Chế độ hoạt động này xuất hiện khi sử dụng MPLS trong môi trường các thiết bịđịnh tuyến thuần nhất định tuyến các gói tin IP điểm- điểm.
2.5.1 Các bước hoạt động
Quá trình chuyển các gói IP qua mạng MPLS được thực hiên qua các bước sau • 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 FEC đã xác định. Trong trường hợp định tuyến một địa chỉ đích, FEC sẽ tương
ứng với mạng con đích và việc phân loại gói sẽ đơn giản là việc so sánh bảng định tuyến lớp 3 truyền thống.
• LSR trung gian nhận gói có nhãn và sử dụng bảng chuyển tiếp nhãn để
thay đổi nhãn nội vùng trong gói đến với nhãn ngoài vùng tương ứng cùng với vùng FEC (trong trường hợp này là mạng con IP).
• Khi LSR biên lối ra của vùng FEC này nhận được gói có nhãn, nó loại bỏ nhãn và thực hiện việc chuyển tiếp gói IP theo bảng định tuyến lớp 3 truyền thống.
Hình dưới đây minh họa các bước thực hiện chuyển gói IP qua mạng MPLS.
Hình.2.6 Quá trình chuyển gói IP trong mạng
Khi gói tin đến bên rìa(biên) của mạng MPLS, LSR A phân gói tin vào một FEC và gán nhãn 17 cho gói tin.
• Tại bên trong miền MPLS, dựa vào nhãn mà gói tin mang theo và giao diện vào, LSR C tráo đổi nhãn 17 của gói tin thành nhãn 22 và xác định giao diện ra tương ứng.
• Tại LSR B, gói tin được tách bỏ nhãn. Gói tin đến LSR D được định tuyến theo phương pháp định tuyến IP truyền thống.
Như vậy quá trình chuyển đổi nhãn được thực hiện trong các LSR lõi dựa trên bảng định tuyến nhãn. Bảng định tuyến này phải được cập nhật đầy đủ đểđảm bảo mỗi LSR (hay router) trong mạng MPLS có đầy đủ thông tin về tất cả các hướng
LSR C CE CE LSR A LSR B LSR D DATA 17 DATA 22 DATA DATA DATA Gán nhãn 17 Tráo 17 thành 22 đổi nhãn Loại bỏ nhãn Định tuyến tới đích
chuyển tiếp. Quá trình này xảy ra trước khi thông tin được truyền trong mạng và thông thường được gọi là quá trình liên kết nhãn (label binding).
2.5.2 Chức năng Penultimate Hop Popping (PHP)
LSR biên lối ra phải thực hiện hai sự tra cứu trên gói tin. Thứ nhất là tra cứu nhãn MPLS trên gói tin để biết được nhãn này cần được loại bỏ. Thứ hai là tra cứu Header lớp 3 để chuyển gói tin tới đích. Do đó gây nên sự phức tạp trong phần cứng của LSR. Để giảm thiểu sự phức tạp đó thì router cận kề với Router ởđầu ra sẽ thực hiện tra cứu nhãn để loại bỏ nhãn, gói tin đến LSR biên lối ra chỉ còn là gói tin thuần IP và LSR chỉ phải thực hiện tra cứu trên Header lớp 3. Chức năng này được gọi là Penultimate Hop Popping (PHP).
2.5.3 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 2 LSR được thực hiện. Thủ tục trao đổi là giao thức LDP.
Ngay sau khi LIB (cơ sở dữ liệu nhãn) được tạo ra trong LSR, nhãn được gán cho mỗi FEC mà LSR nhận biết được. Đối với định tuyến dựa trên địa chỉ unicast ,FEC tương đương với một IGP prefix trong bảng định tuyến IP.
Như vậy, nhãn được gán cho mỗi prefix 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 nội vùng mới, nhãn mới sẽđược gán cho tuyến mới.
Do LSR gán nhãn cho mỗi IP prefix trong bảng định tuyến của chúng ngay sau khi prefix xuất hiện trong bảng định tuyến và nhãn là phương tiện được LSR khác sử dụng khi gửi gói tin có nhãn đến chính LSR đó nên phương pháp gán và phân phối nhãn này được gọi là gán nhãn điều khiển độc lập với quá trình phân phối ngược không yêu cầu.
Việc liên kết các nhãn được quảng bá ngay đến tất cả các router thông qua phiên LDP. Chi tiết hoạt động của LDP được mô tả trong phần sau.
2.6 Giao thức phân phối nhãn-Label Distribution Protocol
Như đã biết, các LSR sử dụng thành phần điều khiển với các giao thức IP để
tính toán đường đi qua mạng MPLS. Tuy nhiên cần một giao thức để nói cho các LSR biết nhãn nào được sử dụng cho mỗi FEC. Có rất nhiều giao thức được sử
dụng để phân phối nhãn. MPLS sử dụng giao thức LDP giữa các LSR liên kề. Các
ứng dụng khác sử dụng các giao thức khác nhau cho việc phân phối nhãn, ví dụ
VPN sử dụng MP-BGP, Traffic Engineering sử dụng RSVP.
