này gồm 2 bước:

• Thiết lập kết nối vận chuyển.

• Khởi tạo phiên

Quá trình thiết lập phiên giữa các LSR dựa vào việc trao đổi của các bản tinHello để xác định không gian nhãn

2.3.1.3.2 Duy trì phiên LDP:

Một phiên LDP với một cấp tương đương có một hoặc nhiều bản tin Hello khihai LSR được kết nối với nhiều liên kết mà cùng dùng chung không gian nhãn.Trong tình trạng này nhiều bản tin Hello mà một LSR gởi trên mỗi liên kết như vậymang cùng một thông số ID LDP LDP chứa các cơ chế giám sát cần thiết của mộtphiên LDP và các bản tin Hello kế cận nó

Phiên LDP sử dụng một cách đều đặn cơ chế xác nhận bản tin Hello của LDPDiscovery để thông báo cho các LDP ngang cấp với nó mục đích để sử dụng khônggian nhãn Một LSR duy trì việc giám xác thời gian với mỗi bản tin Hello kế cận mà

nó bắt đầu lại khi nó nhận một bản tin Hello kế cận tương ứng

2.3.2 Giao thức dành trước tài nguyên (RSVP) mở rộng:

Với giao thức RSVP, LSP được xây dựng trên đường dẫn mà giao thức địnhtuyến IP truyền thông xác định Khi một router trong mạng nhận được bản tin Path,router sẽ kết hợp thông tin trong bảng định tuyến, được xây dựng bằng các giaothức định tuyến như OSPF, RIP, IS-IS và địa chỉ đích trên gói dữ liệu IP để xácđịnh bộ định tuyến tiếp theo bản tin này

Còn giao thức RSVP mở rộng vẫn sử dụng bản tin Path và RESV để xây dựngLSP với mức chất lượng dịch vụ theo yêu cầu nhưng đường đi của bản tin Path vàRESV là đường định tuyến tường minh (explicit router) Dưới đây chúng ta xem xétcấu trúc của hai bản tin Path và RESV

2.3.2.1 Bản tin Path:

Với giao thức RSVP mở rộng, bản tin Path có thêm một thành phần mới làEXPLICT ROUTE object Sau đây chúng ta tìm hiểu về ba thành phần chính củabản tin Path:

• Thành phần yêu cầu nhãn (label request object)

• Thành phần định tuyến tường minh (Explicit router object)

• Thành phần đinh tuyến mảnh tin (Record router object)

2.3.2.1.1 Thành phần yêu cầu nhãn:

Igress LSR yêu cầu ấn định nhãn cho LSP này, ngoài ra thành phần còn manggiá trị mã nhận dạng giao thức mạng L3PID (Layer 3 Protocol Identifier) để xácđịnh giao thức lớp mạng sử dụng Như ta đã biết có 3 loại nhãn được sử dụng:

• Giao thức lớp 2 không có cấu trúc xác định thì nhãn có dạng là nhãn chènthêm (shim label) nằm giữa tiêu đề lớp 2 và lớp 3

• Nếu giao thức lớp 2 là ATM thì giá trị nhãn chứa trong vùng thông tinVCI và VPI

• Nếu giao thức lớp 2 là Frame Relay thì nhãn được chứa trong vùngDLCI

Khi nhận được bản tin Path, các LSR sẽ giữ lại trong khối trạng thái đường dẫn(Path State Block) dành cho LSP này Nếu xác định được loại nhãn thì sẽ tiến hànhquá trình ấn định nhãn

Các lỗi có thể xảy ra:

• LSR nhận được bản tin Path nhưng không ấn định được nhãn thì nó sẽgởi bản tin Path Error để báo cho Igress LSR biết xảy ra lỗi định tuyếnhoặc lỗi của ấn định giá trị nhãn

• Nếu LSR nhận không hổ trợ L3PID thì sẽ gởi Path Error cho Igress LSR.Lỗi này xảy ra sẽ kết thúc quá trình khởi tạo LSP

• Nếu nhận được bản tin này mà không nhận ra được thành phần yêu cầunhãn (Label_Request object) thì cũng gởi Path Error và kết thúc khởi tạoLSP.

