Trong phần năy, chúng ta sẽ tìm hiểu câch thức hoạt động của chuyển mạch thẻ (Tag Switching) trín một chuyển mạch ATM. Khi đó những chuyín mạch ATM có tín gọi ATM_TSR. Bời vì ATM vă chuyển mạch thẻ cùng sử dụng kỹ thuật chuyển mạch thẻ. Chuyển mạch thẻ có thể hoạt động trín phần cứng của một chuyển mạch ATM truyền thống. Tuy nhiín mặt phang điều khiển ATM (ATM control plane) sẽ được thay thế bằng thănh phần điều khiển chuyển mạch thẻ (Tag Switching control component). Như vậy một chuyển mạch ATM sẽ điều khiển sự hoạt động của nó bằng câch sử dụng câc giao thức như OSPF (Open Shortest Path First), BGP (Border Gateway Protocol), RSVP (Resource Reservation Protocol) thay VÌ sử dụng câc giao thức đê được ITƯ hay ATM Forum định nghĩa như UNI vă PNNI.
3.1.4.1. Thông tin nhên
Thông tin nhên được ghi trong header của một tế băo ATM. Nếu stack nhên chỉ có một mức nhên thì giâ trị nhên nằm trong vùng VCI của header. Chiều dăi vùng VCI lă 16 bit nín số lượng nhên tối đa lă 2'® nhên. Bởi vì bảng định tuyến của câc chuyển mạch ATM đuợc xđy dựng dựa trín từng giao diện nín sổ lượng nhên của một ATM-LSR có thể lón hơn 2’^. Nếu stack nhên có hai mức nhên thì mức nhên đầu tiín chứa trong vùng VCI vă mức nhên thứ hai sẽ chứa trong vùng VPI của tiíú đề. Vì chiều dăi lă 12 bit nín số lượng nhên tối đa chứa trong vùng VPI cho một giao diện lă 4096 (2 '‘) nhên.
3.1.4.2. Chuyển tiếp dựa trín đích
Cung cấp chức năng định tuyến dựa trín địa chi đích cho những ATM_TSR phải điều chỉnh những thủ tục mă Tag Switching đê sử dụng để cung cấp chức năng cho những thiết bị không phải lă ATM-TSR (non ATM TSR). Trong phần năy chúng ta chỉ đề cập đến những thay đổi năy.
Sự thay đổi quan trọng nhất lă hình thức trao đổi thông tin thỉ giữa câc ATM_TSR. Một ATM_TSR sẽ không thông bâo giâ ữị mă nó sử dụng cho một TSR bất kỳ cho đến khi nó nhận được yíu cầu từ TSR năy. Vì thế để có thể nhận được thông tin thẻ từ một TSR năo, ATM_TSR phải gửi đến TSR đó lời yíu cầu. Với hình thức năy câc chuyển mạch ATM có thể hạn chế được số lượng thẻ lưu giư. Tuy nhiín lại nảy sinh một vấn đề lă xen lẫn tế băo (cell interleave).
Để hiểu về vấn đề năy, chúng ta xem xĩt ví dụ sau. Cả hai TSR A vă TSR B cùng gửi dữ liệu đến ATM_TSR X. Câc gói dữ liệu của TSR A vă TSR B sẽ được phđn đoạn thănh những tế băo ATM. Tại ngõ ra của TSR A vă TSR B, câc tế băo năy đều được gắn thẻ bằng 7 (VCI = 7). Như vậy, giả sử, đầu tiín ATM_TSR X nhận được tế băo ATM do TSR B gửi đến, X sẽ sử dụng câch thức chuyển mạch truyền thống, thay nhên cũ VCI bằng 7 băng thẻ mới VCI bằng 3 vă gửi tế băo đến nút mạng kế tiếp trín giao diện If2. Tế băo ATM kế tiếp mă ATM_TSR X rìhận được lă tế băo của TSR A. Tương tự, X sẽ gắn thẻ mới VCI bằng 3 cho tế băo năy vă chuyển nó đến nút mạng kế tiếp cũng trín giao diện If2. Giả sử tể băo tiếp theo ATM_TSR X nhận được cũng do TSR A gửi đến. Câch thức xử lý tế băo cũng diễn ra tưofng tự.
