CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS

Chương CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS I Tổng quan Trong vài năm gần đây, Internet phát triển thành mạng lưới rộng khắp tạo loạt ứng dụng thương mại Những ứng dụng mang đến đòi hỏi phải tăng bảo đảm yêu cầu băng thông mạng đường trục Thêm vào đó, dịch vụ liệu truyền thống cung cấp qua Internet, dịch vụ thoại (voice) dịch vụ đa phương tiện phát triển triển khai Internet làm nảy sinh vấn đề hình thành mạng hội tụ cung cấp đầy đủ dịch vụ Tuy nhiên vấn đề đặt mạng dịch vụ ứng dụng yêu cầu băng thông tốc độ lại đặt gánh nặng cho nguồn tài nguyên sở hạ tầng Internet có sẵn Bên cạnh vấn đề tải nguồn tài nguyên mạng Một thách thức khác liên quan tới việc truyền byte bit qua mạng đường trục để cung cấp cấp độ dịch vụ khác người dùng Sự phát triển nhanh chóng số người dùng lưu lượng làm tăng thêm phức tạp vấn đề Vấn đề cấp độ dịch vụ (CoS) chất lượng dịch vụ (QoS) phải quan tâm để đáp ứng yêu cầu khác lượng lớn người dùng mạng Nhu cầu phương thức chuyển tiếp đơn giản mà đặc tính quản lý lưu lượng chất lượng với phương thức định tuyến, chuyển tiếp thông minh yêu cầu cấp thiết Tất yêu cầu đáp ứng chuyển mạch nhãn đa giao thức, phương thức không bị hạn chế giao thức lớp lớp Với đặc tính MPLS đóng vai trò quan trọng việc định tuyến, chuyển mạch chuyển tiếp gói thông qua mạng hệ sau để đáp ứng yêu cầu người dùng mạng Định tuyến chuyển mạch gói truyền thống Bước phát triển khởi đầu mạng Internet quan tâm tới yêu cầu truyền liệu qua mạng Internet cung cấp ứng dụng đơn giản truyền file hay remote login Để thực yêu cầu này, môt định tuyến dựa phần mền đơn giản, với giao diện mạng để hỗ trợ mạng đường trục dựa T1/E1- hay T3/E3 có đủ Với yêu cầu đòi hỏi tốc độ cao băng thông lớn, thiết bị có khả chuyển mạch lớp (Lớp liên kết liệu) lớp (Lớp mạng) mức phần cứng phải phát triển Thiết bị chuyển mạch lớp quan tâm đến vấn đề nghẽn mạng môi trường mạng cục Thiết bị chuyển mạch lớp giúp giảm bớt nghẽn định tuyến lớp cách chuyển việc tìm kiếm tuyến cho chuyển mạch phần cứng tốc độ cao Các giải pháp trước quan tâm tới tốc độ truyền gói chúng truyền qua mạng không quan tâm tới thông tin yêu cầu dịch vụ có gói Hầu hết giao thức định tuyến sử dụng ngày dựa thuật toán thiết kế để tìm đường ngắn mạng với gói truyền tải mà không quan tâm tới yếu tố khác ( trễ, rung pha, nghẽn), mà làm giảm bớt đáng kể chức mạng MPLS gì? Mạng MPLS kế thừa kết hợp routing thông minh mạng IP chuyển mạch tốc độ cao mạng ATM, có routing layer (IP) switching layer (VPI/VCI ATM) MPLS chế chuyển mạch nhãn Cisco phát triển IETF chuẩn hóa, hỗ trợ khả chuyển mạch, định tuyến luồng thông tin cách hiệu MPLS công nghệ kết hợp đặc điểm tốt định tuyến lớp ba chuyển mạch lớp hai cho phép chuyển tải gói nhanh mạng lõi (core) định tuyến tốt mạng biên (edge) cách dựa vào nhãn (label) MPLS phương pháp cải tiến việc chuyển tiếp gói mạng nhãn gắn với gói IP, tế bào ATM, frame lớp hai Phương pháp chuyển mạch nhãn giúp Router MPLS-enable ATM switch định theo nội dung nhãn tốt việc định tuyến phức tạp theo địa IP đích MPLS kết nối tính thực thi khả chuyển mạch lớp hai với định tuyến lớp ba, cho phép ISP cung cấp nhiều dịch vụ khác mà không cần phải bỏ sở hạ tầng sẵn có Cấu trúc MPLS có tính mềm dẻo phối hợp với công nghệ lớp hai MPLS hỗ trợ giao thức lớp hai, triển khai hiệu dịch vụ IP mạng chuyển mạch IP MPLS hỗ trợ việc tạo tuyến khác nguồn đích đường trục Internet Bằng việc tích hợp MPLS vào kiến trúc mạng, ISP giảm chi phí, tăng lợi nhuận, cung cấp nhiều hiệu khác đạt hiệu cạnh tranh cao Chức MPLS:  Định trình quản lý lưu lượng luồng mạng khác nhau, luồng máy, phần cứng khác chí luồng ứng dụng khác  Duy trì độc lập giao thức lớp lớp  Cung cấp cách thức để ánh xạ địa IP thành nhãn đơn giản có độ dài không đổi sử dụng công nghệ chuyển tiếp gói chuyển mạch gói khác  Giao diện dùng chung với giao thức định tuyến RSVP hay OSPF  Hỗ trợ IP, ATM, Frame Relay Lợi ích MPLS MPLS mang lại nhiều lợi ích như: II  Làm việc với hầu hết công nghệ liên kết liệu IP, ATM…  Tương thích với hầu hết giao