2.6.1 Các tính chất cơ bản của giao thức LDP
LDP có các tính chất cơ bản sau:
• Cung cấp cơ chế nhận biết LSR cho phép các LSR ngang cấp tìm kiếm nhau và thiết lập kết nối.
• Định nghĩa bốn lớp bản tin:
1. Các bản tin DISCOVERY để nhận biết địa chỉ các LSR khi bắt đầu tham gia vào mạng.
2. Các bản tin ADJACENCY để giải quyết vấn đề khởi tạo, duy trì, huỷ
bỏ các phiên giữa hai LSR.
3. Các bản tin LABEL ADVERTISEMENT, giải quyết thông báo, yêu cầu, thu hồi và loại bỏ kết hợp nhãn.
4. Các bản tin NOTIFICATION, sử dụng để cung cấp các thông tin trợ
giúp và thông tin lỗi tín hiệu.
• Chạy trên TCP cung cấp phương thức phân phối bản tin đáng tin cậy (ngoại trừ các bản tin DISCOVERY).
• Thiết kế cho phép khả năng mở rộng dễ dàng, sử dụng các bản tin được xác định như một tập hợp các đối tượng mã hoá TLV(Kiểu, độ dài, giá trị(biến)).
2.6.2 Các bước hoạt động trong LDP
• Một LSR định kỳ gửi đi bản tin HELLO tới các cổng UDP đã biết trong tất cả các bộđịnh tuyến trong mạng con của nhóm multicast.
Tất cả các LSR tiếp nhận bản tin HELLO này trên cổng UDP. Như vậy, tại một thời điểm nào đó LSR sẽ biết được tất cả các LSR khác mà nó có kết nối trực tiếp.
Khi LSR nhận biết được địa chỉ của LSR khác bằng cơ chế này thì nó sẽ thiết lập kết nối TCP đến LSR đó để dàn xếp các tham số hoạt động. Khi đó phiên LDP
được thiết lập giữa 2 LSR. Phiên LDP là phiên hai chiều có nghĩa là mỗi LSR ở hai
đầu kết nối đều có thể yêu cầu và gửi liên kết nhãn.
Bảng định tuyến được tạo ra và một LSR gán nhãn cho mỗi địa chỉđích mà nó biết (thường là LSR đầu ra ).
Các nhãn tạo ra được thông báo cho các LSR lân cận. Ví dụ dưới đây sẽ minh họa quá trình hoạt động của MPLS:
Hình.2.7 Minh họa hoạt động của MPLS
Đầu tiên là quá trình định tuyến IP thông thường. Các router sử dụng các giao thức định tuyến IP như OSPF, RIP … để thông báo thông tin định tuyến của nó. LSR C và LSR D quảng bá thông tin định tuyến về hai mạng 128.89.2.0/2 và 171.69.3.0/24 tới LSR B. LSR B nhận thông tin định tuyến của hai mạng trên giao
LSR D LSR C 0 0 1 1 Nhãn FEC Out Nhãn vào I/F ra Nhãn FEC Out Nhãn vào I/F ra LSR A LSR B 9 128.89.2.0/24 0 - Nhãn FEC Out Nhãn vào I/F ra 4 128.89.2.0/24 0 9 5 171.69.3.0/24 1 7 128.89.2.0/24 1 4 171.69.3.0/24 1 5 128.89.2.0/24 Muốn đến 128.89.2.0/24 đi qua tôi Muốn đến 171.69.3.0/24 đi qua tôi Muốn đến 128.89.2.0/24 và 171.69.3.0/24 đi qua tôi 171.69.3.0/24 Sử dụng nhãn 9 cho 128.89.2.0/24 Sử dụng nhãn 7 cho 171.69.3.0/24 Sử dụng nhãn 4 cho 128.89.2.0/24 Sử dụng nhãn 5 cho 171.69.3.0/24 128.89.2.5 Data 4 128.89.2.5 Data 9 128.89.2.5 Data 128.89.2.5 Data
diện 0 và 1, cập nhật vào bảng định tuyến và quảng bá thông tin định tuyến về hai mạng 128.89.2.0/2 và 171.69.3.0/24 tới LSR A. LSR A nhận thông tin trên giao diện 1 và cập nhật vào bảng.
