Kỹ thuật lưu lượng với chuyển mạch nhãn đa giao thức

tìm hiểu các nguyên lý hoạt động của mạng MPLS, đặc biệt là ứng dụng kỹ thuật lưu lượng trên mạng MPLS.

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT 7

LỜI NÓI ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ CÔNG NGHỆ MPLS 11

1.1 Tổng quan về mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức 11

1.1.1 Định nghĩa 11

1.1.2 Lợi ích của MPLS 11

1.1.3 Các ưu điểm của MPLS 12

1.2 Các khái niệm cơ bản trong MPSL 15

2.3.2 Các bản tin Tear Down, Error và Hello của RSVP-TE 40

2.3.3 Thiết lập tuyến tường minh điều khiển tuần tự theo yêu cầu 41

2.3.4 Giảm lượng Overhead làm tươi RSVP 42

2.4 Giao thức cổng biên BGP 43

2.4.1 BGPv4 và mở rộng cho MPLS 43

2.4.2 Kết nối MPLS qua nhiều nhà cung cấp dịch vụ 45

2.5 Kết luận chương 45

CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG VỚI MPLS 47

3.1 Kỹ thuật lưu lượng 47

3.1.1 Khái niệm kỹ thuật lưu lượng 47

3.1.2 Các mục tiêu triển khai kỹ thuật lưu lượng 47

3.1.3 Các lớp dịch vụ dựa trên nhu cầu QoS và các lớp lưu lượng 48

3.1.4 Hàng đợi lưu lượng 49

3.1.5 Giải pháp mô hình chồng lớp (Overlay Model) 52

3.1.6 Những hạn chế của cơ chế điều khiển IGP hiện tại 53

3.2 Kỹ thuật lưu lượng trên MPLS 53

3.2.1 Khái niệm trung kế lưu lượng (traffic trunk) 54

3.2.2 Đồ hình nghiệm suy (Induced Graph) 55

3.3 Trung kế lưu lượng và các thuộc tính 56

3.3.1 Các hoạt động cơ bản trên trung kế lưu lượng 56

3.3.2 Thuộc tính tham số lưu lượng (Traffic Parameter) 57

3.3.3 Thuộc tính lựa chọn và quản lý đường (chính sách chọn đường) 57

3.3.4 Thuộc tính ưu tiên / lấn chiếm (Priorty/Preemption) 58

3.3.5 Thuộc tính đàn hồi (Resilience) 58

3.5 Tính toán đường ràng buộc 60

3.5.1 Quảng bá các thuộc tính của các liên kết 60

3.5.2 Tính toán LSP ràng buộc (CR-LSP) 61

3.5.3 Giải thuật chọn đường 62

3.5.4 Ví dụ về chọn đường cho trung kế lưu lượng 62

3.5.5 Tái tối ưu hoá 64

3.6 Bảo vệ khôi phục đường 65

3.6.1 Phân loại các cơ chế bảo vệ khôi phục 65

3.6.7 Mô hình Simple-Static 69

3.7 Phát hiện và phòng ngừa định tuyến vòng 69

3.7.1 Chế độ khung 69

a)Phát hiện chuyển tiếp vòng dữ liệu 70

b)Ngăn ngừa chuyển tiếp vòng dữ liệu điều khiển 70

3.7.2 Chế độ tế bào 71

a)Phát hiện/ ngăn ngừa chuyển tiếp vòng thông tin điều khiển 71

b)Phát hiện chuyển tiếp vòng dữ liệu 75

3.8 Kết luận chương 76

KẾT LUẬN 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

Hình 2-1 : Entry trong bảng chuyển tiếp 25

Hình 2-2 : Nhãn trong ATM; SONET/SDH; Ethernet 26

Hình 2-3 : Mang nhãn trong tiêu đề “Shim” 26

Hình 2-4 : Các chức năng định tuyến trong bộ định tuyến 28

Hình 2-5 : Kiến trúc chuyển mạch nhãn 28

Hình 2-6 : Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn 30

Hình 2-7 : Cấu trúc bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn 30

Hình 2-8 : Liên kết nhãn downstream và upstream 31

Hình 2-9: Vùng hoạt động của LDP 32

Hình 2-10 : Giao thức LDP với các giao thức khác 33

Hình 2-11: Ví dụ về CSPF 38

Hình 2-12: Thiết lập LSP với RSVP-TE 42

Hình 2-13: Nội dung bản tin BGP Update 44

Hình 2-14: BGP phân phối nhãn qua nhiều hệ tự trị 45

Hình 3-1: Nhiều luồng cho mỗi lớp lưu lượng 50

Hình 3-2: Hàng đợi CQ 51

Hình 3-3: Hàng đợi PQ (Priority Queuing) 52

Hình 3-4: Mô hình chồng lớp (Overlay Model) 52

Hình 3-5: Các trung kế lưu lượng 55

Hình 3-6: Minh hoạ cách dùng bit Affinity và Resource-Class 60

Hình 3-7: Băng thông khả dụng ứng với từng mức ưu tiên 61

Hình 3-8: Xem xét các ràng buộc khống chế 63

Hình 3-9: Xem xét tài nguyên khả dụng 63

Hình 3-10: Chọn đường tốt nhất 64

Hình 3-11: Mô hình đường Makam 67

Hình 3-12: Mô hình đường Haskin 67

Hình 3-13: Mô hình Shortest-Dynamic 68

Hình 3-14: Mô hình Simple-Dynamic 69

Hình 3-15: Ví dụ về cơ chế phát hiện dựa trên trường TTL trong mạng IP 70

Hình 3-16: Nhu cầu trên luồng hướng về và chế độ điều khiển trình tự 72

Hình 3-17: Cơ chế xử lý bộ đếm nút mạng TLV 73

Hình 3-18: Cơ chế ngăn ngừa chuyển tiếp vòng sử dụng vector đường TLV 75

Hình 3-19: Trao đổi giá trị bộ đếm nút mạng giữa các ATM-LSR 75

Hình 3-20: Xử lý trường TTL của gói tin IP trước khi phân đoạn gói tin 76

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1: Các loại LSR trong mạng MPLS 18

Bảng 3-1: Các lớp dịch vụ kỹ thuật lưu lượng 49

THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT

Viết tắtChú giải tiếng AnhChú giải tiếng ViệtAS Autonomous System Vùng tự trị

ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền dẫn không đồng bộ

BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên

CoS Class of Service Lớp dịch vụ

CR Cell Router Bộ định tuyến tế bào

CR-LDP Constraint Routing Label

Diffserv Differentiated Services Dịch vụ phân biệt

DLCI Data Link Connection Identifier Trường nhận diện kết nối liên kếtdữ liệu.

EGP Exterior Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng biên

FEC Forwarding Information Class Lớp chuyển tiếp tương đương

IETF Internet Engineering Task Force Ủy ban tư vấn kỹ thuật Internet

IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến trong phạmvi miền

ILM Incoming Label Map Ánh xạ nhãn đầu vào

Intserv Integrated Service Dịch vụ tích hợp

LDP Label Distribution Protolcol Giao thức phân bổ nhãn

LER Label Edge Router Bộ định tuyến biên chuyển mạch nhãn

LIB Label Information Base Bảng cơ sở dữ liệu nhãn

LIS Logic IP Subnet Mạng con Logic IP

LSP Label Switch Path Đường chuyển mạch nhãn

LSR Label Switch Router Bộ định tuyến chuyển mạch

MPLS Multi Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức

NHLFE Next Hop Label Forwarding

Entry Mục chuyển tiếp nhãn tiếp theo

PHB Per Hop Behavior Ứng xử theo từng chặng

PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm - điểm

PVC Permanent Virtual Circuit Kênh ảo cố định

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ.

RFC Request For Comments Tài liệu chuẩn cho Internet

RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành trước tài nguyên

TE Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối

TTL Time to Live Thời gian sống

VC Virtual Circuit Kênh ảo

VCI Virtual Circuit Identifier Trường nhận dạng kênh ảo

VPI Virtual Path Identifier Trường nhận dạng đường ảo

MAM Maximum allocation multiplier Bộ phân bổ cực đại

ER Explicit route Định tuyến tường minh

ERB Explicit Route Information Base Bảng cơ sở thông tin tuyến tường minh

ERO Explicit route Object Đối tượng tuyến tường minh

NLRI Network Layer Reachability

IS-IS Intermediate system to

Intermediate system

LỜI NÓI ĐẦU

Nền tảng cho xã hội thông tin chính là sự phát triển cao của các dịch vụ viễn thông.Mềm dẻo, linh hoạt, và gần gũi với người sử dụng là mục tiêu cần hướng tới Vài nămqua, Internet đang ngày càng phát triển với các ứng dụng mới trong thương mại và thịtrường người tiêu dùng Cùng với các dịch vụ truyền thống hiện nay được cung cấpqua Internet thì các dịch vụ thoại và đa phương tiện đang được phát triển và sử dụng.Tuy nhiên, tốc độ và dải thông của các dịch vụ và ứng dụng này đã vượt quá tàinguyên hạ tầng Internet hiện nay Chính những điều đã gây một áp lực cho mạng viễnthông hiện thời, phải đảm bảo truyền tải thông tin tốc độ cao với giá thành hạ Ở gócđộ khác sự ra đời của những dịch vụ mới này đòi hỏi phải có công nghệ thực thi tiêntiến

Ưu điểm nổi bật của giao thức định tuyến TCP/IP là khả năng định tuyến và truyềngói tin một cách hết sức mềm dẻo linh hoạt và rộng khắp toàn cầu Nhưng IP khôngđảm bảo chất lượng dịch vụ, tốc độ truyền tin theo yêu cầu, trong khi đó công nghệATM có thế mạnh ưu việt về tốc độ truyền tin cao, đảm bảo thời gian thực và chấtlượng dịch vụ theo yêu cầu định trước Sự kết hợp IP với ATM có thể là giải pháp kỳvọng cho mạng viễn thông tương lai - mạng thế hệ sau NGN

Gần đây, công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS) được đề xuất để tảicác gói tin trên các kênh ảo và khắc phục được các vấn đề mà mạng ngày nay đangphải đối mặt, đó là tốc độ, khả năng mở rộng cấp độ mạng, quản lý chất lượng, quản lýbăng thông cho mạng IP thế hệ sau - dựa trên mạng đường trục và có thể hoạt động vớicác mạng Frame Relay và chế độ truyền tải không đồng bộ (ATM) hiện nay để đápứng các nhu cầu dịch vụ của người sử dụng mạng