Như vậy câc tế băo ATM mă ATM_TSR X chuyển đến nút mạng kế tiếp trín giao diện EF2 bao gồm những tế băo đến từ TSR A vă những tế băo đến những từ TSR B. Hai tế băo liín tiếp trín cùng một đầu ra (giâ trị thẻ giống nhau) nhưng thuộc nhũng gói dữ liệu
khâc nhau, dẫn đến nút mạng nhận sẽ không thể tâi họp tế băo thănh gói dữ liệu một câch chính xâc.
Giải phâp cho vấn đề năy đòi hỏi câc ATM_TSR sẽ giũ’ câc tế băo ATM của cùng một gói dữ liệu trong bộ đệm cho đến khi nhận được tế băo cuối cùng. Sau khi đê nhận được toăn bộ tế băo của gói dữ liệu, ATM-TSR sẽ gửi câc tế băo năy cùng một lúc. Như vậy sẽ không có sự xen lẫn câc tế băo của những gói dữ liệu khâc nhau. Giải phâp năy có tín gọi
vc_merge.
Trở lại ví dụ trín, với giải phâp vc_m erge, khi ATM_LSR X nhận được tế băo với giâ trị thẻ VCI băng 7 trín giao diện If 0, X sẽ kiểm tra tế băo năy có phải lă tể băo cuối cùng của một gói dữ liệu hay không. Nếu không phải, tế băo sẽ được lưu giữ trong bộ đệm dănh cho giao diện If 0. Tưong tự klii nhận được tế băo do TSR A gửi đển trín giao diện If
1,^ X cũng kiểm tra tế băo có phải lă tế băo cuối cùng của một gói dữ liệu hay không. Vă nếu kliông phải, tể băo cũng sẽ được lưu giữ trong bộ đệm dănh cho giao diện Ifl. Ngay khi ATM_TSR X nhận được tế băo cuối cùng với VCI bằng 7 trín giao diện If 0, X sẽ tiến hănh gửi tất cả câc tế băo trong bộ đệm cùng với tế băo mói nhận đến nút mạng kế tiếp trín giao diện lf2 với thẻ mới VCI bằng 3. Vì.thế câc gói dữ liệu sẽ được tâi họp chính xâc từ câc tế băo ATM.
Sử dụng giải phâp “VC_merge” yíu cầu câc ATM_TSR phải có khả năng phđn biệt tế băo có phải lă tế băo cuối cùng của gói dữ liệu hay không vă xđy dựng những bộ đệm cho từng ngõ văo. Tuy nhiín cả hai yíưcầu năy hoặc lă đê được cung cấp hoặc .lă cung cấp một phần bời câc chuyển mạch ATM. Yíu cầu thứ nhất sẽ được hai thuật toân thực hiện lă Early Packet Discard (EPD)vă Partial Packet Discard (PPD).
Chú ý rằng giải phấp”VC_merge” chỉ được sử dụng cho Tag Switching hỗ ừợ chức năng định tuyến dựa văo địa chỉ đích (destination based forwarding). Không được sử dụng phương phâp năy cho những lưu lưọtig yíu cầu sự dănh sẵn tăi nguyín mạng. Vì thế ảnh hường cùa bộ đệm lín câc yếu tố như Jitter sẽ không quan trọng.
Giải phâp thứ hai cho vấn đề xen lẫn tế băo lă sử dụng nhiều hơn một thẻ cho một đưòng dẫn trong mạng. Chúng ta biết rằng sự xen lẫn tế băo ATM của câc ngõ văo khâc nhau lă do chúng có cùng giâ trị nhên VCI ở ngõ ra. Do đó, nếu câc tế băo đến từ những đầu văo khâc nhau được gắn thẻ đầu ra khâc nhau thì câc gói dữ liệu vẫn sẽ được tâi họp chính xâc từ câc tế băo.
M ột trong những ưu điểm của việc sử dụng nhiều thẻ khâc nhau cho một ngõ ra lă không yíu cầu sự thay đổi năo đối với phần cứng của chuyển mạch ATM. Nhưng số lượng kết nối ảo v c cần xđy dựng sẽ xấp xỉ với mô hình mạng overlay tích họp Ip trín ATM. Do đó giải phâp năy khả năng ứng dụng không khả thi như giải phâp “VC_merge”.
