3.3.1 các hoạt động của MPLS
Để gói tin truyền qua mạng MPLS phải thực hiện các bước sau: 1. Tạo và phân phối nhãn
2. Tạo bảng cho mỗi bộ định tuyến 3. Tạo đường chuyển mạch nhãn 4. Gán nhãn dựa trên tra cứu bảng 5. Truyền gói tin.
Nguồn gửi các dữ liệu của nó tới đích. Trong mền MPLS, không phải tất cả các lưu lượng nguồn cần thiết truyền qua cùng một đường. Dựa trên các đặc tính lưu lượng, các LSP khác nhau có thể tạo cho các gói tin với các yêu cầu CoS khác nhau. Nguồn LSR 1 LER1 LER2 LER4 LER3 LSR 2 LSR 3 Đích Yêu cầu nhãn Phân phối nhãn Luồng dữ liệu
Hình 3.11 : Tạo LSP và chuyển tiếp gói tin thông qua miền MPLS
CHƢƠNG 3: HOẠT ĐỘNG PHÂN PHỐI NHÃN VÀ CHUYỂN MẠCH GÓI TIN TRONG MPLS
Trang 50
Trước khi dữ liệu truyền, các bộ định tuyến quyết định tạo ra liên kết nhãn tới các FEC cụ thể và tạo bảng
- Trong LDP các bộ định tuyến luồng xuống bắt đầu phân phối nhãn và gán nhãn vào FEC.
- Các đặc tính liên quan đến lưu lượng và dung lượng MPLS được điều chỉnh thông qua sử dụng LDP.
- Giao thức báo hiệu nên dùng giao thức vận chuyển có thứ tự và đảm bảo tin cậy
Tạo bảng
Khi chấp nhận các liên kết nhãn mối LSR tạo ra bảng cơ sở dữ liệu nhãn ( LIB ). Nội dung của các bảng này xác định mối liên hệ giữa nhãn và FEC, ánh xạ giữa cổng vào và bảng nhãn vào đến cổng ra và bảng nhãn ra. Các LIB được cập nhật khi có sự thay đổi hoặc điều chỉnh nhãn.
Tạo đường chuyển mạch nhãn
Các LSP được tạo ra theo chiều ngược với các mục trong các LIB.
Gán nhãn dựa trên bảng tra cứu
- Bộ định tuyến đầu tiên LER1 trong hình trên sử dụng bảng LIB để tìm đường tiếp theo yêu cầu nhãn cho FEC cụ thể.
- Các bộ định tuyến tiếp theo sử dụng bảng để tìm đường tiếp theo.
- Khi gói tin đến LSR lối ra LER4 hình trên nhãn được loại bỏ và gói tin được truyền tới đích.
Chuyển tiếp gói tin
Hình trên mô tả đường đi của gói tin khi nó được truyền từ nguồn tới đích. - Lần đầu tiên của yêu cầu nhãn, các gói tin không có nhãn tại LER1. Trong mạng IP, nó sẽ tìm địa chỉ dài nhất để tìm các bước tiếp theo. LSR1 là bước tiếp theo của LER1.
- LER1 sẽ khởi phát các yêu cầu nhãn tới LSR1. Yêu cầu này sẽ được phát trên toàn mạng. LDP sẽ xác định đường dẫn ảo đảm bảo QoS.
- Mỗi bộ định tuyến trung gian LS2 và LS3 sẽ nhận gói tin gán nhãn thay đổi nhãn và truyền đi.
CHƢƠNG 3: HOẠT ĐỘNG PHÂN PHỐI NHÃN VÀ CHUYỂN MẠCH GÓI TIN TRONG MPLS
Trang 51
- Gói tin đến LER4, loại bỏ nhãn vì gói ra khỏi miền hoạt động của MPLS và phân phát tới đích. Đường truyền gói tin được chỉ ra trong hình trên.
Có hai chế độ hoạt động đối với MPLS: Chế độ hoạt động khung (Frame- mode) và chế độ tế bào (Cell-mode ). Ở tập đồ án này e xin trình bày nội dùng của chế độ chuyển mạch khung.