Ngày nay, những xu hướng phát triển công nghệ đã và đang tiếp cận nhau, đan xenlẫn nhau cho phép mạng lưới thỏa mãn tốt hơn các nhu cầu của khách hàng trongtương lai Thị trường viễn thông trên thế giới đang đứng trong xu thế cạnh tranh vàphát triển hướng tới mạng viễn thông hội tụ toàn cầu tạo ra khả năng kết nối đa dịchvụ trên phạm vi toàn thế giới Do vậy, để đáp ứng được các nhu cầu đó, sự ra đời củaMPLS là tất yếu

Mạng MPLS với những tính năng vượt trội, đáp ứng được sự gia tăng của nhu cầutốc độ mạng, quản lý QoS, điều phối lưu lượng dễ dàng, là công nghệ nền tảng chomạng thế hệ sau NGN Việc điều khiển kỹ thuật lưu lượng MPLS trong hệ thống mạnghiện tại sẽ giúp nhanh chóng đẩy nhanh quá trình chuyển đổi hệ thống sang mạng thếhệ kế tiếp NGN Hơn thế nữa, ở góc độ người sử dụng, yêu cầu được đáp ứng các dịch

vụ với chất lượng tốt hơn sẽ được thỏa mãn trong khi ở góc độ nhà cung cấp dịch vụ,mạng sẽ được sử dụng với hiệu suất cao hơn và đem lại nhiều lợi nhuận hơn

Qua tìm hiểu trên lý thuyết và được sự góp ý hướng dẫn của thầy giáo, em đã chọn

nghiên cứu về đề tài: “Kỹ thuật lưu lượng với chuyển mạch nhãn đa giao thức” Đề

tài đi sâu vào tìm hiểu các nguyên lý hoạt động của mạng MPLS, đặc biệt là ứng dụngkỹ thuật lưu lượng trên mạng MPLS Bố cục chuyên đề được chia ra làm 4 chương :

 Chương 1: Cơ sở công nghệ MPLS

 Chương 2: Hoạt động cơ bản của MPLS.

 Chương 3: Kỹ thuật lưu lượng trong MPLS.

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ CÔNG NGHỆ MPLS

1.1.1 Định nghĩa

Chuyển mạch nhãn đa giao thức (MPLS-Multi Protocol Label Switching) là một

công nghệ lai kết hợp những đặc điểm tốt nhất giữa định tuyến lớp 3 và chuyển mạchlớp 2 cho phép chuyển tải các gói rất nhanh trong mạng lõi và định tuyến tốt ở cácmạng biên bằng cách dựa vào nhãn Chuyển mạch nhãn đa giao thức là biện pháp linhhoạt để giải quyết những vấn đề gặp nhiều khó khăn trong mạng hiện nay như tốc độ,quy mô, chất lượng dịch vụ (QoS), quản trị và kỹ thuật lưu lượng MPLS thể hiện mộtgiải pháp thông minh để đáp ứng những đòi hỏi dịch vụ và quản lý dải thông cho mạngIP thế hệ sau - dựa trên mạng đường trục MPLS giải quyết những vấn đề liên quanđến tính quy mô và định tuyến (dựa trên QoS và dạng chất lượng dịch vụ) và có thểtồn tại trên mạng ATM (phương thức truyền không đồng bộ - Asynchronous TranferMode) và mạng Frame-relay đang tồn tại.

Application ApplicationPresentation

Network Internet/Networking Internet/NetworkingData link

Nework Access Nework AccessPhysical

Hình 1-1: MPLS và mô hình tham chiếu OSI

1.1.2 Lợi ích của MPLS

- Làm việc với hầu hết các công nghệ liên kết dữ liệu.

- Tương thích với hầu hết các giao thức định tuyến và các công nghệ khác liênquan đến Internet.

- Hoạt động độc lập với các giao thức định tuyến (routing protocol).- Tìm đường đi linh hoạt dựa vào nhãn(label) cho trước.

- Hỗ trợ việc cấu hình quản trị và bảo trì hệ thống (OAM).- Có thể hoạt động trong một mạng phân cấp.

Label Switching

- Có tính tương thích cao.

1.1.3 Các ưu điểm của MPLS

Mục tiêu đầu tiên của chuyển mạch nhãn đưa ra là nhằm cải thiện hiệu năng chuyểntiếp gói tin của các bộ định tuyến lõi qua việc sử dụng các chức năng gán và phân phốinhãn gắn với các dịch vụ định tuyến lớp mạng khác nhau Thêm vào đó là các lược đồphân phối nhãn hoàn toàn độc lập với quá trình chuyển mạch.

Trước hết, chúng ta hãy xem xét một số lý do cơ bản hiện nay đang được quan tâmđối với công nghệ mạng nói chung và chuyển mạch nhãn: Tốc độ và độ trễ, khả nănghệ 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 trìnhxử lý tải lưu lượng lớn trong internet và intranet, trễ chủ yếu trong quá trình này là quátrình xử lý định tuyến để tìm ra thích hợp cho các gói tin đầu vào Mặc dù đã có nhiềucải thiện trong các quá trình tìm kiếm bảng định tuyến như các kỹ thuật tìm kiếmnhanh bảng định tuyến, nhưng tải lưu lượng trên bộ định tuyến luôn lớn hơn khả năngxử lý, và kết quả là có thể mất lưu lượng, mất đấu nối và giảm hiệu năng của toànmạng(mạng IP) Chuyển mạch nhãn đưa ra một cách nhìn nhận khác với chuyển tiếpgói tin IP thông thường, sẽ cung cấp một giải pháp 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 nhãnđể truy nhập vaò bảng chuyển tiếp tại bộ định tuyến như một chỉ số của bảng Quátrình truy nhập này chỉ yêu cầu duy nhất cho một truy nhập tới bảng thay vì hàng ngànquá trình tìm kiếm được thực hiện trong bảng định tuyến truyền thống Kết quả là cáchoạt động này hiệu quả hơn và vì vậy lưu lượng người sử dụng trong gói tin được gửiqua mạng nhanh hơn, giảm độ trễ và thời gian đáp ứng tốt hơn cho các chuyển giaothông tin giữa các người sử dụng.

Mạng máy tính luôn tồn tại các hiệu ứng trễ, khi các gói tin chuyển qua rất nhiềunút 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 được xác minh và so sánh với các địachỉ đích có khả năng chuyển tiếp trong bảng định tuyến của bộ định tuyến để tìmđường ra Các gói tin chuyển qua các nút mạng tạo ra độ trễ và các biến động trễ khácnhau, tuỳ thuộc vào khả năng xử lý của bộ định tuyến cũng như lưu lượng của luồngtin sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới trễ của người dùng đầu cuối Một lần nữa, cơ chế hoạtđộng của chuyển mạch nhãn với khả năng chuyển tiếp gói tin nhanh là giải pháp đểgiải quyết vấn đề này.

Khả năng hệ thống

Tốc độ là một khía cạnh quan trọng của chuyển mạch nhãn và tăng quá trình xử lýlưu lượng người dùng trên mạng internet là vấn đề rất quan trọng Nhưng các dịch vụtốc độ cao không phải là tất cả những gì mà chuyển mạch nhãn cung cấp Chuyểnmạch nhãn còn có thể cung cấp mềm dẻo các tính năng khác nhau để đáp ứng các nhucầucủa người dùng internet, thay vì hàng loạt các địa chỉ IP (tăng lên rất nhanh từngngày) mà bộ định tuyến cần phải xử lý thì chuyển mạch nhãn cho phép các địa chỉ nàygắn với một hoặc vài nhãn, tiếp cận này làm giảm kích thước bảng địa chỉ và cho phépbộ định tuyến hỗ trợ nhiều người sử dụng hơn.

Tính đơn giản

Một khía cạnh khác của chuyển mạch nhãn chính là sự đơn giản trong các giao thứcchuyển tiếp gói tin (hoặc một tập các giao thức), và nguyên tắc rất đơn giản:chuyểntiếp gói tin dựa trên “nhãn” của nó Tuy nhiên, cần có các kỹ thuật điều khiển cho quatrình liên kết nhãn và đảm bảo tính tương quan giữa các nhãn với luồng lưu lượngngười sử dụng, các kỹ thuật này đôi khi khá phức tạp nhưng chúng không gây ảnhhưởng tới hiệu suất của dòng lưu lượng người dùng Sau khi đã gán nhãn vào dòng lưulượng người 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 nhiều tài nguyên củamạng, các cơ chế thiết lập tuyến đường chuyển mạch nhãn cho lưu lượng người sửdụng một cách đơn giản là tiêu chí thiết kế của mạng chuyển mạch nhãn Trong cácphần sau của cuốn sách này chúng ta sẽ xem xét cụ thể hơn.

Điều khiển định tuyến

Định tuyến trong mạng internet được thực hiện với các địa chỉ IP (trong mạng LANlà các địa chỉ MAC) Tất nhiên, có rất nhiều các thông tin được lấy ra từ tiêu đề gói tinIP để thực hiện quá trình định tuyến này, ví dụ như: Trường kiểu dịch vụ IP (TOS),chỉsố cổng,v v là một phần của quyết định chuyển tiếp gói tin Nhưng định tuyến theođích là phương pháp chuyển tiếp gói tin thông thường nhất hiện đang sử dụng

Định tuyến theo địa chỉ đích không phải là phương pháp luôn đem lại hiệu quả Cácvấn đề lặp vòng trên mạng cũng như sự khác nhau về kiến trúc mạng sẽ là các trở ngạitrên mặt bằng điều khiển chuyển tiếp gói tin đối với phương pháp này Một vấn đề nữađược đặt ra là các nhà cung cấp thiết bị (bộ định tuyến, cầu), triển khai phương phápđịnh tuyến dựa theo địa chỉ đích theo cách riêng của họ: một số thiết bị cho phép người

quản trị mạng chia sẻ lưu lượng, trong khi một số khác sử dụng các trường chức năngTOS, chỉ số cổng,v v.

Chuyển mạch nhãn cho phép các bộ định tuyến chọn tuyến đầu ra tường minh theonhãn, như vậy cơ chế này cho cung cấp một cách thức truyền tải lưu lượng qua các nútvà liên kết phù hợp với lưu lượng truyền tải, cũng như là đặt ra các lớp lưu lượng gồmcác lớp dịch vụ khác nhau(dựa trên yêu cầu QoS) trên đó Chuyển mạch nhãn là giảipháp tốt để hướng lưu lượng qua một đường dẫn, mà không nhất thiết phải nhận toànbộ thông tin từ giao thức định tuyến IP động dựa trên địa chỉ đích.

