Mạch nhãn đa giao thức MPLS

Sự phát triển nhanh chóng các dịch vụ IP và sự bùng nổ Internet đã dẫn đến một loạt thay đổi trong nhận thức kinh doanh của các nhà khai thác. Lưu lượng lớn nhất hiện nay trên mạng trục là lưu lư

Lời nói đầu

Sự phát triển nhanh chóng các dịch vụ IP và sự bùng nổ Internet đã dẫn đến một loạt thay đổi trong nhận thức kinh doanh của các nhà khai thác Lưu lượng lớn nhất hiện nay trên mạng trục là lưu lượng IP Giao thức IP thống trị toàn bộ các giao thức lớp mạng, hệ quả là tất cả các xu hướng phát triển công nghệ lớp dưới đều hỗ trợ cho IP Nhu cầu thị trường cấp bách cho mạng tốc độ cao với chi phí thấp là cơ sở cho một loạt các công nghệ mới ra đời, trong đó có MPLS.

Trong 5 năm gần đây là khoảng thời gian mà công nghệ MPLS đã chứng minh đượctính ứng dụng thực tiễn các tính năng vượt trội của nó so với các công nghệ chuyển mạch truyền thống khác như ATM.

Công nghệ MPLS là kết quả phát triển của công nghệ chuyển mạch IP sử dụng cơ chế hoán đổi nhãn như của ATM để tăng tốc độ truyền gói tin mà không cần thay đổi các giao thức định tuyến của IP MPLS tách chức năng của IP thành hai phần riêng biệt: chức năng chuyển gói tin và chức năng điều khiển Bên cạnh đó, MPLS cũng hỗ trợ việc quản lý dễ dàng hơn.

Do thời gian và trình độ có hạn, nên chắc chắn những vấn đề được đề cập trong đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự lượng thứ vàý kiến đóng góp của các thầy, cô cũng như những ai quan tâm.

Trong quá trình học tập tại trường đại học Bách Khoa Hà Nội và thực hiện đồ ántốt nghiệp, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã trực tiếp và gián tiếp giúp đỡ em hoàn thành tốt chương trình học tập Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy

giáo Thạc sĩ Nguyễn Khắc Kiểm đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án

Tóm tắt đồ án

MPLS đã được lựa chọn để đơn giản hoá và tích hợp mạng trong mạng lõi Nó cho phép các nhà khai thác giảm chi phí, đơn giản hoá việc quản lý lưu lượng và hỗ trợ các dịch vụ Internet Quan trọng hơn cả, nó là một bước tiến mới trong việc đạt mụctiêu mạng đa dịch vụ với các giao thức gồm di động, thoại, dữ liệu …

Tập đoàn BCVT Việt Nam đã lựa chọn IP/MPLS làm công nghệ cho lớp chuyển tải mạng NGN đang triển khai trên phạm vi toàn quốc Một trong những ưu điểm lớn nhất của MPLS là ở khả năng thực hiện kỹ thuật lưu lượng

Đề tài tốt nghiệp được chia thành 4 chương với những nội dung chính như sau: Chương 1 - Chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS: Giới thiệu tổng quan

công nghệ MPLS, các khái niệm cơ bản, kiến trúc chức năng và cơ chế hoạt động của MPLS.

 Chương 2 - Định tuyến và báo hiệu MPLS: Trình bày các kỹ thuật định tuyến được hỗ trợ bởi MPLS , các chế độ báo hiệu và một số giao thức báo hiệu phân phối nhãn của MPLS

 Chương 3 – Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS: Trình bày các khái niệm và mục tiêu

 của kỹ thuật lưu lượng, khả năng và các cơ chế thực hiện kỹ thuật lưu lượng MPLS Các vấn đề bảo vệ khôi phục đường - một trong những nhiệm vụ của kỹ thuật lưu lượng cũng được trình bày trong chương này.

 Chương 4 – Mô phỏng MPLS – TE và đánh giá.

SUMMARIZED DESIGN

MPLS is chosen in order to simplify and integrate network in core-network It allows the operators lower their cost and simply in management traffic , support Internet’services The most importance , it’s the new move to multi-service included mobile , voice , data

Corporation BCVT Vietnam has applied technology MPLS network for the next NGN which being operated over country One of most advantage of MPLS is traffic engineering

With the theme: " Traffic enginneering in MPLS ’’the content of project including 4chapters will in turn present the basic issues and trffic engineering of MPLSnetwork

 Chapter 1 : The multi protocol label switching MPLS : Overview of MPLS , basic define , fuction and performance of MPLS

 Chapter 2 : Routing and signalling in MPLS :Present routing mechanism used by MPLS , the signalling modes and somes distribution label protocol  Chapter 3 : Traffic engineering in MPLS : Present the define , ambition of

MPLS techonogy and the mechanism to operate the taffic engineering of MPLS The problem about protection and repair road – most important mission of trffic engineering is presented in this chapter.

 Chapter 4 : Simulation MPLS-TE and summary.

