3.2.1. Kiến trúc EoMPLS
EoMPLS hay còn gọi là truyền tải Ethernet trên nền MPLS là giải pháp cho mạng Metro Ethernet đƣợc sử dụng phổ biến ngày nay. Trong giải pháp này, các frame Ethernet sẽ đƣợc chuyển qua môi trƣờng truyền tải MPLS. MPLS đóng vai trò nhƣ một công nghệ truyền tải, Ethernet frame không bị thay đổi khi đi qua môi trƣờng MPLS. Để thực hiện điều này, các router biên kết nối với khách hàng sẽ thiết lập một
pseudo wire hay đƣờng hầm Tunnel, dƣới cách nhìn của khách hàng, pseudo wire này đóng vai trò nhƣ một kết nối lớp 2 giữa 2 thiết bị phía khách hàng kết nối với nhau. Đƣờng hầm này sẽ đƣợc sử dụng để vận chuyển frame Ethernet đi qua.
58
Hình 3-4: Pseudo wire đƣợc tạo ra giữa 2 router PE [4]
Nguyên lí của EoMPLS (Ethernet over MPLS) nhƣ sau: Các router biên (PE-Provider Edge) trong mạng nhà cung cấp dịch vụ kết nối với router khách hàng thông qua AC (Attachment Circuit) là kết nối giữa 2 router (AC có thể là interface vật lí, sub- interface hay interface vlan). Khi PE router nhận đƣợc Ethernet frame gửi đến từ CE router, nó sẽ thực hiện việc đóng gói frame với giá trị nhãn tƣơng ứng trƣớc khi gửi vào pseudo wire để chuyển tới PE lối ra. Tại PE lối ra, giá trị nhãn sẽ đƣợc gỡ bỏ và Ethernet frame sẽ đƣợc chuyển tới router khách hàng phía đối diện.
Trong trƣờng hợp này, đƣờng hầm đƣợc tạo ra để vận chuyển Ethernet frame chính là đƣờng chuyển mạch nhãn LSP (Label Switched Path) đƣợc tạo ra giữa 2 PE router. Vì vậy, nhãn dùng để nhận dạng LSP này có tên gọi là tunnel label. Các router có khả năng chuyển mạch gói tin theo nhãn ở bên trong miền MPLS domain có thể thực hiện báo hiệu LSP này theo nhiều cách. khác nhau. Trƣờng hợp thứ nhất, giao thức phân phối nhãn LDP có thể bảo hiệu LSP theo từng node giữa 2 PE router. Trong trƣờng hợp thứ 2, LSP có thể là một đƣờng hầm MPLS traffic engineering mà giao thức RSVP (Resource Reservation Protocol) thực hiện việc báo hiệu với những yêu cầu mở rộng cho mục đích thiết kế tuyến. Với loại nhãn này, ta có thể nhận dạng đƣợc đƣờng hầm mà các frame c ủa khách hàng đƣợc vận chuyển. Để thực hiện ghép một vài
pseudo wire vào một đƣờng hầm duy nhất, PE router sử dụng một nhãn khác để nhận dạng các pseudo wire. Nhãn này có tên gọi là VC (Virtual Circuit) hay PW (Pseudo Wire) vì nó giúp nhận dạng mạch ảo mà frame đƣợc ghép vào và chuyển đi trên cùng
59
một đƣờng LSP. LSP là kết nối song hƣớng. Vì vậy, để một pseudo wire đƣợc thiết lập, LSP phải tồn tại giữa 2 PE tham gia kết nối.
3.2.2. Mặt phẳng dữ liệu của EoMPLS
Khi PE router đầu vào nhận đƣợc một frame từ CE router, nó chuyển tiếp frame vào miền MPLS backbone, rồi tới P router kế cận với 2 nhãn đƣợc gắn thêm vào : tunnel label và VC label.