2.3.2.1.2 Thành phần định tuyến tường minh (ERO)

Thông tin trong thành phần này là đường đi của bản tin Path trong mạng CácLSR căn cứ vào thành phần này để chuyển bản tin đến đích nhận tiếp theo trongmạng ERO chỉ sử dụng cho unicast và chỉ khi tất cả các bộ định tuyến trên toàntuyến đều có hỗ trợ RSVP và ERO

Cấu trúc của ERO gồm một chuỗi các thành phần phụ (sub-object) Mỗi thànhphần này xác định một nhóm các nút mạng hay chỉ một nút mạng trên đường địnhtuyến hoặc chỉ ra một thao tác trên tuyến Mỗi thành phần phụ như thế được gọi làabstract node Nếu abstract node chỉ có duy nhất một nút mạng thì còn gọi là simpleabstract node Các thành phần phụ trong một ERO có thể là những chỉ số AS(Autonomous System), trong mỗi AS có thể có nhiều nút mạng nhưng chúng hoàntoàn trong suốt đối với Igress LSR Dưới đây là định dạng của một thành phần phụtrong ERO

L Kiểu (type) Độ dài (length) Nội dung thành phần(Subobject content)

Bảng 2.1: Định dạng thành phần phụ trong ERO

Bit L=1, đây là ghép lỏng (loose hop); còn L=0 đây là một ghép chặt (strict hop)trên đường định tuyến tường minh (explict router)

Hiện nay có 4 loại thành phần phụ (subobject) được định nghĩa:

• IPv4: các nút mạng trong abstract node có địa chỉ IP thuộc phiên bản 4.Mỗi địa chỉ có 32 bit

• IPv6: địa chỉ của mỗi nút mạng thuộc phiên bản 6, có 128 bit

• Autonomous System Number: Những nút mạng nằm trong abstract nodecùng nằm trong một AS

Dưới đây là hình ảnh ví dụ của một tuyến tường minh với các nút mạng địa chỉIPv4:

Hình 2.2: Tuyến tường minh với các nút mạng địa chỉ IPv4

Trên đây ta thấy ERO có 3 thành phần phụ, mỗi thành phần này là địa chỉ IP củamột nút mạng nằm tuyến tường minh (explicit router).L=0 cho biết đây là một stricthop, địa chỉ của mỗi nút là IPv4, 32 bit Như vậy, Igress LSR sẽ gởi bản tin Pathđến LSR kế tiếp có địa chỉ IP là 193.3.3.1 Khi nhận được bản tin, căn cứ vào thànhphần Explicit Router, LSR này chuyển bản tin đến LSR trung gian kế tiếp có địa chỉ

IP là 193.3.2.1 Khi bản tin Path được chuyển đến LSR có địa chỉ IP là 193.3.1.1 thìkết thúc quá trình chuyển bản tin Path

2.3.2.1.3 Thành phần định tuyến mảnh tin (RRO).

Với thành phần này trong bản tin Path, LSR sẽ biết được tất cả các LSR nằmtrên đường đi của bản tin Path (cũng chính là LSP) từ Igress LSR đến Egress LSR.Khi Igress LSR xây dựng một LSP, đầu tiên, nó sẽ gởi đi bản tin Path có chứa cácthành phần Label_object và cả thành phần RRO Thông tin chứa trong RRO lúc nàychỉ có địa chi IP của Igress LSR Khi một LSR trung gian nhận được bản tin này, sẽsao lại thành phần RRO trong khối trạng thái đường dẫn (path state block) và thêmđịa chỉ IP của nó vào trong thành phần RRO Riêng egress LSR khi nhận được bảntin Path sẽ hồi đáp lại bằng bản tin RESV Bản tin này sẽ sao lại thành phần RROcủa bản tin Path Như vậy, sau quá trình trao đổi bản tin Path và RESV, mỗi LSR sẽ

biết được toàn bộ LSR thuộc LSP này Điều này rất hữu ích cho công việc quản trịmạng.