1.1.1 Tính thông minh phân tán 12

1.1.2 MPLS và mô hình tham chiếu OSI 13

1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS 14

1.2.1 Miền MPLS (MPLS domain) 14

1.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC) 16

1.2.3 Nhãn và Stack nhãn 16

1.2.4 Hoán đổi nhãn (Label Swapping) 17

1.2.5 Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path) 17

1.2.6 Chuyển gói qua miền MPLS 18

2.1.1 Định tuyến ràng buộc (Constrainbased Routing) 23

2.1.2 Định tuyến tường minh (Explicit Routing) 24

2.2 Các chế độ báo hiệu MPLS 24

2.2.1 Chế độ phân phối nhãn 24

2.2.2 Chế độ duy trì nhãn 26

2.2.3 Chế độ điều khiển LSP 27

2.2.4 Các giao thức phân phối nhãn MPLS 28

2.3 Giao thức LDP (Label Distribution Protocol) 29

2.3.1 Hoạt động của LDP 29

2.3.2 Cấu trúc thông điệp LDP 31

2.3.3 Các bản tin LDP 33

2.3.4 LDP điều khiển độc lập và phân phối theo yêu cầu 34

2.4 Giao thức CRLDP (Constrainbased routing LDP) 35

2.4.1 Mở rộng cho định tuyến ràng buộc 35

2.4.2 Thiết lập một CRLSP (Constrainbased routing LSP) 36

2.5 Giao thức RSVPTE (RSVP Traffic Engineering) 37

2.5.1 Các bản tin thiết lập dự trữ RSVP 37

2.5.2 Các bản Tear Down, Error và Hello của RSVPTE 38

2.5.3 Thiết lập tuyến tường minh điều khiển tuần tự theo yêu cầu 39

2.5.4 Giảm lượng overhead làm tươi RSVP 41

2.6 Giao thức BGP 41

2.6.1 BGPv4 và mở rộng cho MPLS 41

2.6.2 Kết nối MPLS qua nhiều nhà cung cấp dịch vụ 43

2.7 Tổng kết chương 44

Chương 3:Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS 45

3.1 Kỹ thuật lưu lượng (Traffic Engineering) 45

3.1.1 Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng 45

3.1.2 Các lớp dịch vụ dựa trên nhu cầu QoS và các lớp lưu lượng 46

3.1.3 Hàng đợi lưu lượng 47

3.1.4 Giải thuật thùng rò và thùng token 49

3.1.5 Giải pháp mô hình chồng phủ (Overlay Model) 51

3.2 MPLS và kỹ thuật lưu lượng 53

3.2.1 Khái niệm trung kế lưu lượng (traffic trunk) 53

3.2.2 Đồ hình nghiệm suy (Induced Graph) 54

3.2.3 Bài toán cơ bản của kỹ thuật lưu lượng trên MPLS 54

3.3 Trung kế lưu lượng và các thuộc tính 54

3.3.1 Các hoạt động cơ bản trên trung kế lưu lượng 55

3.3.2 Thuộc tính tham số lưu lượng (Traffic Parameter) 55

3.3.3 Thuộc tính lựa chọn và quản lý đường (chính sách chọn đường) 55

3.3.4 Thuộc tính ưu tiên / lấn chiếm (Priority/Preemption) 57

3.3.5 Thuộc tính đàn hồi (Resilience) 57

3.3.6 Thuộc tính khống chế (Policing) 58

3.4 Các thuộc tính tài nguyên 58

3.4.1 Bộ nhân cấp phát cực đại (maximum allocation multiplier) 58

3.4.2 Lớp tài nguyên (ResourceClass) 58

3.4.3 TE Metric 59

3.5 Tính toán đường ràng buộc 59

3.5.1 Quảng bá các thuộc tính của link 59

3.5.2 Tính toán LSP ràng buộc (CRLSP) 60

3.5.3 Giải thuật chọn đường 61

3.5.4 Ví dụ về chọn đường cho trung kế lưu lượng 61

3.5.5 Tái tối ưu hóa (Reoptimization) 64

3.6 Bảo vệ và khôi phục đường 64

3.6.1 Phân loại các cơ chế bảo vệ khôi phục 65

3.6.2 Mô hình Makam 66

3.6.3 Mô hình Haskin (Reverse Backup) 67

3.6.4 Mô hình Hundessa 67

3.6.5 Mô hình Shortest Dynamic 68

3.6.6 Mô hình Simple Dynamic 68

3.6.7 Mô hình Simple Static 69

3.7 Tổng kết chương 69

Chương 4 : Mô phỏng MPLS và đánh giá 70

4.1.Tổng quan về NS2 70

4.1.1 Giới thiệu 70

4.1.2 Download và install NS2 và NAM 70

4.1.3 Chạy chương trình NS2 và NAM 76

4.3.4 Trace Data Analyzers 92

4.4.Mô phỏng khôi phục đường theo cơ chế Shortest – Dynamic 98

-Các hình vẽ sử dụng trong luận văn

Hình 1.1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI 15

Hình 1.2: So sánh giữa chuyển tiếp IP và chuyển tiếp MPLS 16

Hình 1.9 : Gói IP đi qua mạng MPLS 20

Hình 1.10: Định dạng một entry trong stack nhãn MPLS 20

Hình 1.11 : Shim header 22

Hình 1.12 : Nhãn trong chế độ cell ATM 23

Hình 1.13 : Encapsulation gói có nhãn trên link ATM 23

Hình 2.1: Một ví dụ định tuyến ràng buộc 25

Hình 2.2: Phân phối nhãn không cần yêu cầu 26

Hình 2.3: Phân phối nhãn theo yêu cầu 27

Hình 2.11: Format thông điệp LDP 33

Hình 2.12: Ví dụ LDP chế độ điều khiển độc lập theo yêu cầu 35

Hình 2.13: Thiết lập LSP với CRLDP 37

Hình 2.14: Thiết lập LSP với RSVPTE 41

Hình 2.15 : Nội dung bản tin BGP Update 43

Hình 2.16 : BGP phân phối nhãn qua nhiều Autonomous System 44

Hình 3.1 : Nhiều luồng cho mỗi lớp lưu lượng 48

Hình 3.2 : Hàng đợi CQ 49

Hình 3.4: Giải thuật thung rò 51

Hình 3.5: Giải thuật thùng token 52

Hình 3.6: Mô hình chồng phủ ( Overlay mode ) 53

Hình 3.7 : Các trung kế lưu lượng 54

Hình 3.8: Một ví dụ băng thông dự trữ cho từng mức ưu tiên 59

Hình 3.9: Minh họa cho cách dùng bit Affinity và ResourceClass 60

Hình 3.10: Băng thông khả dụng ứng với từng mức ưu tiên 61

Hình 3.16: Mô hình Shortest – Dynamic 69

Hình 3.17: Mô hình Simple – Dynamic 70

Hình 4.1: Kiến trúc thư mục cài đặt của NS2 và NAM trong môi trường Linux 77

Hình 4.2: Tổng quan về NS dưới góc độ người dùng 79

Hình 4.3: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS 80

Hình 4.4: TclCL hoạt động như liên kết giữa A và B 81

Hình 4.5: Mô tả các công cụ của NAM 86

Hình 4.6: Bốn thành phần cơ bản của Nscript GUI 91

Hình 4.7: Giao diện đồ họa người dùng của Xgraph 96

-Các Thuật Ngữ Viết Tắt

Từ viết tắt Từ đầy đủChú giải tiếng Việt

ASBR Autonomous System BorderRouter

Bộ định tuyến biên hệ thống tự trịATM Asynchronous Transfer Mode Cơ chế truyền tải không đồng bộBGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng miền

CEM Circuit Emulation Service overMPLS

Dịch vụ mô phỏng kênh trênMPLS

CEP Circuit Emulation over Packet Mô phỏng kênh trên gói

DLCI Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nối lớp kênh dữ liệuEGP External Gateway Protocol Giao thức định tuyến liên miềnFEC Forwarding Equivalence Class Lớp chuyển tiếp tương đương

GRE Generic RoutingEncapsulation Giao thức đóng gói định tuyếnchung

HDLC High-level Data Link Control Điều khiển liên kết dữ liệu mứccao

HEC Header Error Controller Điều khiển lỗi tiêu đề

IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong miền

IPLS IP-Only Private LAN Service Dịch vụ LAN thuê riêng trên nềnIP

IP-Sec Internet Protocol Security Giao thức an ninh InternetISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet

L2TP Layer 2 Tunneling Protocol Giao thức đường hầm lớp 2

LAC L2TP Access Concentrator Bộ tập trung truy cập L2TP

LDP Label Distribution Protocol Giao thức phân bổ nhãn

MPLS MultiProtocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thứcMPLS-TE MPLS-Traffice Engineering Kỹ thuật lưu lượng

MTI Multicast Tunnel Interface Giao diện đường hầm đa điểm

OSPF Open Shortest Path First Giao thức đường đi ngắn nhất đầutiên

PAC PPTP Access Concentrator Bộ tập trung truy cập PPTP

PPP Point to Point TunnelingProtocol

Giao thức đường hầm điểm tớiđiểm

RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên

SDH Synchronous Digital Hierachy Phân cấp số đồng bộ

SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫnTDP Tag Distribution Protocol Giao thức phân phối thẻ

VLLS Virtual Leased Line Service Dịchvụ đường dây thuê riêng ảo

VPDN Virtual Private Dial Network Mạng quay số riêng ảo

VPLS Virtual Private LAN Service Dịch vụ LAN riêng ảo

VPWS Virtual Private Wire Service Dịch vụ đường dây riêng ảo

VRF VPN Routing and Forwarding Bảng định tuyến và chuyển tiếpVPN

Chương 1: CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC MPLS

1.1 Tổng quan

MPLS là viết tắt của “Multi-Protocol Label Switching” Thuật ngữ multi-protocolđể nhấn mạnh rằng công nghệ này áp dụng được cho tất cả các giao thức lớp mạngchứ không chỉ riêng có IP, MPLS có thể hoạt động với các giao thức khác IP như làIPX, ATM, Fram Relay… MPLS cũng hoạt động tốt trên bất kỳ các giao thức lớpliên kết Đây là một công nghệ lai kết hợp những đặc tính tốt nhất của định tuyếnlớp 3(Layer 3 routing) và chuyển mạch lớp 2 (Layer 2 switching).