thức định tuyến công nghệ khác liên quan đến Internet  Hoạt động độc lập với giao thức định tuyến (routing protocol)  Tìm đường linh hoạt dựa vào nhãn (label) cho trước  Hỗ trợ việc cấu hình quản trị bảo trì hệ thống (OAM)  Có thể hoạt động mạng phân cấp  Có tính tương thích cao Các khái niệm LERs LSRs Thiết bị giao thức MPLS phân loại thành LERs LSRs Một LSR-Label Switch Router thiết bị định tuyến tốc độ cao lõi (core) mạng MPLS tham gia vào trình thiết lập LSP-Label Switched Path sử dụng giao thức thích hợp chuyển mạch tốc cao luồng liệu dựa đường thiết lập Một LER-Label Edge Router thiết bị hoạt động biên mạng truy cập mạng MPLS LER hỗ trợ nhiều cổng (port) nối tới mạng không tương đồng (như ATM, Frame Relay, Ethenet) chuyển luồng lưu lượng tới mạng MPLS sau thiết lập LSP-Label Switch Path (tuyến chuyển mạch nhãn), sử dụng giao thức báo hiệu nhãn đầu vào phân phối lưu lượng trở lại mạng truy cập đầu LER đóng vai trò quan trọng việc gán bỏ nhãn luồng lưu lượng vào tồn mạng MPLS Hình Vị trí LSR LER mạng MPLS  Ingress-LSR (LSR lối vào): đảm nhận việc nhận gói tin chưa gán nhãn, sau gán nhãn (có thể nhiều nhãn) vào đầu gói tin chuyển gói tin đến hop  Egress-LSR (LSR lối ra): đảm nhận việc nhận gói tin gán nhãn, sau loại nhãn khỏi gói tin chuyển đến đích  LSP: Mỗi gói tin tiến vào mạng MPLS ingress-LSR khỏi mạng egress-LSR Cơ chế tạo LSP, tập hợp LSR mà cá gói tin có gán nhãn phải qua để đến đích LSP đường hướng (unidirectional), nghĩa có LSP khác dành riêng cho đường ngược lại FEC-Lớp chuyển tiếp tương đương FEC-Forwarding Equivalency Class biểu diễn nhóm gói chia sẻ yêu cầu việc truyền tải Tất gói nhóm đối xử tuyến đích Ngược lại so với chuyển tiếp gói IP, MPLS việc gán nhãn định cho FEC định thực lần, gói vào mạng Các FEC dựa yêu cầu dịch vụ tập gói cho sẵn Mỗi LSR xây dựng bảng để xác định gói chuyển tiếp Bảng gọi bảng sở liệu nhãn (LIB), gồm ràng buộc FEC-tới-nhãn Nhãn Cấu trúc chung Thay chế định tuyế lớp ba chế chuyển mạch lớp hai MPLS hoạt động lõi mạng IP Các Router lõi phải enable MPLS gia tiếp Nhãn gán thêm vào gói IP vào mạng MPLS Nhãn tách gói khỏi mạng MPLS Nhãn chèn vào header lớp ba header lớp hai Bộ định tuyến nhận kiểm tra nội dung nhãn gói để xác định Khi gói gán nhãn, hành trình gói qua mạng đường trục dữa chuyển mạch nhãn Nhãn giá trị có chiều dài cố định dùng để nhận diện FEC Sự kết hợp FEC nhãn gọi ánh xạ nhãn-FEC MPLS thiết kế để sử dụng môi trường hình thức đóng gói lớp hai nào, hầu hết hình thức đóng gói lớp dựa tren frame, MPLS đơn giản thêm vào nhãn 32 bit header lớp lớp , gọi shim header Phương thức đóng gói gọi frame-mode MPLS ATM trường hợp đặc biệt sử dụng cell có chiều dài cố định Do nhãn thêm vào cell MPLS sử dụng giá trị VPI/VCI ATM header để làm nhãn Phương thức đóng gói gọi Cell-mode MPLS Nhãn gói tin nhãn ngõ ra, tương tự cho nhãn gói tin vào nhãn ngõ vào Một gói tin có nhãn ngõ vào ngõ ra, có nhãn ngõ vào mà nhãn ngõ ngược lại Định dạng thông thường nhãn cho hình Hình Định dạng chung nhãn  Label: Trường gồm 20 bit, có tỷ nhãn khác sử dụng, phần quan trọng nhãn MPLS dùng để chuyển tiếp gói tin mạng  Experimemtal (EXP): Trường gồm bit, dùng để mapping với trường ToS DSCP gói tin tới để thực QoS  BoS (Bottom of Stack): Chỉ có bit, gói tin qua tunnel, có nhiều nhãn gắn vào, ta stack nhãn, bit dung để nhãn có nằm đáy Stack không, đáy BoS=1, ngược lại BoS=0 Label EXP TTL Label EXP TTL Label EXP TTL … Hình Chồng nhãn  Time-to-live (TTL): Trường trường TTL IP header, chuyển tiếp gói tin router không tìm thấy destination mà chạy mạng xảy loop làm nghẽ mạng (congestion) TTL dùng để khắc phục điều này, giá trị ban đầu 255, qua router giá trị giảm 1, giá trị giảm mà gói tin chưa tới đích bị rớt (dropped) Khi gói tin đến router biên trường TTL IP header giảm copy qua trường TTL nhãn MPLS, giá trị giảm dần qua mạng MPLS, khỏi mang MPLS trường lại copy qua trường TTL IP header, giá trị gói bị rớt (drop) Các giá trị qui ước cho trường TTL: 0: Chính (Host gởi tin đến nó) 1: Trong subnet 32: Trong site (Một mạng) 64: Trong vùng (Có AS) 128: Trong một lục địa 255: Không