2.3.2.2 Bản tin RESV:

Bản tin này được egress LSR gởi đi trả lời cho bản tin Path Bản tin RESV mangthông tin về giá trị nhãn được ấn định cũng như tài nguyên mạng được dành choLSP này Trong phần này, chúng ta chỉ xem xét thành phần chính nhãn (LABELobject)

Như đã nói ở trên thành phần này cho biết giá trị nhãn được sử dụng và nhãnđược gắn trên gói có thể chỉ là một nhãn hoặc là nhãn xếp chồng (stack) gồm nhiềumức nhãn

Hình 2.3: Bản tin RESV

Khi nhận được một bản tin RESV, LSR sẽ kiểm tra xem bản tin này tương ứngvới bản tin Path nào, và LSR gởi có phải là nút mạng kế tiếp thuộc LSP hay không.Khi tất cả đều hợp lệ thì LSR sẽ ấn định nhãn trong bản tin RESV với giá trị nhãn

sử dụng cho LSP này tới LSR ngược dòng Như hình 3.4 cho thấy: LSP sẽ ấn địnhgiá trị nhãn bằng 20 cho các gói dữ liệu có nhãn bằng 10 đến trên If1 khi gởi nó đếnLSR kế tiếp trên If2 Như vậy khi igress LSR nhận được bản tin RESV, luồng lưu

lượng đã xác định được LSP dành cho nó Quá trình ấn định nhãn cho LSP đượcthực hiện dưới hình thức xuôi dòng theo yêu cầu (downstream_on_demand).

2.3.2.3 Quá trình xây dựng LSP:

Hình 2.4: Xây dựng LSP.

Như hình 2.4 cho thấy, định tuyến IP truyền thống xác định đường đi của dữ liệu

từ igress LSR (LSR1) đến egress LSR (LSR4) sẽ qua một nút mạng trung gianRouter A Trong khi đó, định tuyến có ràng buộc xác định tuyến tường minh(explicit router) cho dữ liệu từ LSR1 đến LSR4 qua các nút mạng trung gian làLSR2 và LSR3 Sau đây là quá trình xây dựng LSP trên tuyến định tuyến này.-Quá trình gởi bản tin Path:

Tại LSR1: LSR1 gởi đi bản tin Path và ba thành phần chính trong bản tin Path:

• Explicit Router: mô tả đường đi của bản tin Path trong mạng để xây dựngLSP và dành sẵn tài nguyên mạng trên LSP này

• Label Request: đưa ra yêu cầu về giá trị nhãn dành cho LSP

• Record Router: như đã trình bày ở trên, thành phần này trong bản tin giúpigress LSR có được thông tin chính xác về LSP như địa chỉ của các LSR

thuộc LSP Thành phần này rất thiết thực trong việc khắc phục hiệntượng lặp vòng.

Tại LSR2:

• Khi nhận được bản tin Path, LSR2 lưu thành phần Label Request vàExplicit Route trong khối trạng thái đường dẫn (Path State Block) Đồngthời địa chỉ IP của LSR gởi LSR1, session, Tspec cũng được lưu lại sửdụng cho việc định tuyến bản tin RESV tương ứng với LSR1

• Căn cứ vào thành phần Explicit router LSR2 chuyển bản tin Path đếnLSR3

• Trong trường hợp không thể ấn định nhãn cho LSP, LSR2 sẽ gởi bản tinPath Err báo lỗi đến LSR1

Tại LSR3: quá trình xử lý bản tin Path hoàn toàn tương tự như tại LSR2

Tại LSR4: Nhận được bản tin Path, LSR4 biết được nó chính là egress LSR vàtiến hành gởi bản tin RESV về LSR1

-Quá trình gởi bản tin RESV

Hình 2.5: Đường đi của bản tin RESV.

