Tài liệu công nghệ chuyển mạch MPLS, chương 4 ppt

Chương 4: Chuyển mạch nhãn và QoS Trong vài năm gần đây, các loại lưu lượng tăng lên một cách rõ ràng, mạng cần có khả năng phân biệt các loại lưu lượng và xử lý chúng. Khái niệm QoS được dùng lần đầu tiên trong mô hình tham chiếu OSI, nó đặt ra khả năng của nhà cung cấp dịch vụ để hỗ trợ những yêu cầu ứng dụng của người dùng như băng tần, độ trễ, dung sai và tổn thất lưu lượng. Chú ý rằng sự phân loại này khá giống những nguyên nhân của việc dùng chuyển mạch nhãn. Thứ nhất, dự phòng băng tần cho một ứng dụng nghĩa là một mạng có đủ dung lượng để hỗ trợ yêu cầu qua mạng, lượng thoại, số gói trên một giây. Loại chất lượng dịch vụ thứ hai là sự đáp ứng thể hiện ở thời gian để chuyển gói từ nút gửi đến nút nhận. Một thuật ngữ khác là round trip time (RTT) là thời gian để gửi một gói tới nút đích và nhận hồi âm từ nút khác. RTT bao gồm thời gian truyền cả hai hướng đi và về và thời gian xử lý ở nút đích. Các ứng dụng như Voice hay Video yêu cầu sự đáp ứng chính xác. Nếu một gói đến quá trễ, nó sẽ không được dùng và bị loại bỏ gây nên lãng phí băng tần và làm giảm chất lượng dịch vụ. Loại chất lượng dịch vụ thứ ba là rung sai, sự biến thiên độ trễ giữa các gói và thường xảy ra tại mỗi đầu ra liên kết nơi router hoàn thành việc tìm ra đường đi tiếp theo cho gói. Biến thiên độ trễ là sức ép đối với tốc độ. Nó gây rắc rối tới việc chuyển lời nói tới người nghe. Loại chất lượng dịch vụ cuối cùng là tổn thất gói. Việc mất gói khá là quan trọng đối với ứng dụng thoại và hình ảnh, nó ảnh hưởng tới đầu ra của quá trình giải mã và sự nghe nhìn của người sử dụng. 2.5.2. Sự đóng góp của chuyển mạch nhãn Chuyển mạch nhãn có ưu điểm gì về QoS, nó không có vẻ gì là thuận lợi đối với các loại QoS như là băng tần sử dụng. Nhưng một điều sớm nhận ra là chuyển mạch nhãn là một công cụ hữu ích chống lại độ trễ thời gian và dung sai, hai loại QoS quan trọng đối với các loại lưu lượng nhạy cảm với thời gian (như Voice và Video). Từ khi chuyển mạch nhãn được thiết kế để tăng tốc độ chuyển tiếp lưu lượng trong mạng, nó cho phép giảm độ trễ và cải thiện rung sai. Thật vậy, một mạng không sử dụng chuyển mạch nhãn mà hoạt động liều lĩnh dựa trên kinh nghiệm sẽ không thoả mãn QoS cho các loại lưu lượng nhạy cảm với thời gian. Tất nhiên, chuyển mạch nhãn không tự nó giải quyết được các vấn đề về độ trễ và biến thiên độ trễ của mạng dữ liệu nói chung. Nếu chúng ta kết nối với một mạng băng tần nhỏ thì chuyển mạch nhãn cũng không thể cho chúng ta một băng tần rộng hơn nhưng nó sẽ có ý nghĩa với việc cải thiện độ trễ và rung sai. 2.6. Sự thừa kế của X.25 và VC Chúng ta tạm dừng bước ở đây và nhìn lại lịch sử một chút. Khái niệm chuyển mạch nhãn bắt nguồn từ X.25. Vào cuối những năm 60 và đầu những năm 70, rất nhiều mạng truyền thông dữ liệu được tạo ra bởi các công ty, cơ quan chính phủ và các tổ chức khác. Thiết