Định tuyến dựa trên IP (PBR) thường gắn với các giao thức chuyển mạch nhãn,như FR, ATM hoặc MPLS Phương pháp này sử dụng các trường chức năng trong tiêuđề gói tin IP như:trường TOS, chỉ số cổng,nhận dạng giao thức IP hoặc kích thước củagói tin Các trường chức năng này cho phép mạng phân lớp dịch vụ thành các kiểu lưulượng và thường thực hiện tại các nút đầu vào mạng (thiết bị gờ mạng)

Các bộ định tuyến trên lớp lõi có thể sử dụng các bit đã xử lý tại thiết bị gờ để quyếtđịnh xử lý luồng lưu lượng đến, quá trình xử lý này có thể sử dụng các kiểu hàng đợikhác nhau và các kiểu phương pháp xếp hàng khác nhau Định tuyến dựa trên IP cũngcho phép người quản lý mạng thực hiện phương pháp định tuyến ràng buộc Các chínhsách dựa trên IP cho phép bộ định tuyến:

- Đặt các giá trị ưu tiên vão trong tiêu đề gói tin IP- Thiết lập bước kế tiếp cho gói tin

- Thiết lập giao diện ra cho gói tin

- Thiết lập bước kế tiếp cho gói tin khi không tồn tại hướng trong bảng địnhtuyến

Chuyển mạch nhãn khác với các phương pháp chuyển mạch khác ở chỗ nó là mộtkỹ thuật điều khiển giao thức chuyển mạch IP theo kiểu topo Mặt khác, sự tồn tại củamột địa chỉ mạng đích sẽ được xác định qua quá trình cập nhật trong bảng định tuyếnđể ra một đường dẫn chuyển mạch hươngs tới đích Nó cũng khái quát hoá cư cấuchuyển tiếp và trao đổi nhãn,phương pháp này không chỉ thích hợp với các mạng lớnnhư ATM, chuyển mạch khung, PPP, mà nó có thể thích hợp với bất kỳ một phươngpháp đóng gói nào.

Chúng ta lưu ý rằng có nhiều tài liệu chỉ ra rằng IP không có khả năng định tuyếndựa theo chính sách và điều kiện ràng buộc, điều đó dựa trên lý do thực tế là trên mạnginternet có rất nhiều mạng và nhà cung cấp dịch vụ khác nhau, và không có một thoảthuận cụ thể nào về việc sử dụng các bit ưu tiên Đối với chuyển mạch nhãn cũng vậy,

chuyển mạch nhãn thực sự phát huy hiệu quả chỉ khi có được thoả thuận giữa các nhàđiều hành mạng về cách thức sử dụng nhãn như thế nào?

a) Miền MPLS (MPLS Domain): là tập hợp của các node mạng MPLS được quản

lý và điều khiển bởi cùng một nhà quản trị mạng, hay nói một cách đơn giản hơn làmột MPLS domain có thể coi như hệ thống mạng của một tổ chức nào đó (Chẳng hạnnhà cung cấp dịch vụ).

Hình 1-2: Miền MPLS

Miền MPLS được chia thành 2 phần: phần mạng lõi (core) và phần mạng biên(edge) Các nút thuộc miền MPLS được gọi là router chuyển mạch nhãn LSR (LabelSwitch Router) Các nút ở phần mạng lõi được gọi là transit-LSR hay core-LSR(thường gọi tắt là LSR) Các nút ở biên được gọi là router biên nhãn LER (Label EdgeRouter).

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) Lưu ý là thuật ngữ này được áp dụng tuỳtheo chiều của luồng lưu lượng trong mạng, do vậy một LER có thể là ingress-LERvừa là egress-LER tuỳ theo luồng lưu lượng đang xét.

Hình 1-3: Upstream và downstream LSR

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

b) Nhãn (Label):

Nhãn là một thực thể độ dài ngắn và cố định không có cấu trúc bên trong Nhãnkhông trực tiếp mã hoá thông tin của mào đầu lớp mạng như đại chỉ lớp mạng Nhãnđược gán vào một gói tin cụ thể sẽ đại diện cho FEC mà gói tin đó được ấn định.

Thường thì một gói tin được ấn định cho một FEC (hoàn toàn hoặc một phần) dựatrên địa chỉ đích lớp mạng của nó Tuy nhiên nhãn không bao giờ là mã hoá của địa chỉđó.

Dạng của nhãn phụ thuộc vào phương tiện truyền mà gói tin đựoc bọc vỏ Ví dụ cácgói ATM (tế bào) sử dụng giá trị VPI/VCI như nhãn, FR sử dụng DLCI làm nhãn Đốivới các phương tiện gốc không có cấu trúc nhãn, một đoạn đệm được chèn thêm để sửdụng cho nhãn Khuôn dạng đoạn đệm 4 byte có cấu trúc như trong hình sau:

c) Ngăn xếp nhãn (Label Stack):

Ngăn xếp nhãn là kỹ thuật sử dụng trong việc đóng gói IP Nó cho phép một gói cóthể mang nhiều hơn một nhãn Nó được cung cấp bởi việc đưa vào một nhãn mới (mức2) bên trên nhãn đã tồn tại (mức 1), gói được chuyển tiếp qua mạng dựa trên cơ sở cácnhãn ở mức 2, sau khi qua mạng này thì nhãn mức 2 bị loại ra và việc chuyển tiếp nàyhoạt động dựa trên các nhãn mức 1.

Hình 1-5: Ngăn xếp nhãn

d) Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn (LSR-Label Switch Router)

LSR là thiết bị bộ định tuyến hoặc chuyển mạch sử dụng trong mạng MPLS đểchuyển các gói tin bằng thủ tục phân phối nhãn Có một số loại LSR cơ bản sau: LSRbiên, ATM-LSR, ATM-LSR biên.

L S R i n g r e s s

L S R e g r e s sA T M - L S R

A T M - L S RA T M - L S R

I PI P 1 0

1 2

I PI P 1 5I P

Hình 1-6: Các kiểu node MPLS

Căn cứ vào vị trí và chức năng của LSR có thể phân thành các loại chính sau đây:

LSR biên: nằm ở biên của mạng MPLS LSR này tiếp nhận hay gửi đi các gói thông

tin từ hay đến mạng khác (IP, Frame Relay,…) LSR biên gán hay loại bỏ nhãn chocác gói thông tin đến hoặc đi khỏi mạng MPLS Các LSR này có thể là các bộ địnhtuyến lối vào, hoặc các bộ định tuyến lối ra.

ATM-LSR: là các tổng đài ATM có thể thực hiện các chức năng như LSR Các

ATM-LSR thực hiện chức năng định tuyến gói IP và gán nhãn trong mảng điều khiểnvà chuyển tiếp số liệu trên cơ sở chuyển mạch tế bào ATM trong mạng số liệu Nhưvậy các tổng đài chuyển mạch ATM truyền thống có thể nâng cấp phần mềm để thựchiện chức năng của LSR.

Loại LSR Chức năng thực hiệnLSR biên Chuyển tiếp gói có nhãn

e) Lớp chuyển tiếp tương dương (Forward Equivalence Class - FEC)

Lớp chuyển tiếp tương đương-FEC là một khái niệm được dùng để chỉ một lớp cácgói tin được ưu tiên như nhau trong quá trình vận chuyển Tất cả các gói trong mộtnhóm được đối xử như nhau trên đường tới đích Khác với IP thông thường, trongMPLS, các gói tin riêng biệt được gán vào các FEC riêng ngay sau khi chúng vàomạng Các FEC dựa trên yêu cầu dịch vụ cho việc thiết lập các gói tin hay đơn giảncho một tiền địa chỉ.

IP 2 L2IP 2 L1

Hình 1-7: Lớp chuyển tiếp tương đương

f) Đường chuyển mạch nhãn (Label Switched path - LSP): Là đường dẫn qua một

hoặc nhiều LSR cho phép gói tin chuyển qua mạng trên lớp chuyển tiếp tương đươngFEC.

LSP (Label Switch Path)

Hình 1-8: Đường chuyển mạnh nhãn (LSP)

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 ATM chỉcó thể hỗ trợ 2 mức phân cấp, trong khi với MPLS thì số mức phân cấp cho phép rấtlớn nhờ khả năng chứa được nhiều entry nhãn trong stack nhãn Về lý thuyết, giới hạnsố lượng nhãn trong stack phụ thuộc vào giá trị MTU (Maximum Transfer Unit) củacác giao thức lớp liên kết đượng dùng dọc theo một LSP.

g) Cơ sở dữ liệu nhãn (Label Information Base - LIB) Cơ sở dữ liệu nhãn là bảng

kết nối trong LSR có chứa giá trị nhãn/FEC được gán vào cổng ra cũng như thông tinvề đóng gói phương tiện truyền.

h) Gói tin dán nhãn.

Một gói tin dãn nhãn là là một gói tin mà nhãn được mã hoá tron đó Trong một vàitrường hợp, nhãn nằm trong tiêu đề của gói tin dành riêng cho mục đích dán nhãn.Trong các trường hợp khác, nhãn có thể được đặt chung trong tiêu đề lớp mạng và lớpliên kết dữ liệu miền là ở đây csó trường có thể dùng được cho mục đích dãn nhãn.Công nghệ mã hoá được sử dụng phải phù hợp với với cả thực tế mã hoá nhãn và thựctế giải mã nhãn.

i) Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn (LSFT-Label Switching ForwardingTable).Chứa thông tin về nhãn đầu vào, nhãn đầu ra, giao diện đầu ra và địa chỉ nut

tiếp theo.

j) Hoán đổi nhãn (Label Swapping): Là cách dùng các thủ tục để chuyển tiếp gói

có nhãn, 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 (Next Hop LabelForwarding Entry) Sử dụng thông tin trong NHLFE, LSR xác định ra nơi để chuyểntiếp gói và thực hiện một tác vụ trên stack nhãn Rồi nó mã hoá stack nhãn mới vào góivà chuyển gói đi.

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

k) Ấn định và phân phối nhãn.

Trong mạng MPLs, quyết định để kết hợp một nhãn L cụ thể với một FEC F cụ thểlà do LSR phía trước thực hiện LSR phía trước sau khi kết hợp sẽ thông báo với LSRphía sau về kết hợp đó Do vậy các nhãn được LSR phía trước ấn định và các kết hợpnhãn được phân phối theo hướng từ LSR phía trước tới LSR phía sau.

Liên kết nhãn (Lable binding): là thủ tục liên kết một nhãn với một FEC Quá trình

liên kết nhãn được thực hiện bởi downstream LSR Giá trị của nhãn có thể là duy nhấttrong một giao diện (per - interface) hoặc duy nhất trong tất cả các giao diện của LSR(per - platform) Sau đó, downstream LSR thông báo cho upstream LSR về liên kếtmới được tạo ra

Điều khiển gán nhãn (Lable Control): để thực hiện chuyển tiếp gói tin qua mạng

chuyển mạch nhãn đa giao thức, nhãn được gán và phân phối trong các node mạngMPLS, MPLS hỗ trợ hai kiểu điều khiển gán nhãn vào lớp chuyển tiếp tương đươngFEC: điều khiển gán nhãn độc lập và theo yêu cầu Hai ví dụ dưới đây mô tả kiểu điềukhiển này Hình 1-9 và hình 1-10.