Trong môi trƣờng EoMPLS,2 PE router phải duy trì phiên kết nối LDP để thực hiện việc báo hiệu pseudo wire. Mục đích chính c ủa giao thức này là quảng bá giá trị nhãn VC (Virtual Circuit), giá trị nhãn này đ ại diện cho pseudo wire giữa 2 PE router. Các nhãn mà Ethernet frame đƣợc gắn vào và thay đổi khi đi qua môi trƣờng pseudo wire
đƣợc thể hiện trong hình 3-5:
Hình 3-5: Quá trình gắn nhãn cho frame khi đi qua miền MPLS [5]
Trong hình trên, giá trị nhãn VC là 33 luôn cố định đại diện cho kết nối giữa 2 router biên PE, giá trị Tunnel label luôn thay đổi khi đi qua các router trong miền MPLS, giá trị này là nhãn cho địa chỉ của next-hop router sẽ nhận đƣợc frame. Khi Frame đi tới PE2 lối ra, giá trị Tunnel label sẽ bị gỡ bỏ chỉ còn lại VC label đại diện cho kết nối EoMPLS giữa CE1 và CE2, PE2 sẽ căn cứ vào giá trị nhận dạng này để chuyển frame ra interface tƣơng ứng chuyển tới CE2. Bản than các P-router trong mạng của nhà cung cấp dịch vụ không cần hiểu về VC label, các router này đơn giản chỉ thực hiện việc chuyển mạch dựa trên thông tin nhãn, vì vậy không cần có thêm cấu hình đặc biệt
60
nào trong mạng của nhà cung cấp dịch vụ ngoài MPLS (trừ 2 router biên PE1 và PE2 nối với khách hàng).
3.2.3. Báo hiệu Pseudo Wire
Việc báo hiệu pseudo wire giữa các PE router đƣợc thực hiện thông qua giao thức targeted-LDP (Label Distribution Protocol). Giao thức báo hiệu LDP đƣợc sử dụng để thiết lập và duy trì pseudo wire giữa các PE router đƣợc chỉ ra ở hình bên dƣới
Hình 3-6: Giao thức báo hiệu targeted-LDP [5]
LDP kết hợp với các thuộc tính mở rộng khác để thực hiện việc báo hiệu này. Mục đích chính của phiên kết nối LDP giữa các PE router là để quảng bá giá trị nhãn VC nhận dạng pseudo wire. Nhãn này đƣợc quảng bá trong bản tin ánh xạ nhãn (Label Mapping) quảng bá tới PE router đối diện.
Bản tin ánh xạ nhãn đƣợc quảng bá trên phiên targeted-LDP gồm các thuộc tính sau: - Trƣờng nhận dạng pseudo wire (PW ID)
- nhãn TLV (Type Length Values)
Trƣờng nhận dạng PW ID bao gồm các thành phần sau:
- C bit
- Loại PW
61
- PW ID
- Tham số giao diện
C bit
Nếu đƣợc thiết lập giá trị 1, trƣờng này chỉ ra rằng một từ điều khiển đƣợc sử dụng. Từ điều khiển sẽ đƣợc nói rõ ở các mục tiếp theo.
Loại PW
Loại PW là một trƣờng 15 bit dùng để chỉ ra các loại của pseudo wire. Bảng sau liệt kê các loại PW với giá trị của trƣờng PW type tƣơng ứng :
62
Group ID
Group ID nhận dạng một nhóm các pseudo wire. PE router có thể sử dụng group ID để rút tất cả các nhãn VC liên quan đến group ID này trong bản tin LDP rút bỏ nhãn.
PW ID
PW ID là trƣờng nhận dạng 32 bit kết hợp với PW Type để nhận dạng một cách đầy đủ kết nối pseudo wire. PW ID có thể xem nhƣ là giá trị nhận dạng của kết nối mạch ảo VC.
Các tham số giao diện
Các tham số giao diện mô tả một vài các thông số trên giao diện thực hiện truyền tải các frame nhƣ kích thƣớc truyền dẫn lớn nhất MTU (maximum Transmission Unit) trên giao diện kết nối tới CE router và các thông số mô tả giao diện khác nhƣ : VLAN ID, mô tả kết nối… Nếu giá trị MTU không giống nhau ở 2 router PE, pseudo wire se không đƣợc báo hiệu.