3.3.2. Chế độ hoạt động khung
Chế độ này xuất hiện khi sử dụng MPLS trong môi trường thiết bị định tuyến thuần điều khiển các gói IP điểm - điểm. Các gói dán nhãn được chuyển tiếp trên cơ sở khung lớp 2.
Cơ chế hoạt động của mạng MPLS trong chế độ này được mô tả trong hình dưới đây.
Bước 1:nhận gói IP tại LSR
biên
Bước 2 :kiẻm tra gói lớp 3,gán nhãn chuyển gói IP đến LSR lõi 1
Bước 3:kiểm tra nhãn,chuyển đổi nhãn, chuyển gói IP
đến LSR lõi 3
Bước 4:kiểm tra nhãn chuyển đổi nhãn chuyển gói IP
đén LSR biên 4
Bước 5:kiểm tra nhãn, xoá nhãn, chuyển gói IP tới router ngoài tiếp theo
IP đích 192.1.1.3 IP 192.1.1.3 LSR biên1 PoP LSR biên2 PoP LSR biên3 PoP LSR biên4 PoP LSR biên5 PoP LSR lõi1 LSR lõi 3 LSR lõi 2 Gói IP 37 Gói IP 30 Gói IP 28
Hình 3.12 : Mạng MPLS trong chế độ hoạt động khung
Các hoạt động trong mảng số liệu
Quá trình chuyển tiếp gói IP qua mạng MPLS được thực hiện qua một số các bước cơ bản sau đây :
CHƢƠNG 3: HOẠT ĐỘNG PHÂN PHỐI NHÃN VÀ CHUYỂN MẠCH GÓI TIN TRONG MPLS
Trang 52
- LSR biên lối vào nhận gói IP, phân loại gói vào nhóm chuyển tiếp tương đương FEC và gán nhãn cho gói với ngăn xếp nhãn tương ứng với FEC đã xác định. Trong trường hợp định tuyến một địa chỉ đích, FEC sẽ tương ứng với mạng con đích và việc phân lại gói sẽ đơn giản là việc so sánh bảng định tuyến lớp 3 truyền thống.
- LSR lõi nhận gói tin có nhãn và sử dụng bảng chuyển tiếp nhãn để thay đổi nhãn lối vào của gói đến với nhãn lối ra tương ứng cùng với FEC (trong trường hợp này là mạng con IP).
- Khi LSR biên lối ra của vùng FEC nhận được gói có nhãn, nó loại bỏ nhãn và thực hiện chuyển tiếp gói IP theo bảng định tuyến lớp 3 truyền thống.
• Chuyển mạch nhãn trong chế độ khung
Ta xem xét quá trình chuyển đổi nhãn (như hình 3.12) trong mạng MPLS sau khi nhận được một gói IP.
- Sau khi nhận khung PPP lớp 2 từ bộ định tuyến biên số 1, LSR lập tức nhận dạng gói nhận được là gói có nhãn dựa trên giá trị trường giao thức PPP và thực hiện kiểm tra nhãn trong cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn. Kết quả nhãn vào là 30 được thay bằng nhãn ra 28 tương ứng với việc gói LSR lõi 3.
- Tại LSR lõi 3, nhãn được kiểm tra, nhãn số 28 được thay bằng nhãn số 37 và cổng ra được xác định. Gói tin được chuyển tiếp tới LSR biên số 4.
- Tại LSR biên số 4, nhãn 37 bị loại bỏ và việc kiểm tra địa chỉ lớp 3 được thực hiện, gói được chuyển tiếp đến bộ định tuyến tiếp theo ngoài mạng MPLS.
Quá trình chuyển đổi nhãn thực hiện trong các LSR lõi dựa trên bảng định tuyến nhãn. Bảng định tuyến này phải được cập nhật đầy đủ để đảm bảo mỗi LSR trong mạng MPLS có đầy đủ thông tin về tất cả các hướng chuyển tiếp. Quá trình này xảy ra trước khi thông tin được trưyền trong mạng và được gọi là quá trình liên kết nhãn (Label binding).