giới hạn Các cách đóng gói tin: Data IP header MPLS label PPP header Data IP header MPLS label Ethernet header Data IP header MPLS label FR header Hình Các cách đóng gói tin ATM FR Ethernet PPP VPC VCI DLCI “SHIM header” L2 Label Hình Nhãn lớp Như vậy, mạng IP cách đóng gói tin Ethernet hay PPP nhãn môt shim chèn vào trình bày Đối với mạng Frame-Relay nhãn giá trị DLCI, vơi mạng ATM nhãn VPI VCI Các loại nhãn đặc biệt  Untaged: gói MPLS đến chuyển thành gói IP chuyển tiếp đến đích  Nhãn Implicit-nul hay POP: nhãn gán nhãn (top label) gói MPLS ddeend bị bóc gói MPLS hay IP chuyển tiếp tới trạm kế xuông dòng (downstream) Giá trị nhãn 3(trường 20 bits) Nhãn dùng mạng cho trạm kế cuối  Nhãn Explicit-null: mang giá trị EXP, giá trị nhãn 0, gán để giữ giá trị EXP cho nhãn (top label) gói đến Nhãn hoán đổi với giá trị chuyển tiếp gói MPLS tới trạm kế xuôi dòng Nhãn sử dụng thực QoS với MPLS mô hình Pipe Mode  Nhãn Aggregate: với nhãn này, gói MPLS ddeend bị bóc tất nhãn chồng nhãn để trở thành gói IP va thưc tra cứu FIB để xác định giao tiếp cho Tạo nhãn Có vài phương pháp để tạo nhãn:  Phương pháp dựa giao thức (Topology-base method) sử dụng trình giao thức định tuyến OSPF, BGP  Phương pháp dựa yêu cầu (Request-base method) sử dụng trình yêu cầu dựa điều khiển lưu lượng  Phương pháp dựa lưu lượng(Traffic-base method) sử dụng gói để kích hoạt gán phân phối nhãn Phương pháp dựa giao thức dựa yêu cầu ví dụ ràng buộc nhãn control-driven, phương pháp dựa lưu lượng ví dụ ràng buộc data-driven Phân phối nhãn Trước đây, trình “thai nghén” MPLS, Cisco đưa công nghệ tag-switching hỗ trợ từ IOS 11.1CT MPLS hỗ trợ Router Cisco từ IOS 12.1(3)T Tag-switching tiền thân MPLS nên giống, có số khác biệt như: Giao thức sử dụng phân phối nhãn tag-switching TDP-Tag Distribition Protocol – sử dụng tcp/udp port 711, MPLS LDP-Label Distribution Protocol sử dụng tcp/udp port 646 Để cho phép chuyển mạch nhãn hoạt động IOS 11.1 ta dùng command tag-switching ip, IOS 12.1 ta dùng mpls ip MPLS hệ sau tag-switching, sử dụng giao thức LDP để phân phố nhãn, hoạt động TDP khác sử dụng LDP để phân phố nhãn, LDP phải đươc cấu hình tưng giao tiếp chạy MPLS, láng giềng chúng tự dộng nhạn giao tiếp có chạy LDP kêt nối với chúng Sử dụng UDP broadcast Multicast để tìm láng giềng chúng Để kích hoạt LDP MPLS Router ta dùng lệnh sau: Router (config)# configure terminal Router (config)# ip cef Router (config)# mpls ip Router (config)# interface s0/0 Router (config-if)# mpls ip MPLS hệ sau tag-switching, sử dụng giao thức LDP để phân phối nhãn, hoạt động TDP khác sử dụng LDP để phân phối nhãn, LDP phải cấu hình interface chạy MPLS, láng giềng chúng tự động nhận interface có chạy LDP kết nối với chúng Sử dụng UDP broadcast mulicast để tìm láng giềng chúng Để kích hoạt LDP MPLS router ta dùng lệnh sau: R#configure terminal R(config)#ip cef R(config)#mpls ip R(config-if)#interface serial 0/0 R(config-if)#mpls ip Trong miền MPLS, nhãn gán tới địa đích phân phối tới láng giềng ngược dòng sau thiết lập session Việc kết nối mạng cụ thể với nhãn cục nhãn trạm kế( nhạn từ Router xuôi dòng) lưu trữ LFIB LIB Không gian nhãn Nhãn sử dụng LSR cho ràng buộc nhãn-FEC phân chia sau:  Per-platform: Giá trị nhãn độc quan toàn LRS Nhãn cấp phát từ quỹ chung Không có hai nhãn hai giao diện khác có giá trị  Per-interface: Phạm vi nhãn kết hợp với giao diện Những quỹ nhãn định nghĩa cho giao diện, nhãn cung cấp giao diện cấp phát từ quỹ tách biệt Giá trị nhãn giao diện khác giống Kết hợp nhãn Luồng đầu vào lưu lượng từ giao diện khác kết hợp lại với thực chuyển mạch dựa nhãn chung truyền qua mạng tới đích cuối Nếu mạng truyền tải lớp mạng ATM, LSR thực việc kết hợp VP VC Cầm giữ nhãn MPLS định nghĩa cách đối xử với ràng buộc nhãn nhận từ LSR mà chặng tiếp với FEC cho Có hai mode định nghĩa:  Conservative: Trong mode ràng buộc nhãn FEC nhận từ LSR mà chặng tiếp với FEC cho bị bỏ Mode yêu cầu LSR trì nhãn Đây mode khuyến cáo cho ATM-LSRs  Liberal: Trong mode này, ràng buộc nhãn FEC nhận từ LSR mà chặng tiếp với FEC cho giữ lại Mode đòi hỏi thích ứng nhanh với thay