1.1.1 Tính thông minh phân tán

Trong mạng chuyển mạch kênh, tính thông minh chủ yếu tập trung ở mạnglõi (core) Tất cả những thiết bị thông minh nhất đều đặt trong mạng lõi như cáctổng đài toll, transit, MSC… Các thiết bị kém thông minh hơn thì đặt ở mạng biên(edge), ví dụ như các tổng đài nội hạt, truy nhập…

Trong mạng gói IP, tính thông minh gần như chia đều cho các thiết bị trong mạng.Tất cả các router đều phải làm hai nhiệm vụ là định tuyến và chuyển mạch Đây làưu điểm nhưng cũng là nhược điểm của IP.

Quan điểm của MPLS là tính thông minh càng đưa ra biên thì mạng cànghoạt động tốt Lý do là những thành phần ở mạng lõi phải chịu tải rất cao.Thành phần mạng lõi nên có độ thông minh thấp và năng lực chuyển tải cao MPLSphân tách hai chức năng định tuyến và chuyển mạch: Các router ở biên thực hiệnđịnh tuyến và gắn nhãn (label) cho gói Còn các router ở mạng lõi chỉ tập trung làmnhiệm vụ chuyển tiếp gói với tốc độ cao dựa vào nhãn Tính thông minh được đẩyra ngoài biên là một trong những ưu điểm lớn nhất của MPLS Do MPLS hỗ trợviệc điều khiển lưu lượng và cho phép thiết lập tuyến cố định, việc đảm bảo chấtlượng dịch vụ của các tuyến là hoàn toàn khả thi Đây là một điểm vượt trội củaMPLS so với các định tuyến cổ điển.

Tóm lại, MPLS là một công nghệ chuyển mạch IP có nhiều triển vọng Với tínhchất cơ cấu định tuyến của mình, MPLS có khả năng nâng cao chất lượng dịch vụcủa mạng IP truyền thống Bên cạnh đó, thông lượng của mạng sẽ được cải thiệnmột cách rõ rệt.

1.1.2 MPLS

và mô hình tham chiếu OSI

Hình 1.1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI

MPLS được xem như là một công nghệ lớp đệm (shim layer), nó nằm trên lớp 2nhưng dưới lớp 3, vì vậy đôi khi người ta còn gọi nó là lớp 2,5.

Hình 1.2: So sánh giữa chuyển tiếp IP và chuyển tiếp MPLS

Nguyên lý của MPLS là tất cả các gói IP sẽ được gắn nhãn (label) và được chuyểntiếp theo một đường dẫn LSP (Label Switched Path) Các router trên đường dẫn chỉcăn cứ vào nội dung của nhãn để thực hiện quyết định chuyển tiếp gói mà khôngcần phải kiểm tra header IP.

1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPLS

1.2.1 Miền MPLS (MPLS domain)

RFC 3031 mô tả miền MPLS là “một tập hợp các nút mạng thực hiện hoạt độngđịnh tuyến và chuyển tiếp MPLS” Một miền MPLS thường được quản lý và điềukhiển bởi một nhà quản trị.

Hình 1.3: Miền MPLS

Miền MPLS được chia thành 2 phần: phần mạng lõi (core) và phần mạngbiên (edge) Các nút thuộc miền MPLS được gọi là router chuyển mạch nhãn LSR(Label Switch Router) Các nút ở phần mạng lõi được gọi là transit-LSR haycore- SR (thường được gọi tắt là LSR) Các nút ở biên được gọi là router biên nhãnLER (Label Edge Router).

Nếu một LER là nút đầu tiên trên đường đi của một gói xuyên qua miền MPLS thìnó được gọi là LER lối vào (ingress-LER), còn nếu là nút cuối cùng thì nó được gọilà LER lối ra (egress-LER) Lưu ý là các thuật ngữ này được áp dụng tùy theo chiềucủa luồng lưu lượng trong mạng, do vậy một LER có thể là ingress-LER vừa làegress-LER tuỳ theo các luồng lưu lượng đang xét.

Hình 1.4: Upstream và downstream LSR

Thuật ngữ upstream-LSR và downstream-LSR cũng được dùng, phụ thuộc vàochiều của luồng lưu lượng Các tài liệu MPLS thường dùng ký hiệu Ru đểbiểu thị cho upstream-LSR và dùng ký hiệu Rd để biểu thị cho downstream-LSR.

1.2.2 Lớp chuyển tiếp tương đương (FEC)

Lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Forwarding Equivalence Class) là một tập hợpcác gói được đối xử như nhau bởi một LSR Như vậy, FEC là một nhóm các gói IPđược chuyển tiếp trên cùng một đường chuyển mạch nhãn LSP, được đối xử theocùng một cách thức và có thể ánh xạ vào một nhãn bởi một LSR cho dù chúng cóthể khác nhau về thông tin header lớp mạng Hình dưới cho thấy cách xử lý này.

Hình 1.5: Lớp chuyển tiếp tương đương trong MPLS

1.2.3 Nhãn và Stack nhãn

RFC 3031 định nghĩa nhãn là “một bộ nhận dạng có độ dài ngắn và cố định, mang ýnghĩa cục bộ dùng để nhận biết một FEC” Nhãn được “dán” lên một gói để báo choLSR biết gói này cần đi đâu Phần nội dung nhãn có độ dài 20 bit không cấu trúc,như vậy số giá trị nhãn có thể có là 220 (hơn một triệu giá trị) Giá trị nhãn địnhnghĩa chỉ mục (index) để dùng trong bảng chuyển tiếp.

Một gói lại có thể được “dán chồng” nhiều nhãn, các nhãn này chứa trong một nơigọi là stack nhãn (label stack) Stack nhãn là một tập hợp gồm một hoặc nhiều entrynhãn tổ chức theo nguyên tắc FIFO Tại mỗi hop trong mạng chỉ xử lý nhãn hiệnhành trên đỉnh stack Chính nhãn này sẽ được LSR sử dụng để chuyển tiếp gói.

Hình 1.6 : Stack nhãn

Nếu gói tin chưa có nhãn thì stack nhãn là rỗng (độ sâu của stack nhãn bằng 0) Nếustack có chiều sâu là d thì mức 1 sẽ ở đáy stack (bit S trong entry nhãn đặt lên 1) vàmức d sẽ ở đỉnh của stack Một entry nhãn có thể được đặt thêm vào (push) hoặc lấyra (pop) khỏi stack.

1.2.4 Hoán đổi nhãn (Label Swapping)

Hoán đổi nhãn là cách dùng các thủ tục để chuyển tiếp gói Để chuyển tiếp gói cónhãn, LSR kiểm tra nhãn trên đỉnh stack và dùng ánh xạ ILM (Incoming LabelMap) để ánh xạ nhãn này tới một entry chuyển tiếp nhãn NHLFE (NextHop Label Forwarding Entry) Sử dụng thông tin trong NHLFE, LSR xác định ranơi để chuyển tiếp gói và thực hiện một tác vụ trên stack nhãn Rồi nó mã hóa stacknhãn mới vào gói và chuyển gói đi.

Chuyển tiếp gói chưa có nhãn cũng tương tự nhưng xảy ra ở ingress-LER.LER phải phân tích header lớp mạng để xác định FEC rồi sử dụng ánh xạ FTN(FEC-to-NHLFE) để ánh xạ FEC vào một NHLFE.

1.2.5 Đường chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path)

Đường chuyển mạch nhãn LSP là một đường nối giữa router ngỏ vào và router ngỏra, được thiết lập bởi các nút MPLS để chuyển các gói đi xuyên qua mạng Đường

Hình 1.7:Đường chuyển mạch nhãn MPLS

dẫn của một LSP qua mạng được định nghĩa bởi sự chuyển đổi các giá trị nhãn ởcác LSR dọc theo LSP bằng cách dùng thủ tục hoán đổi nhãn Khái niệm LSPtương tự như khái niệm mạch ảo (VC) trong ATM.