CHƢƠNG 3: HOẠT ĐỘNG PHÂN PHỐI NHÃN VÀ CHUYỂN MẠCH GÓI TIN TRONG MPLS
Trang 53
• Quá trình liên kết và lan truyền nhãn.
Khi xuất hiện một LSR mới trong mạng MPLS hay bắt đầu khởi tạo mạng MPLS, các thành viên LSR trong mạng MPLS phải có liên lạc với nhau trong quá trình khai báo thông qua bản tin Hello. Sau khi bản tin này được gửi, một phiên giao dịch giữa hai LSR được thực hiện. Thủ tục chao đổi là LDP.
Sau khi cơ sở dữ liệu nhãn LIB được tạo ra trong LSR, nhãn được gán cho mỗi FEC mà LSR nhận biết được. Đối với định tuyến đơn hướng, FEC tương đương với tiền tố bảng định tuyến IP. Vậy nhãn được gán trong mỗi tiền tố trong bảng định tuyến IP và bảng chuyển đổi chứa trong LIB. Bảng chuyển đổi định tuyến này được cập nhật liên tục khi xuất hiện những tuyến trong miền mới.
Do LSR gán nhãn cho mỗi tiền tố IP trong bảng định tuyến của chúng ngay sau khi tiền tố xuất hiện trong bảng định tuyến và nhãn là phương tiện được LSR khác sử dụng khi gửi gói tin có nhãn này được gọi là gán nhãn điều khiển độc lập với quá trình phân phối ngược không yêu cầu. Việc quảng bá các nhãn được quảng bá ngay đến tất cả các bộ định tuyến thông qua phiên LDP.
3.3.3 Chế độ hoạt động tế bào MPLS
Không đơn giản như chế độ hoạt động khung. Để triển khai MPLS qua ATM cần phải giải quyết một số trở ngại sau :
- Hiện tại không tồn tại một cơ chế nào cho việc trao đổi trực tiếp các gói IP giữa nút MPLS lân cận qua giao diện ATM. Tất cả các số liệu trao đổi qua giao diện ATM phải thực hiện qua kênh ảo ATM .
- Các tổng đài ATM không thể thực hiện việc kiểm tra nhãn hay địa chỉ lớp 3. Khả năng duy nhất của ATM là chuyển đổi VC đầu vào sang VC đầu ra của giao diện ra.
CHƢƠNG 3: HOẠT ĐỘNG PHÂN PHỐI NHÃN VÀ CHUYỂN MẠCH GÓI TIN TRONG MPLS
Trang 54
Để thực hiện MPLS qua ATM thì cần một số cơ chế sau
- Các gói IP trong mảng điều khiển không thể trao đổi trực tiếp qua giao diện ATM. Một kênh ảo VC phải được thiết lập giữa 2 nút lân cận để trao đổi gói thông tin điều khiển.
- Nhãn trên cùng trong ngăn xếp nhãn phải được sử dụng cho các giá trị VPI/VCI. - Các thủ tục gán và phân phối nhãn phải được sửa đổi để đảm bảo các tổng đài ATM không phải kiểm tra địa chỉ lớp 3.
Các khái niệm
- Giao diện ATM điều khiển chuyển mạch nhãn (LC-ATM) là giao diện ATM trong tổng đài hoặc trong bộ định tuyến mà giá trị VPI/VCI được gán bằng thủ tục điều khiển MPLS(LDP).
- ATM-LSR là tổng đài ATM sử dụng giao thức MPLS trong mảng điều khiển và thực hiện chuyển tiếp MPLS giữa các giao diện LC- ATM trong mảng số liệu bằng chuyển mạch tế bào ATM truyền thống.
- LSR theo khung là LSR chuyển tiếp toàn bộ các khung giữa các giao diện của nó. Định tuyến truyền thống là LSR kiểu này.