Trên hình 1-9, LSR-1 sử dụng OSPF để phát hành tiền tố địa chỉ 192.168/19 tớiATM-LSR, sau khi nhận được phát hành này LSR-ATM độc lập gán nhãn vào trongluồng FEC và phát hành địa chỉ nhãn này tới các LSR lân cận, các nhãn là các nhãn rỗilấy được lấy ra từ ngăn xếp nhãn Ưu điểm cơ bản của phương pháp này là các nhãnđược gán chỉ khi có phát hành địa chỉ, giả thiết là mạng có độ hội tụ định tuyến nhanh(các bảng định tuyến trong miền định tuyến ổn định và đồng bộ với các bộ định tuyếnkhác) thì bước liên kết gán nhãn được thực hiện rất nhanh Tuy nhiên, các bộ địnhtuyến chuyển mạch nhãn phải thiết lập thoả thuận với các LSR lân cận về lớp chuyểntiếp tương đương sẽ sử dụng Nếu quyết định khác với lớp chuyển tiếp tương đương,hoặc một số lớp chuyển tiếp tương đương không có các đường dẫn chuyển mạch nhãnliên kết với chúng, thậm chí có nhưng chúng không khả dụng thì quá trình gán nhãnkhông được đảm bảo

L S R - 1A T M - L S RL S R - 2

1 O S P F

1 9 2 1 6 8 / 1 9 v í i n h · n 1 22 a L i ª n k Õ t

1 9 2 1 6 8 / 1 9 v í i n h · n 1 4 1 4

I PI P 1 2

Hình 1-9 : Điều khiển độc lập

L S R - 1A T M - L S RL S R - 2

1 L i ª n k Õ t1 9 2 1 6 8 / 1 9 v í i n h · n 1 2

2 L i ª n k Õ t1 9 2 1 6 8 / 1 9 v í i n h · n 1 4

1 4

I PI P 1 2

Hình 1-10: Điều khiển theo yêu cầu

Phương pháp điều khiển gán nhãn theo yêu cầu đảm bảo chắc chắn rằng tất cả cácLSR trên đường dẫn chuyển mạch nhãn sử dụng cùng FEC được khởi tạo gán nhãn.Mặt hạn chế của phương pháp này là thời gian thiết lập LSP, một số quan điểm chorằng phương pháp này có vẻ kém hiệu quả, một số khác lại cho rằng phương pháp điềukhiển gán nhãn theo yêu cầu sẽ hỗ trợ rất tốt cho vấn đề định tuyến ràng buộc Trênthực tế, công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS thực hiện cả hai phươngpháp trên.

Ngăn xếp nhãn (Lable Stack): để hỗ trợ khả năng phân cấp nhằm đáp ứng sự mởrộng của mạng, MPLS cho phép một gói tin có thể mang nhiều nhãn Các nhãn nàyđược xếp liền nhau theo cấu trúc dữ liệu ngăn xếp tức là vào trước ra sau Bit S sẽ chỉra nhãn đó có phải là nhãn cuối cùng (đáy ngăn xếp) của gói tin hay không Do vậy, cóba thao tác liên quan đến nhãn là: push, pop, và đổi nhãn (swap) Các thao tác xử lýnhãn chỉ quan tâm đến nhãn nằm trên cùng của ngăn xếp Ngăn xếp nhãn cho phépnhiều thành phân điều khiển tác động lên một gói tin, và các thành phần này ít hoặckhông phụ thuộc vào nhau.

Việc tạo ngăn xếp nhãn phải tuân theo các quy tắc sau: khi một LSR đẩy một nhãnvào một gói tin đã được gán nhãn sẵn thì nhãn mới phải tương ứng với FEC mà LSR

đầu ra đã gán nhãn ban đầu Như vậy, tại LSR đầu ra của LSP, phải thực hiện hai lầntra bảng: một lần cho nhãn cần pop và một lần cho nhãn còn lại Để tăng hiệu quả hoạtđộng, MPLS đưa ra khái niệm nút ngay sát LSR đầu ra (Penultimate Hop) thực hiệnthao tác pop nhãn ra khỏi ngăn xếp và gửi gói tin đến LSR đầu ra Tại LSR đầu ra, chỉcần thực hiện một thao tác tra bảng Mục đích của việc pop tại nút áp chót là để mỗiLSR chỉ thực hiện một lần tra bảng.

Các ánh xạ và bảng hỗ trợ: Các bảng và ánh xạ được sử dụng để hỗ trợ sự phối hợphoạt động của nhãn đến và nhãn đi, cũng như việc quản lý ngăn xếp nhãn Chuyểnnhãn đến nút tiếp theo (NHLFE - Next Hop Lable Forwarding Entry) được sử dụng đểquản lý một gói tin đã được gán nhãn Nó bao gồm các thông tin sau: Nút tiếp theo(next hop) của gói tin và nhãn mới (outging lable) hoặc push/pop đối với ngăn xếpnhãn

Ngoài ra, còn có thể có các thông tin về đóng gói dữ liệu ở tầng datalink, thông tinvè chính sách quản lý gói tin Có thể có nhiều NHLFE cùng tồn tại cho một FEC trongbảng chuyển tiếp.

Ánh xạ ILM (Incoming Lable Map) ánh xạ mỗi nhãn đầu vào thành một tập hợp

các NHLFE Nhãn ở trên cùng của ngăn xếp được sử dụng làm chỉ mục của ánh xạ đểtìm ra một tập hợp các NHLFE, dựa vào các thông tin này, LSR sẽ xử lý các nhãn củagói tin đó rồi mới chuyển tiếp gói tin đi.

Ánh xạ FTN (FEC-To-NHLFE map): ánh xạ mỗi FEC ứng với một tập hợp

NHLFE Quá trình này được thực hiện đối với các gói tin chưa được gán nhãn, nhữnggói tin này sẽ được gán nhãn trước khi chuyển đến node tiếp theo trong mạng.

Các ánh xạ này được minh họa trong hình 1-11 Tại biên mạng, gói tin được phântích phần tiêu đề và ánh xạ vào một FEC Tiếp đó, FEC được ánh xạ để tìm ra NHLFErồi vận chuyển gói tin vào trong mạng Tại mỗi node trong mạng, các nhãn được ánhxạ thành NHLFE để xác định cách quản lý gói tin rồi được chuyển đến node tiếp theo.

MPLS Domain

Incoming Label mapping

1 Packet-to-FEC mapping2 FEC-to-NHLFE

Hình 1-11: Các ánh xạ hỗ trợ vận chuyển

Trộn nhãn (Lable merging): Nhiều gói đến với các nhãn khác nhau và cùng đi ramột giao diện để đến node tiếp theo có thể được LSP gán chung một nhãn Sau khi cácgói được gán chung một nhãn, thông tin về các gói đến từ các giao diện khác nhau vớicác nhãn khác nhau bị mất đi Do vậy, vấn đề cần phải phối hợp hoạt động giữa cácLSR có khả năng trộn và LSR không có khả năng này.

Quy tắc của hoạt động trộn nhãn là khá đơn giản: nếu LSR hỗ trợ khả năng trộnnhãn thì chỉ cần gửi một nhãn cho FEC; nếu LSR không hỗ trợ khả năng trộn nhãn thìphải gửi một nhãn cho mỗi FEC, nếu một upstream LSR không hỗ trợ khả năng trộnnhãn thì nó phải yêu cầu một nhãn cho một FEC.

Chế độ sử dụng nhãn (Lable retention mode): sẽ quyết định duy trì thông tin vềnhãn hay bỏ nhãn đi khi nó nhận được thông tin về liên kết nhãn hay FEC Nếu LSRduy trì thông tin về liên kết giữa nhãn và FEC nhận được từ các LSR không phải lànode tiếp theo của nó ứng với FEC được gán nhãn, thì LSR hoạt động ở chế độ sửdụng nhãn tự do (liberal lable retention mode) Ngược lại, LSR hoạt động ở chế độ tiếtkiệm (conservative lable retention mode), nó sẽ bỏ thông tin nhận được

Trong các giao thức lớp mạng truyền thống, khi một gói đi từ một router đến hop kếtiếp thì quyết định chuyển tiếp phải được đưa ra độc lập ở mỗi hop Việc chọn hop kếdựa trên việc phân tích header của gói và kết quả chạy giải thuật định tuyến Mộtrouter xem hai gói là thuộc cùng một luồng nếu chúng có cùng tiền tố địa chỉ mạngbằng cách áp dụng luật “longest prefix match” cho địa chỉ đích từng gói Khi gói dichuyển qua mạng, ở mỗi hop đến lượt mình sẽ lại kiểm tra gói và gán lại vào mộtluồng.

Công nghệ chuyển mạch nhãn cho phép thay thế chuyển tiếp gói truyền thống theokiểu hop-by-hop dựa trên dịa chỉ đích bằng kỹ thuật chuyển tiếp hoán đổi nhãn kỹthuật này dựa vào các nhãn có độ dài cố định, cải thiện được năng lực định tuyến lớp3, đơn giản hoá việc chuyển gói cho phép dễ dàng mở rộng và đặc biệt là hỗ trợ kỹthuật lưu lượng

Nó cho phép các nhà cung cấp mạng kết hợp một số dịch vụ mạng hiện tại và tươnglai với một cơ chế chuyển tiếp đơn giản Nó hỗ trợ tốt các dịch vụ đặc biệt như địnhtuyến dựa vào đích hay định tuyến đa hướng, hoặc tường minh định tuyến bằng cáchkết hợp chức năng định tuyến với việc thiết lập các nhãn khi phân phối chúng quamạng, tạo ra các đường dẫn chuyển mạch với các dịch vụ đầu cuối tới đầu cuối Mặcdù các dịch vụ có thể thay đổi nhưng các cơ chế chuyển tiếp cơ bản là không thay đổi.Vì vậy nếu các chức năng điều khiển lớp mạng mới được đưa vào thì cũng không cầnthiết phải đánh giá lại hoặc nâng cấp các thành phần và thiết bị trên đường dẫn chuyểntiếp Một ví dụ điển hình là phiên bản IPv6 đã mở rộng không gian địa chỉ thành 128bít nhưng vẫn không có bất kì sự thay đổi nào trên đường dẫn chuyển tiếp đã tồn tại.Dưới đây, chúng ta sẽ xem xét các thành phần này trong mạng chuyển mạch nhãn