đổi topo mạng cho phép chuyển lưu lượng tới LSP khác trường hợp thay đổi Kỹ thuật điều khiển lưu lượng Kĩ thuật điều khiển lưu lượng trình nâng cao, tận dụng toàn khả mạng cách cố gắng tạo đồng phân bố thông lượng lưu lượng khác qua mạng Một kết quan trọng trình tránh tắc nghẽn tuyến Một ý quan trọng điều khiển lưu lượng không thiết phải chọn đường ngắn hai thiết bị Có thể với hai luồng tải gói liệu, gói theo đường khác chí qua điểm gốc chúng điểm đích cuối Theo cách phân đoạn mạng sử dụng hay biết tới sử dụng cung cấp dịch vụ khác III Các bảng tra FIB LFIB Bảng tra FIB-Forwarding Information Based - ánh xạ từ gói tin IP không nhãn thành gói tin MPLS có nhãn ngõ vào Ingress-LSR từ gói tin IP có nhãn thành gói tin IP không nhãn ngõ Egress-LSR, bảng hình thành từ bảng Routing Table, từ giao thưc phân phối nhãn LDP từ bảng tra LFIB Bảng tra LFIB-Label Forwarding Information Based bảng chứa đựng thông tin nhãn đến mạng đích, gói tin có nhãn vào LSR sử dụng bảng tra LFIB để tìm hop , ngõ gói tin gói tin có nhãn gói tin không nhãn Hình Bảng tra FIB LFIB Exchange of routing information Exchange of labels Incoming IP packets Incoming labeled packets Outgoing IP packets Outgoing labeled packets Control Plane Routing Protocol Routing Table Label Distribution Protocol Data Plane FIB LFIB Hai bảng tra FIB LFIB có giá trị bảng Routing Table mạng IP, mạng IP bảng Routing Table có số entry lớn khoảng vài ngàn, với FIB LFIB số nhãn mà nắm giữ it khoản vài chục tối đa IV Control plane (Mặt phẳng điều khiển) Mặt phẳng điều khiển MPLS chịu trách nhiệm tạo lưu trữ LIB Tất nút MPLS phải chạy giao thức định tuyến IP để trao đổi thông tin định tuyến đến nút MPLS khác mạng Các nút MPLS enable ATM dùng điều khiển nhãn (LSC–Label Switch Controller) router 7200, 7500 dùng module xử lý tuyến (RMP – Route Processor Module)  Các giao thức định tuyến Link-state OSPF IS-IS giao thức chọn chúng cung cấp cho nút MPLS thông tin toàn mạng Trong định tuyến thông thường, định tuyến IP dùng để xây dựng lưu trữ chuyển mạch nhanh (Fast switching cache) FIB Tuy nhiên với MPLS, định tuyến IP cung cấp thông tin mạng đích subnet prefix Các giao thức định tuyến link-state gửi thông tin định tuyến (flood) tập router nối trực tiếp, thông tin liên kết nhãn phân phối router nối trực tiếp với cách dùng giao thức phân phối (LDP TDP)  Các nhãn trao đổi nút MPLS kế cận để xây dựng nên LFIB MPLS dùng mẫu chuyển tiếp dựa hoán đổi nhãn để kết nối với node điều khiển khác Mỗi node điều khiển chịu trách nhiệm đánh dấu phân phối tập nhãn lưu trữ thông tin điều khiển có liên quan khác Các giao thức cổng nội IGP – Interior Gateway Potocols-được dùng để xác nhận khả đến được, liên kết, ánh xạ FEC địa trạm kế (next-hop address) V Data plane (Mặt phẳng liệu) Mặt phẳng chuyển tiếp sử dụng sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB - Label Forwarding Information Base) để chuyển tiếp gói Mỗi nút MPLS có hai bảng liên quan đến việc chuyển tiếp là: sở thông tin nhãn (FIB - Forwarding Information Base) LFIB FIB chứa tất nhãn nút MPLS cục đánh dấu ánh xạ nhãn đến nhãn nhận từ láng giềng (MPLS neighbor) LFIB sử dụng tập nhãn chứa FIB để thực chuyển tiếp gói Các thành phần data plane control plane MPLS:  Cisco Express Forwarding (CEF) tảng cho MPLS hoạt động router Cisco Do đó, CEF điều kiện tiên thực thi MPLS thiết bị Cisco ngoại trừ ATM switch hỗ trợ chức mặt phẳng chuyển tiếp liệu  CEF chế chuyển mạch thuộc sở hữu Cisco nhằm làm tăng tính đơn giản khả chuyển tiếp gói IP CEF tránh việc viết lại overhead cache môi trường lõi IP cách sử dụng sở thông tin chuyển tiếp (FIB – Forwarding Information Base) để định chuyển mạch Nó phản ánh toàn nội dung bảng định tuyến IP (IP routing table), ánh xạ 1-1 FIB bảng định tuyến Khi router sử dụng CEF, trì tối thiểu FIB, chứa ánh xạ mạng đích bảng định tuyến với trạm (next-hop adjacencies) tương ứng FIB mặt phẳng liệu, nơi router thực chế chuyển tiếp xử lý gói tin Trên router trì hai cấu trúc khác sở thông tin nhãn (LIB – Label Information Base) sở thông tin chuyển tiếp nhãn (LFIB – Label Forwarding Information