Tiếp theo các LSR dụng giao thức phân phối nhãn LDP để liên kết và lan truyền các thông tin về nhãn. LSR C sử dụng nhãn vào 9 cho mạng 128.89.2.0/2 .LSR D sử dụng nhãn vào 7 cho mạng 171.69.3.0/24 sau đó hai LSR quảng bá thông tin về nhãn tới LSR B .LSR B cập nhật thông tin về hai nhãn trên vào vị trí nhãn ra và tạo hai nhãn vào là 4 và 5 cho hai mạng 128.89.2.0/2 và 171.69.3.0/24 sau đó thông báo thông tin về nhãn cho LSR A. Tương tự LSR A cập nhật hai nhãn trên vào bảng.
Cuối cùng là quá trình chuyển gói tin trong mạng sử dụng các nhãn vừa thiết lập. Gói tin cần chuyển tới địa chỉ 128.89.2.5 được tiếp nhận tại LSR A. LSR A phân tích địa chỉ trên (Quá trình phân tích địa chỉ IP lớp 3 chỉ thực hiện duy nhất tại LSR biên lối vào) và gán nhãn số 4 cho gói tin, chuyển gói tin ra giao diện số 1. LSR B nhận gói tin tra cứu bảng và chuyển nhãn số 4 thành số 9 và chuyển gói tin ra giao diện 0. LSR C nhận gói tin, loại bỏ nhãn ra khỏi gói tin và chuyển gói tin tới LSR ra phía sau nó. LSR ra dựa vào địa chỉ IP định tuyến tới mạng 128.89.2.0/2.
CHƯƠNG 3 CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH NHÃN ĐA GIAO THỨC TỔNG QUÁT(GMPLS)
3.1 Định nghĩa GMPLS
Trong thời gian gần đây, một công nghệưu việt trong việc chuyển tải thông tin với dung lượng lớn đã được ứng dung trong thực tế là công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng WDM (WaveLength-d4ision multiplexing). WDM sử dụng nhiều bước sóng trên một sợi quang, dung lượng truyền tải tỷ lệ thuận với số bước sóng trên sợi quang.
Mạng IP/MPLS được xây dựng trên nền mạng SDH/SONET, tuy nhiên hầu hết mạng SDH/SONET được truyền tải trên mạng sợi quang, mỗi sợi quang đều có thể sử dụng công nghệ WDM. Do vậy lớp mạng có thể biểu diễn bao gồm 3 lớp (Packet, TDM, Fiber) layer như Hình.3.1. Khi yêu cầu về lưu lượng giữa các nút mạng trở nên lớn cũng như số lượng bước sóng trên một sơi quang được ghép ngày càng tăng đòi hỏi các nút mạng phải có khả năng chuyển mạch trên mỗi bước sóng, Lamda layer được bổ sung vào giữa Fiber layer và TDM layer giúp mạng hỗ trợ các
đường truyền SDH/SONET do đó mạng bao gồm 4 lớp (Packet, TDM, Lamda, Fiber) layer. Lớp càng cao khả năng chuyển mạch càng tốt hơn, khi lưu lượng IP càng cao, việc truyền dẫn các gói IP là nhiệm vụ chủ yếu của mạng. Chi phí cho mạng được giảm bớt khi loại bỏ lớp TDM, lúc này kiến trúc của mạng bao gồm 3 lớp (Packet, Lamda, Fiber) layer.
Chuyển mạch đa giao thức theo bước sóng MPλS ra đời thực hiện việc điều khiển phân tán của MPLS trong lớp gói để quản lý mạng lớp λ. Trong MPλS, λ
(bước sóng) được coi như nhãn trong MPLS và có thể xây dựng một đường λ (λ
path) bằng cách kết nối bước sóng đầu vào và bước sóng đầu ra trong thiết bị kết nối quang OXC (optical cross-connect). Vì thế ta có thể thấy rằng MPλS là giao thức sử dụng khái niệm nhãn trong MPLS vào lớp λ. Việc tổng quát hóa khái niệm nhãn trong MPLS và sử dụng trong các lớp TDM, fiber.. cũng chính là sự ra đời của công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS.
Hình.3.1 Kiến trúc phân lớp của mạng
Có thể nói chuyển mạch nhãn đa giao thức tổng quát GMPLS (Generalized Multiprotocol Lable Switching) là sự mở rộng và bổ sung cho giao thức chuyển mạch nhãn MPLS. GMPLS là giao thức cho phép hỗ trợ nhiều loại chuyển mạch như TDM (chuyển mạch khe thởi gian), chuyển mạch bước sóng, chuyển mạch sợi quang. Việc này thực hiện được bằng cách tổng quát hóa khái niệm nhãn trong việc truyền tải các gói IP của mạng MPLS. GMPLS là giao thức hỗ trợ việc điều khiển phân tán giống nhưở MPLS do vậy việc vận hành cũng trở nên đơn giản. Ngoài ra GMPLS cũng có khả năng hỗ trợ việc thiết kế lưu lượng dựa trên các thông tin về
topo và lưu lượng của từng lớp mạng, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng.