Thành phần điều khiển

Thành phần điều khiển chịu trách nhiệm tạo ra và quản lý một bộ phận các nhãn tạicác thiết bị LSR Việc tạo ra một nhãn liên quan đến việc cấp phát và gán cho một đíchcụ thể Đích này có thể là một địa chỉ máy chủ mạng, địa chỉ mạng, địa chỉ nhóm đahướng hoặc chỉ là các thông tin lớp mạng Việc phân phối các nhãn được thực hiện bởiTDP hoặc sử dụng trên các giao thức đã tồn tại trước

Thành phần chuyển tiếp

Thành phần chuyển tiếp dùng nhãn chứa trong một gói tin và thông tin lấy từ bảngthông tin nhãn (LIB) của từng thiết bị LSR để chuyển tiếp gói tin Đặc biệt khi một góichứa nhãn thu được từ LSR, nhãn này được dùng làm khoá để xác định một thực thểthích hợp trong bảng LIB Một thực thể trong LIB bao gồm một nhãn đầu vào, mộtnhãn đầu ra và các thông tin về liên kết hoặc đóng gói dữ liệu Khi có yêu cầu chuyểnmạch ứng với một thực thể trong bảng LIB thì nhãn đầu vào cùng với các thông tinliên kết khác trao đổi với nhãn đầu ra

2.1.1 Thành phần chuyển tiếp gói tin

Thuật toán sử dụng trong thành phần chuyển tiếp chuyển mạch nhãn để tạo ra quyếtđịnh chuyển tiếp dựa trên hai nguồn thông tin chính: bảng chuyển tiếp trong bộ địnhtuyến chuyển mạch nhãn (LSR) và nhãn trong gói tin chuyển tiếp

Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn nằm trong bộ định tuyến chuyển mạch nhãngồm một dãy các khoản mục (entry) Mỗi một entry gồm một nhãn đầu vào và nhiềumục từ phụ, trong mục từ phụ chứa một nhãn đầu ra, giao diện ra và địa chỉ bước kếtiếp Các mục từ phụ trong cùng một mục từ có thể có cùng hoặc khác nhãn đầu ra,nhất là đối với các đầu nối multicast- với cùng một đầu vào và cần phải chuyển ranhiều giao diện khác nhau

Nhãn vào Nhãn raGiao diện ra Địa chỉ kế tiếp

Nhãn raGiao diện raĐịa chỉ kế tiếpNhãn vào Subentry 1 Subentry 2

Hình 2-1 : Entry trong bảng chuyển tiếp

Bảng chuyển tiếp được đánh chỉ số bởi giá trị trong nhãn đầu vào, vì vậy nhãn vàocó thứ tự N sẽ nằm trong mục từ N của bảng chuyển tiếp Để có các thông tin điềukhiển các gói tin chuyển tiếp tới nút kế tiếp, trong mục từ phụ chứa một số thông tinliên quan tới nguồn tài nguyên mà gói sử dụng, ví dụ như giao diện ra mà gói tin sẽđược chuyển tới

LSR có thể duy trì hai kiểu bảng chuyển tiếp: bảng chuyển tiếp đơn cho toàn bộ bộđịnh tuyến và các bảng chuyển tiếp gắn liền với các giao diện; trong kiểu thứ hai quátrình xử lý không chỉ thực hiện trên các gói mà còn trên các giao diện gói tin tới Mộtbộ định tuyến chuyển mạch nhãn có thể sử dụng một trong hai kiểu bảng định tuyếnhoặc tổ hợp cả hai.

Nhãn được đặt trong gói tin cần chuyển qua chuyển mạch nhãn có thể thực hiệntheo nhiều cách tuỳ thuộc vào công nghệ lớp liên kết ATM và chuyển mạch khung FRcó thể mang các nhãn như một phần tiêu đề của lớp liên kết Đặc biệt, với ATM, nhãncó thể mang cả trong trường VPI và VCI của tiêu đề ATM, còn đối với FR, nhãn cóthể mang trong trường DLCI của tiêu đề khung FR.

Hình 2-2 : Nhãn trong ATM; SONET/SDH; Ethernet

Tiêu đề lớp liên kết

Tiêu đề nhãn “Shim”

Tiêu đề lớp mạng

Dữ liệu lớp mạng

Hình 2-3 : Mang nhãn trong tiêu đề “Shim”

Phương pháp mang nhãn như một phần của tiêu đề lớp liên kết, cho phép chuyểnmạch nhãn chỉ thực hiện trên một số công nghệ lớp hai chứ không phải toàn bộ côngnghệ lớp mạng Vì vậy, một phương pháp hỗ trợ chuyển mạch nhãn trên các côngnghệ lớp liên kết khi tiêu đề lớp liên kết không mang trực tiếp nhãn, được thông quamột nhãn nhỏ “shim” Shim được chèn vào giữa tiêu đề lớp mạng và lớp liên kết dữliệu, vì vậy nó có thể sử dụng với bất kỳ công nghệ mạng lớp liên kết nào Sử dụng“shim” cho phép chyển mạch nhãn hoạt động trên các công nghệ mạng khác nhau như:Ethernet, FDDI, token ring, các liên kết PPP, v .v.

Thuật toán chuyển tiếp chuyển mạch nhãn

Thuật toán chuyển tiếp nhãn được thực hiện trong thành phần chuyển tiếp củachuyển mạch nhãn dựa trên quá trình tráo đổi nhãn “swapping“ Thuật toán như sau:

Khi một LSR nhận được một gói, bộ định tuyến tách nhãn từ gói tin và sử dụng nónhư một chỉ số để truy nhập tới bảng chuyển tiếp Một khi mục từ đánh số bởi nhãnđược tìm thấy (mục từ này có nhãn vào tương tự như nhãn tách ra khỏi gói) Mỗi mộtmục từ phụ của một mục từ tìm được sẽ thay thế nhãn vào bằng nhãn ra và gửi gói tintới giao diện ra theo hướng của bước kế tiếp được đặt trong mục từ phụ này Nếu mụctừ chỉ tới hàng đợi đầu ra thì bộ định tuyến sẽ chuyển gói tin vào trong hàng đợi đó.Trường hợp chúng ta vừa xét trên đây được thực hiện trên đơn bảng chuyển tiếp.Trong trường hợp đa bảng chuyển tiếp gắn kết với các giao diện của bộ định tuyến, thìcác thủ tục vẫn tương tự, chỉ thay đổi nhỏ tại bước đầu tiên, ngay khi bộ định tuyếnnhận được gói tin, LSR sử dụng chính giao diện đó để lựa chọn bảng chuyển tiếp sẽ

được sử dụng để xử lí gói Nếu chúng ta đã từng quen thuộc với công nghệ ATM thìrất dễ dàng nhận ra rằng thuật toán chuyển tiếp các tế bào trong trường chuyển mạchATM cũng tương tự như vậy Đây cũng chính là một hướng tiếp cận của chuyển mạchnhãn, tuy rằng đó không phải là tất cả.

Một nhãn luôn luôn mang ý nghĩa chuyển tiếp và cũng có thể mang ý nghĩa dànhtrước tài nguyên Nhãn mang ý nghĩa chuyển tiếp là vì trong một gói tin xác định đơnnhất một entry trong bảng chuyển tiếp được duy trì bởi bộ định tuyến, và vì entry chứathông tin về nơi mà gói tin sẽ được chuyển tới Một nhãn có thể tuỳ chọn cho xử lýdành trước tài nguyên, bởi vì entry được xác định bởi nhãn có thể tuỳ chọn thông tinliên quan tới tài nguyên mà gói tin cần sử dụng, như là hàng đợi mà gói tin sẽ được đặtvào đó Khi nhãn mang trong tiêu đề của ATM hoặc FR, nhãn mang cả hai ý nghĩachuyển tiếp và dành trước tài nguyên Khi nhãn mang trong tiêu đề shim, các thông tinliên quan tới tài nguyên sử dụng có thể mã hoá như một phần của tiêu đề, vì thực chấtcủa tiêu đề shim chỉ mang ý nghĩa chuyển tiếp Một lựa chọn khác được đưa ra nhằmsử dụng cả thành phần nhãn và không phải là nhãn của shim cho việc mã hoá thôngtin, như vậy, nhãn sẽ mang cả hai ý nghĩa chuyển tiếp và dành trước tài nguyên.

Tính đơn giản của thuật toán chuyển tiếp trong chuyển mạch nhãn sử dụng thànhphần chuyển tiếp nhãn nhằm mục đích thực hiện các thuật toán này trên phần cứng, vìvậy nó cho phép hiệu năng chuyển tiếp tăng lên mà không yêu cầu các phần cứng phứctạp và đắt.

Một đặc tính quan trọng của thuật toán chuyển tiếp sử dụng chuyển mạch nhãn làLSR có thể thu được tất cả các thông tin cần thiết để chuyển tiếp gói tin cũng như làquyết định tài nguyên nào mà gói tin có thể sử dụng trong một lần truy nhập bộ nhớ.Điều này được thực hiện bởi (a) một entry trong bảng chuyển tiếp chứa tất cả cácthông tin cần thiết để chuyển tiếp gói tin và tài nguyên gói tin cần sử dụng (b) nhãntrong gói tin cung cấp chỉ số tới entry trong bảng chuyển tiếp sẽ được sử dụng đểchuyển tiếp gói tin Khả năng thu nhận cả hai thông tin trong một lần truy nhập bộ nhớsẽ làm cho chuyển mạch nhãn thực sự là một công nghệ có hiệu năng chuyển tiếp cao.

Một vấn đề nữa mà chúng ta cần hiểu rõ, là khi sử dụng chuyển tiếp trao đổi nhãn tổhợp với khả năng mang nhãn trên một miền rộng của các công nghệ lớp liên kết có ýnghĩa quan trọng - rất nhiều thiết bị khác nhau có thể sử dụng như bộ định tuyếnchuyển mạch nhãn LSR Ví dụ, việc mang nhãn trong tiêu đề của ATM cho phéptrường chuyển mạch ATM hoạt động như là một LSR mà không phải thay đổi cácchức năng chuyển mạch phần cứng cơ bản, các vấn đề còn lại sẽ được xử lí tại phầnmềm điều khiển Tương tự như vậy, trong tiêu đề shim được mô tả trên đây, shim đặt

tại vị trí mà hầu hết các bộ định tuyến đều xử lí được bằng phần mềm, và như vậy bộđịnh tuyến cũng trở thành bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR.

