4.3.1. Ánh xạ nhón
a. Ánh xạ nhón vào (ILM)
Ánh xạ nhón vào là 1 bảng chuyển mạch nhón tương tự như bảng định tuyến IP trong cỏc router IP. Nú thường được MPLS dựng để chuyển tiếp cỏc gúi đó được dỏn nhón. Hỡnh 4.8 trỡnh bày về ILM. ILM ỏnh xạ nhón của 1 gúi đến tới NHLFE (Next Hop Label Forwarding Entry). Trong cỏc lối ra trong NHLFE là Hop tiếp theo và 1 ngăn xếp nhón được thực hiện[1].
Hỡnh 4.8: Ánh xạ nhón vào
b. Ánh xạ FEC tới NHLFE (FTN)
Hỡnh 4.9: Ánh xạ FTN
Gúi đến Switch ATM Switch ATM
IP packets LSP mức 1 VPI=3 Cỏc cell ATM VPI=3 VCI=7 LSP mức 2 VCI=3 VPI=3 SVP ID LSP đầu Vào VCI = 59
Gúi đó giỏn nhón Gúi
LSR Hop kế tiếp
Ánh xó nhón vao ILM
LSR
Gúi khụng giỏn nhón Gúi
LSR Hop kếtiếp
Map FTN
Phộp ỏnh xạ từ FEC tới NHLFE (FTN) tương tự như ILM. Sự khỏc biệt cơ bản là ỏnh xạ FTN được sử dụng cho việc chuyển tiếp cỏc gúi khụng dỏn nhón mà nú cần phải được dón nhón trước khi được chuyển tiếp. Hỡnh 4.9 trỡnh bày ỏnh xạ FTN[1].
c. Sự trỏo đổi nhón
Hỡnh 4.10 trỡnh bày quỏ trỡnh trỏo đổi nhón MPLS cho 1 gúi đó được dỏn nhón sử dụng ILM[1]. Một gúi đó dỏn nhón đến đước xử lý bằng cỏch ỏnh xạ nhón của nú tới FEC tương ứng và sau đú tới NHLFE. Lối ra NHLFE chỉ ra chặng tiếp theo cho gúi. Nú cũng trỡnh bày hoạt động của ngăn xếp nhón để trỡnh diễn. Vớ dụ, nhón đến đó được búc ra (nhón 1) và 1 nhón mới (nhón 2) được dỏn vào.
Hỡnh 4.10: Trao đổi nhón
Dựa trờn FEC và thụng tin về chặng tới thu được từ ILM, và dựa trờn sự liờn kết nhón giữa LSR hiện thời và LSR chặng tiếp theo, 1 nhón mới được dỏn lờn gúi. gúi được dỏn nhón mới sau đú được chuyển tiếp tới LSR chặng tiếp theo. Hỡnh 4.11 trỡnh bày sự chuyển tiếp của cỏc gúi khụng được dỏn nhón[1].
Trỏo đổi nhón được thực hiện cho cỏc gúi đến đó được dỏn nhón. Để chuyển tiếp 1 gúi khụng được gỏn nhón, sự khỏc nhau là trong việc xỏc định FEC. Khi 1 gúi khụng được dỏn nhón đến 1 LSR, LSR trước tiờn phải xỏc định FEC của nú khụng phải từ nhón vỡ khụng cú nhón nào trong header lớp 3 của gúi. Một FEC cho gúi khụng dỏn nhón được xỏc định, sự ngừng lại của quỏ trỡnh tương tự như quỏ trỡnh trỏo đổi nhón đó được thảo luận trước đõy khụng kể ỏnh xạ FTN được sử dụng thay vỡ ỏnh xạ ILM. Trong trường hợp này, khụng cú nhón nào để búc. Một nhón mới được dỏn vào gúi và gúi đó dỏn nhón được chuyển tiếp tới LSR chặng tiếp theo.
Gúi đó giỏn nhón đến Gúi nhón mđó giỏn ới đầu ra LSR Hop kế tiếp ILM L2 IP L1 IP Đổi nhón
Hỡnh 4.11: Đẩy nhón
4.4. Giải phỏp cung cấp QoS trong MPLS
Giải phỏp cụng nghệ MPLS (Multi Protocol Label Switching) là kết quả của phỏt triển của nhiều giải phỏp chuyển mạch IP, mục tiờu cơ bản của giải phỏp này là tớch hợp định tuyến và chuyển mạch thành một tiờu chuẩn đơn nhất. Đặc biệt, MPLS là giải phỏp nhằm liờn kết định tuyến cỏc lớp mạng và cỏc cơ chế trao đổi nhón thành một giải phỏp đơn để đạt được cỏc mục tiờu sau:
• Cải thiện hiệu năng định tuyến.