3.1.4.3. Đ óng gói d ữ liệu trín n h ũ n g liín kết non_ATM
Đối với những kỹ thuật lóp liín kểt dữ liệu (data link) như ATM, header của tầng năy được sử dụng để mang thông tin thẻ. Vì thế cho phĩp sử dụng lại những chức năng chuyển mạch có sẵn (ví dụ như sử dụng phần cứng của chuyển mạch ATM). Tuy nhiín với những kỹ thuật lóp liín kết dữ liệu như point-to-point, Ethernet.. cấu trúc tiíu đề của lớp 2 không thể mang thông tin thẻ. Vì thế, thông tin thẻ được ghi trong một thẻ, được gọi lă “shim label”, chỉn văo giữa tiíu đề lóp mạng vă lóp liín kết dữ liệu của gói dữ liệu.
Trong một mạng con point-to-point, câc gói dữ liệu có gắn thẻ được nhận dạng bởi vùng giao thức ppp, với một giâ trị chi định unicast vă giâ trị còn lại chỉ định multicast. Trong những mạng con đa ttuy nhập, câc gói dữ liệu như vậy cũng được nhận dạng bằng etheitype vă cũng có một giâ trị xâc định unicast, giâ ừị còn lại xâc định multicast.
Nếu như gói dữ liệu có nhiều mức thẻ thì chồng thẻ sẽ bao gồm một chuỗi câc thẻ có cấu trúc (hình 3.4).
H ình 3.4: cấ u trúc cùa một thẻ trong chồng thẻ [6].
74 Chuyển mạch nhên đa giao thức MPLS
Tag (20 bit) Cos (3 bit) s (1 bit) TTL (8 bit)
Mức thẻ cao nhất nằm bín phải ngay sau tiíu đề lớp liín kết dữ liệu vă mức thẻ thấp nhất nằm trâi trước tiíu đề lórp mạng. Câc nút mạng sử dụng thông tin trong mức thẻ cao nhất để thực hiện chuyển gói đi.
Vùng chồng (Stack) s có một bit. Nếu s bằng 1, thẻ năy lă thẻ cuối cùng (hay mức nhên thấp nhất) trong chồng thẻ. Ngược lại, s bằng 0.
Vùng Time_to_Live (TTL) chiều dăi 8 bit hoăn toăn tưong tự như vùng TTL trong tiíu đề IP. Chú ý rằng TSR chi xử lý vùng TTL của mức thẻ cao nhất
Vùng Class of Service (CoS) xâc định lớp dịch vụ của gói dữ liệu. Khi TSR rìa gắn thẻ đầu tiín cho gói dữ liệu, chính edge TSR năy cũng sẽ quyết định lớp dịch vụ dănh cho gói vă ấn định một giâ trị tương ứng cho vùng CoS. Khi một TSR trung gian gắn thím văo gói một mức thẻ mới, giâ trị CoS trong thẻ mới năy sẽ giữ lại giâ trị CoS của mức thẻ cao nhất trước đđy hoặc TSR năy sẽ ấn định một giâ trị mới. Giâ ừị vùng CoS được sử dụng tưomg tự như giâ trị vùng IP Precedence trong tiíu đề IP.
Giâ ttị thẻ được TSR nhận sử dụng để tiến hănh tìm kiếm trong bảng TFIB (Tag Forwarding Information Based), xâc định phương thức xử lý gói dữ liệu. Vùng năy có chiều dăi lă 20 bit cho phĩp số lượng thẻ lín đến 1.048.576 thẻ. Như đê nói ở trín, câc gói dữ liệu multicast vă unicast có giâ trị vùng giao thức p p p (đối vơí mạng con point-to-point) hay vùng ethertype (đối với mạng con đa truy nhập) khâc nhau. Vì thế, mỗi hình ứiức unicast vă multicast có số lượng thẻ lín đến 1.048.576 thẻ. Nhumg trín thực tế, số lượng thẻ được sử dụng sẽ bị hạn chế.
Như chúng ta thấy, khi sử dụng nhên thím văo (shim label) sẽ lăm tăng chiều dăi của gói dữ liệu, Đồng thời không có quâ trình phđn đoạn gói dữ liệu nín Tag Switching sử dụng thủ tục IP Path MTU Discovery để đảm bảo rằng kích thước gói không vượt qua fa'ch thước tối đa cho phĩp.