Base) Giao thức phân phối sử dụng láng giềng MPLS có nhiệm vụ tạo mục (entry) hai bảng LIB thuộc mặt phẳng điều khiển giao thức phân phối nhãn sử dụng địa mạng đích bảng định tuyến ánh xạ với nhãn nhận từ router xuôi dòng LFIB thuộc mặt phẳng liệu chứa nhãn cục (local label) đến nhãn trạm kế ánh xạ với giao tiếp ngõ (outgoing interface), dùng để chuyển tiếp gói gán nhãn Như vậy, thông tin mạng đến giao thức định tuyến cung cấp dùng để xây dựng bảng định tuyến (RIB - Routing Information Base) RIB cung cấp thông tin cho FIB LIB tạo nên dựa vào giao thức phân phối nhãn từ LIB kết hợp với FIB tạo LFIB VI Giao thức phân phối nhãn-LDP Giao thức phân phối nhãn nhóm nghiên cứu MPLS IETF xây dựng ban hành tên RFC 3036 Phiên công bố năm 2001 đưa định nghĩa nguyên tắc hoạt động giao thức LDP Sự phân phối nhãn hoạt động MPLS MPLS giúp nhãn nằm đỉnh giao thức khác PIM dùng để phân phối nhãn trường hợp định tuyến multicast Trong trường hợp unicast, MPLS dùng giao thức phân phối nhãn LDP-Label Switched Protocol BGP- Border Gateway Protocol Giao thức phân phối nhãn sử dụng trình gán nhãn cho gói thông tin yêu cầu Giao thức LDP giao thức điều khiển tách biệt LSR sử dụng để trao đổi điều phối trình gán nhãn-FEC Giao thức tập hợp thủ tục trao đổi tin cho phép LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC định để truyền gói thông tin Vị trí giao thức LDP mối liên kết chức LDP với giao thức khác thể hình Giao thức phân phối nhãn LDP có đặc trưng sau:  LDP cung cấp kỹ thuật phát LSR phép LSR tìm kiếm thiết lập truyền thông  LDP định nghĩa loại tin :  Discovery message: Thông báo trì có mặt LSR mạng  Session message: Thiết lập, trì, kết thúc phiên LDP ngang hàng  Advertisement message: Tạo, thay đổi, xoá ánh xạ nhãn cho FEC  Notification message: Cung cấp thông tin tham khảo thông tin báo hiệu lỗi  LDP chạy giao thức TCP để đảm bảo độ tin cậy tin (trừ tin phát hiện)  LDP thiết kết đêt dễ dàng mở rộng, sử dụng kiểu tin đặc biệt để thu thập đối tượng mã hóa TVL (Type, Value, Length-kiểu, giá trị, độ dài) Label Information Base Mgr Dscy Sess Advt Notf OSPF UDP TCP IP MAC MPLS Fwd ARP PHY Label Distribution Protocol Thành phần giao thức MPLS Thành phần giao thức Non-MPLS Mgr: Quản lý LDP Dscy: Discovery message Sess: Session message Advt: Advertisement message Notf: Notification message Hình Giao thức LDP vơi giao thức khác Một kết nối TCP thiết lập LSR đồng cấp để đảm bảo tin LDP truyền cách trung thực theo thứ tự Các tin LDP xuất phát từ LSR để điều khiển đường chuyển mạch nhãn LSP độc lập hay từ egress-LSR (điều khiển LSP theo lệnh) chuyển từ LSR phía trước đến LSR phía sau cận kề Việc trao đổi tin LDP khởi phát xuất luồng số liệu đặc biêt, tin lập dự trữ RSVP hay cập nhật thông tin định tuyến Khi cặp LSR trao đổi tin LDP cho FEC định đường chyển mạch LSP từ đầu vào đến đầu thiết lập sau LSR ghép nhãn đầu vào với nhãn đầu tương ứng LIB Thủ tục phát LSR lân cận LDP chạy UDP thực sau: (Minh họa hình 8)  Một LSR định kỳ gửi tin HELLO tới cổng UDP biết tất định tuyến mạng nhóm multicast  Tất LSR tiếp nhận tin HELLO cổng UDP Như vậy, tai thời điểm LSR biết tất LSR khác mà kết nối trực tiếp  Khi LSR nhận biết địa LSR khác chế thiết lập kết nối TCP LSR UDP HELLO UDP HELLO TCP OPEN Initialization Label REQUEST Label MAPPING L2 IP Khi phiên LDP thiết lập LSR Phiên LDP phiên chiều có nghĩa LSR hai đầu kết nối yêu cầu gửi liên kết nhãn.Hình Thủ tục phát LSR lân cận Trong trường hợp LSR không kết nối trực tiếp mạng (subnet) người ta sử dụng môt chế bổ sung sau: LSR định kỳ gửi tin HELLO đến cổng UDP biết địa IP xác định khai báo lập cấu hình Đầu nhận tin trả lời lại tin HELLO khác truyền theo chiều ngược lại đến LSR gửi việc thiết lập phiên LDP thực Thông thường, trường hợp hay áp dụng LSR có đường LSP cho điều khiển lưu lượng yêu cầu phải gửi gói có nhãn qua đường LSP Như biết , tin LDP truyền giao thức TCP, việc định sử dụng TCP để truyền tin LDP vấn đề cần xem xét Yêu cầu độ tin cậy cần thiết: việc liên kết nhãn hay yêu cầu liên kêt nhãn truyền cách không tin cậy lưu lượng không chuyển mạch theo nhãn Một vấn đề