- Miền ATM-LSR là tập hợp các ATM-LSR kết nối với nhau qua các giao diện LC-ATM
- ATM-LSR biên là LSR theo khung có ít nhất một giao diện LC-ATM.
• Kết nối trong mảng điều khiển qua giao diện LC-ATM
Cấu trúc MPLS đòi hỏi liên kết thuần IP giữa các mảng điều khiển của các LSR lân cận để trao đổi liên kết nhãn cũng như các gói điều khiển khác.
Ở chế độ hoạt động MPLS khung yêu cầu này được đáp ứng một cách đơn giản bởi thiết bị định tuyến có thể gửi, nhận các gói IP và các gói có nhãn qua bất kỳ giao diện chế độ khung nào dù là LAN hay WAN. Còn tổng đài ATM không có khả năng đó. Để cung cấp kết nối thuần IP giữa các ATM-LSR có hai cách sau :
CHƢƠNG 3: HOẠT ĐỘNG PHÂN PHỐI NHÃN VÀ CHUYỂN MẠCH GÓI TIN TRONG MPLS
Trang 55
- Thông qua kết nối ngoài băng như kết nối Ethernet giữa các tổng đài. - Thông qua kênh ảo quản lý trong băng tương tự cách mà giao thức ATM
Thực hiện như sau :
Kênh ảo điều khiển MPLS VC thông thường thực hiện giá trị VPI/VCI là 0/32 và bắt buộc phải thực hiện phương pháp đóng gói LLC/SNAP cho các gói IP theo tiêu chuẩn RFC 1483. Khi triển khai MPLS trong tổng đài ATM (ATM-LSR) phần điều khiển trung tâm của tổng đài ATM phải hỗ trợ thêm báo hiệu MPLS và giao thức thiết lập kênh VC.
Chuyển tiếp các gói có nhãn qua miền ATM-LSR
Việc chuyển tiếp các gói có nhãn qua miền ATM-LSR được thực hiện trực tiếp qua các bước sau:
- ATM-LSR biên lối vào nhận gói có nhãn hoặc không có nhãn, thực hiện việc kiểm tra cơ sở dữ liệu chuyển tiếp FIB hay cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn LFIB và tìm kiểm tra giá trị VPI/VCI đầu ra để sử dụng như nhãn lối ra. Các gói có nhãn được phân chia thành các tế bào ATM và gửi tới ATM-LSR tiếp theo. Giá trị VPI/VCI được gắn vào mào đầu của từng tế bào.
- Các nút ATM-LSR chuyển mạch tế bào theo giá trị VPI/VCI trong mào đầu của tế bào theo cơ chế chuyển mạch ATM truyền thống. Cơ chế phân bổ và phân phối nhãn phải đảm bảo việc chuyển đổi giá trị VPI/VCI trong miền và ngoài miền là chính xác.
- ATM-LSR tại lối ra tái tạo lại các gói có nhãn từ các tế bào, thực hiện việc kiểm tra nhãn và chuyển tiếp tế bào đến LSR tiếp theo. Việc kiểm tra nhãn dựa vào giá trị VPI/VCI của tế bào đến mà không dựa vào nhãn trên đỉnh của ngăn xếp trong mào đầu nhãn MPLS do ATM-LSR giữa các biên của miền ATM-LSR chỉ thay đổi giá trị VPI/VCI mà không thay đổi nhãn bên trong các tế bào ATM. Trong đó cần chú ý rằng nhãn đỉnh của ngăn xếp được lập giá trị bằng 0 bởi ATM-LSR biên lối vào trước khi gói có nhãn được phân chia thành các tế bào.