3.1.5. Kiểm soât lặp vòng trong định tuyến tức thời
Như chúng ta đê thảo luận ở chưoTtig 2, câc giao thức định tuyến của thănh phần điều khiển có thể tạo định tuyển lặp vòng tức thời. Chúng ta cần có những cơ chế tạo những ảnh hường ngược lại của lặp. Trong phần năy chúng ta sẽ mô tả cơ chế được sử dụng trong chuyển mạch thẻ.
Đối với những trường hợp khi thông tin thẻ được mang trong tiíu đề thím của gói, chuyển mạch thẻ sử dụng thời gian sống (Time to Live - TTL) lă một cơ chế lăm nhẹ lặp vòng. Thẻ thím có chửa UTicTig TTL, mỗi TSR định tuyến gói sẽ trừ 1 văo trưÒTig năy, nếu TSR nhận gói mă có trường TTL bằng 0 nó sẽ loại bỏ gói năy. Cơ chế năy tưoTig tự như cơ chế hạn chế lặp vòng của IP.
. Trong trường hợp thông tin thẻ được mang trong một phần của tiều đề lóp liín kết (như ATM, Frame Relay), sử dụng TTL không thể được âp dụng vì nó không có trưÒTig TTL trong tiíu đề ATM hay Frame Relay. Trong những trưÒTig hợp như vậy chuyển mạch thẻ sử dụng hai cơ chế phức tạp sau.
Đầu tiín, tất cả lưu lượng được trao đổi giữa câc thănh phần điều khiển chuyển mạch thẻ (như lưu lượng định tuyển, TDP) được cô lập với với phần lưu lượng còn lại bằng câc thẻ riíng biệt (như câc tnròng riíng bịệt V P W C I trong ATM) cấp tăi nguyín cho thẻ đó (như băng thông, bộ đệm). Điều năy ngăn chặn những ảnh hường nghiím trọng của định tuyến lặp vòng tức thời lín câc lưu lượng điền khiển. Vă chúng sẽ đảm bảo những định tuyến lặp vòng không ảnh hưỏng lín sự hội tụ định tuyến.
Cơ chế thứ hai lă TSR ATM sử dụng tính trạm trong request vă response của TDP. Bời vì phương phâp kết hợp theo yíu cầu đòi hỏi câc request phải được truyền từ điểm thay đổi của mạng đến rìa đâm mđy TSR ATM, những vòng lặp tức thời có thể được phât hiện vă loại bỏ (như trong hình 3.5). Việc tính trạm cũng như TTL, nhưng nó được mang trong bản tin TDP, khi nó bằng 0 thì yíu cầu cho kết hợp thẻ bị loại bỏ, vă đường dẫn vòng năy cũng bị loại bỏ. Khi định tuyến đê ổn định, một request kết hợp thẻ mới sẽ được phât ra vă một đưòrng dẫn không bị lặp sẽ được thiết lập.
H ình 3.5: Sừ dụng vùng hop count trong TDP để trânh lộp vòng.
TDP tinh trạm = 5
TDP tính trạm = 4
Phải thừa nhận rằng khi không có sự mất cấu hình thì lặp vòng vẫn lă một hiện tượng tức thời, nó lă một phần ttong cuộc sống của câc giao thức định tuyến IP như IS-IS, OSPF, PIM vă BGP. Tag Switching chấp nhận câch nó xảy ra vă cố đảm bảo lă hậu quả xảy ra không quâ nghiím trọng như trong IP.