• Cải thiện tớnh mềm dẻo của định tuyến trờn cỏc mụ hỡnh chồng lấn truyền thống.
• Tăng tớnh mềm dẻo trong quỏ trỡnh đưa và phỏt triển cỏc loại hỡnh dịch vụ mới. MPLS cũng cú thể coi như một giải phỏp cụng nghệ tổ hợp, mạng MPLS cú khả năng chuyển cỏc gúi tin tại lớp 3 và tại lớp 2 sử dụng cơ chế hoỏn đổi nhón như một kỹ thuật chuyển tiếp. MPLS dựa trờn mụ hỡnh ngang cấp, vỡ vậy mỗi một thiết bị MPLS chạy một giao thức định tuyến IP đơn, cập nhật trao đổi thụng tin định tuyến với cỏc thiết bị lõn cận, duy trỡ một khụng gian cấu hỡnh mạng và một khụng gian địa chỉ. MPLS chia bộ định tuyến IP làm hai phần riờng biệt: chức năng chuyển gúi tin và chức năng điều khiển. Phần chức năng chuyển gúi tin giữa cỏc bộđịnh tuyến IP, sử dụng cơ chế hoỏn đổi nhón như của ATM. Kỹ thuật hoỏn đổi nhón về bản chất là việc tỡm nhón của gúi tin trong một bảng
Gúi đó giỏn nhón đến Gúi nhón mđó giỏn ới đầu ra LSR Hop kế tiếp FTN IP IP Đẩy L
cỏc nhón để xỏc định tuyến của gúi và nhón của nú. Việc này đơn giản hơn nhiều so với việc xử lý gúi tin thụng thường và do vậy cải tiến khả năng của thiết bị. Cỏc bộđịnh tuyến sử dụng thiết bị này gọi là bộ định tuyến chuyển mạch nhón LSR (Label Switching Router). Phần chức năng điều khiển của MPLS bao gồm cỏc giao thức định tuyến lớp mạng với nhiệm vụ phõn phối thụng tin giữa cỏc LSR và thủ tục gỏn nhón để chuyển thụng tin định tuyến thành cỏc bảng định tuyến cho việc chuyển mạch. MPLS cú thể hoạt động được với cỏc giao thức định tuyến Internet khỏc như OSPF (Open Shortest Path First) và BGP (Border Gateway Protocol) [6]. Do MPLS hỗ trợ việc điều khiển lưu lượng và cho phộp thiết lập tuyến cốđịnh nờn việc đảm bảo chất lượng dịch vụ là hoàn toàn khả thi. Đõy là chức năng vượt trội của MPLS so với cỏc giao thức định tuyến khỏc. Tuy nhiờn, do MPLS là cụng nghệ chuyển mạch định hướng kết nối nờn khả năng bị ảnh hưởng bởi lỗi đường truyền là cao hơn so với cỏc cụng nghệ khỏc.
Bờn cạnh độ tin cậy, cụng nghệ MPLS cũng khiến việc quản lý mạng đựơc dễ dàng hơn. Do MPLS quản lý việc chuyển tin theo cỏc luồng tin, cỏc gúi tin thuộc một lớp chuyển tiếp tương đương FEC (Fowarding Equivalence Classes) cú thểđược xỏc định bởi giỏ trị cuả nhón. Do vậy, trong miền MPLS, cỏc thiết bị đo lưu lượng mạng cú thể dựa trờn nhón để phõn loại gúi tin. Bằng cỏch giỏm sỏt lưu lượng tại cỏc LSR, nghẽn lưu lượng sẽđược phỏt hiện và vị trớ xảy ra nghẽn cú thể được xỏc định nhanh chúng, đõy là một trong những điều kiện đảm bảo cho mạng MPLS cú khả năng hỗ trợ QoS tốt nhất, vỡ vậy MPLS tạo ra cỏc lợi ớch cho cỏc nhà cung cấp dịch vụđể quản lý lưu lượng và hỗ trợ cỏc dịch vụ mới. Tuy nhiờn, giỏm sỏt lưu lượng theo phương thức này khụng đưa ra toàn bộ thụng tin về chất lượng dịch vụ (vớ dụ như trễ xuyờn suốt của MPLS).