Tại LSR4:

• LSR4 ấn định nhãn bằng 0 cho LSP, đưa giá trị nhãn này vào thành phầnLabel của bản tin RESV Lý do LSR4 sử dụng giá trị nhãn bằng 0? Khinhận gói dữ liệu có nhãn bằng 0, LSR4 sẽ biết được nó là egress LSR củaLSP, gỡ nhãn và định tuyến gói bằng các giao thức định tuyến IP truyềnthống.

Tại LSR3:

• Nhận được bản tin RESV, LSR3 đọc thông tin trong thành phần Label,lưu giá trị nhãn bằng 0 vào vùng “nhãn đầu ra” trong bảng thông tin địnhtuyến Với những gói dữ liệu đến LSR4 trên LSP này, LSR3 sẽ gắn vàogói giá trị nhãn bằng 0

• LSR3 sẽ ấn định một nhãn thích hợp cho LSP này, ở đây nhãn này bằng

20, gắn giá trị này vào bản tin RESV và gởi đến LSR2

Tại LSR2:

• Quá trình xử lý bản tin RESV tại LSR2 hoàn toàn tương tự như tại LSR3

• LSR2 dùng một nhãn bằng 10 cho LSP, gởi đến LSR1 trong bản tinRESV

Tại LSR1:

• Khi nhận được bản tin RESV, quá trình xây dựng LSP kết thúc Vớinhững luồng lưu lượng thích hợp, LSR1 sẽ gắn nhãn bằng 10 cho các gói

dữ liệu khi chuyển tới LSR2

Đường đi của gói dữ liệu từ Igress LSR đến egress LSR:

Hình 2.6: Dữ liệu từ igress LSR đến egress LSR.

Dưới đây là quá trình di chuyển trên LSP của các gói dữ liệu sau khi kết thúcquá trình ấn định nhãn

• LSR1 là igress LSR, nhận các gói dữ liệu IP Dựa vào thông tin trên tiêu

đề IP, LSR1 định dạng lại gói dữ liệu phù hợp với kỹ thuật lớp liên kết dữliệu, gắn nhãn bằng 10 và chuyển đến LSR2 trên If2

• Nhận được dữ liệu trên If1 có nhãn bằng 10, LSR2 dựa vào bảng thôngtin định tuyến LIB (Label Information Based) xác định được giá trị nhãnđầu ra Trên hình 2.7 cho thấy LSR2 gởi dữ liệu có nhãn bằng 0

• Nhận được tín hiệu, với giá trị nhãn bằng 0, LSR4 biết rằng nó là egressLSR, LSR4 gỡ nhãn trên gói dữ liệu và định tuyến bằng cách thức địnhtuyến IP truyền thống

2.3.3 Giao thức phân phối nhãn dựa trên sự ràng buộc (CR-LDP):

Nếu một LDP được sử dụng cho định tuyến ràng buộc, tuyến được định tuyếnràng buộc được mã hoá như là một chuỗi liên tiếp các chặng ER chứa trong bản tinLDP Mỗi chặng ER có thể nhận ra một nhóm các nút trên tuyến đường được địnhtuyến ràng buộc, và cũng có các TLV để mô tả các tham số lưu lượng, chẳng hạnnhư là tốc độ đỉnh và tốc độ cam kết Một tuyến đường được định tuyến ràng buộc

là một đường dẫn bao gồm tất cả nhóm các nút được nhận dạng theo thứ tự nhưchúng xuất hiện trong TLV Đầu tiên chúng ta tìm hiểu về thuật toán định tuyếnràng buộc

