Công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS trong mạng lưu lượng
MỤC LỤC
1 Tổng quan về mạng chuyển mạch nhãn đa giao thức
Các ưu điểm của MPLS
Chuyển mạch nhãn còn có thể cung cấp mềm dẻo các tính năng khác nhau để đáp ứng các nhu cầucủa người dùng internet, thay vì hàng loạt các địa chỉ IP (tăng lên rất nhanh từng ngày) mà bộ định tuyến cần phải xử lý thì chuyển mạch nhãn cho phép các địa chỉ này gắn với một hoặc vài nhãn, tiếp cận này làm giảm kích thước bảng địa chỉ và cho phép bộ định tuyến hỗ trợ nhiều người sử dụng hơn. Chuyển mạch nhãn cho phép các bộ định tuyến chọn tuyến đầu ra tường minh theo nhãn, như vậy cơ chế này cho cung cấp một cách thức truyền tải lưu lượng qua các nút và liên kết phù hợp với lưu lượng truyền tải, cũng như là đặt ra các lớp lưu lượng gồm các lớp dịch vụ khác nhau(dựa trên yêu cầu QoS) trên đó.
2 Các khái niệm cơ bản trong MPSL
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 cho các gói thông tin đến hoặc đi khỏi mạng MPLS. Các LSR này có thể là các bộ định tuyến 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 khiển và chuyển tiếp số liệu trên cơ sở chuyển mạch tế bào ATM trong mạng số liệu. Như vậy các tổng đài chuyển mạch ATM truyền thống có thể nâng cấp phần mềm để thực hiện chức năng của LSR. Loại LSR Chức năng thực hiện. LSR biên Chuyển tiếp gói có nhãn. Nhận gói tin IP, kiểm tra lại lớp 3 và đặt vào ngăn xếp nhãn trước khi gử gói vào mạng LSR. Nhận gói tin có nhãn, loại bỏ nhãn, kiểm tra lại lớp 3 và chuyển tiếp gói IP đến nút tiếp theo. Nhận gói có nhãn hoặc không nhãn, phân vào các tế bào ATM và gửi các tế bào đến nút ATM-LSR tiếp theo. Nhận các tế bào ATM từ các ATM-LSR cận kề, tái tạo các gói từ các tế bào ATM và chuyển tiếp gói có nhãn hoặc không có nhãn. Bảng 1-1: Các loại LSR trong mạng MPLS 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 các gói tin được ưu tiên như nhau trong quá trình vận chuyển. Tất cả các gói trong một nhóm được đối xử như nhau trên đường tới đích. Khác với IP thông thường, trong MPLS, các gói tin riêng biệt được gán vào các FEC riêng ngay sau khi chúng vào mạng. Các FEC dựa trên yêu cầu dịch vụ cho việc thiết lập các gói tin hay đơn giản cho một tiền địa chỉ. 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 đương FEC. Về lý thuyết, giới hạn số lượng nhãn trong stack phụ thuộc vào giá trị MTU (Maximum Transfer Unit) của các 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 tin về 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 vài trường 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 lớp liên 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 thực tế giải mã nhãn. i)Bảng chuyển tiếp chuyển mạch nhãn (LSFT-Label Switching Forwarding Table).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 Label Map) để ánh xạ nhãn này tới một entry chuyển tiếp nhãn NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry).
3 Các thao tác nhãn
Mặt hạn chế của phương pháp này là thời gian thiết lập LSP, một số quan điểm cho rằng phương pháp này có vẻ kém hiệu quả, một số khác lại cho rằng phương pháp điều khiển gán nhãn theo yêu cầu sẽ hỗ trợ rất tốt cho vấn đề định tuyến ràng buộc. Quy tắc của hoạt động trộn nhãn là khá đơn giản: nếu LSR hỗ trợ khả năng trộn nhãn thì chỉ cần gửi một nhãn cho FEC; nếu LSR không hỗ trợ khả năng trộn nhãn thì phải gửi một nhãn cho mỗi FEC, nếu một upstream LSR không hỗ trợ khả năng trộn nhãn thì nó phải yêu cầu một nhãn cho một FEC.
4 Kết luận chương
Chế độ sử dụng nhãn (Lable retention mode): sẽ quyết định duy trì thông tin về nhãn hay bỏ nhãn đi khi nó nhận được thông tin về liên kết nhãn hay FEC. Nếu LSR duy trì thông tin về liên kết giữa nhãn và FEC nhận được từ các LSR không phải là node tiếp theo của nó ứng với FEC được gán nhãn, thì LSR hoạt động ở chế độ sử dụng nhãn tự do (liberal lable retention mode).