Thuật toán chuyển tiếp đơn

Trong ki n trúc c a các b ủa các bộ định tuyến thông thường, các chức năng khác nhau ộ định tuyến thông thường, các chức năng khác nhau định tuyến thông thường, các chức năng khác nhaunh tuy n thông thường, các chức năng khác nhaung, các ch c n ng khác nhauức năng khác nhau ăng khác nhauc cung c p b i th nh ph n i u khi n (ví d , nh tuy n unicast, nh tuy nđư ởi thành phần điều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến ành phần điều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến ần điều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến đ ều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến ển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến ụ, định tuyến unicast, định tuyến định tuyến thông thường, các chức năng khác nhau định tuyến thông thường, các chức năng khác nhau

multicast, unicast v i ki u d ch v ) yêu c u nhi u thu t toán trong th nh ph nới kiểu dịch vụ) yêu cầu nhiều thuật toán trong thành phần ển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến ịnh tuyến thông thường, các chức năng khác nhau ụ, định tuyến unicast, định tuyến ần điều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến ều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến ật toán trong thành phần ành phần điều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến ần điều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyếnchuy n ti p.ển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến

Chức năng địnhtuyến

Định tuyếnUnicast

Định tuyếnunicast với kiểu

dịch vụ

Định tuyếnmulticast

Thuật toánchuyển tiếp

Tìm kiếm địachỉ đích

Tìm kiếm địa chỉđích theo kiểu

dịch vụ

Tìm kiếm trêncơ sở địa chỉnguồn, đích,giao diện đến

Hình 2-4 : Các chức năng định tuyến trong bộ định tuyến

Đối với các bộ định tuyến thông thường, khi bộ định tuyến thực hiện chuyển tiếpcác gói tin unicast, nó yêu cầu một quá trình tìm kiếm địa chỉ đích có tiền tố dài dựatrên địa chỉ đích lớp mạng, nếu đó là chuyển tiếp multicast thì các địa chỉ nguồn vàgiao diện ra sẽ được thêm vào làm cơ sở cho quá trình xử lý chuyển tiếp gói tin Nhưvậy, thời gian sử dụng cho quá trình tìm kiếm địa chỉ IP sẽ tăng lên rất nhanh khi sốlượng địa chỉ tăng lên kéo theo kích thước của bảng định tuyến M t hộ định tuyến thông thường, các chức năng khác nhau ưới kiểu dịch vụ) yêu cầu nhiều thuật toán trong thành phầnng ti p c nật toán trong thành phần gi i quy t v n n y l s d ng các thu t toán h p lý trong vi c tìm ki mđển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến đều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến ành phần điều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến ành phần điều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến ử dụng các thuật toán hợp lý trong việc tìm kiếm ụ, định tuyến unicast, định tuyến ật toán trong thành phần ệc tìm kiếm

a ch có ti n t d i nh t l m gi m s l n tính toán, t i u hoá tìm ki m trênđịnh tuyến thông thường, các chức năng khác nhau ều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến ành phần điều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến đển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến ành phần điều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến ần điều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến ư

cây nh phân thông qua các h m tr ng s ịnh tuyến thông thường, các chức năng khác nhau ành phần điều khiển (ví dụ, định tuyến unicast, định tuyến ọng số.

Chức năng địnhtuyến

Định tuyếnUnicast

Định tuyếnunicast với kiểu

dịch vụ

Định tuyếnmulticast

Đây là một điều rất quan trọng để chúng ta phân biệt chuyển mạch nhãn và các kiếntrúc định tuyến thông thường Khả năng hỗ trợ một miền rộng lớn các chức năng định

tuyến trên cùng một thuật toán chuyển tiếp gói đơn nhất là một yếu tố quan trọng củachuyển mạch nhãn và hiệu quả hơn hẳn đối với kiến trúc định tuyến thông thường(thuật toán sử dụng nhiều bảng chuyển tiếp) Chúng ta sẽ xem xét cụ thể vào chươngsau.

Thành phần chuyển tiếp hỗ trợ đa giao thức

Như phần trên đã đề cập, chúng ta dễ dàng nhận thấy trong thành phần chuyển tiếpnhãn có hai vấn đề quan trọng Một là, thành phần chuyển tiếp nhãn không gắn chặtvới lớp mạng cụ thể nào, trên cùng một thành phần chuyển tiếp nhãn có thể gắn với IP,IPX, Apple talk Hai là, thành phần chuyển tiếp nhãn có thể kết hợp với bất kỳ giaothức lớp liên kết nào Vì vậy, chuyển mạch nhãn là giải pháp đa giao thức.

Các đặc tính của thành phần chuyển tiếp nhãn có thể tổng kết như sau:

Thành phần chuyển tiếp nhãn sử dụng thuật toán chuyển tiếp đơn dựa trên hoạtđộng trao đổi nhãn.

Nhãn mang trong gói tin là một thực thể có độ dài cố định, không có cấu trúc vàmang ý nghĩa chuyển tiếp và dành trước tài nguyên.

Thành phần chuyển tiếp nhãn không đặt ràng buộc trực tiếp tới các lớp chuyển tiếptương đương mà thông qua nhãn.

Thành phần chuyển tiếp nhãn có thể hỗ trợ các giao thức lớp mạng cũng như cácgiao thức lớp liên kết dữ liệu.

2.1.2 Thành phần điều khiển

Như chúng ta đã đề cập trên đây, các thành phần chuyển tiếp gói và điều khiểnkhông chỉ áp dụng đối với kiến trúc định tuyến thông thường mà còn áp dụng đối vớichuyển mạch nhãn Trong phần này chúng ta sẽ cùng nhau xem xét một số khái niệmcơ bản liên quan tới thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn.

Thành phần điều khiển của chuyển mạch nhãn có nhiệm vụ:(a) Phân bổ thông tin định tuyến giữa các LSR

(b) Thực hiện các thủ tục chuyển đổi các thông tin định tuyến vào bảng chuyển tiếpnằm tại thành phần chuyển tiếp.

Giống như thành phần điều khiển của bất kỳ một hệ thống định tuyến nào, thànhphần điều khiển chuyển mạch nhãn phải cung cáp thông tin định tuyến tường minhgiữa các LSR, trên cơ sở thông tin định tuyến , bộ định tuyến thiết lập các thủ tục đểtạo ra các bảng chuyển tiếp dựa trên các thông tin này.Trong thực tế, thành phần điềukhiển chuyển mạch nhãn sử dụng tất cả các giao thức định tuyến trong các bộ định

tuyến thông thường (OSPF, BGP, PIM, v v.) Có thể coi như cấu trúc định tuyếnchuyển mạch nhãn có một tập nhỏ thuộc về bộ định tuyến thông thường.

Tuy nhiên, thành phần điều khiển của bộ định tuyến thông thường không hỗ trợ mộtcách hoàn toàn hiệu quả đối với chuyển mạch nhãn, bởi vì kiến trúc định tuyến thôngthường không thích hợp để tạo ra các bảng chuyển tiếp trên cơ sở của thành phầnchuyển tiếp chuyển mạch nhãn, lý do là trong thành phần bảng chuyển tiếp chứa hoạtđộng tráo đổi nhãn và các bước kế tiếp Để hỗ trợ đầy đủ, chúng ta xem xét các thủtục mà LSR phải thực hiện:

(a) Tạo ra liên kết ràng buộc giữa nhãn và lớp chuyển tiếp tương đương (FEC)(b) Thông tin tới các LSR khác về liên kết ràng buộc này

(c) Sử dụng cả (a) và (b) để xây dựng và duy trì bảng chuyển tiếp

Cấu trúc chung của thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn chỉ ra trên hình 2-6dưới đây.

Hình 2-6 : Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn

Các giao thức lớp mạng cung cấp cho các LSR thông tin về sự sắp xếp các FEC vàcác địa chỉ bước kế tiếp Các thủ tục tạo liên kết nhãn và phân bổ thông tin tới các LSRvề thông tin liên kết nhãn và FEC Hình 2-7 dưới đây mô tả hai kiểu liên kết nhãn đểtạo ra bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn.

Hình 2-7 : Cấu trúc bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn.

Chúng ta nhớ rằng mỗi mục từ trong bảng chuyển tiếp chứa một nhãn đầu vào vàmột hoặc nhiều nhãn đầu ra Tương ứng với hai loại nhãn trong bảng chuyển tiếp,

Thủ tục phân bổ thông tin về nhãn đã

tạoThủ tục tạo liên

kết giữa nhãn và FECCác giao thức

định tuyến lớp mạng

Duy trì bảng chuyển tiếp

Thủ tục phân bổ thông tin về nhãn liên

kết nhãn đã tạo raThủ tục tạo liên

kết giữa nhãn và FECCác giao thức định

tuyến lớp mạng

Duy trì bảng chuyển tiếp

Sắp xếp FEC vào nhãnSắp xếp FEC vào

bước kế tiếp

thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn cung cấp hai kiểu kiên kết ghép nhãn Kiểuthứ nhất được thực hiện trực tiếp trên LSR, và kiểu thứ hai (từ xa) được thực hiện trêncác LSR khác Thành phần điều khiển chuyển mạch nhãn sử dụng liên kết nhãn trựctiếp đối với các nhãn đầu vào, và gián tiếp (từ xa) đối với các nhãn đầu ra, hoặc ngượclại, gọi là liên kết nhãn downstream và upstream.

Liên kết nhãn downstream thực hiện liên kết nhãn với luồng FEC thực tế mà gói tinnằm trên đó, được tạo ra bởi LSR đặt nhãn vào gói tin Các thông tin liên kết nhãnngược hướng với chiều của các gói tin.

Liên kết nhãn upstream thực hiện liên kết nhãn với luồng FEC thực tế mà gói tinnằm trên đó, được tạo ra cùng LSR đặt nhãn vào gói tin Các thông tin liên kết nhãncùng chiều với chiều của các gói tin.

Hình 2-8 : Liên kết nhãn downstream và upstream

Trên hình 2-8 minh hoạ liên kết nhãn downstream và upstream, chúng ta dễ dàngnhận thấy rằng; trong trường hợp downstream, liên kết được tạo ra tại phía cuối củakết nối downstream;trong trường hợp upstream liên kết được tạo ra tại cuối của kết nốiupstream

Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR thường duy trì một số nhãn “tự do” (nhãnkhông liên kết) trong ngăn xếp nhãn Khi LSR khởi tạo lần đầu tiên các nhãn này đượcsử dụng cho liên kết nhãn trực tiếp, số lượng nhãn này chỉ ra khả năng liên kết nhãnđồng thời của LSR Khi bộ định tuyến tạo ra liên kết nhãn mới, các nhãn sẽ được lấyra từ ngăn xếp nhãn và khi huỷ bỏ liên kết các nhãn sẽ được trả lại cho lần sử dụng tiếptheo.