quan trọng thứ tự tin phải bảo đảm Như vây, liệu việc sử dụng TCP để truyền LDP có bảo đảm hay không có nên xây dựng chức truyền tải thân LDP hay không? Việc xây dựng chức đảm bảo độ tin cậy LDP không thiết phải thực toàn chưc TCP LDP mà cần dựng lại chức cần thiết ví dụ chức điều khiển tránh tắt nghẽn đươc koi không cần thiết LDP Tuy nhiên, việc phát triển thêm chức đảm bảo độ tin cậy LDP có nhiều vấn đề xem xét ví dụ định thời cho tin ghi nhận không ghi nhận, trường hợp sử dụng TCP cần bô định thời TCP cho toàn phiên LDP Thiết kế giao thức truyền tải tin cậy vấn đề nan giải Đã có nhiều cố gắng để cải thiện TCP nhằm làm tăng tốc độ tin cậy giao thức truyền tải Tuy nhiên vấn để chưa rõ ràng TCP sử dụng cho truyền tải LDP Các tin LDP Như phần đầu trình bày có kiểu tin sử dụng giao thức phân phối nhãn LDP, tin thông dụng :  Bản tin khởi tạo(Initialization)  Bản tin giữ đường (KeepAlive)  Bản tin gán nhãn (Label Mapping)  Bản tin giai phóng (Release)  Bản tin Thu hồi nhãn (Label Withdraw)  Bản tin yêu cầu (Request)  Bản tin hủy bỏ (Request Abort)  Dạng tin Initialization Các tin thuộc loại gửi bắt đầu phiên LDP LSR để trao đổi tham số, tùy chọn cho phiên Các tham số bao gồm: Chế đọ phân bổ nhãn, giá trị định thời, pham vi nhãn sử dụng kện giửa LSR Cả LSP gửi tin Initialization LSR nhận trả lời tin KeepAlive tham số chấp nhận Nếu có tham số không chấp nhận LSR thông báo lỗi phiên kết thúc  Dạng tin KeepAlive Các tin KeepAlive gửi định kỳ tin gửi để đảm bảo cho thành phần LDP biết thành phần LDP khác hoạt động tốt Trong trường hợp không xuất tin KeepAlive hay số tin khác LDP khoảng thời gian định LSR xác định đối phương kết nối bị hỏng phiên LDP tạm dừng  Dạng tin Label Mapping Các tin Label Mapping sử dụng đẻ quảng bá liên kết FEC (prefix địa chỉ) nhãn Bản tin Label Withdraw thực trình ngược lại: sử dụng để xóa bỏ liên kết vừa thực Bản tin sử dụng có thay đổi định tuyến (thay đổi prefix địa chỉ) hay thay đổi cấu trúc LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn gói FEC  Dạng tin Label Release Bản tin sử dụng LSR nhận chuyển đổi nhãn mà không cần thiết Điều thường xảy LSR giải phóng nhận thấy nút cho FEC LSR quảng bá liên kết nhãn/FEC VII Các chế độ hoạt động MPLS Có hai chế độ hoạt động tồn với MPLS: chế đọ khung (frame-mode) chế độ tế bào (cell-mode) Chế độ khung (Frame mode) Chế độ xuất sử dụng MPLS môi trường thiết bị định tuyến điều khiển gói tin IP điểm-điểm Các gói tin gán nhãn chuyển tiếp sở khung lớp Quá trình chuyển tiếp gói tin IP qua mạng MPLS thực qua số bước sau đây: Ingress-LER nhận gói tin IP, phân loại gói vào nhóm chuyển tiếp tương đương FEC gán nhãn cho gói với ngăn xếp nhãn tương ứng FEC xác định Trong trường hợp định tuyến địa đích, FEC tương ứng vói mạng đích việc phân loại gói đơn giản việc so sánh bảng đinh tuyến lớp truyền thống Các LSR nhận gói có nhãn sử dụng bảng chuyển tiếp nhãn để thay đổi nhãn lối vào gói đến nhãn lối tương ứng với vùng FEC (trong trường hợp mangh IP) Khi egress-LSR vùng FEC nhận gói tin có nhãn, loại bỏ nhãn thực việc chuyển tiếp gói tin IP theo bảng đinh tuyến lớp truyền thống Vì nhiều lý nên nhãn MPLS phải chèn trước số liệu gán nhãn chế độ hoạt đông khung Như nhãn MPLS chèn tiêu đề lớp nội dụng thông tin lớp khung lớp thể hình đây: Frame Layer IP Header Layer Header Gói IP không nhãn khung lớp Frame Layer IP Header Layer Header Label Gói IP có nhãn khung lớp Hình 9.Vị trí nhãn khung lớp Do nhãn MPLS chèn vào vị trí nên định tuyến gửi thông tin phải có phương tiện thông báo cho đinh tuyến nhận biết gói gửi gói tin IP mà gói có nhãn (gói MPLS) Để đơn giản chức này, số dạng giao thức định nghĩa lớp sau: Trong môi trường LAN, gói có nhãn truyển tải gói lớp unicast hay multicast sử dụng giá trị 8847H 8848H cho dạng Ethernet Các giá trị sử dụng trựctiếp phương tiện Ethernet (bao gồm Fast Ethernet Gigabit Ethernet) Trên kênh điểm – điểm sử dụng tạo dạng PPP, sủ dụng giao thức điều khiển mạng gọi MPLSCP (giao thức điểu khiển MPLS) Các gói MPLS đánh dấu giá trị 8281H trường giao thức PPP Các gói tin MPLS truyền qua chuyển dịch khung DLCI