5 Các thành phần của mạng chuyển mạch nhãn
Thành phần chuyển tiếp gói tin
Một vấn đề nữa mà chỳng ta cần hiểu rừ, là khi sử dụng chuyển tiếp trao đổi nhón tổ hợp với khả năng mang nhãn trên một miền rộng của các công nghệ lớp liên kết có ý nghĩa quan trọng - rất nhiều thiết bị khác nhau có thể sử dụng như bộ định tuyến chuyển mạch nhãn LSR. Đối với các bộ định tuyến thông thường, khi bộ định tuyến thực hiện chuyển tiếp các gói tin unicast, nó yêu cầu một quá trình tìm kiếm địa chỉ đích có tiền tố dài dựa trên địa chỉ đích lớp mạng, nếu đó là chuyển tiếp multicast thì các địa chỉ nguồn và giao diện ra sẽ được thêm vào làm cơ sở cho quá trình xử lý chuyển tiếp gói tin.
Thành phần điều khiển
Tuy nhiên, thành phần điều khiển của bộ định tuyến thông thường không hỗ trợ một cách hoàn toàn hiệu quả đối với chuyển mạch nhãn, bởi vì kiến trúc định tuyến thông thường không thích hợp để tạo ra các bảng chuyển tiếp trên cơ sở của thành phần chuyển tiếp chuyển mạch nhãn, lý do là trong thành phần bảng chuyển tiếp chứa hoạt động tráo đổi nhãn và các bước kế tiếp. Ví dụ, tiếp cận theo hướng dữ liệu sẽ tạo ra liên kết nhãn với luồng tin qua gói tin đầu tiên tới LSR, hoặc có thể chờ một vài gói tin đến rồi mới thực hiện liên kết nhãn nếu các gói tin đến theo luồng.Việc lựa chọn phương pháp thiết lập liên kết có thể ảnh hưởng tới hiệu năng và độ mềm dẻo của LSR, vì vậy, chúng ta sẽ cùng nhau xem xét một số điều kiện và yờu cầu của mạng để rừ hơn cỏc sở cứ lựa chọn phương phỏp.
6 Các giao thức sử dụng trong MPLS
Giao thức phân phối nhãn LDP
Việc xây dựng các chức năng bảo đảm độ tin cậy trong LDP không nhất thiết phải thực hiện toàn bộ các chức năng của TCP trong LDP mà chỉ cần dừng lại ở những chức năng cần thiết nhất ví dụ như chức năng điều khiển tránh tắc nghẽn được coi là không cần thiết trong LDP. Tuy nhiên việc phát triển thêm các chức năng đảm bảo độ tin cậy trong LDP cũng có nhiều vấn đề 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.
Giao thức CR-LDP
Điểm khác nhau chính giữa định tuyến IP truyền thống và định tuyến cưỡng bức đó là: 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 ra một đường tối ưu theo một tiêu chí nào đó đồng thời phương án đó phải không vi phạm điều kiện cưỡng bức. Ví dụ như nếu điều kiện cưỡng bức cần thoả mãn là độ rộng băng tần khả dụng, khi đó chúng ta cần kiểm tra độ rộng băng tần khả dụng của kênh có lớn hơn một giá trị độ rộng băng tần được chỉ ra trong điều kiện cưỡng bức; chỉ khi thoả mãn chúng ta mới kiểm tra nút W ở đầu kia của kênh.
7 Giao thức RSVP-TE
RFC 3209 định nghĩa bản tin Hello tuỳ chọn cho RSVP-TE, nó cho phép một LSR phát hiện một neighbours 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. Tất nhiên việc xử lý dành cho khởi tạo các bản tin PATH và RESV lớn hơn nhiều so với việc làm tươi trạng thái một bản tin đã nhận trước đó, tuy nhiên với một số lượng lớn các LSP thì việc xử lý làm tươi có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu năng.
8 Giao thức cổng biên BGP
BGPv4 và mở rộng cho MPLS
Vì chiều dài của AS- PATH thường là yếu tố quyết định chọn một tuyến, nên BGP được gọi là giao thức định tuyến path-vetor. Thủ tục cơ bản là “ký sinh” việc phân phối nhãn theo kiểu không cần yêu cầu song song khi thực hiện phân phối tuyến BGP.