kế và các chương trình của các mạng này được thực hiện bởi các tổ chức để đáp ứng sự cần thiết của kinh doanh. Trong khoảng thời gian này, một tổ chức không có lý do gì để tham gia vào bất cứ một hiệp định chung nào đối với các giao thức truyền thông dữ liệu từ khi mạng riêng của tổ chức cung cấp dịch vụ cho riêng nó. Kết quả, những mạng này dùng giao thức đặc trưng đã được liên kết để làm thoả mãn các yêu cầu của tổ chức. Trong khi đó, một vài công ty và nhà quản lý điện thoại ở Mỹ, Canada và Châu Âu cung cấp một lượng mạng dữ liệu công cộng dựa trên khái niệm chuyển mạch gói. Những hệ thống này được thai nghén để cung cấp một dịch vụ cho lưu lượng dữ liệu song song với dịch vụ của hệ thống thoại cho lưu lượng thoại. Nhưng chúng không giữ cố định băng tần giống như hệ thống thoại. Thực tế, X.25 tiêu biểu cho sự thay đổi lớn trong cách phục vụ yêu cầu người dùng như việc dùng cách thức nỗ lực tối đa nhưng vẫn cho phép người dùng yêu cầu sự chắc chắn của dịch vụ. Những nhà cung cấp mạng công cộng đã đối diện với một câu hỏi lớn là làm thế nào mạng cung cấp một giao diện tốt nhất cho đầu cuối người dùng hoặc máy tính tới mạng. Tầm quan trọng của vấn đề này là rất lớn bởi mỗi nhà cung cấp đầu cuối hoặc máy tính đã phát triển nó lên đến giao thức truyền thông dữ liệu. Thực vậy, một vài công ty như IBM đã phát triển nhiều giao thức khác bên trong dòng sản phẩm của họ. X.25 đã phát triển rộng khắp bởi những mạng mới sinh ra nhận ra rằng giao thức giao diện mạng chung là cần thiết đặc biệt từ sự nhìn xa trông rộng của các nhà cung cấp dịch vụ mạng. Năm 1974, CCITT phát hành bản phác thảo đầu tiên của X.25 (Gray Book). Nó được duyệt lại vào năm 1976, 1978, 1980 và vào năm 1984 đã được công bố trong Red Book. Cho đến năm 1988, X.25 được xem xét lại và công bố lại trong chu kì 4 năm. Năm 1988, ITU-T đã công bố ý định của họ là thay đổi Red Book (bao gồm cả X.25) khi họ được phép. 2.6.1. Kênh ảo trong chuyển mạch nhãn X.25 đồng nhất mỗi gói với một chỉ số kênh ảo. Chỉ số kênh ảo được dùng để phân biệt các lưu lượng người dùng khác nhau mà đang hoạt động trong cùng một liên kết vật lý. Việc làm này che dấu người dùng thực tế rằng liên kết đó đang bị chia xẻ bởi nhiều người dùng khác, từ đó có thuật ngữ kênh ảo. Một kênh ảo và nhãn của nó, chỉ số kênh logic là khá giống với mạng chuyển mạch nhãn hiện đại. Sự khác nhau giữa chúng sẽ được chỉ ra trong những chương sau. 2.6.2. Frame Relay và ATM Tiếp theo X.25 là Frame Relay (FR) và ATM cũng dùng khái niệm kênh ảo. Với Frame Relay, kênh ảo IDs được gọi là đường kết nối dữ liệu IDs (DLCIs), với ATM đường ảo IDs hay kênh ảo IDs (VPIs/VCIs). Bỏ qua tên gọi, thì chúng là kênh ảo IDs và giá trị nhãn . Mạng MPLS phải liên kết với các mạng này, bởi chúng khá thịnh hành như là giá đỡ chủ yếu của các dịch vụ trong các mạng khu vực lớn. Tất nhiên, nhãn của MPLS đã sớm có mối tương quan với nhãn của Frame