cặp Router đánh dấu nhận dạng giao thức lớp mạng SNAP chuyển dịch khung (NLPID), tiêu đề SNAP với giá trị 8847H cho dạng Ethernet Các gói MPLS truyền cặp Router qua kênh ảo ATM Forum đóng gói với tiêu đề SNAP sử dụng giá trị cho dạng Ethernet môi trường LAN Khi xuất LSR mạng MPLS hay bắt đầu khởi tạo mạng MPLS, thành viên LSR mang MPLS phải có liên lạc với trình khai báo thông tin qua tin HELLO Sau tin gửi phiên giao dịch LSR thực Thủ tục trao đổi giao thức LDP Ngay sau LIB (cơ sở liệu nhãn) tạo LSR, nhãn gán cho FEC mà LSR nhạn biết Đối với trường hợp xem xét (định tuyến dựa đích unicast) FEC tương đương với prefix bảng định tuyến IP Như vây, nhãn đượcgán cho prefis bảng định tuyến IP bảng chuyển đỏi chứa LIB Bảng chuyển đổi định tuyến cập nhật liên tục xuất tuyến nội vùng mới, nhãn gán cho tuyến Do LSR gán nhãn cho tiền tố IP bảng định tuyến chúng ngáy sau prefix xuất bảng định tuyến nhã phương tiện LSR khác sử dụng gửi gói tin có nhãn đến LSR nên phương pháp gán nhãn phân phối nhãn gọi gán nhãn điều khiển độc lập với trình phân phối ngược không yêu cầu Việc liên kết nhãn quãng bá đến tất định tuyến thông qua giao thức phân bổ nhãn LDP Chế độ hoạt động tế bào MPLS Thuật ngữ dùng có mạng gồm ATM LSR dùng MPLS mặt phẳng điều khiển để trao đổi thông tin VPI/VCI thay dùng báo hiệu ATM Trong kiểu tế bào, nhãn trường VPI/VCI tế bào Sau trao đổi nhãn mặt phẳng điều khiển, mặt phẳng chuyển tiếp, router ngõ vào (ingress router) phân tách gói thành tế bào ATM, dùng giá trị VCI/CPI tương ứng trao đổi mặt phẳng điều khiển truyền tế bào Các ATM LSR phía hoạt động chuyển mạch ATM – chúng chuyển tiếp tế bào dựa VPI/VCI vào thông tin cổng tương ứng Cuối cùng, router ngõ (egress router) xếp lại tế bào thành gói Header (5 bytes) Payload (48bytes) GFC VPI VPI VCI VCI VCI VCI PT HEC CLP 8bitss Hình 10.Định dạng ATM-cell LSP2 consist LSR1, LSR2 and LSR3 LER1 LSR1 LSR2 LSR3 LER2 LER4 LSP3 consist LSR4, LSR5 and LSR6 LER3 LSR4 LSR5 LSR6 LSP1 consist LER1, LER2, LER3 and LSR4 Tunnels Đường hầm MPLS.Hình 11 Đường hầm MPLS Đặc tính MPLS điều khiển toàn đường truyền gói tin mà không cần xác định cụ thể định tuyến trung gian Điều tạo đường hầm thông qua định tuyến trung gian cách nhiều đoạn Khái niệm sử dụng VPN dựa MPLS Khảo sát hình 11 Các LER (LER1, LER2, LER3 LER4) tất sử dụng BGP tạo LSP chúng (LSP1) LER1 thông báo bước LER2 truyền liệu nguồn phải qua hai phần mạng Cũng vậy, LER2 thông báo bước LER3 v.v… Các LER sử dụng giao thức BGP để nhận lưu trữ nhãn từ LER egress (LER4 dự đoán đích) theo toàn đường tới LER lối vào (LER1) Tuy nhiên, để LER1 gửi liệu đến LER2 phải qua vài LSR (trong trường hợp ba) Do vậy, LSP riêng tạo hai LER (LER1 LER2) qua LSR1, LSR2 LSR3 Điều thể đường hầm hai LER Nhãn đường khác nhãn LER tạo cho đường truyền LSP1 Điều cho LER3 LER4 LSR chúng Trong phần có đường truyền LSP3 Để có cấu trúc này, gói tin truyền qua hai phần mạng , khái niệm ngăn xếp nhãn sử dụng Khi truyền qua LSP1, LSP2 LSP3, gói tin mang hai nhãn hoàn chỉnh lúc Hai nhãn sử dụng cho phần (1) phần – nhãn cho LSP1 LSP2 (2) phần thứ hai – nhãn cho LSP1 LSP3 Khi LER3 nhận gói tin tồn mạng đầu tiên, gói tin loại bỏ nhãn LSP2 thay nhãn LSP3 trình trao đổi nhãn LSP1 bên gói tin với nhãn đường LER4 loại bỏ hai nhãn trước gửi gói tin đến đích VIII Các ứng dụng MPLS Internet có ba nhóm ứng dụng chính: voice, data, video với yêu cầu khác Voice yêu cầu độ trễ thấp, cho phép thất thoát liệu để tăng hiếu Video cho phép thất thoát liệu mức chấp nhận được, mang tính thời gian thực (realtime) Data yêu cầu độ bảo mật xác cao MPLS giúp khai thác tài nguyên mạng đạt hiệu cao Một số ứng dụng triển khai là:  MPLS VPN: Nhà cung cấp dịch cụ tạo VPN lớp dọc theo mạng đường trục cho nhiều khách hàng, dùng sở hạ tầng công cộng sẵn có, không cần ứng dụng encrytion end-user  MPLS Traggic Engineer: Cung cấp khả thiết lập nhiều đường để điều khiển lưu lượng mạng đặc trưng thực thi cho loại lưu lượng  MPLS QoS (Quality of service): Dùng QoS nhà cung cấp dịch vụ cung cấp nhiều loại dịch vụ với đảm bảo tối đa QoS cho khách hàng [...]