Kiến trúc MPLS cho phép phân cấp các LSP, tương tự như ATM sử dụng VPI vàVCI để tạo ra phân cấp kênh ảo (VC) nằm trong đường ảo (VP) Tuy nhiên ATMchỉ có thể hỗ trợ 2 mức phân cấp, trong khi với MPLS thì số mức phân cấp chophép rất lớn nhờ khả năng chứa được nhiều entry nhãn trong stack nhãn Về lýthuyết, giới hạn số lượng nhãn trong stack phụ thuộc giá trị MTU (MaximumTransfer Unit) của các giao thức lớp liên kết được dùng dọc theo một LSP.

Hình 1.8 : Phân cấp LSP trong MPLS

1.2.6 Chuyển gói qua miền MPLS

Sau đây là một ví dụ đơn giản minh họa quá trình truyền gói IP đi qua miền MPLS.Gói tin IP khi đi từ ngoài mạng vào trong miền MPLS được router A đóng vai trò là

Hình 1.9 : Gói IP đi qua mạng MPLS

một ingress-LER sẽ gán nhãn có giá trị là 6 cho gói IP rồi chuyển tiếp đến router B.Router B dựa vào bảng hoán đổi nhãn để kiểm tra nhãn của gói tin Nó thay giá trịnhãn mới là 3 và chuyển tiếp đến router C Tại C, việc kiểm tra cũng tương tự như ởB và sẽ hoán đổi nhãn, gán cho gói tin một nhãn mới là 9 và tiếp tục đượcđưa đến router D.

Router D đóng vai trò egress-LER sẽ kiểm tra trong bảng hoán đổi nhãn và gỡ bỏ

Hình 1.10: Định dạng một entry trong stack nhãn MPLS

nhãn 9 ra khỏi gói tin rồi định tuyến gói IP một cách bình thường đi rakhỏi miền MPLS Với kiểu làm việc này thì các LSR trung gian như router B và Csẽ không phải thực hiện kiểm tra toàn bộ header IP của gói tin mà nó chỉ việc kiểmtra các giá trị của nhãn, so sánh trong bảng và chuyển tiếp Vì vậy tốc độ xử lýtrong miền MPLS sẽ nhanh hơn nhiều so với định tuyến IP truyền thống Đường đitừ router A đến router D được gọi là đường chuyển mạch nhãn LSP (LabelSwitched Path).

1.3 Mã hóa nhãn và các chế độ đóng gói nhãn MPLS1.3.1 Mã hóa stack nhãn

Khi nhãn được gắn lên gói, bản thân giá trị nhãn 20 bit sẽ được mã hoá cùng vớimột số thông tin cộng thêm để phụ trợ trong quá trình chuyển tiếp gói để hình thànhmột entry nhãn Hình 10 minh họa định dạng một entry nhãn trong stack nhãn.

Nhóm 32 bit ở hình trên là một entry trong stack nhãn, trong đó phần giá trị nhãnthực sự chỉ có 20 bit Tuy nhiên người ta thường gọi chung cho cả entry 32 bit nóitrên là một nhãn Vì vậy khi thảo luận về nhãn cần phân biệt là đang xem xét giá trịnhãn 20 bit hay nói về entry 32 bit trong stack nhãn Phần thông tin 12 bit cộngthêm gồm các trường sau đây:

EXP (một số tài liệu gọi là CoS - Class of Service ) – Gồm 3 bit, có thể là một hàmcủa trường TOS (Type of Service) hoặc Diffserv trong gói IP Đa số các nhà sảnxuất sử dụng các bit này để mang chỉ thị QoS, thường là copy trực tiếp từ các bitTOS trong gói IP Khi gói MPLS vào hàng đợi, có thể sử dụng các bit EXP theocách giống như các bit ưu tiên trong IP.

S – Gồm 1 bit, chỉ thị đáy của stack nhãn Khi một nhãn nằm ở đáy stack nhãn, thìbit S đặt lên 1; còn các nhãn khác có bit S đặt về 0 Bit S là phương tiện để xác địnhđáy của stack nhãn nằm ở đâu.

TTL – Gồm 8 bit, thường là copy trực tiếp từ trường TTL của header IP, được giảmđi 1 qua mỗi hop để chặn loop định tuyến giống như IP Tuy nhiên, các bit TTLcũng có thể được đặt khác với TTL trong gói IP, thường dùng khi nhà khai thácmạng muốn che giấu topology mạng MPLS.

MPLS có thể hoạt động ở các chế độ: chế độ frame và chế độ cell.

1.3.2 Chế độ Frame

Các kỹ thuật lớp 2 như Ethernet, Token Ring, FDDI, PPP không có trường nào phùhợp trong header của frame có thể mang nhãn Vì vậy, stack nhãn sẽ được chứatrong header chêm (shim header) Shim header được “chêm” vào giữa header lớpliên kết và header lớp mạng, như trong hình 11 Đỉnh stack nằm liền sau header lớp2 và đáy stack nằm liền trước header lớp mạng.

Hình 1.11 : Shim header

Router gởi frame phải có cách để báo cho router nhận biết rằng frame này có chứashim header, cách thức này khác nhau giữa các kỹ thuật lớp 2 Ethernet sử dụng cặpgiá trị ethertype 0x8847 và 0x8848 để chỉ thị frame đang mang gói MPLS unicastvà multicast tương ứng PPP sử dụng NCP (Network Control Program) sửađổi gọi là MPLSCP (MPLS Control Protocol) và đánh dấu tất cả các gói có chứashim header bằng giá trị 0x8281 trong trường PPP Protocol.

1.3.3 Chế độ Cell

Chế độ Cell được dùng khi ta có một mạng gồm các ATM-LSR (là cácchuyển mạch ATM có hỗ trợ MPLS), trong đó nó sử dụng các giao thứcphân phối nhãn MPLS để trao đổi thông tin VPI/VCI thay cho báo hiệuATM Nhãn được mã hoá trong trường gộp VPI/VCI, trong VPI hoặc VCI củaheader cell ATM (RFC 3035).

Hình 1.12 : Nhãn trong chế độ cell ATM

Cell ATM gồm có 5 byte header và 48 byte payload Để chuyển tải gói tin có kíchthước lớn hơn 48 byte từ lớp trên đưa xuống (ví dụ gói IP), ATM phải chiagói tin thành nhiều phần nhỏ hơn, việc này gọi là phân đoạn (fragmentation) Quátrình phân đoạn do lớp AAL (ATM Adaptation Layer) đảm trách Cụ thể, AAL5PDU sẽ được chia thành nhiều đoạn 48 byte, mỗi đoạn 48 byte này được thêmheader 5 byte để tạo ra một cell ATM

Khi đóng gói có nhãn MPLS trên ATM, toàn bộ stack nhãn được đặt trong AAL5PDU Giá trị thực sự của nhãn đỉnh được đặt trong trường VPI/VCI, hoặc đặttrong trường VCI nếu 2 ATM-LSR kết nối nhau qua một đường ảo ATM (VP).Entry đỉnh stack nhãn phải chứa giá trị 0 (coi như entry “giữ chỗ”) và được bỏ quakhi nhận Lý do các nhãn phải chứa ở cả trong AAL5 PDU và header ATM là đểmở rộng độ sâu stack nhãn Khi các cell ATM đi đến cuối LSP, nó sẽ được tái hợp

Hình 1.13 : Encapsulation gói có nhãn trên link ATM

lại Nếu có nhiều nhãn trong stack nhãn, AAL5 PDU sẽ bị phân đoạn lần nữa vànhãn hiện hành trên đỉnh stack sẽ được đặt vào trường VPI/VCI.

Chương 2:ĐỊNH TUYẾN VÀ BÁO HIỆU MPLS2.1 Định tuyến trong 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 cho mỗi FEC một cách độc lập, giốngnhư định tuyến trong mạng IP Tuy nhiên, nếu muốn triển khai kỹ thuật lưulượng với MPLS, bắt buộc phải sử dụng kiểu định tuyến ràng buộc.