Chú ý rằng, bộ định tuyến chuyển mạch nhãn có hai dạng bảng chuyển tiếp, chuyểntiếp đơn và đa bảng chuyển tiếp Tương ứng với hai kiểu này, bộ định tuyến chuyểnmạch nhãn sẽ có một hoặc nhiều ngăn xếp chứa nhãn.

Tạo và huỷ bỏ liên kết nhãn

Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR tạo và huỷ bỏ liên kết nhãn với lớp chuyểntiếp tương đương FEC dựa trên tác động từ gói tin chuyển tiếp và thông tin điều khiển

Gói tin có nhãn X

Thông tin liên kết nhãn Y

Gói tin có nhãn YThông tin liên

kết nhãn X

(ví dụ, cập nhật thông tin định tuyến OSPF, bản tin RSPV,v v.).Quá trình tạo và huỷbỏ liên kết nhãn và khi có tác động từ phía gói tin chuyển tiếp được gọi là quá trìnhliên kết nhãn hướng dữ liệu “data-driven” Quá trình tạo và huỷ bỏ liên kết nhãn dướitác động của thông tin điều khiển được gọi là hướng điều khiển “control-driven” Bộđịnh tuyến chuyển mạch nhãn (LSR) hỗ trợ một miền rộng các tiếp cận để lựa chọnđiều khiển Ví dụ, tiếp cận theo hướng dữ liệu sẽ tạo ra liên kết nhãn với luồng tin quagói tin đầu tiên tới LSR, hoặc có thể chờ một vài gói tin đến rồi mới thực hiện liên kếtnhãn nếu các gói tin đến theo luồng.Việc lựa chọn phương pháp thiết lập liên kết cóthể ảnh hưởng tới hiệu năng và độ mềm dẻo của LSR, vì vậy, chúng ta sẽ cùng nhauxem xét một số điều kiện và yêu cầu của mạng để rõ hơn các sở cứ lựa chọn phươngpháp.

Tham gia vào quá trình chuyển thong tin trong mạng MPLS có một số giao thứcnhư LDP, RSVP Các giao thức như RIP, OPSF, BGP sử dụng trong mạng router địnhtuyến các gói IP sẽ không được đề cập đến trong phần này.

2.2.1 Giao thức phân phối nhãn LDP

Giao thức phân phối nhãn được nhóm nghiên cứu MPLS của IETF xây dựng và banhành dưới tên RFC 3036 Phiên bản mới nhất được công bố năm 2001 đưa ra nhữngđịnh nghĩa và nguyên tắc hoạt động của giao thức LDP.

Giao thức phân phối nhãn được sử dụng trong quá trình gán nhãn cho các gói thôngtin yêu cầu Giao thức LDP là giao thức điều khiển tách biệt được các LSR sử dụng đểtrao đổi và điều phối quá trình gán nhãn/FEC Giao thức này là một tập hợp các thủ tụctrao đổi các bản tin cho phép các LSR sử dụng giá trị nhãn thuộc FEC nhất định đểtruyền các gói thông tin.

Hình 2-9: Vùng hoạt động của LDP

Giao thức phân phối nhãn LDP có các đặc trưng cơ bản sau đây.

LDP cung cấp các kỹ thuật phát hiện LSR để cho phép LSR tìm kiếm và thiết lậptruyền thông.

LDP định nghĩa 4 loại bản tin Bản tin tìm kiếm

 Bản tin liên kết khởi tạo, giữ và đóng phiên làm việc giữa các LSR.

 Bản tin phát hành nhãn thực hiện phát hành thông tin gán nhãn, yêu cầu, thu hồivà giải phóng nhãn.

 Bản tin thông báo sử dụng để cung cấp các thông tin giám sát và báo hiệu thôngtin lỗi.

LDP chạy trên giao thức TCP để đảm bảo độ tin cậy của các bản tin (trừ bản tinphát hiện).

LDP được thiết kế để dễ dàng mở rộng, sử dụng kiểu bản tin đặc biệt để thu thậpcác đối tượng mã hoá TVL (kiểu, độ dài, giá trị) Mã hóa TLV nghĩa là một đối tượngbao gồm một trường kiểu biểu thị về loại đối tượng chỉ định, một trường độ dài thôngbáo độ dài của đối tượng và một trường giá trị phụ thuộc vào kiểu trường Hai trườngđầu tiên có độ dài cố định và được đặt tại vị trí đầu tiên của đối tượng cho phép dễdàng thực hiện việc loại bỏ kiểu đối tượng mà nó không nhận ra

La be l In fo rma ti on Ba s

Thành phần giao thức MPLSThành phần giao thức non-MPLS

Label Distribution Protocol

Mgr: Quản lý LDPDscy: Bản tin phát hiện

Sess: Bản tin quản lý gói phiênAdvt: Phát hành LDP

Notf: Bản tin xác nhận

Hình 2-10 : Giao thức LDP với các giao thức khác

Giao thức truyển tải tin cậy

Chúng ta đã biết, bản tin LDP được truyền trên giao thức TCP, nhưng việc quyếtđịnh 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 kết nhãn được truyềnmột cách không tin cậy thì lưu lượng cũng không được chuyển mạch theo nhãn Mộtvấn đề quan trọng nữa đó là thứ tự các bản tin phải bảo đảm đúng Như vậy liệu việcsử dụng TCP để truyền LDP có bảo đảm hay không và có nên xây dựng luôn chứcnăng truyền tải này trong bản thân LDP hay không? Việc xây dựng các chức năng bảođảm độ tin cậy trong LDP không nhất thiết phải thực hiện toàn bộ các chức năng củaTCP trong LDP mà chỉ cần dừng lại ở những chức năng cần thiết nhất ví dụ như chứcnăng điều khiển tránh tắc nghẽn được coi là không cần thiết trong LDP Tuy nhiênviệc phát triển thêm các chức năng đảm bảo độ tin cậy trong LDP cũng có nhiều vấnđề cần xem xét ví dụ như các bộ định thời cho các bản tin ghi nhận và không ghi nhận,trong trường hợp sử dụng TCP chỉ cần 1 bộ định thời của TCP cho toàn phiên LDP

Thiết kế một giao thức truyền tải tin cậy là một vấn đề nan giải Đã có rất nhiều cốgắng để cải thiện TCP nhằm làm tăng độ tin cậy của giao thức truyền tải Tuy nhiênvấn đề hiện nay vẫn chưa rõ ràng và TCP vẫn được sử dụng cho truyền tải LDP.

 Bản tin thu hồi nhãn (Label Withdraw) Bản tin yêu cầu (Request)

 Bản tin huỷ bỏ yêu cầu (Request Abort)

Dạng bản tin Initialization: Các bản tin thuộc loại này được gửi khi bắt đầu một

phiên LDP giữa 2 LSR để trao đổi các tham số, các tuỳ chọn cho phiên Các tham sốnày 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 không đượcchấp nhận thì LSR trả lời thông báo có lỗi và phiên kết thúc.

Dạng bản tin KeepAlive: Các bản tin KeeepAlive được gửi định kỳ khi không có

bản tin nào được gửi để đảm bảo cho mỗi thành phần LDP biết rằng thành phần LDPkhác đang hoạt động tốt Trong trường hợp không xuất hiện bản tin KeepAlive haymột số bản tin khác của LDP trong khoảng thời gian nhất định thì LSR sẽ xác định đốiphương hoặc kết nối bị hỏng và phiên LDP bị dừng.

Dạng bản tin Label Mapping: Các bản tin Label Mapping được sử dụng để quảng

bá liên kết giữa FEC (tiền tố điạ chỉ) và nhãn Bản tin Label Withdrawal thực hiện quátrình ngược lại: nó được sử dụng để xoá bỏ liên kết vừa thực hiện Bản tin này được sửdụng khi có sự thay đổi trong bảng định tuyến (thay đổi tiền tố địa chỉ) hay thay đổitrong cấu hình LSR làm tạm dừng việc chuyển nhãn các gói trong FEC đó.

Dạng bản tin Label Release: Bản tin này được sử dụng bởi LSR khi nhận được

chuyển đổi nhãn mà nó không cần thiết nữa Điều đó thường xảy ra khi LSR giảiphóng nhận thấy nút tiếp theo cho FEC đó không phải là LSR quảng bá liên kếtnhãn/FEC đó Trong chế độ hoạt động gán nhãn theo yêu cầu từ phía trước, LSR sẽyêu cầu gán nhãn từ LSR lân cận phía trước sử dụng bản tin Label Request Nếu bảntin Label Request cần phải huỷ bỏ trước khi được chấp nhận (do nút kế tiếp trong FECyêu cầu đã thay đổi), thì LSR yêu cầu sẽ loại bỏ yêu cầu với bản tin Label RequestAbort.

2.2.2 Giao thức CR-LDP

Giao thức CR-LDP được sử dụng để điều khiển cưỡng bức LDP Giao thức này làphần mở rộng của LDP cho quá trình định tuyến cưỡng bức của LSP Cũng giống nhưLDP, nó sử dụng các phiên TCP giữa các LSR đồng cấp để gửi các bản tin phân phốinhãn

Khái niệm định tuyến cưỡng bức

Về cơ bản chúng ta có thể định nghĩa định tuyến cưỡng bức như sau Một mạng cóthể được biểu diễn đưới dạng sơ đồ theo V và E G(V,E) trong đó V là tập hợp các nútmạng và E là tập hợp các kênh kết nối giữa các nút mạng Mỗi kênh sẽ có các đặcđiểm riêng Đường kết nối giữa nút thứ nhất đến nút thứ hai trong cặp phải thoả mãnmột số điều kiện cưỡng bức Tập hợp các điều kiện cưỡng bức này được coi là các đặcđiểm của các kênh và chỉ có nút đầu tiên trong cặp đóng vai trò khởi tạo đường kết nốimới biết các đặc điểm này Nhiệm vụ của định tuyến cưỡng bức là tính toán xác địnhđường kết nối từ nút này đến nút kia sao cho đường này không vi phạm các điều kiệncưỡng bức và là một phương án tối ưu theo một tiêu chí nào đó (số nút ít nhất hoặcđường ngắn nhất) Khi đã xác định được một đường kết nối thì định tuyến cưỡng bức

sẽ thực hiện việc thiết lập, duy trì và truyền trạng thái kết nối dọc theo các kênh trênđường.