... dạng PPP, sủ dụng giao thức điều khiển mạng mới gọi là MPLSCP (giao thức điểu khiển MPLS) Các gói MPLS được đánh dấu bởi giá trị 8281H trong trường giao thức PPP Các gói tin MPLS truyền qua chuyển dịch khung DLCI giữa một cặp Router được đánh dấu bởi nhận dạng giao thức lớp mạng SNAP của chuyển dịch khung (NLPID), tiếp theo tiêu đề SNAP với giá trị 8847H cho dạng Ethernet Các gói MPLS truyền giữa một... nhận gói có nhãn và sử dụng bảng chuyển tiếp nhãn để thay đổi nhãn lối vào trong gói đến nhãn lối ra tương ứng cùng với vùng FEC (trong trường hợp này là mangh con IP) Khi egress-LSR của vùng FEC này nhận được gói tin có nhãn, nó loại bỏ nhãn và thực hiện việc chuyển tiếp gói tin IP theo bảng đinh tuyến lớp 2 truyền thống Vì rất nhiều lý do nên nhãn MPLS phải được chèn trước số liệu được gán nhãn trong... mạng MPLS hay bắt đầu khởi tạo mạng MPLS, các thành viên LSR trong mang MPLS phải có liên lạc với nhau trong quá trình khai báo thông tin qua bản tin HELLO Sau khi bản tin này được gửi một phiên giao dịch giữa 2 LSR được thực hiện Thủ tục trao đổi giao thức LDP Ngay sau khi LIB (cơ sở dữ liệu nhãn) được tạo ra trong LSR, nhãn được gán cho mỗi FEC mà LSR nhạn biết được Đối với trường hợp chúng ta đang... tin có nhãn đến chính LSR đó nên phương pháp gán nhãn và phân phối nhãn này được gọi là gán nhãn điều khiển độc lập với quá trình phân phối ngược không yêu cầu Việc liên kết các nhãn được quãng bá ngay đến tất cả các bộ định tuyến thông qua giao thức phân bổ nhãn LDP 2 Chế độ hoạt động tế bào MPLS Thuật ngữ này dùng khi có một mạng gồm các ATM LSR dùng MPLS trong mặt phẳng điều khiển để trao đổi thông... yêu cầu phải gửi các gói có nhãn qua đường LSP đó Như chúng ta đã biết , bản tin LDP được truyền trên giao thức TCP, nhưng việc quyết định sử dụng TCP để truyền các bản tin LDP là một vấn đề cần xem xét Yêu cầu về độ tin cậy là rất cần thiết: nếu việc liên kết nhãn hay yêu cầu liên kêt nhãn được truyền một cách không tin cậy thì lưu lượng cũng không được chuyển mạch theo nhãn Một vấn đề quan trọng nữa... xuất hiện khi sử dụng MPLS trong môi trường các thiết bị định tuyến thuần điều khiển các gói tin IP điểm-điểm Các gói tin gán nhãn được chuyển tiếp trên cơ sở khung lớp 2 Quá trình chuyển tiếp một gói tin IP qua mạng MPLS được thực hiện qua một số bước cơ bản sau đây: Ingress-LER nhận gói tin IP, phân loại gói vào nhóm chuyển tiếp tương đương FEC và gán nhãn cho gói với ngăn xếp nhãn tương ứng FEC đã... message Notf: Notification message Hình 7 Giao thức LDP vơi các giao thức khác Một kết nối TCP được thiết lập giữa các LSR đồng cấp để đảm bảo các bản tin LDP được truyền một cách trung thực theo đúng thứ tự Các bản tin LDP có thể xuất phát từ trong bất cứ một LSR nào để điều khiển đường chuyển mạch nhãn LSP độc lập hay từ egress-LSR (điều khiển LSP theo lệnh) và chuyển từ LSR phía trước đến LSR phía sau... cho toàn phiên LDP Thiết kế một giao thức truyền tải tin cậy là một vấn đề nan giải Đã có rất nhiều cố gắng để cải thiện TCP nhằm làm tăng tốc độ tin cậy của giao thức truyền tải Tuy nhiên vấn để hiện nay vẫn chưa rõ ràng và TCP vẫn được sử dụng cho truyền tải LDP Các bản tin LDP Như phần đầu đã trình bày có 4 kiểu bản tin cơ bản được sử dụng trong giao thức phân phối nhãn LDP, các bản tin thông dụng... trúc LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó  Dạng bản tin Label Release Bản tin này được sử dụng bởi các LSR khi nhận được chuyển đổi nhãn mà nó không cần thiết nữa Điều đó thường xảy ra khi LSR giải phóng nhận thấy nút tiếp theo cho FEC đó không phải là LSR quảng bá liên kết nhãn/ FEC đó VII Các chế độ hoạt động của MPLS Có hai chế độ hoạt động tồn tại với MPLS: chế đọ khung (frame-mode)... gán nhãn trong chế độ hoạt đông khung Như vậy nhãn MPLS được chèn giữa tiêu đề lớp 2 và nội dụng thông tin lớp 3 của khung lớp 2 như thể hiện trong hình dưới đây: Frame Layer 2 IP Header Layer 2 Header Gói IP không nhãn trong khung lớp 2 Frame Layer 2 IP Header Layer 2 Header Label Gói IP có nhãn trong khung lớp 2 Hình 9.Vị trí nhãn trong khung lớp 2 Do nhãn MPLS được chèn vào vị trí như vậy nên bộ định