2.1.1 Định tuyến ràng buộc (Constrain-based Routing)

Định tuyến ràng buộc là một phương tiện để thực hiện xử lý tự động hóa kỹ thuậtlưu lượng, khắc phục được các hạn chế của định tuyến theo đích (destination-basedrouting) Nó xác định các route không chỉ dựa trên topology mạng (thuật toán chọnđường ngắn nhất SPF) mà còn sử dụng các metric đặc thù khác như băng thông, trễ,cost và biến động trễ Giải thuật chọn đường có khả năng tối ưu hóa theo một hoặcnhiều metric này, thông thường người ta dùng metric dựa trên số lượng hop và băngthông.Để đường được chọn có số lượng hop nhỏ nhất nhưng phải đảm bảo băngthông khả dụng trên tất cả các chặng liên kết, quyết định cơ bản như sau: chọnđường ngắn nhất trong số tất cả các đường có băng thông khả dụng thỏa mãn yêucầu.

Hình 2.1: Một ví dụ định tuyến ràng buộc

Để minh họa hoạt động của định tuyến ràng buộc, xét cấu trúc mạng “concá” kinh điển như hình trên Giả sử rằng định tuyến ràng buộc sử dụng số hop (hop-count) và băng thông khả dụng làm các metric Lưu lượng 600 Kbps được địnhtuyến trước tiên, sau đó là lưu lượng 500 Kbps và 200 Kbps.

Cả 3 loại lưu lượng này đều hướng đến cùng một egress-router Ta thấy rằng:

Vì lưu lượng 600 Kbps được định tuyến trước nên nó đi theo đường ngắn nhất làR8-R2-R3-R4-R5.Vì băng thông khả dụng là như nhau trên tất cả các chặngkênh (1 Mbps), nên lưu lượng 600 Kbps chiếm 60% băng thông.

Sau đó, vì băng thông khả dụng của đường ngắn nhất không đủ cho cả 2 lưu lượng600Kbps và 500 Kbps, nên lưu lượng 500 Kbps được định tuyến đi theo đường mớiqua R6 và R7 mặc dù nhiều hơn một hop so với đường cũ.

Với lưu lượng 200 Kbps tiếp theo, vì vẫn còn băng thông khả dụng trên đường ngắnnhất nên đường này được chọn để chuyển lưu lượng 200 Kbps.

Định tuyến ràng buộc có 2 kiểu online và offline Kiểu online cho phép các routertính đường cho các LSP bất kỳ lúc nào Trong kiểu offline, một server tính đườngcho các LSP theo định kỳ (chu kỳ có thể được chọn bởi nhà quản trị, thường là vàigiờ hoặc vài ngày) Các LSP được báo hiệu thiết lập theo các đường đã được chọn.

2.1.2 Định tuyến tường minh (Explicit Routing)

Định tuyến tường minh (Explicit Routing) là một tập con của định tuyến ràng buộc,trong đó sự ràng buộc là đối tượng tuyến tường minh ER (explicit route).

Tuyến tường minh ER là một danh sách các “nút trừu tượng” (abstract node) màmột đường chuyển mạch nhãn ràng buộc CR-LSP phải đi qua Nút trừu tượng cóthể là một nút (địa chỉ IP) hoặc một nhóm nút (như IP prefix hoặc một AS) Nếu ERchỉ quy định một nhóm trong số các nút mà CR-LSP đi qua thì nó được gọi là tuyếntường minh thả lỏng (loose ER) Ngược lại, nếu ER quy định toàn bộ các nút trênCR-LSP thì được gọi là tuyến tường minh nghiêm ngặt (strict ER)

CR-LSP được mã hóa như là một chuỗi các ER-Hop (chặng tường minh)chứa trong một cấu trúc Type-Length-Value ràng buộc (constraint-based routeTLV) Mỗi ER-Hop có thể xác định một nhóm các nút CR-LSP khi đó bao gồm tấtcả các nhóm nút đã được xác định theo thứ tự xuất hiện trong cấu trúc TLV.

2.2 Các chế độ báo hiệu MPLS

2.2.1 Chế độ phân phối nhãn

MPLS cho phép hai chế độ hoạt động của các LSR để phân phối các ánh xạ nhãn,đó là phân phối không cần yêu cầu (Downstream Unsolicited) và phân phối theo

yêu cầu (Downstream on Demand) Thuật ngữ downstream ở đây ngụ ý rằngphía downstream sẽ thực hiện gán kết nhãn và thông báo gán kết đó cho phíaupstream.

2.2.1.a Phân phối nhãn không cần yêu cầu (Downstream Unsolicited)

Downstream-LSR phân phối các gán kết nhãn đến upstream-LSR mà không cần cóyêu cầu thực hiện việc kết nhãn Nếu downstream-LSR chính là hop kế đối với địnhtuyến IP cho một FEC cụ thể thì upstream-LSR có thể sử dụng kiểu kết nhãn này đểchuyển tiếp các gói trong FEC đó đến downstream-LSR.

Hình 2.2: Phân phối nhãn không cần yêu cầu

2.2.1.b Phân phối nhãn theo yêu cầu (Downstream on Demand)

Upstream-LSR phải yêu cầu rõ ràng một gán kết nhãn cho một FEC cụ thểthì downstream-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 2.3: Phân phối nhãn theo yêu cầu

2.2.2 Chế độ duy trì nhãn

Một upstream-LSR có thể nhận các gán kết nhãn cho cùng một FEC X từ nhiềudownstream-LSR Có hai chế độ duy trì các gán kết nhãn nhận được là duy trì nhãntự do (liberal label retention) và duy trì nhãn bảo thủ (conservative label retention).

2.2.2.a Duy trì nhãn tự do (liberal label retention)

Phía upstream (LSR1) lưu giữ tất cả các gán kết nhãn nhận được, bất chấp việcdownstream-LSR có phải là hop kế đối với định tuyến IP hay không ưu điểm chínhcủa duy trì nhãn tự do là có thể phản ứng nhanh với sự thay đổi định tuyến vì cácgán kết nhãn đã có sẵn Nhược điểm là LSR phải duy trì nhiều gán kết nhãn khôngdùng và có thể gây ra loop định tuyến tạm thời khi thay đổi định tuyến.

Hình 2.4: Duy trì nhãn tự do

2.2.2.b Duy trì nhãn bảo thủ (conservative label retention)

Upstream-LSR hủy tất cả các gán kết nhãn khác, chỉ giữ lại gán kết nhãn gởi từdownstream-LSR đang là hop kế hiện hành Chế độ này có ưu điểm là LSR chỉ cầnduy trì số gán kết FEC-nhãn ít hơn, nhưng đáp ứng chậm khi thay đổi định tuyến vìgán kết nhãn mới phải được yêu cầu và phân phối lại Đây là chế độ thích hợp chocác LSR chỉ hỗ trợ một số lượng nhãn hạn chế (như các chuyển mạch ATM).

Hình 2.5: Duy trì nhãn bảo thủ

2.2.3 Chế độ điều khiển LSP

Khi một FEC ứng với một prefix địa chỉ được phân phối bởi định tuyến IP, việcthiết lập mối kết hợp giữa các gán kết nhãn tại một LSR có thể thực hiện theo haicách sau đây:

2.2.3.a Điều khiển độc lập (independent control)

Khi mỗi LSR nhận dạng ra một FEC thì nó quyết định gán kết ngay một nhãn choFEC đó và công bố luôn gán kết đó cho các đối tác phân phối nhãn (labeldistribution peers) Điều này tương tự như định tuyến IP thông thường, ở đó mỗirouter ra quyết định độc lập về nơi cần chuyển gói đi Điều khiển độc lập có ưuđiểm là thiết lập LSP nhanh vì việc kết nhãn diễn ra song song giữa nhiều cặp LSRvà dòng lưu lượng có thể bắt đầu truyền mà không cần đợi cho tất cả các gán kếtnhãn thiết lập xong.