2.3.3.1 Thuật toán định tuyến ràng buộc (CFPS):

Định tuyến ràng buộc phải tính toán xác định tuyến thoả mãn các điều kiện sau:

• Tối ưu theo một tiêu chuẩn nào đó (ví dụ tuyến ngắn nhất hoặc số hop ítnhất)

• Thoả mãn các điều kiện ràng buộc

Thuật toán “đường ngắn nhất đầu tiên” (SPF) thường được sử dụng để tìm tuyếnđường tối ưu theo tiêu chuẩn nào đó (chẳng hạn: số hop…) mà không tính tới cácyếu tố bổ sung như trễ, băng thông…Để thoả mãn cả các điều kiện ràng buộc thìthuật toán SPF cần phải thay đổi để bao gồm các điều kiện ràng buộc Thuật toánmới này gọi là CSPF (Constrained Shortest Path First)

Trước hết chúng ta tìm hiểu hoạt động của thuật toán SPF Trong thuật toán nàyxuất hiện khái niệm “nút dự tuyển” (candidate node) là nút mạng có kết nối trực tiếpvới nút đang xét Thuật toán SPF để tính toán xác định tuyến ngắn nhất từ nút(nguồn) đến một số nút (đích) có thể được mô tả dưới dạng các bước như sau:

Bước 1 (khởi tạo): Cây đường dẫn ngắn nhất (Shortest path tree) ban đầu chỉ cónút S và số lượng các nút dự tuyển được mặt định bằng 0 Ấn định giá trị metricđường dẫn (path metric) được SPF sử dụng để tính toán cho tất cả các đường liênkết trong mạng

Bước 2: Gọi V là nút vừa được đưa vào cây đường dẫn ngắn nhất Tất cả các nútmạng có kết nối trực tiếp với V sẽ được đưa vào danh sách các nút dự tuyển, các nútnày được gọi là W Có hai khả năng: nếu nút W đã nằm trong cây đường dẫn ngắnnhất thì bỏ qua nút này, xét đến nút khác Ngược lại, sẽ tiến hành tính giá trị metric

Nếu nút W chính là nút D thì quá trình tim đường dừng lại, nếu chưa đúng thì phảiquay trở lại bước 2.

Từ các bước của thuật toán SPF đơn giản trên đây, chúng ta dễ dàng sửa đổi nótrở thành CSPF Tất cả chúng ta phải làm đó là sửa đổi bước thực hiện bổ sung danhsách nút dự tuyển Cụ thể là bước 2, khi chúng ta kiểm tra các tuyến liên kết nối vớinút V, đối với mỗi tuyến liên kết trước hết chúng ta kiểm tra xem tuyến liên kết đó

có thoả mãn điều kiện ràng buộc không? Chỉ khi điều kiện này được thoả mãn, sau

đó chúng ta mới kiểm tra nút W ở đầu kia của tuyến liên kết Thông thường chúng

ta hay gặp bài toán tìm đường từ S đến D thoả mãn một số điều kiện ràng buộc làC1, C2,…, Cn, khi đó tại bước 2 chúng ta sẽ kiểm tra tất cả các tuyến liên kết nốivới nút V, đối với mỗi tuyến liên kết trước hết chúng ta kiểm tra xem nó có thoảmãn điều kiện C1, C2, , Cn Chỉ khi tuyến liên kết thoả mãn tất cả các điều kiệnràng buộc thì chúng ta mới kiểm tra nút W ở phía đầu kia của tuyến liên kết

Về tổng quát, thủ tục kiểm tra xem tuyến có thoả mãn một điều kiện ràng buộc

cụ thể là đặc điểm của định tuyến ràng buộc Ví dụ như nếu điều kiện ràng buộc cầnthoả mãn là độ rộng băng tần, khi đó chúng ta cần kiểm tra độ rộng băng tần củatuyến có lớn hơn một giá trị độ rộng băng tần yêu cầu trong điều kiện ràng buộc; chỉkhi thoả mãn chúng ta mới kiểm tra nút W ở đầu kia của tuyến