Để giỏm sỏt tốc độ của mỗi luồng và đảm bảo cỏc luồng lưu lượng tuõn thủ tớnh chất lưu lượng đó định trước, hệ thống giỏm sỏt cú thể dựng thiết bị nắn lưu lượng. Thiết bị này cho phộp giỏm sỏt và đảm bảo lưu lượng được tuõn thủ theo tớnh chất mà khụng cần thay đổi giao thức hiện cú.
MPLS cú thể được nhỡn nhận như một mặt bằng điều khiển trờn ATM cho phộp mở rộng phương phỏp định tuyến và điều khiển lưu lượng IP. Cú thể coi như là một phương phỏp xõy dựng cỏc VC ATM, ngoại trừ cỏc cuộc gọi MPLS là đường dẫn chuyển mạch nhón LSP (Label Switched Path). Khi chạy trờn phần cứng ATM, cả MPLS và forum
ATM đều sử dụng cựng một khuụn dạng gúi tin (53 byte), cựng nhón (VPI/VCI), cựng một kỹ thuật dón nhón cho tế bào chuyển mạch, cựng chức năng trờn cỏc thiết bị gờ mạng. Cả MPLS và ATM đều yờu cầu giao thức thiết lập kết nối ( vớ dụ giao thức phõn bổ nhón LDP cho MPLS, UNI/PNNI cho ATM). Sự khỏc nhau cơ bản nằm trong một số vấn đề sau: MPLS khụng sử dụng địa chỉ ATM, định tuyến ATM, và cỏc giao thức trong forum ATM. Thay vào đú, MPLS sử dụng địa chỉ IP, định tuyến IP động, thờm vào đú là giao thức điều khiển phõn bổ nhón LDP để sắp xếp cỏc FEC vào trong LSP. Trong thực tế MPLS sẽ cựng tồn tại với mụi trường thuần ATM trong cấu hỡnh Ship-in-the-night (SIN), tại đú hai điều hành hoạt động theo chếđộ tương hỗ, hoặc node mạng MPLS cú thể trao đổi thụng tin qua cỏc chuyển mạch thuần ATM (tớch hợp). Cuối cựng, kiến trỳc MPLS cú thể hoạt động trờn bất kỳ một cụng nghệ liờn kết dữ liệu nào, khụng chỉ ATM. Vỡ vậy, nhà cung cấp mạng cú thể cấu hỡnh và chạy MPLS trong một vựng cỏc kết nối như: giao thức điểm tới điểm PPP, chuyển mạch khung, ATM, LAN quảng bỏ.
Hỡnh 4.13: Kiến trỳc MPLS [1]
4.5. Giải phỏp định tuyến QoS
Cải thiện hiệu năng định tuyến luụn là bài toỏn được quan tõm hàng đầu trong mạng. Đú chớnh việc điều khiển lưu lượng chứ khụng phải hiệu suất hay khả năng mở rộng của hệ thống
Một trong cỏc khớa cạnh then chốt của kỹ thuật định tuyến trong MPLS là hỗ trợ cỏc đường dẫn hiện (nổi) dựa trờn kỹ thuật chuyển tiếp nhón, vỡ vậy thuật toỏn định tuyến trong MPLS cho phộp lựa chọn cỏc đường dẫn và cỏc tham số chất lượng dịch
vụ QoS để cú được cỏc kết quả tốt nhất. Yờu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) của kết nối cú thểđược đưa ra như một tập cỏc điều kiện ràng buộc, cỏc điều kiện này cú thể thể hiện rừ ràng như cỏc yờu cầu về băng thụng tối thiểu từ phớa khỏch hàng, hoặc khụng tường minh như cỏc yờu cầu về độ đàn hồi của mạng. Trong cụng nghệ chuyển mạch nhón đa giao thức (MPLS), việc lựa chọn đường dẫn chuyển mạch nhón (LSP) dựa trờn phương phỏp tỡm đường ngắn nhất với điều kiện ràng buộc (CSPF) là giải phỏp định tuyến động cơ bản trong mạng MPLS.