Hình 2.6: Điều khiển độc lập

2.2.3.b Điều khiển tuần tự (odered control)

Một downstream-LSR thực hiện kết nhãn cho một FEC và thông báo gán kết đó chỉnếu nó là LSR lối ra hoặc nếu nó đã nhận được một gán kết nhãn cho FEC đó từ

router hướng downstream của nó Việc thiết lập LSP tuần tự bắt đầu ở LSR lối ra vàdiễn ra nối tiếp theo hướng ngược về LSR lối vào Các LSP định tuyến tường minhbắt buộc phải sử dụng kiểu điều khiển tuần tự và quá trình phân phối nhãn theochuỗi có thứ tự sẽ tạo ra thời gian trễ trước khi dòng lưu lượng đi trên LSP có thểbắt đầu Tuy nhiên, điều khiển tuần tự cung cấp phương tiện tránh loop và đạt đượcmức độ thu gom chắc chắn hơn.

Hình 2.7: Điều khiển tuần tự

2.2.4 Các giao thức phân phối nhãn MPLS

Bảng 2.1 : Các chế độ của các giao thức phân phối nhãn MPLS

Giao thức phân phối nhãn là một tập các thủ tục mà nhờ nó một LSR có thể thôngbáo cho một LSR khác biết về các mối gán kết nhãn-FEC mà nó đã tiến hành Kiếntrúc MPLS không chỉ định một giao thức phân phối nhãn duy nhất nào, do đó có thể

có nhiều lựa chọn, mỗi giao thức có ưu và nhược điểm riêng Trong các phần tiếptheo giới thiệu một số giao thức phân phối nhãn được dùng phổ biến.

2.3 Giao thức LDP (Label Distribution Protocol)

LDP được chuẩn hóa trong RFC 3036, nó được thiết kế để thiết lập và duy trì cácLSP định tuyến không ràng buộc (unconstraint routing) Vùng hoạt động của LDPcó thể là giữa các LSR láng giềng (neighbor) trực tiếp hoặc gián tiếp.

Hình 2.8 : Vùng hoạt động của LDP

2.3.1 Hoạt động của LDP

LDP có 4 chức năng chính là phát hiện LSR láng giềng (Neighbor discovery), thiếtlập và duy trì phiên, quảng bá nhãn (label advertisement) và thông báo(Notification) Tương ứng với các chức năng trên, có 4 lớp thông điệp LDP sauđây:

 Discovery: Để trao đổi định kỳ bản tin Hello nhằm loan báo và kiểm tra mộtLSR kết nối gián tiếp hoặc trực tiếp.

 Session: Để thiết lập, thương lượng các thông số cho việc khởi tạo, duy trì và chấm dứt các phiên ngang hàng LDP Nhóm này bao gồm bản tin Initialization,KeepAlive.

 Advertisement: Để tạo ra, thay đổi hoặc xóa các ánh xạ FEC tới nhãn Nhómnày bao gồm bản tin Label Mapping, Label Withdrawal, Label Release, Label Request, Label Request Abort.

 Notification: Để truyền đạt các thông tin trạng thái, lỗi hoặc cảnh báo.

Các thông điệp Discovery được trao đổi trên UDP Các kiểu thông điệp còn lại đòihỏi phân phát tin cậy nên dùng TCP Trường hợp hai LSR có kết nối lớp 2 trực tiếpthì thủ tục phát hiện neighbor trực tiếp như sau:

Một LSR định kỳ gửi đi bản tin Hello tới các cổng UDP 646 địa chỉ multicast (tấtcả các router trong subnet)

Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin Hello này trên cổng UDP Đến một thời điểm nàođó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có kết nối trực tiếp

Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lậpkết nối TCP đến LSR đó Khi đó phiên LDP được thiết lập giữa 2 LSR

Phiên LDP là phiên song hướng nên mỗi LSR ở hai đầu kết nối đều có thể yêu cầuvà gửi liên kết nhãn.

Hình 2.9: Trao đổi thông điệp LDP

Trong trường hợp hai LSR không có kết nối lớp 2 trực tiếp (neighbor gián tiếp) thìLSR định kỳ gửi bản tin Hello đến cổng UDP đã biết tại địa chỉ IP xác định đượckhai báo khi lập cấu hình Đầu nhận bản tin này có thể trả lời lại bằng bản tin Hellokhác và việc thiết lập các phiên LDP được thực hiện như trên.

2.3.2 Cấu trúc thông điệp LDP

Trao đổi thông điệp LDP thực hiện bằng cách gởi các LDP-PDU (Protocol DataUnit) thông qua các phiên LDP trên kết nối TCP Mỗi LDP-PDU có thể mang

một hoặc nhiều thông điệp, và các thông điệp này không nhất thiết phải có liên quanvới nhau.

2.3.2.b Định dạng thông điệp LDP

Tất cả các thông điệp LDP có cùng format như sau:

Hình 2.11: Format thông điệp LDP

Bit U: Bit “Unknown”, luôn là 0 vì đặc tả LDP không có kiểu bản tin Unknown.Bảng sau là các giá trị định nghĩa trường Message Type:

2.3.3 Các bản tin LDP

- Hello : Được trao đổi trong suốt quá trình hoạt động LDP như trình bày ở trên - Initialization : Được gửi khi bắt đầu một phiên LDP giữa 2 LSR để trao đổi cáctham số, các tùy chọn cho phiên Các tham số này bao gồm:

Chế độ phân bổ nhãn.

Các giá trị bộ định thời.

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

Cả 2 LSR đều có thể gửi các bản tin Initialization và LSR nhận sẽ trả lời bằngKeepAlive nếu các tham số được chấp nhận Nếu có một tham số nào đó khôngđược chấp nhận thì LSR trả lời thông báo có lỗi và phiên kết thúc.

- KeepAlive : Được gửi định kỳ khi không còn bản tin nào cần gửi để đảm bảo chomỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDP khác đang hoạt động tốt Trườnghợp không xuất hiện bản tin KeepAlive hay một số bản tin LDP khác trong khoảngthời gian nhất định thì LSR sẽ xác định đối tác LDP hỏng hoặc kết nối có sự cố vàphiên LDP chấm dứt.

- Label Mapping : Được sử dụng để quảng bá gán kết giữa FEC và nhãn

- Label Withdrawal : Thực hiện quá trình ngược lại với bản tin Label Mapping Nóđược sử dụng để xóa bỏ gán kết đã thực hiện trong Label Mapping Bản tin nàyđược sử dụng trong trường hợp :

Khi có sự thay đổi trong bảng định tuyến (thay đổi prefix địa chỉ), lúc đó LSRkhông còn nhận ra FEC này nữa.

Thay đổi trong cấu hình LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trongFEC đó.

- Label Release : Được sử dụng bởi LSR khi nhận được chuyển đổi nhãn mà nókhông cần thiết nữa Điều đó thường xảy ra khi LSR giải phóng nhận thấy nút tiếptheo cho FEC không phải là LSR quảng bá liên kết nhãn/FEC đó

- Label Request : Sử dụng trong chế độ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu, LSR sẽyêu cầu gán nhãn từ LSR kế cận phía downstream bằng bản tin này

- Label Request Abort : Nếu bản tin Label Request cần phải hủy bỏ trước khi đượcchấp nhận (do nút kế tiếp trong FEC yêu cầu đã thay đổi), thì LSR yêu cầu sẽ loạibỏ yêu cầu trước đó bằng bản tin Label Request Abort

2.3.4 LDP điều khiển độc lập và phân phối theo yêu cầu

Ví dụ dưới đây minh họa việc sử dụng bản tin Label Request và Label Mappingtrong chế độ công bố nhãn theo yêu cầu và điều khiển LSP độc lập Trình tự thờigian trao đổi các bản tin LDP giữa các đối tác (peer) thiết lập một LSP từ router lốivào R1 qua R2 rồi đến router lối ra R3 cho một FEC có prefix “a.b/16” R1 khởitạo tiến trình bằng cách yêu cầu một nhãn cho FEC “a.b/16” từ hop kế của nó là R2.Vì sử dụng điều khiển độc lập nên R2 trả ngay một ánh xạ nhãn về cho R1 trước khiR2 nhận được ánh xạ nhãn từ phía downstream là R3 Cả R2 và R3 đáp ứng bằngbản tin Label Mapping, kết quả là trong FIB của R1 và LFIB của R2, R3 có cácentry gán kết nhãn hình thành nên đường chuyển mạch nhãn LSP.