Lưu ý rằng thuật toán xác định tuyến sử dụng CSPF, yêu cầu bộ định tuyến thựchiện việc tính toán xác định tuyến phải có các thông tin về tất cả các liên kết trongmạng Điều đó có nghĩa là chỉ sử dụng giao thức định tuyến trạng thái liên kết ví dụnhư IS-IS, OSPF Còn các giao thức định tuyến theo vector khoảng cách như RIPkhông hỗ trợ định tuyến ràng buộc

Hình 2.7: Ví dụ về CSPF

Để minh hoạ cho CSPF, chúng ta hãy xem xét ví dụ trên hình 3.29 Chúng ta giả

sử rằng độ dài tất cả các liên kết đều bằng nhau và có giá trị là 1 Chúng ta cũng giả

sử rằng tất cả các liên kết đều có độ rộng băng tần khả dụng là 150 Mb, ngoại trừliên kết nối từ LSR2 đến LSR4 có độ rộng băng tần khả dụng là 45Mb Nhiệm vụcủa chúng ta là tìm đường từ LSR1 đến LSR6 sao cho có độ dài ngắn nhất và độrộng băng tần phải lớn hơn hoặc bằng 100Mb Ở đây điều kiện ràng buộc cần thoảmãn là độ rộng băng tần

Khởi đầu cây đường ngắn nhất (có gốc là LSR1) chỉ có nút LSR1 Tiếp theochúng ta kiểm tra hai nút bên cạnh LSR1 đó là LSR2 và LSR3 với lưu ý rằng độrộng băng tần của liên kết (LSR1-LSR2) và (LSR1-LSR3) đều lớn hơn giá trị cầnthiết là 100Mb Kết luận không tuyến nào vi phạm điều kiện ràng buộc, vì vậychúng ta bổ sung LSR2 và LSR3 vào danh sách nút dự tuyển Tiếp theo chúng tatìm nút có khoảng cách ngắn nhất đến LSR1 trong danh sách các nút dự tuyển Nútnày là LSR2 (ở đây cả hai nút LSR2 và LSR3 đều có khoảng cách như nhau đếnLSR1 vì vậy có thể chọn ngẫu nhiên là LSR2), chúng ta bổ sung nó vào cây đườngdẫn ngắn nhất (LSR1, LSR2) và xoá nó khỏi danh sách các nút dự tuyển Kết thúcvòng một của thuật toán

Vòng thứ hai chúng ta kiểm tra nút cạnh nút LSR2 là LSR4 Với nút này chúng

ta thấy rằng độ rộng băng tần trên (LSR2-LSR4) nhỏ hơn độ rộng băng tần yêu cầu

Vì vậy kênh này không thoả mãn điều kiện ràng buộc và chúng ta không bổ sungLSR4 vào danh sách nút dự tuyển Chúng ta vẫn còn LSR3 trong danh sách nút dựtuyển, vì vậy ta bổ sung nó vào cây đường dẫn ngắn nhất (LSR1, LSR3) và xoá nókhỏi danh sách dự tuyển Kết thúc vòng thứ hai của thuật toán

Tại vòng thứ 3 của thuật toán, chúng ta kiểm tra cạnh nút LSR3 là nút LSR5.Với nút này chúng ta thấy độ rộng băng tần trên liên kết (LSR3-LSR5), lớn hơn độrộng băng tần yêu cầu Vì vậy kênh này thoả mãn điều kiện ràng buộc và ta bổ sung

nó vào danh sách nút dự tuyển Tiếp theo chúng ta tìm trong danh sách các nút dựtuyển, nút có khoảng cách ngắn nhất tới LSR1 là nút LSR5 Vì vậy ta bổ sung LSR5vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR 5) và xoá LSR5 khỏi danh sách dựtuyển Kết thúc vòng thứ 3 của thuật toán

