công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức, chương 1

Ch-ơng 1: T ổNG quaN Về Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 1.1. Khái niệm cơ bản về chuyển mạch nhãn Khái niệm chuyển mạch nhãn t-ơng đối đơn giản. Để hình dung vấn đề này chúng ta xem xét một quá trình chuyển th- điện tử từ hệ thống máy tính gửi đến hệ thống máy tính nhận. Trong mạng internet truyền thống (không sử dụng chuyển mạch nhãn) quá trình chuyển th- điện tử giống hệt quá trình chuyển th- thông th-ờng. Các địa chỉ đích đ-ợc truyền qua các thực thể trễ (các bộ định tuyến). Địa chỉ đích sẽ là yếu tố để xác định con đ-ờng mà gói tin chuyển qua các bộ định tuyến. Trong chuyển mạch nhãn, thay vì sử dụng địa chỉ đích để quyết định định tuyến, một nhãn đ-ợc gán với gói tin và đ-ợc dặt trong tiêu đề gói tin với mục đích thay thế cho địa chỉ và nhãn đ-ợc sử dụng để chuyển l-u l-ợng các gói tin tới đích. Mục tiêu của chuyển mạch nhãn đ-a ra nhằm cải thiện hiệu năng chuyển tiếp gói tin của các bộ định tuyến lõi qua việc sử dụng các chức năng gán và phân phối nhãn gắn với các dịch vụ định tuyến lớp mạng khác nhau. Thêm vào đó là l-ợc đồ phân phối nhãn hoàn toàn độc lập với quá trình chuyển mạch. Tr-ớc hết ta xem xét một số lí do cơ bản hiện nay đang đ-ợc quan tâm với công nghệ mạng nói chung và chuyển mạch nhãn: tốc độ và độ trễ, khả năng của hệ thống, tính đơn giản, tài nguyên mạng, điều khiển định tuyến. Tốc độ và độ trễ Theo truyền thống chuyển tiếp gói tin dựa trên phần mềm rất chậm trong quá trình xử lí tải l-u l-ợng lớn trong internet và intranet, trễ chủ yếu trong quá trình này là quá trình xử lí định tuyến để tìm ra thích hợp cho các gói tin đầu vào. Mặc dù đã có nhiều cải thiện trong việc tìm kiếm bảng định tuyến nh- kĩ thuật tìm kiếm nhanh trong bảng định tuyến, nh-ng tải l-u l-ợng trong bảng định tuyến luôn lớn hơn khả năng xử lí, và kết quả có thể mất l-u l-ợng, mất đấu nối và giảm hiệu năng của toàn mạng (mạng IP). Chuyển mạch nhãn đ-a ra cách nhìn nhận khác với chuyển tiếp gói tin IP thông th-ờng, sẽ cung cấp giải pháp có hiệu quả để giải quyết vấn đề trên. Chuyển mạch nhãn thực hiện quá trình gán nhãn cho gói tin đầu vào và sử dụng nhãn để truy nhập vào bảng chuyển tiếp tại bộ định tuyến nh- một chỉ số của bảng. Quá trình truy nhập này chỉ yêu cầu duy nhất cho một lần truy nhập tới bảng thay vì hàng ngàn quá trình tìm kiếm đ-ợc thực hiện trong bảng định tuyến truyền thống. Kết quả là các hoạt động này hiệu quả hơn và vì vậy l-u l-ợng ng-òi sử dụng trong gói tin đ-ợc gửi qua mạng nhanh hơn, giảm độ trễ và thời gian đáp ứng tốt hơn cho các chuyển giao thông tin giữa các ng-ời sử dụng. Mạng máy tính luôn tồn tại các hiệu ứng trễ, khi các gói tin chuyển qua rất nhiều nút và nhiều chặng khác nhau để tới đích nó tạo ra các hiệu ứng trễ và biến động trễ. Sự tích trữ trên các cung đoạn sẽ tạo ra trễ tổng thể giữa các đầu cuối. Tại mỗi nút mạng địa chỉ đích trong gói tin đ-ợc xác minh và so sánh với các địa chỉ đích có khả năng chuyển tiếp trong bảng định tuyến để tìm ra đ-ờng ra. Các gói tin chuyển qua các nút mạng tạo ra trễ và biến động trễ khác nhau, tuỳ thuộc vào khả năng xử lý của bộ định tuyến cũng nh- l-u l-ợng của luồng tin sẽ ảnh h-ởng trực tiếp đến trễ của ng-ời dùng đầu cuối. Một lần nữa, cơ chế hoạt động của chuyển mạch nhãn với khả năng chuyển tiếp gói tin nhanh là giải pháp để giải quyết vấn đề này. Khả năng của hệ thống Tốc độ là một khía cạnh quan trọng của chuyển mạch nhãn và tăng quá trình xử lý l-u l-ợng ng-ời dùng trên mạng internet là vấn đề rất quan trọng. Nh-ng các dịch vụ tốc độ cao không phải là tất cả những gì mà chuyển mạch nhãn cung cấp. Chuyển mạch nhãn còn có thể cung cấp mềm dẻo các tính năng khác nhau để đáp ứng các nhu cầu của ng-ời dùng internet. Thay vì hàng loạt các địa chỉ IP (tăng lên rất nhanh từng ngày) mà bộ định tuyến cần phải xử lý thì chuyển mạch nhãn cho phép các địa chỉ này gắn với một hoặc vài nhãn. tiếp cận này làm giảm kích th-ớc bảng địa chỉ và cho phép bộ dịnh tuyến hỗ trợ nhiều ng-ời sử dụng hơn. Tính đơn giản Một khía