Trong Phần này chỳng ta sẽđi tỡm hiểu cỏc giao thức và cỏc thuật toỏn hỗ trợđịnh tuyến QoS trong mạng MPLS.
4.5.1. Điều khiển gỏn nhón độc lập và theo yờu cầu
Để thực hiện chuyển tiếp gúi tin qua mạng chuyển mạch nhón đa giao thức, nhón được gỏn và phõn phối trong cỏc node mạng MPLS, MPLS hỗ trợ hai kiểu điều khiển gỏn nhón vào lớp chuyển tiếp tương đương FEC: điều khiển gỏn nhón độc lập và theo yờu cầu.
Trờn hỡnh 4.14, LSR-1 sử dụng OSPF để phỏt hành tiền tố địa chỉ 192.168/19 tới ATM-LSR, sau khi nhận được phỏt hành này LSR-ATM độc lập gỏn nhón vào trong luồng FEC và phỏt hành địa chỉ nhón này tới cỏc LSR lõn cận, cỏc nhón là cỏc nhón rỗi lấy được lấy ra từ ngăn xếp nhón [6]. Ưu điểm cơ bản của phương phỏp này là cỏc nhón được gỏn chỉ khi cú phỏt hành địa chỉ, giả thiết là mạng cú độ hội tụđịnh tuyến nhanh (cỏc bảng định tuyến trong miền định tuyến ổn định và đồng bộ với cỏc bộđịnh tuyến khỏc) thỡ bước liờn kết gỏn nhón được thực hiện rất nhanh. Tuy nhiờn, cỏc bộ định tuyến chuyển mạch nhón phải thiết lập thoả thuận với cỏc LSR lõn cận về lớp chuyển tiếp tương đương sẽ sử dụng. Nếu quyết định khỏc với lớp chuyển tiếp tương đương, hoặc một số lớp chuyển tiếp tương đương khụng cú cỏc đường dẫn chuyển mạch nhón liờn kết với chỳng, thậm chớ cú nhưng chỳng khụng khả dụng thỡ quỏ trỡnh gỏn nhón khụng được đảm bảo.
Hỡnh 4.14: Điều khiển độc lập
Hỡnh 4.15: Điều khiển theo yờu cầu
Phương phỏp điều khiển gỏn nhón theo yờu cầu đảm bảo chắc chắn rằng tất cả cỏc LSR trờn đường dẫn chuyển mạch nhón sử dụng cựng FEC được khởi tạo gỏn nhón. Mặt hạn chế của phương phỏp này là thời gian thiết lập LSP, một số quan điểm cho rằng phương phỏp này cú vẻ kộm hiệu quả, một số khỏc lại cho rằng phương phỏp điều khiển gỏn nhón theo yờu cầu sẽ hỗ trợ rất tốt cho vấn đềđịnh tuyến ràng buộc. Trờn thực tế, cụng nghệ chuyển mạch nhón đa giao thức MPLS thực hiện cả hai phương phỏp trờn.
4.5.2. Phỏt hiện và chống vũng lặp
Hiện tượng vũng lặp cú thể xuất hiện trong bất kỳ loại mạng nào, hầu hết cỏc giao thức định tuyến đều cú thể gặp hiện tượng lặp vũng trong một điều kiện nào đú, cú thể khi mạng gặp sự cố và một tuyến liờn kết mạng bị hỏng. Chỳng ta thấy rằng cú hai cỏch cơ bản để ngăn chặn hiện tượng này:
• Ngăn ngừa vũng lặp: Ngăn ngừa cỏc thụng tin trờn tuyến vũng lặp trước khi gúi tin chuyển trờn đú.
• Giảm bớt hậu quả vũng lặp: Từng bước hạn chếảnh hưởng bất lợi do vũng lặp gõy ra.