Điểm khác nhau chính giữa định tuyến IP truyền thống và định tuyến cưỡng bức đólà: thuật toán định tuyến IP truyền thống chỉ tìm ra đường tối ưu ứng với một tiêu chí(ví dụ như số nút nhỏ nhất); trong khi đó thuật toán định tuyến cưỡng bức vừa tìm ramột đường tối ưu theo một tiêu chí nào đó đồng thời phương án đó phải không viphạm điều kiện cưỡng bức Yêu cầu không vi phạm các điều kiện cưỡng bức là điểmkhác nhau cơ bản để phân biệt giữa định tuyến cưỡng bức và định tuyến thông thường.

Trên đây chúng ta đã đề cập đến việc tìm đường không vi phạm các điều kiệncưỡng bức, tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu thế nào là các điều kiện cưỡng bức.

Một điều kiện cưỡng bức phải là điều kiện giúp ta tìm ra một đường có các tham sốhoạt động nhất định, độ rộng băng tần khả dụng của kênh truyền là một yếu tố quantrọng trong việc định tuyến cưỡng bức Ngoài ra điều kiện cưỡng bức cũng có thể làviệc quản trị Ví dụ như một nhà quản trị mạng muốn ngăn không cho một lưu lượngloại nào đó không được đi qua một số kênh nhất định trong mạng, trong đó các kênhđược xác định bởi các đặc điểm cụ thể Cũng giống như điều kiện cưỡng bức là khảnăng của kênh, điều kiện cưỡng bức là quản trị ứng với các đường khác nhau cũng cóthể có các điều kiện cưỡng bức là quản trị khác nhau Ví dụ như đối với một cặp nút,đường từ nút thứ nhất trong cặp tới nút thứ hai có thể bao gồm một tập hợp kênh cómột số đặc điểm nhất định bị loại ra, trong khi đối với một cặp khác thì lại có một tậpkênh khác bị loại ra

Định tuyến cưỡng bức có thể kết hợp cả hai điều kiện cưỡng bức là quản lý và tínhnăng của kênh chứ không nhất thiết là chỉ một trong hai điều kiện Ví dụ như địnhtuyến cưỡng bức phải tìm ra đường vừa phải có một độ rộng băng tần nhất định vừaphải loại trừ một số kênh có đặc điểm nhất định.

Các phần tử định tuyến cưỡng bức.

Để một hệ thống định tuyến IP có thể hỗ trợ định tuyến cưỡng bức, nó phải thoảmãn các đặc điểm sau:

- Khả năng tính toán và xác định đường tại phía nguồn.

- Khả năng phân phối thông tin về cấu trúc mạng và đặc điểm các kênh tới tất cảcác nút trong mạng.

- Hệ thống phải hỗ trợ định tuyến hiện.

- Tài nguyên mạng có thể dự phòng và các thông số của kênh có thể thay đổi đượckhi truyền lưu lượng tương ứng trên tuyến.

Điều kiện cưỡng bức "chọn đường ngắn nhất".

Như đã đề cập ở trên, định tuyến cưỡng bức phải tính toán xác định được đườngthoả mãn các điều kiện sau:

- Là tối ưu theo một tiêu chí nào đó (ví dụ như đường ngắn nhất hoặc số nút ítnhất)

- Không vi phạm các điều kiện cưỡng bức.

Một trong cách thoả mãn tiêu chí tối ưu là sử dụng thuật toán “trước tiên là đườngngắn nhất” (SPF) Thuật toán SPF trong định tuyến IP đơn giản, việc tính toán xácđịnh đường phải tối ưu theo một tiêu chí nào đó (ví dụ như khoảng cách) Vì vậy đểtính toán xác định đường không vi phạm các điều kiện cưỡng bức chúng ta cần sửa đổithuật toán sao cho nó tính đến các điều kiện cưỡng bức Chúng ta hãy xem xét mộtthuật toán loại này đó là: điều kiện cưỡng bức “chọn đường ngắn nhất” (CSPF).

Về tổng quát, thủ tục kiểm tra xem kênh có thoả mãn một điều kiện cưỡng bức cụthể là đặc điểm của định tuyến cưỡng bức Ví dụ như nếu điều kiện cưỡng bức cầnthoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng, khi đó chúng ta cần kiểm tra độ rộng băng tầnkhả dụng của kênh có lớn hơn một giá trị độ rộng băng tần được chỉ ra trong điều kiệncưỡng bức; chỉ khi thoả mãn chúng ta mới kiểm tra nút W ở đầu kia của kênh.

Để kiểm tra kênh có thoả mãn một điều kiện cưỡng bức cụ thể nào đó thì chúng taphải biết trước các thông tin của kênh tương có liên quan đến điều kiện cưỡng bức Vídụ như khi điều kiện cưỡng bức cần thoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng thì thôngtin cần có là độ rộng băng tần khả dụng của từng kênh.

Lưu ý rằng thuật toán tính toán xác định đường sử dụng trong CSPF, yêu cầu bộđịnh tuyến thực hiện việc tính toán xác định đường phải có các thông tin về tất cả cáckênh trong mạng Điều đó có nghĩa là chỉ một số loại giao thức định tuyến có thể hỗtrợ định tuyến cưỡng bức đó là các giao thức định tuyến theo trạng thái kênh (ví dụnhư IS-IS, OSPF) Còn các giao thức định tuyến theo vector khoảng cách (ví dụ nhưRIP) không hỗ trợ định tuyến cưỡng bức.

Để minh hoạ cho CSPF, chúng ta hãy xem xét ví dụ trên hình 2-11 Chúng ta giả sửrằng độ dài tất cả các kênh đều bằng nhau và có giá trị là 1 Chúng ta cũng giả sử rằngtất cả các kênh đều có độ rộng băng tần khả dụng là 150 Mb/s, ngoại trừ kênh nối từLSR2 đến LSR4 có độ rộng băng tần khả dụng là 45 Mb/s Nhiệm vụ của chúng ta làtìm đường từ LSR1 đến LSR6 sao cho có độ dài ngắn nhất và độ rộng băng tần khảdụng phải lớn hơn hoặc bằng 100 Mb/s Ở đây điều kiện cưỡng bức cần thoả mãn là độrộng băng tần khả dụng.

Vòng thứ 2 chúng ta kiểm tra nút cạnh nút LSR2 là LSR4 Với nút này chúng tathấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên kênh (LSR2-LSR4) nhỏ hơn độ rộng băngtần yêu cầu Vì vậy kênh này không thoả mãn điều kiện cưỡng bức và chúng ta khôngbổ sung LSR4 vào danh sách nút “ứng cử” Chúng ta vẫn còn LSR3 trong danh sáchnút “ứng cử”, vì vậy ta bổ sung nó vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3) và xoá nókhỏi danh sách “ứng cử” Kết thúc vòng thứ hai của thuật toán.

Tại vòng thứ 3 của thuật toán, chúng ta kiểm tra nút cạnh nút LSR3 là nút LSR5.Với nút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên kênh (LSR3-LSR5) lớnhơn độ rộng băng tần yêu cầu Vì vậy kênh này thoả mãn điều kiện cưỡng bức và ta bổsung nó vào danh sách nút “ứng cử” Tiếp theo chúng ta tìm trong danh sách các nút“ứng cử”nút có khoảng cách ngắn nhất tới LSR1 là nút LSR5 Vì vậy ta bổ sung LSR5vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5) và xoá LSR5 khỏi danh sách “ứng cử”.Kết thúc vòng thứ 3 của thuật toán.

Tại vòng thứ 4 của thuật toán, ta kểm tra nút cạnh nút LSR5 là LSR4 Với nút nàychúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên kênh (LSR5-LSR4) lớn hơn độrộng băng tần yêu cầu Vì vậy kênh này thoả mãn điều kiện cưỡng bức và ta bổ sungnó vào danh sách nút “ứng cử” Tiếp theo chúng ta tìm trong danh sách các nút “ứng

cử”nút có khoảng cách ngắn nhất tới LSR1 là nút LSR4 Vì vậy ta bổ sung LSR5 vàocây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3, LSR5, LSR4) và xoá LSR4 khỏi danh sách “ứngcử” Kết thúc vòng thứ 4 của thuật toán.

Tại vòng thứ 5 của thuật toán, ta kểm tra nút cạnh nút LSR5 là LSR6 và LSR7 Vớinút này chúng ta thấy rằng độ rộng băng tần khả dụng trên các kênh (LSR4-LSR6) và(LSR4-LSR7) lớn hơn độ rộng băng tần yêu cầu Vì vậy kênh này thoả mãn điều kiệncưỡng bức và ta bổ sung LSR6 và LSR7 vào danh sách nút “ứng cử” Tiếp theo chúngta nhận thấy rằng trong danh sách các nút “ứng cử” có nút LSR6 có khoảng cách ngắnnhất tới LSR1 Vì vậy ta bổ sung LSR6 vào cây đường ngắn nhất (LSR1, LSR3,LSR5, LSR4, LSR6) và xoá LSR6 khỏi danh sách “ứng cử” Tại đây chúng ta nhậnthấy cây đường ngắn nhất đã có chứa nút LSR6 là nút đích của đường cần tìm Vì vậythuật toán kết thúc ở đây Kết quả đường ngắn nhất từ LSR1 đến LSR6 là (LSR1,LSR3, LSR5, LSR4, LSR6) Chúng ta có thể nhận thấy đường này khác với đườngđược xác định theo thuật toán SPF có thể là (LSR1, LSR2, LSR4, LSR6).

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 Các khảnăng của CR-LDP tuỳ chọn bao gồm thương lượng các tham số lưu lượng như cấpphát băng thông, thiết lập và cầm giữ quyền ưu tiên.

RSVP có một số cơ chế cần thiết để thực hiện báo hiệu phân phối nhãn nhằm ràngbuộc định tuyến IETF đã chuẩn hoá phần mở rộng kỹ thuật lưu lượng RSVP-TE, địnhnghĩa các ứng dụng của RSVP-TE như hỗ trợ phân phối nhãn theo yêu cầu để cấp pháttài nguyên cho các LSP định tuyến tường minh Tổng kết cách dùng RSVP-TE để hỗtrợ tái định tuyến “Make-before-break”, theo dõi đường thực sự được chọn qua chứcnăng 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 tin đơn hướng.Các bản tin RSVP thường đi theo con đường hop-by-hop của định tuyến IP nếu khônghiện diện tuỳ chọn tuyến tường minh Các router hiểu RSVP dọc theo đường có thểchặn và xử lý bất cứ bản tin nào RFC 2205 định nghĩa 3 kiểu bản tin RSVP: Thiết lậpdự trữ (reservation setup), tear down, và error RSVP-TE cũng định nghĩa thêm bản tinHello.

2.3.1 Các bản tin thiết lập dự trữ.

RSVP sử dụng khái niệm dự trữ ở đầu 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 chứa mộtsession-ID, sender-template, label-request, sender-Tspec và tuỳ chọn là đối tượng