Do đƣờng chuyển mạch nhãn LSP có tính chất song hƣớng nên 1 pseudo wire chỉ có thể đƣợc tạo ra khi mà đƣờng chuyển mạch nhãn này cũng tồn tại ở router PE phía đối
63
diện. Giá trị PW ID dùng để nhận dạng và so sánh 2 đƣờng chuyển mạch nhãn ở 2 PE router thực hiện kết nối.
Báo hiệu trạng thái của pseudo wire
Sau khi các PE router đã thiết lập đƣợc pseudo wire, một PE router có thể thực hiện việc báo hiệu trạng thái của PW tới PE tham gia liên kết. PE router có thể thực hiện việc này bằng 2 phƣơng thức :
- Phƣơng thức rút bỏ nhãn
- Phƣơng thức báo hiệu trạng thái PW
Phƣơng thức rút bỏ nhãn là phƣơng thức đƣợc sử dụng trƣớc đây. PE router có thể rút bỏ ánh xạ nhãn hoặc gửi bản tin rút bỏ nhãn hay bản tin giải phóng ánh xạ nhãn để thông báo về trnạg thái PW cho PE đối diện và bắt đ ầu lại quá trình xây dựng PW. Nếu kết nối giữa CE và PE (ở đây là interface vlan hoặc sub-interface) bị đứt, PE router gửi bản tin rút bỏ nhãn tới PE đối diện để thông báo về trạng thái này, trong trƣờng hợp kết nối vật lí giữa PE và CE bản tin rút bỏ nhãn chứa thêm trƣờng nhận dạng Group ID để chỉ ra rằng tất cả các AC trên giao diện thực hiện kết nối đã bị đứt. Phƣơng thức báo hiệu thứ 2 dựa vào tham số ánh xạ nhãn LDP khi pseudo wire đƣợc báo hiệu. P hƣơng thức báo hiệu trạng thái PW này cho phép báo hiệu nhiều hơn các thuộc tính của kết nối ảo so với trƣờng hợp sử dụng phƣơng thức đầu tiên.
3.2.4. Từ điều khiển
Từ điều khiển là một trƣờng có chiều dài 32 bit đƣợc chèn vào giữa nhãn VC và frame đƣợc vận chuyển. Từ điều khiển chứa thêm một vài thông tin phụ nhƣ là thông tin giao thức điều khiển, sequence number… Những thông tin này rất cần thiết để vận chuyển các frame qua miền MPLS một cách chính xác và hiệu quả. PE lối vào thực hiện gán thêm từ điều khiển và PE lối ra thực hiện gỡ bỏ thông tin này sau khi xử lí. Từ điều khiển có thể đƣợc báo hiệu bởi PE hoặc có thể đƣợc cấu hình, Trong cả hai trƣờng hợp, PE lối ra sẽ phải nhận ra đƣợc sự có mặt của từ điều khiển sau ngăn xếp nhãn MPLS.
64
Hình 3-8: Định dạng và vị trí của từ điều khiển [5]
Chức năng chính của từ điều khiển bao gồm:
- Đệm cho các gói tin có kích thƣớc nhỏ: Trong một vài trƣờng hợp, các gói tin đƣợc gắn nhãn nhỏ hơn so với chiều dài tối thiểu của một loại đóng gói. Ví dụ nhƣ trong Ethernet, chiều dài nhỏ nhất là 64 bytes. Nếu gói tin nhỏ hơn kích thƣớc yêu cầu, frame sau khi đóng gói sẽ đƣợc đệm thêm để thảo mãn yêu cầu. Do MPLS label không có trƣờng chỉ chiều dài c ủa frame, nên từ điều khiển đƣợc sử dụng để thực hiện điều này. Nếu PE router phía đối diện nhận đƣợc frame với gói tin với từ điều khiển chứa thông tin về trƣờng chỉ chiều dài và giá trị này khác 0, PE router này sẽ biết rằng thông tin đệm đã đƣợc thêm vào và nó sẽ thực hiện việc bỏ đi thông tin đệm này và xử lí tiếp.