Tại vòng thứ 4 của thuật toán, ta kiểm tra nút cạnh nút LSR5 là LSR4 Với nútnày chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần trên liên kết (LSR5-LSR4) lớn hơn độ rộngbăng tần yêu cầu Vì vậy nút này thoả mãn điều kiện ràng buộc và ta bổ sung nó vàodanh sách nút dự tuyển Tiếp theo chúng ta tìm trong danh sách các nút dự tuyểnnút có khoảng cách ngắn nhất tới LSR1 là nút LSR4 Vì vậy ta bổ sung LSR5 vàocây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4) và xoá LSR4 khỏi danh sách dựtuyển Kết thúc vòng thứ tư của thuật toán

Tại vòng thứ 5 của thuật toán, ta kiểm tra nút cạnh nút LSR5 là LSR6 và LSR7.Với nút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần trên các liên kết (LSR4-LSR6) và(LSR4-LSR7) lớn hơn độ rộng băng tần yêu cầu Vì vậy nút này thoả mãn điều kiệnràng buộc và ta bổ sung LSR6 và LSR7 vào danh sách nút dự tuyển Tiếp theochúng ta nhận thấy rằng trong danh sách các nút dự tuyển có nút LSR6 có khoảngcách ngắn nhất tới LSR1 Vì vậy ta bổ sung LSR6 vào cây đường dẫn ngắn nhất(LSR1, LSR3, LSR5, LSR4, LSR6) và xoá LSR6 khỏi danh sách dự tuyển Tại đây

chúng ta nhận thấy cây đường dẫn ngắn nhất đã có nút LSR6 là nút đích của đườngcần tìm Vì vậy thuật toán kết thúc ở đây.

Kết quả đường ngắn nhất từ LSR1 đến LSR6 là (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4,LSR6) Trong khi đó, nếu sử dụng thuật toán SPF thì đường đi cho luồng lưu lượng

sẽ là (LSR1, LSR2, LSR4, LSR6) Điều này dẫn đến khả năng mất dữ liệu hoặc thờigian trễ tăng lên khi lưu lượng đến LSR2 do băng thông không thỏa yêu cầu

2.3.3.2 CR-LDP:

Sau khi tìm đường bằng thuật toán CSPF và vì chúng ta sử dụng kỹ thuật MPLS

để tuyển tiếp gói nên yêu cầu đối với LDP lúc này là xây dựng một LSP trên tuyếntường minh (explicit route) và dành sẵn tài nguyên trên toàn tuyến CR-LDP(Constrained Label Distribution Protocol) là giao thức mở rộng của LDP giải quyếtđược những yêu cầu đặt ra ở trên

Ý tưởng cơ bản là mở rộng giao thức LDP để hổ trợ các con đường chuyểnmạch nhãn ràng buộc CR-LSP bằng cách định nghĩa cơ chế và các giá trị LTV bổsung và dựa vào các giao thức có sẵn để tìm ra tuyến theo ràng buộc thoả mãn yêucầu

Để xây dựng LSP trên tuyến tường minh, CR-LDP đưa vào một thành phần mới,được gọi là ER (explicit route) Cấu trúc cũng như cách thức xử lý thành phần nàytại các LSR hoàn toàn tương tự với thành phần Explicit Route ERO mà ta đã đề cậpđến trong phần Giao thức RSVP mở rộng

Quá trình xây dựng LSP, hay còn gọi là quá trình ấn định nhãn được thực hiệndưới hình thức xuôi dòng theo yêu cầu (downstream_on_demand) và sử dụng bảntin LDP Label Request Để hổ trợ chức năng định tuyến tường minh, bản tin này cóthêm thành phần ER (explicit route)

Ví dụ dưới đây sẽ trình bày cách thức xây dựng LSP trên một tuyến định tuyếntường minh sử dụng giao thức CR-LDP