9 Kết luận chương
Các chức năng định tuyến và báo hiệu cơ bản trong mặt phẳng điều khiển MPLS để hỗ trợ tự động hoá việc cấu hình của mặt phẳng chuyển tiếp. Chương này đã giới thiệu một số giao thức báo hiệu MPLS thực hiện phân phối nhãn theo các đặc tính chung như tuyến tường minh hay tuyến từng chặng, phân phối nhãn theo yêu cầu hay không cần yêu cầu, điều khiển phân phối nhãn độc lập hay theo trình tự.
KỸ THUẬT LƯU LƯỢNG VỚI MPLS
Trong khi các công cụ hàng đợi khác thể hiện các tính năng khác, như sắp xếp trật tự các gói, hàng đợi FIFO chỉ cung cấp một ý nghĩa giữ các gói trong khi chúng chờ để rời khỏi một cổng giao tiếp (interface). Trong khi đó, các luồng với độ ưu tiên thấp gửi một số lượng gói xác định và hầu hết chúng bị hủy bởi vì hàng đợi lúc nào cũng đầy do các luồng không mong muốn đã chiếm hết không gian hàng đợi.
10 Kỹ thuật lưu lượng trên MPLS
Khái niệm trung kế lưu lượng (traffic trunk)
Trong trường hợp phức tạp hơn, lưu lượng của các lớp dịch vụ phân biệt được ấn định vào các trung kế lưu lượng riêng biệt với các đặc tính khác nhau. Khái niệm này rất quan trọng vì bài toán quản lý băng thông cơ bản trong một miền MPLS đặt ra chính là làm thế nào để ánh xạ hiệu quả đồ hình nghiệm suy lên trên topology mạng vật lý.
11 Trung kế lưu lượng và các thuộc tính
Thuộc tính tham số lưu lượng đặc tả băng thông đòi hỏi bởi trung kế lưu lượng cùng với các đặc trưng lưu lượng khác như tốc độ đỉnh, tốc độ trung bình, kích thước bùng phát cho phép, v.v… Dưới góc độ kỹ thuật lưu lượng, các tham số lưu lượng rất quan trọng vì chúng chỉ thị các yêu cầu về tài nguyên của trung kế lưu lượng. Khi thiết lập một trung kế mới hoặc tái định tuyến, một trung kế có độ ưu tiên thiết lập cao sẽ chèn lấn một trung kế khác có độ ưu tiên cầm giữ thấp hơn “bật” ra khỏi đường nếu chúng cạnh tranh tài nguyên.
12 Các thuộc tính tài nguyên
Bộ phân bổ lớn nhất
Nói chung, nên luôn luôn khống chế ở lối vào của mạng để cưỡng bức tuân thủ cỏc hợp đồng mức dịch vụ và giảm thiểu việc khống chế bờn trong lừi mạng.
Lớp tài nguyên (Resource-Class)
Khi triển khai MPLS các thiết bị này sẽ tương đối dễ dàng nâng cấp để thoả mãn một số yêu cầu riêng của định tuyến cưỡng bức MPLS. Định tuyến cưỡng bức hỗ trợ rất nhiều cho việc tự động tìm kiếm các đường khả thi thoả mãn toàn bộ các ràng buộc của trung kế lưu lượng.
13 Tính toán đường ràng buộc
Một khi bộ định tuyến đầu nguồn nhận được các thông cáo này thì không chỉ biết được topology mạng mà còn biết được các thông tin tài nguyên khả dụng của từng liên kết. Khi tài nguyên được đưa vào tính toán, thấy rằng trên đường ngắn nhất không có đủ băng thông thoả mãn các dòi hỏi của trung kế lưu lượng (đòi hỏi 30 Mbps trong khi chỉ có 20 Mbps khả dụng).
14 Bảo vệ khôi phục đường
Khi phát hiện sự cố trên đường làm việc, một LSR đứng trước vị trí lỗi có vai trò là POR mới bắt đầu báo hiệu một đường khôi phục đi vòng qua điểm lỗi và nối (merge) vào một nút nào đó nằm sau điểm lỗi trên đường làm việc. Khi một nút phát hiện sự cố liên kết thì nó phải tính toán rồi báo hiệu thiết lập một đường hầm LSP ngắn nhất đi từ nó đến nút ở phía bên kia liên kết bị sự cố và sau đó chuyển mạch lưu lượng (bằng cách xếp chồng nhãn để “luồn” đường làm việc chui qua đường hầm tránh lỗ này).
15 Phát hiện và phòng ngừa định tuyến vòng
Chế độ khung
Ý tưởng này là giống cơ chế Simple-Dynamic, nhưng với đường khôi phục đã được tính toán trước khi xảy ra lỗi. Việc gán nhãn này cũng là cơ sở để LSR phát hiện và ngăn ngừa chuyển tiếp vòng.