3.2 Các khái niệm cơ bản trong GMPLS
3.2.1 Bộđịnh tuyến chuyển mạch nhãn trong GMPLS(LSR)
Không giống như trong MPLS, LSR trong GMPLS là nút không chỉ truyền dẫn dữ liệu tương ứng với nội dung trong các header của IP, tế bào mà còn thực hiện việc truyền dẫn dữ liệu tương ứng với thông tin của khe thời gian, bước sóng và cổng vật lý.
3.2.2 Giao diện của bộđịnh tuyến chuyển mạch nhãn
Giao diện của bộđịnh tuyến chuyển mạch nhãn trong GMPLS được chia thành bốn loại phụ thuộc vào khả năng chuyển mạch như sau:
PSC (packet switch capable): Nhận diện gói tin IP, tế bào và thực hiện việc truyền dữ liệu tương ứng với nội dung trong phần mào đầu của gói tin IP, tế bào.
TDM (Time d4ision multiplex capable): Thực hiện theo chu kỳ, truyền dữ liệu tương ứng với một khe thời gian.
LSC (lamda switch capable): Tiến hành việc truyền dữ liệu tương ứng với bước sóng bên trong sợi quang.
FSC (fiber switch capable): Tiến hành việc truyền dữ liệu tương ứng với vi trí của cổng (port) vật lý.
Các giao diện này được sử dụng phân cấp một cách đồng thời, sự phân cấp
được thực hiện theo thứ tự FSC, LSC, TDM, PSC từ dưới lên trên.
Khái niệm nhãn của mô hình mạng bao gồm 4 lớp được thể hiện như hình vẽ
dưới đây:
3.2.3 Đường chuyển mạch nhãn trong GMPLS (LSP)
Tổng quát hơn khái niêm(LSP) trong MPLS, LSP trong GMPLS là một kết nối có hướng có thể bao gồm nhiều loại chuyển mạch.
Hình.3.3 Đường chuyển mạch nhãn phân cấp(LSP) Cấu trúc phân cấp của LSP như trên:
PSC-LSP thuộc TDM-LSP và kết nối của PSC-LSP trở thành TDM-LSP, TDM- LSP thuộc LSC-LSP và kết nối của TDM-LSP trở thành LSC-LSP, LSC-LSP thuộc FSC-LSP và kết nối của LSC-LSP trở thành FSC-LSP.
3.3 Ưu điểm của GMPLS
Đối với mạng IP/MPLS, trong lớp gói (packet layer), mạng được điều khiển phân tán bới các giao thức báo hiệu và định tuyến. Trong lớp TDM và lamda, mạng
được điều khiển tập trung bằng cách thiết lập các tuyến hoặc đường. Người vận hành phải nghiên cứu các thao tác của mạng tương ứng với từng lớp do phương pháp điều khiển cho từng lớp mạng (Packet, TDM, lamda) là khác nhau.
Hình.3.4 Cơ chếđiều khiển trong IP/MPLS
GMPLS cho phép điều khiển mạng một cách phân tán bằng cách mở rộng tính năng của MPLS trên cả lớp TDM và lớp Lamda. Chức năng được thực hiện tại đơn vị điều khiển trung tâm được ấn định cho từng nút mạng và điều khiển phân tán. Cũng vì vậy nó rất mềm dẻo trong việc thêm, bớt các nút mạng hoặc một kết nối, giúp dễ dàng cho việc mở rộng và cải thiện khả năng của mạng.
Hình.3.5 Cơ chếđiều khiển trong GMPLS
Vận hành hiệu quả do người sử dụng có thể nắm bắt được tới từng lớp mạng thông qua giao thức GMPLS.
Ngoài ra GMPLS còn có khả năng điều khiển tích hợp đa lớp mạng và phân tán trên từng nút mạng.
GMPLS là sự mở rộng của MPLS chính vì thế đòi hỏi phải có các giao thức mới để hỗ trợ các tính năng mở rộng của GMPLS. IETF (Internet Engineering Task Force) một tổ chức chuẩn hóa các vấn đề liên quan đến internet đưa ra kiến trúc của GMPLS như sau:
Hình.3.7 Kiến trúc của giao thức GMPLS GMPLS bao gồm 3 giao thức chính:
OSPF (Open Short Path First) mở rộng là giao thức định tuyến. RSVP-TE mở rộng là giao thức báo hiệu.
LMP (Link Management Protocol) là giao thức quản lý.
Hình.3.8 Mô hình lớp các giao thức GMPLS
Hình trên mô tả các giao thức chính trong mô hình GMPLS. Ta sẽ lần lượt nghiên cứu giao thức OSPF-TE, RSVP-TE và LMP trong các phần sau.
3.4 Tách biệt lớp điều khiển và lớp dữ liệu
Trong GMPLS lớp điều khiển và lớp dữ liệu được tách biệt độc lập. Đối với