Hầu hết cỏc giao thức định tuyến thuần IP đều khụng cú khả năng chống lại hiện tượng vũng lặp thời gian ngắn, chuyển tiếp IP sử dụng tiếp cận thứ 2 là giảm bớt sự bất lợi do vũng lặp gõy ra. Trường thời gian sống TTL trong gúi tin sẽ giảm dần từng bước cho đến khi bằng “0” thỡ gúi tin đú bị huỷ bỏ. Trong rất nhiều trường hợp, MPLS cú thể thực hiện chớnh xỏc cỏc giải phỏp của giao thức IP đưa ra vỡ trong gúi tin MPLS cú chứa trường chức năng TTL, nhưng cú trường hợp gúi tin khụng chứa trường chức năng TTL, thỡ giải phỏp được thực hiện tại LSR như trong chuyển mạch thẻ của Cisco thực hiện, TSR sử dụng một phần tài nguyờn cho theo dừi lưu lượng, ngăn chặn sự tăng đột biến lưu lượng khi xảy ra định tuyến lặp. TSR cú thể tớnh toỏn cỏc bước nhảy khi liờn kết nhón được phõn phối theo yờu cầu. Một trường tớnh toỏn bước nhảy cú trong giao thức phõn phối nhón. Yờu cầu liờn kết truyền theo hướng cỏc node ra của một tuyến chuyển mạch thẻ, nếu trong lỳc xử lý tớnh toỏn node cú giỏ trị bằng 0 thỡ cú nghĩa là yờu cầu liờn kết bị lỗi. Như vậy, giải phỏp được đưa ra thể hiện trờn chớnh kiến trỳc của mạng MPLS, nú sử dụng chỉđịnh vựng đệm như một dạng của giải phỏp hạn chếảnh hưởng mạch vũng. Rất nhiều trường chuyển mạch ATM cú khả năng giới hạn khụng gian bộđệm chuyển mạch cú thể sử dụng bởi một kờnh ảo VC, ứng dụng này trong mụi trường MPLS cú thểđiều khiển giảm bớt được cỏc thiệt hại do hiện tượng vũng lặp gõy nờn. Chỳ ý rằng, mục tiờu hạn chế vũng lặp là cho phộp định tuyến tỏi hội tụ, và đú được coi là cỏch tốt nhất đểđảm bảo rằng cỏc bộ định tuyến khụng bị quỏ tải với cỏc gúi tin chuyển tiếp vũng. Trong ATM-LSR, nếu cỏc gúi tin đang lặp vũng và chiếm một khụng gian bộ nhớđệm, thỡ cỏc chuyển mạch vẫn cú thể chuyển đi cỏc gúi tin cập nhật định tuyến, cỏc gúi tin này sẽđảm bảo cho cỏc tuyến được hội tụ. Thậm chớ nếu mạch vũng khụng phải là kiểu tạm thời (cú thể do nhầm lẫn khi cấu hỡnh hệ thống), thỡ ATM-LSR vẫn cũn chức năng xử lý gúi tin điều khiển và chuyển tiếp cỏc gúi tin khụng lặp vũng, nếu tài nguyờn chuyển mạch bị tiờu tốn cho vũng lặp cú giới hạn.
Kỹ thuật phỏt hiện mạch vũng trong MPLS được phỏt triển như một phần của kiến trỳc ARIS, dựa trờn ý tưởng gọi là vecto đường dẫn. Tớnh năng này là tuỳ chọn trong MPLS
và khụng ỏp dụng cho tất cả cỏc trường hợp, nhưng nú yờu cầu cỏc LSR phải cấu hỡnh được. Một vecto đường dẫn một danh sỏch cỏc LSP mà cú cỏc bản tin Label REQUEST và bản tin Label MAPPING được chuyển qua. Nếu cú hiện tượng mạch vũng xảy ra thỡ trờn chớnh cỏc LSR sẽ nhận thấy cỏc bản tin đi vũng, hoặc bản tin yờu cầu chứa đỳng địa chỉ của nú, vỡ vậy, mạch vũng sẽđược phỏt hiện và huỷ bỏ.
Cuối cựng, một tiếp cận ngăn ngừa mạch vũng được phỏt triển bởi chớnh MPLS dựa trờn khỏi niệm cỏc mạch mầu (colored threads), đõy là khỏi niệm hoàn toàn mới và chưa từng xuất hiện trong cỏc tiếp cận về chuyển mạch nhón trước đõy, tiếp cận này gắn với LSR-ATM nhưng nú cú thể hoạt động tốt với bất kỳ LSR nào, tiếp cận này yờu cầu cơ chếđiều khiển LSP. í tưởng của tiếp cận cỏc mạch mầu khỏ đơn giản, chỳng ta mụ hỡnh hoỏ cỏc tiến trỡnh xử lý thiết lập một LSP như một phần mở rộng của cỏc mạch mầu từ bộ