Relay và của ATM. 2.7. Hiện trạng và các khái niệm MPLS MPLS là kỹ thuật chuyển tiếp và trao đổi nhãn, nhưng có kết hợp trao đổi nhãn với định tuyến lớp mạng. Việc trao đổi nhãn nghĩa là thay đổi giá trị nhãn trong mào đầu gói khi gói di chuyển từ một nút tới nút khác. Ý tưởng này của MPLS cải thiện hoạt động của định tuyến lớp mạng và độ đáp ứng của lớp mạng. Một mục đích hơn nữa là cung cấp độ linh hoạt lớn hơn trong việc phân phối dịch vụ định tuyến (bởi việc cho phép thêm vào các dịch vụ định tuyến mới mà không thay đổi mô hình chuyển tiếp). MPLS không tạo ra một quyết định chuyển tiếp với mỗi dữ liệu đồ lớp 3 nhưng dùng một khái niệm là lớp tương đương chức năng (FEC). Một FEC được kết hợp với một lớp dữ liệu đồ, lớp này phụ thuộc vào một số nhân tố như địa chỉ đích và loại lưu lượng trong dữ liệu đồ (voice, data, fax…). Dựa vào FEC, một nhãn khi ấy sẽ thương lượng với các LSR lân cận nhau từ lối vào đến lối ra của miền định tuyến. Nhãn cũng được dùng để chuyển lưu lượng qua mạng. Sự nỗ lực đầu tiên của MPLS trong nhóm làm việc tập trung vào IPv4 và IPv6. Kĩ thuật nòng cốt có thể mở rộng tới đa giao thức lớp mạng như IPX và SNA. Tuy nhiên, có sự thú vị nhỏ trong việc mở rộng MPLS tới các giao thức lớp mạng khác đó là IP đã phát triển rộng khắp. Tư tưởng nền tảng không giới hạn MPLS với bất cứ kĩ thuật lớp liên kết đặc biệt nào, giống như ATM hoặc Frame Relay. Cho đến nay, mọi nỗ lực đã được thi hành để kết hợp MPLS và ATM nhưng trong tương lai MPLS có thể hoạt động trực tiếp với IP thông qua lớp vật lý mà không cần dùng ATM chút nào. Thêm vào đó, MPLS không yêu cầu một giao thức phân phối nhãn riêng biệt (chấp nhận việc dùng của các giá trị nhãn giữa các LSR cạnh nhau). Các giao thức đó là RSVP, BGP, LDP. Trong đó LDP được chú ý nhất ngay từ khi nó được thiết kế để cho mạng MPLS, các giao thức còn lại cũng là các phương thức tốt cho việc phân bổ nhãn. 2.8. Đường chuyển mạch nhãn Đường đi qua một mạng chuyển mạch nhãn được quyết định bởi một trong hai cách. Thứ nhất, các giao thức định tuyến truyền thống (như OSPF hay BGP) được sử dụng để phát hiện các địa chỉ IP. Thông tin này, từ nút tiếp theo đến địa chỉ là tương đương với một nhãn, một đường chuyển mạch nhãn mềm dẻo. Thứ hai, LSP có thể được thiết lập dựa trên ý tưởng của định tuyến cưỡng bức. Cách này có thể dùng một giao thức định tuyến để hỗ trợ việc thiết lập LSP nhưng LSP cũng bị cưỡng bức bởi một số nhân tố khác như sự cần thiết phải cung cấp một mức độ QoS tốt. Thực vậy, lưu lượng nhạy cảm với thời gian thực là thử thách đầu tiên của định tuyến cưỡng bức. . đó, một vài công ty và nhà quản lý điện thoại ở Mỹ, Canada và Châu Âu cung cấp một lượng mạng dữ liệu công cộng dựa trên khái niệm chuyển mạch gói. Những. cho mạng MPLS, các giao thức còn lại cũng là các phương thức tốt cho việc phân bổ nhãn. 2.8. Đường chuyển mạch nhãn Đường đi qua một mạng chuyển mạch nhãn