- Vận chuyển bit điều khiển của mào đầu lớp 2:Chức năng này thực hiện việc vận chuyển các bit điều khiển đƣợc thiết lập trong các bit cờ ở giao thức lớp 2 bên dƣới. Các bit cờ này đƣợc copy vào từ điều khiển dựa trên giao thức đƣợc vận chuyển. Ví dụ: đối với Frame Relay, bit chỉ thị tắc nghẽn FECN (Forward Explicit Congestion Notification), BECN (Backward Explicit Congestion Notification), bit DE (Discard Eligible) và bit C/R (Command/Respond) đƣợc copy vào từ điều khiển với vai trò là các bit điều khiển cho frame gắn nhãn.
65
- Lƣu trữ chuỗi các frame đƣợc truyền tải: Với chức năng này, bên nhận có thể nhận biết đƣợc thứ tự của các gói tin đƣợc gửi đến. Gói tin đ ầu tiên gửi đi trên
pseudo wire có giá trị sequence number là 1 và các gói tin tiếp theo sẽ đƣợc đánh số tăng dần tới 65.535 và sau ngƣỡng này, việc đánh số lại quay trở lại từ đầu. Nếu gói tin đến không đúng thứ tự, nó sẽ bị vứt bỏ, việc sắp xếp lại sẽ không đƣợc thực hiện.
- Đảm bảo việc cân bằng tải trong miền MPLS: Router có thể thực hiện việc kiểm tra tải MPLS để quyết định làm thế nào thực hiện việc cân bằng tải một cách phù hợp.
- Đảm bảo việc phân mảnh và lắp ráp gói tin: PE router có thể chỉ ra rằng nó có hỗ trợ phân mảnh hay không bằng việc báo hiệu khi quảng bá VC label ho ặc có thể đƣợc cấu hình tĩnh để thực hiện việc phân mảnh và lắp ráp. Nếu router không hỗ trợ việc phân mảnh, router này vẫn có thể thực hiện việc lắp ráp gói tin bị phân mảnh nếu có sự xuất hiện của từ điều khiển. Trong từ điều khiển, chức năng phân mảnh đƣợc chỉ ra bởi bit B (Beginning) và bit E (Ending).
3.2.5. Ƣu điểm của EoMPLS
Sử dụng MP LS nhƣ là một giải pháp truyền dẫn Ethernet trong mạng Metro đem đến những ƣu điểm sau:
Khả năng mở rộng cao: Trong mô hình Ethernet transport truyền thống, các dịch vụ hay kết nối đƣợc nhận dạng thông qua trƣờng VLAN ID có giá trị 12 bit, tức là tối đa có 4096 VLAN, do đó số lƣợng dịch vụ bị giới hạn trong phạm vi này. Hơn nữa khi các khách hàng sử dụng chung giải VLAN thì cần có một cách để phân biệt VLAN trùng l ặp giữa các khách hàng. Một giải pháp đặt ra là thêm QinQ (gắn thêm cho mỗi frame của các khách hàng tƣơng ứng một giá trị VLAN nữa để phân biệt) nhƣng yêu c ầu cấu hình nhiều trên các switch, quản lí phức tạp và cũng chƣa giải quyết đƣợc hết vấn đề mở rộng dịch vụ. Với MPLS, VLAN chỉ có ý nghĩa trong mạng nội bộ, việc quản lí kết nối EoMPLS thông qua VC label, vì vậy khả năng mở rộng dịch vụ khá lớn.
66
Linh động trong việc cung cấp dịch vụ: Dùng MPLS làm môi trƣờng truyền dẫn tạo ra sự linh động cao trong việc cung cấp dịch vụ cho khách hàng. Trong các môi trƣờng truyền dẫn khác nhƣ SONET/SDH, cần phải có bộ chuyển đổi và cấu hình phức tạp thì đối với MPLS đơn giản chỉ việc kéo đƣờng quang tới site khách hàng và c ấu hình trên PE router để tạo kết nối EoMPLS. Hơn nữa nhờ đặc điểm lái lƣu lƣợng (Traffic Engineering) MPLS có thể tạo ra sự linh hoạt khi cung cấp dịch vụ và tối ƣu hóa hoạt động của thiết bị.