CHƢƠNG 3: HOẠT ĐỘNG PHÂN PHỐI NHÃN VÀ CHUYỂN MẠCH GÓI TIN TRONG MPLS
Trang 56
Phân bổ và phân phối nhãn trong miền ATM-LSR
Bước 1gửi yêu cầu giá trị nhãn X tới nút
kế cận
Buớc 2 ATM-LSR lõi 1 gửi yêu cầu giá trị nhãn X
ATM -LSR lõi 3
Bước 3: ATM-LSR lõi 3 gửi yêu cầu nhãn X tới ATM-
LSR lõi 4
Bước 4: LSR biên 4 gán giá trị VCI/VPI và gửi
lậiTM-LSR lõi 3
Bước 5: LSR lõi 3 gán giá trị VPI/ VCI nội vùng chuyển đổi VPI/VCI vào sang VPI/VCI ra và gửi giá trị VPI/VCI mới đến ATM-LSR lõi 1 Bước 6 : giá trị VPI/
VCI nội vùng được gán bởi ATM-LSR lõi 1
cho LSR biên 1 LSR biên 1 PoP
ATM-LSR lõi 1 ATM-LSR lõi 3
ATM-LSR lõi 2
Yêu cầu
giá trị X
Yêu cầu giá trị X
Yêu c ầu giá
trị X
X=1/241
Hình 3.13 Phân bổ nhãn trong mạng ATM-LSR
Việc phân bổ và phân phối nhãn trong chế độ hoạt động này có thể sử dụng cơ chế giống như trong chế độ hoạt động khung . Tuy nhiên nếu triển khai như vậy thì sẽ dẫn tới các hạn chế bởi mỗi nhãn được gán qua giao diện LC-ATM tương ứng với một ATM VC. Vì số lượng VC qua giao diện ATM là hạn chế nên cần giới hạn số lượng VC phân bổ qua LC-ATM ở mức thấp nhất. Để đảm bảo được điều này, các LSR phía sau sẽ nhận trách nhiệm yêu cầu phân bổ và phân phối nhãn qua giao diện LC-ATM. LSR phía sau cần nhãn để gửi gói đến nút tiếp theo phải yêu cầu nhãn từ LSR phía trước nó. Thông thường các nhãn được yêu cầu dựa trên nội dung bảng định tuyến mà không dựa vào luồng dữ liệu, điều đó đòi hỏi nhãn cho mỗi đích trong phạm vi của nút kế tiếp qua giao diện LC-ATM.
LSR phía trước có thể đơn giản phân bổ nhãn và trả lời yêu cầu cho LSR phía sau với bản tin trả lời tương ứng. Trong một số trường hợp, LSR phía trước có thể phải có khả năng kiểm tra địa chỉ lớp 3 (nếu không còn nhãn phía trước yêu
CHƢƠNG 3: HOẠT ĐỘNG PHÂN PHỐI NHÃN VÀ CHUYỂN MẠCH GÓI TIN TRONG MPLS
Trang 57
cầu cho đích). Đối với tổng đài ATM, yêu cầu như vậy sẽ không được trả lời bởi chỉ khi nào nó có nhãn được phân phối cho đích phía trước thì nó mới trả lời yêu cầu. Nếu ATM-LSR không có nhãn phía trước đáp ứng yêu cầu của LSR phía sau thì nó sẽ yêu cầu nhãn từ LSR phía trước nó và chỉ trả lời khi nó đã nhận được nhãn từ LSR phía trước nó.
Hợp nhất VC
Hợp nhất VC tức là gán VC cho các gói đến cùng đích. Đây là một vấn đề quan trọng cần giải quyết đối với tổng đài ATM trong mạng MPLS.
Để tối ưu hoá quá trình dán nhãn ATM-LSR, có thể sử dụng lại nhãn cho các gói cùng đích. Khi các gói xuất phát từ các nguồn khác nhau (các LSR khác nhau ), nếu sử dụng chung một giá trị VC cho đích thì sẽ không có khả năng phân biệt gói nào thuộc luồng nào và LSR phía trước không có khả năng tái tạo đúng các gói từ tế bào. Để tránh trường hợp này, ATM-LSR phải yêu cầu LSR phía trước nó phân bổ nhãn mới mỗi khi LSR phía sau nó đòi hỏi nhãn đến bất cứ đích