Hình 2.12: Ví dụ LDP chế độ điều khiển độc lập theo yêu cầu

LDP còn hỗ trợ các chế độ phân phối nhãn khác Khi cấu hình ở chế độ công bốkhông cần yêu cầu (downstream unsolicited), các router sẽ không dùng bản tinLabel Request Nếu điều khiển tuần tự (ordered control) được cấu hình trên mỗigiao diện, các yêu cầu nhãn sẽ làm cho các bản tin Label Mapping được trả về theothứ tự từ R3 đến R2, rồi mới từ R2 về R1 Tổng quát, trong chế độ phân phối theo

yêu cầu điều khiển tuần tự, ánh xạ nhãn diễn ra đầu tiên ở router lối ra, rồi sau đólần lượt ngược về đến router lối vào.

2.4 Giao thức CR-LDP (Constrain-based routing LDP)

CR-LDP là giao thức mở rộng từ LDP (RFC 3212) nhằm hỗ trợ đặc biệt cho địnhtuyến ràng buộc, kỹ thuật lưu lượng (TE) và các hoạt động dự trữ tài nguyên Cáckhả năng của CR-LDP tùy chọn bao gồm thương lượng các tham số lưu lượng nhưcấp phát băng thông, thiết lập và cầm giữ quyền ưu tiên.

2.4.1 Mở rộng cho định tuyến ràng buộc

CR-LDP bổ sung thêm các đối tượng Type-Length-Value mới sau đây (RFC 3212): Tuyến tường minh ER (Explicit Route)

 Chặng tường minh ER-Hop (Explicit Route Hop) Các tham số lưu lượng

 Sự lấn chiếm (Preemptions) Nhận diện LSP (LSPID) Ghim tuyến (Route Pinning) Lớp tài nguyên (Resource Class) CR-LSP FEC

Một số thủ tục mới cũng được bổ sung để hỗ trợ các chức năng cần thiết như: Báo hiệu đường (Path signalling)

 Định nghĩa các tham số lưu lượng

 Quản lý LSP (quyền ưu tiên, cam kết quản trị, v.v)

CR-LDP sử dụng cơ chế gán nhãn theo yêu cầu và điều khiển tuần tự Một LSPđược thiết lập khi một chuỗi các bản tin Label Request lan truyền từ ingress-LSRđến egress-LSR, và nếu đường được yêu cầu thỏa mãn các ràng buộc (ví dụ đủ băngthông khả dụng), thì các nhãn mới được cấp phát và phân phối bởi một chuỗi cácbản tin Label Mapping lan truyền ngược về ingress-LSR Việc thiết lập một CR-LSP có thể thất bại vì nhiều lý do khác nhau và các lỗi sẽ được báo hiệubằng bản tin Notification.

2.4.2 Thiết lập một CR-LSP (Constrain-based routing LSP)

Để thiết lập một LSP theo một con đường định trước, CR-LDP sử dụng đối tượngtuyến tường minh ER (Explicit Route) ER được chứa trong các bản tin LABEL.Xét ví dụ trong hình 32 Giả sử LSR A muốn thiết lập một con đường tường minh làB-C-D Để thực hiện việc này, LSR A xây dựng đối tượng ER chứa tuần tự 3 nút

Hình 2.13: Thiết lập LSP với CR-LDP

trừu tượng là LSR B, LSR C, LSR D Mỗi nút được đại diện bằng một địachỉ IP prefix LSR A sau đó xây dựng một bản tin Label Request có chứa đối tượngER mới tạo Khi bản tin được tạo xong, LSR A sẽ xem xét nút trừu tượng đầu tiêntrong đối tượng ER là LSR B, tìm kết nối đến LSR B và gởi bản tin Label Requesttrên kết nối đó Khi LSR B nhận bản tin Label Request, LSR B nhận thấy nó là núttrừu tượng đầu tiên trong đối tượng ER LSR B sau đó tìm kiếm nút trừu tượng kếtiếp là LSR C và tìm kết nối đến LSR C Sau đó LSR B thay đổi đối tượng ER vàgởi bản tin Label Request đến LSR C, lúc này đối tượng ER chỉ gồm LSR C vàLSR D Việc điều khiển bản tin này tại LSR C cũng tương tự như ở LSR B.

Khi bản tin đến LSR D, LSR D nhận thấy rằng nó là nút cuối cùng trong đối tượngER Vì vậy, LSR D tạo một bản tin Label Mapping và gởi nó đến LSR C Bản tinnày bao gồm đối tượng nhãn Khi nhận bản tin này, LSR C dùng nhãn chứa trongbản tin để cập nhật LFIB Sau đó, LSR C gởi bản tin Label Mapping đến LSR B.Bản tin này cũng chứa nhãn mà LSR C đã quảng bá Việc điều khiển bản tin LabelMapping ở LSR B hoàn toàn tương tự như ở LSR C Cuối cùng, LSR A nhận được

bản tin và LSP được thiết lập theo con đường định tuyến tường minh cho trước đểmang thông tin về tài nguyên cần phải dự trữ.

2.5 Giao thức RSVP-TE (RSVP Traffic Engineering)

RSVP có một số cơ chế cần thiết để thực hiện báo hiệu phân phối nhãn nhằm ràngbuộc định tuyến IETF đã chuẩn hóa phần mở rộng kỹ thuật lưu lượng RSVP-TE,định nghĩa các ứng dụng của RSVP-TE như hỗ trợ phân phối nhãn theo yêu cầu đểcấp phát tài nguyên cho các LSP định tuyến tường minh Tổng kết cách dùngRSVP-TE để hỗ trợ tái định tuyến “make-before-break”, theo dõi đường thựcsự được chọn qua chức năng ghi tuyến cũng như hỗ trợ ưu tiên và lấn chiếm Nguyên lý chức năng của RSVP là thiết lập các dự trữ cho luồng gói đơn hướng.Các bản tin RSVP thường đi theo con đường hop-by-hop của định tuyến IP nếukhông hiện diện tùy chọn tuyến tường minh (explicit route) Các router hiểu RSVPdọc theo đường có thể chặn và xử lý bất cứ bản tin nào RFC 2205 định nghĩa 3kiểu bản tin RSVP: thiết lập dự trữ (reservation setup), tear down, và error RSVP-TE cũng định nghĩa thêm bản tin Hello.

2.5.1 Các bản tin thiết lập dự trữ RSVP

RSVP sử dụng khái niệm dự trữ ? ñầu nhận Trước tiên đầu gửi phát ra một bản tinPATH nhận diện một luồng và các đặc tính lưu lượng của nó Bản tin PATH chứamột session-ID, sender-template, label-request, sender-Tspec và tùy chọn làđối tượng tuyến tường minh ERO (explicit route object) Session-ID chứa một địachỉ IP đích đi kèm một nhận dạng hầm 16 bit (tunnel ID) để nhận diện một đườnghầm LSP Như đã trình bày ở chương trước, chỉ có ingress-LSP mới cần biết vềFEC được gán vào một đường hầm LSP Do đó, không giống như LDP, FECánh xạ vào đường hầm LSP không bao gồm trong bất kỳ bản tin RVSP nào Đốitượng label-request hỗ trợ chế độ công bố nhãn theo yêu cầu Sender-template chứađịa chỉ IP của đầu gởi đi kèm với một LSP ID có hỗ trợ phương thức “make-before-break” khi thay đổi đường đi của một đường hầm LSP Đặc tính lưu lượngTspec sử dụng tốc độ đỉnh (peak rate), thùng token (token bucket) để định nghĩa tốc

độ và kích cỡ bùng phát, đơn vị khống chế tối thiểu (minimum policed unit) và kíchthước gói tối đa.