Khả năng hồi phục cao: Đối với mô hình Ethernet transport truyền thống, STP đƣợc sử dụng để chống loop. Khi hoạt động, STP sẽ block một số cổng để tránh loop, điều này đem đến sự không tối ƣu cho hoạt động của mạng, khả năng sử dụng băng thông bị hạn chế. Đối với MPLS, do ho ạt động dựa vào IP nên miền MPLS tránh loop thông qua các giao thức định tuyến ở lớp 3, tối ƣu hơn khi không block cổng nhƣ STP. Mặt khác, tốc độ hồi phục khi đứt kết nối xảy ra trong MPLS dựa vào một công nghệ là Fast Reroute với tốc độ nhanh hơn nhiều so với STP trong Ethernet transport.
Cung cấp dịch vụ đa dạng: Khi sử dụng MPLS làm môi trƣờng truyền dẫn, các nhà cung cấp dịch vụ không những đem đến cho khách hàng các dịch vụ L2 Ethernet mà còn có thể cung cấp các dịch vụ lớp 3 nhƣ L3VPN, Ipv6, Ipv6 VPN… Điều này là không thể có đƣợc trong mô hình Ethernet transport truyền thống.
67
CHƢƠNG 4: KỸ THUẬT LƢU LƢỢNG TE TRONG MPLS
4.1 Sự cần thiết của MPLS TE
Mục đích của việc định tuyến là tìm ra đƣờng đi xuyên qua mạng nhanh nhất có thể. Do đó các giao thức định tuyến dùng giá trị của đƣờng đi để tính toán, nhƣ OSPF, IS-IS, RIP, EIGRP. Khi có nhiều đƣờng tới 1 đích, giao thức định tuyến sẽ chỉ chọn 1 đƣờng tối ƣu duy nhất để chuyển tiếp gói tin. Các đƣờng khác đƣợc để trống không sử dụng. Vấn đề xảy ra khi lƣu lƣợng trên đƣờng tối ƣu đó vƣợt mức băng thông của đƣờng đó, khi đó rất nhiều gói tin đến sau sẽ bị hủy gây chậm các dịch vụ. Kỹ thuật TE đƣợc sinh ra để giải quyết vấn đề đó.
4.2 Tổng quan về MPLS TE
Traffic Engineering (TE) điều khiển lƣu lƣợng là quá trình mà luồng dữ liệu chọn lựa tuyến đƣờng đi với mục đích làm cho mạng trở nên hiệu quả và tin c ậy hơn trong khi vẫn tối ƣu đƣợc băng thông và các tài nguyên mạng.
Mạng IP có điểm yếu là chỉ có một cơ chế điều khiển các luồng lƣu lƣợng là thay đổi metric của đƣờng truyền trong các giao thức IGP nhƣ là OSPF. Tuy nhiên, cách làm nhƣ vậy sẽ làm thay đổi tất cả các gói đi qua liên kết này. Các cách này không cung cấp một sự tối ƣu động và không đƣợc xem là đ ặc điểm của lƣu lƣợng và khả năng của mạng khi thực hiện các quyết định định tuyến.
Trong mạng có sử dụng công nghệ MPLS TE, bất kỳ con đƣờng chuyển mạch nhãn (LSP) nào cũng đều có thể đƣợc thay đổi động từ một con đƣờng tắc nghẽn đến một con đƣờng khác. Điều này thể hiện một sự hiệu quả trong mạng IP, bởi vì ngƣời quản trị mạng có thể cho mạng hoạt động với khả năng cao nhất trong điều kiện bình thƣờng, và trƣớc khi tắt nghẽn xuất hiện thì một vài lƣu lƣợng có thể dễ dàng đƣợc chuyển đi bằng con đƣờng khác. Hơn thế nữa, ngƣời quản trị mạng có thể sử dụng