3.2. CH U Y ỀN M Ạ C H NHÊN ĐA G IA O TH Ứ C M PLS
IETF đê triệu tập nhóm chuẩn hóa MPLS văo mùa xuđn năm 1997. Cisco, sau khi công bố dự định sẽ theo đuổi việc chuẩn hóa kỹ thuật chuyển mạch nhên, đê thúc đẩy sự
thănh lập năy vă ngay sau đó đê nhận được sự cộng tâc từ nhiều công ty khâc, đâng chú ý lă IBM. Chính vì thế, nhóm chuẩn hóa ra đòi vói hai đồng chủ tọa đại diện cho Cisco vă IBM. 3.2.1. N hững điểm q u an trọ n g của kỹ th u ậ t chuyển m ạch n h ên đa giao thứ c M PL S
Thứ nhất thiết bị sử dụng trong MPLS có tín gọi LSR (Label Switch Router). LSR có khả năng định tuyến gói tại lớp 3 (lớp mạng) cũng như chuyển mạch gói tại lớp 2 (lóp liín kết dữ liệu). LSR sử dụng câc giao thức định tuyến IP truyền thống vă một giao thức điều khiển đặc biệt thực hiện việc ấn định, trao đổi thông tin ânh xạ từ FEC sạng giâ trị nhên.
Thứ hai lă nhên. Giâ ừị nhên chứa trong vùng có chiều dăi cố định vă căn cứ văỏ giâ trị năy, câc LSR sẽ chuyển gói dữ liệu đi trong mạng. Ví dụ LSR2 thông bâo cho LSR l rằng: LSR2 ấn định giâ trị nhên X cho dữ liệu thuộc FEC A. Do đó khi chuyển dữ liệu thuộc FEC A đến LSR2, L S R l sẽ gắn giâ trị nhên X cho câc gói dữ liệu. Đối với những kỹ thiiậi lớp liín kết dữ liệu như: ATM vă Frame Relay, nhên được chứa trong header của lớp năy. Trong khi đó, với những kỹ thuật khâc như Ethernet, point-to-point nhên được gắn văo giữa header lóp mạng vă lớp liín kết dữ liệu vă có tín gọi “shim label”.
Thứ ba lă kỹ thuật chuyển mạch nhên. Câc LSR sẽ chỉ xử lý thông tin chứa trong nhên thay vì toăn bộ thông tin chứa trong EP header. Trong trường hợp gói dữ liệu đến LSR lối văo (igress LSR) vă được gắn văo nhiều mức nhên, được gọi lă chồng nhên (label stack). Mỗi LSR trung gian nhận được gói dữ liệu chỉ xử lý mức nhên cao nhất để chuyển gói đến nút mạng kế tiếp. Riíng LSR lối ra (egress LSR), việc chuyển gói đi tiếp căn cứ văo mức nhên thấp hơn mức nhên hiện tại. Điều năy có nghĩa lă egress LSR sẽ gỡ mức nhên cao nhất của gói dữ liệu. Như vậy nếu gói chi có một mức nhên thì egress LSR sẽ định tuyến căn cứ văo thông tin của tiíu đề lớp mạng. Tuy nhiín egress LSR có thể gửi đến LSR ngược dòng (upstream LSR) raột nhên đặc biệt, có tín gọi Implicit Null, yíu cầu LSR năy được gọi lă penultimate hop gỡ mức nhên cao nhất trước khi chuyển gói dữ liệu đến nó. Bằng câch năy,
egress LSR sẽ không phải xử lý nhên không mang thông tin phục vụ cho quâ trình chuyển tiếp gói.
Cuối cùng lă kỹ thuật xđy dựpg LSP từ igress LSR đến egress LSR. Câc gói dữ liệu có gắn nhên sẽ di chuyển trong m ạ tif trín LSP năy. Quâ trình năy được thực hiện bằng giao thức LDP hoặc câc giao thức điều Vìúển khâc như: RSVP hoặc BGP.
Những vấn đề trín đđy sẽ lần lượt được ưình băy trong những phần tiếp theo. 3.2.2. Câc th ăn h p h ần của m ạng M PL
3.2.2.1. Bộ định tuyến chuyển m ạch nhên L SR
LSR (Label Switching Router) lă thiết bị thực hiện quâ trình chuyển gói dữ liệu trong mạng băng kỹ thuật chuyển mạch nhên: gỡ nhên cũ vă gắn nhên mới cho gói.
Cấu trúc cơ bản của một thiết bị LSR có hai thănh phần chính: thănh phần điều khiển (control component) còn được gọi lă mặt phẳng điều khiển (control plane) vă thănh phần chuyển tiếp (forwarding component), còn được gọi lă thănh phần dữ liệu (data component).
Mặt phẳng điều khiển sử dụng câc giao thức định tuyến IP để xđy dụrng nín bảng định