Khi bản tin PATH đi đến đích, bên nhận đáp ứng bằng một bản tin RESV nếu nóđồng ý khởi tạo việc gán kết nhãn được yêu cầu trong bản tin PATH Bản tin RESVđược truyền về theo đường ngược chiều với bản tin PATH bằng cách dùng thông tinhop kề trước trong bản tin PATH RESV cũng chứa cùng session-ID như ởbản tin PATH tương ứng, đối tượng ghi tuyến tùy chọn (route record) và thông tinlệ thuộc kiểu dự trữ (reservation style) Kiểu FF (fixed filter) có một nhãn và Tspecđược ấn định cho mỗi cặp sender-receiver Kiểu SE (shared explicit) ấn định mộtnhãn khác nhau cho mỗi sender, nhưng tất cả chúng phải áp dụng cùng một dự trữluồng rõ ràng Đối tượng record-route ghi nhận tuyến đường thực tế được chọn bởiLSP bắt đầu từ egress dẫn ngược về ingress Nó có thể được một router dùngđể ghim một tuyến tường minh thả lỏng bằng cách copy tuyến ghi đượctrong bản tin RESV sang đối tượng tuyến tường minh ERO trong một bản tinPATH được gửi theo chiều ngược lại.

2.5.2 Các bản Tear Down, Error và Hello của RSVP-TE

RSVP-TE định nghĩa 2 bản tin dành cho việc giải tỏa LSP là PATH TEARvà RESV TEAR Hai bản tin này được gửi theo chiều ngược với bản tin PATH vàRESV tương ứng Bản tin TEAR xóa bỏ bất kỳ trạng thái đã cài đặt liên quan đếnbản tin PATH hay RESV Các bản tin TEAR cũng có thể dùng để xóa các trạng tháiđáp ứng cho một lỗi ở bước đầu tiên trong hoạt động tái định tuyến.

Có các bản tin thông báo lỗi cho bản tin PATH và RESV cũng như bản tin RESVCONFIRMATION tùy chọn Các bản tin lỗi cho biết có sự vi phạm chính sách, mãhóa bản tin hoặc một số sự cố khác Ví dụ, khi một LSP thấy rằng nó không thể hỗtrợ Tspec đặc tả trong một bản tin RESV, nó sẽ không chuyển tiếp bản tin RESV vềcho phía upstream, thay vào đó nó tạo ra một bản tin RESVERR gửi cho phíadownstream để xóa bỏ nỗ lực thiết lập LSP Tuyến tường minh và các tùy chọnrecord-route của RSVP-TE có một số các mã lỗi để phục vụ cho việc debug.

RFC 3209 định nghĩa bản tin Hello tùy chọn cho RSVP-TE, nó cho phép một LSRphát hiện một neighbor bị lỗi nhanh hơn khi so với RSVP làm tươi tình trạng hoặc

phát hiện lỗi đường truyền bằng một giao thức định tuyến IP Điều này khá hữu íchtrong việc tái định tuyến nhanh.

2.5.3 Thiết lập tuyến tường minh điều khiển tuần tự theo yêu cầu

Hình 28 ví dụ việc trao đổi bản tin RSVP-TE sử dụng đối tượng tuyến tường minhERO (explicit route object) để cài đặt một LSP đi qua một con đường không phải làđường ngắn nhất Router R1 xác định rằng nó sẽ ấn định FEC “a.b/16” cho mộtđường hầm LSP, và nó tính ra một tuyến tường minh R4-R5-R3 để đi đến hop kếcho FEC đó R1 khởi tạo việc thiết lập LSP này bằng cách phát ra một bản tinPATH đến R4 với một ERO, Tspec, sender template (có chứa địa chỉ của sender) vàmột đối tượng label request Mỗi bản tin RESV liên quan đến đường hầmLSP này đều mang session-ID và filter-spec nguyên thủy của sender R1 để giữmối tương quan với nhau.Tiếp theo, R4 tiếp nhận yêu cầu này và gửi bản tin PATHđến router kế tiếp ghi trong ERO là R5 Đến lượt mình, R5 gửi bản tin này đếnegress-router R3.

Hình 2.14: Thiết lập LSP với RSVP-TE

Tại đích đến của bản tin PATH, R3 xác định rằng liên kết chặng R3-R5 có thể hỗtrợ cho yêu cầu và đó là hop cuối cùng trên đường dẫn cho FEC “a.b/16” R3 đápứng bằng bản tin RESV có chứa ERO, Tspec của dung lượng dự trữ, một filter specthỏa mãn bên gửi, và gán một nhãn null ngầm (implicit null) cho chặng liên kết này.Theo RFC 3031, nhãn null là một quy ước được dùng trong phân phối nhãn chophép egress- router (ở đây là R3) báo hiệu cho đối tác upstream của nó biết rằng đâylà hop áp cuối (penultimate hop) của LSP, do vậy cần gỡ nhãn đỉnh của stack (xemLFIB của LSR R5) Tiếp theo, R5 thu nạp bản tin RESV yêu cầu cho chặng R5-R4,ấn định nhãn B và gởi bản tin RESV đến router kề trước trong ERO là R4 Cuốicùng, R4 chấp nhận yêu cầu, ấn định nhãn A và gởi bản tin RESV ngược về R1.Đến lúc này, đường LSP được thiết lập xong và các gói có nhãn cho FEC “a.b/16”được chuyển tiếp qua đường hầm.

Khác với giao thức LDP, các bản tin RSVP-TE không mang FEC, vì chỉ duy nhấtcó R1 cần biết về ánh xạ giữa FEC và đường hầm LSP

2.5.4 Giảm lượng overhead làm tươi RSVP

RSVP là giao thức trạng thái mềm (soft-state), tiến trình phát một bản tin PATH vàbản tin RESV hồi đáp tương ứng phải được định kỳ làm tươi, thường khoảng 30smột lần Phương pháp làm tươi này đề phòng các bản tin bị mất và trong trường hợpđịnh tuyến từng chặng sẽ tự động chuyển dự trữ tài nguyên sang đường mới khi cóbất kỳ thay đổi định tuyến IP Tất nhiên, việc xử lý dành cho khởi tạo các bản tinPATH và RESV lớn hơn nhiều so với việc làm tươi trạng thái một bản tin đã nhậntrước đó, tuy nhiên với một số lượng lớn các LSP thì việc xử lý làm tươi có ảnhhưởng đáng kể đến hiệu năng.

Một cách để giải quyết là tăng chu kỳ làm tươi, nhưng cũng sẽ làm tăng độ trễ báohiệu khi mất bản tin RFC 2961 đặc tả một giải pháp cho hạn mức xử lý và vấn đềtrễ báo hiệu Cơ chế này bao gồm việc bó gọn bản tin để giảm tải xử lý, cũng nhưcác cách để router dễ dàng nhận dạng một bản tin không thay đổi hơn Việc hồi báobản tin cũng được bổ sung để chuyển tải tin cậy bản tin RSVP và xử lý trường hợpmất các bản tin PATH TEAR và RESV TEAR vì hai bản tin này không được làmtươi trong hoạt động RSVP Cuối cùng, giải pháp này định nghĩa một bản tin tổng