cạnh khác của chuyển mạch nhãn là sự đơn giản trong các giao thức chuyển tiếp gói tin (hoặc một tập các giao thức), và nguyên tắc rất đơn giản: chuyển tiếp gói tin dựa trên nhãn của nó. Tuy nhiên, cần có kỹ thuật điều khiển cho quá trình liên kết nhãn và đảm bảo tính t-ơng quan giữa các nhãn với luồng l-u l-ợng ng-ời sử dụng, các kỹ thuật này đôi khi khá phức tạp nh-ng chúng không ảnh h-ởng đến hiệu suất của dòng l-u l-ợng ng-ời dùng. Sau khi đã gán nhãn vào dòng l-u l-ợng ng-ời dùng thì hoạt động chuyển mạch nhãn có thể nhúng trong phần mềm, trong các mạch tích hợp đặc biệt (ASIC) hoặc trong bộ xử lý đặc biệt. Tài nguyên sử dụng Các kỹ thuật điều khiển để thiết lập nhãn không chiếm dùng tài nguyên của mạng, các cơ chế thiết lập đ-ờng chuyển mạch nhãn cho l-u l-ợng ng-ời sử dụng một cách đơn giản là tiêu chí thiết kế các đ-ờng chuyển mạch nhãn. Điều khiển định tuyến Định tuyến trong mạng Internet đ-ợc thực hiện với các địa chỉ IP (trong mạng LAN là các địa chỉ MAC). Tất nhiên, có rất nhiều thông tin đ-ợc lấy ra từ gói IP để thực hiện quá trình định tuyến này, ví dụ nh-: Tr-ờng kiểu dịch vụ IP (TOS), chỉ số cổng .là một phần quyết định của chuyển tiếp gói tin. Nh-ng định tuyến theo đích là ph-ơng pháp thông th-ờng nhất hiện đang đ-ợc sử dụng. Định tuyến theo địa chỉ đích không phải là ph-ơng pháp luôn đem lại hiệu quả. Các vấn đề lặp vòng trên mạng cũng nh- sự khác nhau về kiến trúc mạng sẽ là trở ngại trên mặt bằng điều khiển chuyển tiếp gói tin đối với ph-ơng pháp này. Một vấn đề đặt ra nữa là các nhà cung cấp thiết bị (bộ định tuyến, cầu). Triển khai ph-ơng pháp định tuyến dựa theo địa chỉ đích theo cách riêng của họ: một số thiết bị cho phép nhà quản trị mạng chia sẻ l-u l-ợng, trong khi một số khác sử dụng các tr-ờng chức năng TOS, chỉ số cổng . Chuyển mạch nhãn cho phép các bộ định tuyến chọn tuyến đầu ra t-ờng minh theo nhãn, nh- vậy cơ chế này cho cung cấp một ph-ơng thức truyền tải l-u l-ợng qua các nút và liên kết phù hợp với l-u l-ợng truyền tải, cũng nh- là đặt ra các lớp l-u l-ợng bao gồm các dịch vụ khác nhau (dựa trên yêu cầu QOS) trên đó. Chuyển mạch nhãn là giải pháp tốt để h-ớng l-u l-ợng qua một đ-ờng dẫn, mà không nhất thiết phải nhận toàn bộ thông tin từ giao thức định tuyến IP động dựa trên địa chỉ đích. Định tuyến dựa trên IP (PRB) th-ờng gắn với các giao thức chuyển mạch nhãn, nh- FR, ATM hoặc MPLS. Ph-ơng pháp này sử dụng các tr-ờng chức năng trong tiêu đề gói tin IP nh-: tr-ờng TOS, chỉ số cổng, nhận dạng giao thức IP hoặc kích th-ớc của gói tin. Các tr-ờng chức năng này cho phép mạng phân lớp dịch vụ thành các kiểu l-u l-ợng và th-ờng đ-ợc thực hiện tại nút đầu vào mạng(thiết bị gờ mạng). Các bộ định tuyến trên lớp lõi có thể sử dụng các bít tại thiết bị gờ để quyết định xử lý luồng l-u l-ợng đến, quá trình xử lý này có thể sử dụng các kiểu hàng đợi khác nhau và các ph-ơng pháp xếp hàng khác nhau. Định tuyến dựa trên IP cũng cho phép nhà quản lý mạng thực hiện ph-ơng pháp định tuyến ràng buộc. Các chính sách dựa trên IP cho phép bộ định tuyến: - Đặt các giá trị -u tiên vào trong tiêu đề gói tin IP. - Thiết lập b-ớc kế tiếp cho gói tin IP. - Thiết lập giao diện ra cho gói tin. - Thiết lập b-ớc kế tiếp cho gói tin khi không tồn tại h-ớng trong bảng định tuyến. Chuyển mạch nhãn khác với ph-ơng pháp chuyển mạch khác ở chỗ nó là kĩ thuật điều khiển giao thức chuyển mạch IP theo kiểu topo. Mặt khác sự tồn tại của một địa chỉ mạng đích sẽ xác định quá trình cập nhật trong bảng định tuyến để ra một đ-ờng dẫn chuyển mạch h-ớng tới đích. Nó cũng khái quát cơ cấu chuyển tiếp và trao đổi nhãn, ph-ơng pháp này không chỉ thích hợp với các mạng lớn nh- ATM, chuyển mạch khung, PPP, và nó có thể thích hợp với bất kì ph-ơng pháp đóng gói nào. . Ch-ơng 1: T ổNG quaN Về Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS 1. 1. Khái niệm cơ bản về chuyển mạch nhãn Khái niệm chuyển mạch nhãn t-ơng đối. cạnh khác của chuyển mạch nhãn là sự đơn giản trong các giao thức chuyển tiếp gói tin (hoặc một tập các giao thức), và nguyên tắc rất đơn giản: chuyển tiếp